电力电子课程设计

河南机电高等专科学校。

课程设计报告书。

电力电子技术及应用》

课题名称：基于西门子tca785集成触发电路的直流电动机调速系统

专业班级：电气自动化技术

姓名。学号。

2024年 06月 26 日。

设计任务书。

课题简介：tca785是德国西门子公司开发的第三代晶闸管单片移相触发电路，与其他芯片相比，tca785具有温度适用范围宽，对过零点的识别更加可靠，输出脉冲的整齐度更好，移相范围更宽等优点。另外，由于它输出脉冲的宽度可手动自由调节，所以适用范围更为广泛。

tca785是一个移相控制电路，用来控制半导体闸流管，双向可控硅开关，和晶体管。他的触发脉冲可以在0~180 °之间的相位角内移动。此电路主要应用于转换电路，ac控制器和三相电流控制器。

故由它来控制直流电动机的调速。该系统通过调节集成电路tca785的外部引脚的电位器，便可控制直流电动机的速度。

技术要求：1、了解tca785的工作原理、引脚功能以及各元件的作用2、完成tca785集成触发电路的调试。

3、构成直流调速系统，并完成各点波形和对应的不同角度下的速度测试，并写出记录结果；

4、画出电气原理图； 5、整理、描绘实验中记录的各点波形，并标出其复制和宽度6、讨论、分析实验**现的各种现象。

目录。第1章设计思路 1

第2章主电路和控制电路设计 9

第3章系统调试和测试结果 11

第4章心得体会 14

附录1 参考文献 15

第1章设计思路。

生产与生活中大量需要电压可调的直流电源，如电机调速、同步发机励磁、电焊、电镀等。用晶闸管组成的相控整流电路，可以方便的把交流电变换成大小可调的直流电，具有体积小、重量轻、效率高以及控制灵敏等优点，获得广泛应用。单相相控整流电路有三种基本的电路形式：

1.单相相控整流电路。

工作原理及波形分析：如图1. 图2.

图1.带阻感负载的单相半波可控整。

其波形图如图2.

晶闸管vt处于断态， id=0，ud=0，uvt=u2

在t1时刻，即触发角处 ud=u2。l的存在使id不能突变，id从0开始增加。

u2由正变负的过零点处，id已经处于减小的过程中，但尚未降到零，因此vt仍处于通态。

t2时刻，电感能量释放完毕，id降至零，vt关断并立即承受反压。由于电感的存在延迟了vt的关断时刻，使ud波形出现负的部分，与带电阻负载时相比其平均值ud下降。

若为定值，角大，越小。若为定值，越大，越大，且平均值ud 越接近零。所以为了提高它的平均值ud 需要在直流电机两端并联一个续流二极管。

加接vdr后，整流电压波形与纯电阻负载时相同。电流波形变平，若l足够大，id连续，且id波形接近一条水平线，其移相范围为0 ~180，其承受的最大正反向电压均为u2的峰值。

单相半波可控整流电路的特点：结构简单，输出电压低，脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。

图2.带阻感负载的单相半波可控整。

2、单相桥式全控整流电路。

工作原理及波形分析：如图3. 图4.

在u2正半周期，触发角处给晶闸管vt1和vt4加触发脉冲使其开通，ud=u2。负载电感很大，id不能突变且波形近似为一条水平线。

u2过零变负时，由于电感的作用晶闸管vt1和vt4中仍流过电流id，并不关断。

t=+时刻，触发vt2和vt3，vt2和vt3导通，vt1和vt4承受反压关断，流过vt1和vt4的电流迅速转移到vt2和vt3上，此过程称为换相（换流）。

整流电压平均值。

当 = 0 时，ud0 = 0.9u2。 =90时，ud = 0。

移相范围为0 ~ 90

图3. 单相桥式全控整流电流带阻感负载时的电路。

单项桥式全控整流电流带阻感负载时的波形。

3、单相桥式半控整流电路。

电路原理及波形图，如图5. 图6.

不考虑vdr （先）晶闸管触发导通和二极管自然导通，形成了自然续流支路（ vt1、vd2；vt3和vd4 ）。整流电压波形与全控电路电阻负载时的工作情况相同。

图5.单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的电路。

在u2正半周，处触发vt1，u2经vt1和vd4向负载供电。

u2过零变负时，vd2自然导通，因电感放能，vt1继续导通，由vt1和vd2续流，ud=0。

在u2负半周，处触发触发vt3，向vt1加反压使之关断，u2经vt3和vd2向负载供电。

u2过零变正时，vd4导通，vd2关断。vt3和vd4续流，ud=0。

若无续流二极管，则当突然增大至180或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使ud成为正弦半波，即半周期ud为正弦，另外半周期ud为零，其平均值保持恒定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，称为失控。加接续流二极管vdr，杜绝失控。

续流二极管vdr时，续流过程由vdr完成，避免了失控的现象。

续流期间导电回路中只有一个管压降，少了一个管压降，有利于降低损耗。

图6. 单相桥式半控整流电路，有续流二极管，阻感负载时的波形。

综上所述：经过三个电路图的比较可知，单相半波电路虽然线路见到你、调整方便的优点，但只有半周期工作，直流波形差、整流变压器利用率低并且存在直流成分的缺点，因此仅用于要求不高的小功率场合。而单相半控桥式电路容易出现失控现象，单相桥式全控整流电路使电源负半周也能工作实现双半周整流，在直流电机上得到全波整流电路，所以本系统采用单相全控桥式整流电路。

要启动晶闸管还要有触发电路，该系统采用西门子tca785集成触发器，内部主要有“同步寄存器”、“基准电路”、“锯齿波形成电路”、“移相电压”、“锯齿波比较电路”、“逻辑控制功率放大”等功能块组成。

tca785的特点：

可靠的零点识别；●应用范围广；● 可用于零点转换；● lsl 兼容。

可采用三相工作(3 ics)；●输出电流为250 ma；● 斜升电流范围大；

工作温度范围宽。

该触发器的工作原理以及引脚功能如下：

tca785的引脚功能：其中５脚为外接同步信号端，用于检测交流电压过零点。１０脚为片内产生的同步锯齿波，其斜坡最大及最小值由两脚的外接电阻与电容决定。

通过与１１脚的控制电压相比较，在１５和１４脚可输出同步的脉冲信号，因此，改变１１脚的控制电压，就可以实现移相控制，脉冲的宽度则由１２脚外接电容值决定，当选择双窄脉冲的驱动方式时，１２脚应接１５０电容。实际上，有几十个微秒的脉冲宽度即可使晶闸管正常导通。

功能描述：

tca785通过一个高阻抗的电阻从线路电压（v5）引入一个同步信号。在通过一个零电压检测器后，传送到同步寄存器。这个同步寄存器能控制锯齿波的产生，他的电容c10通过一个固定的电流（由r9确定）充电。

如果锯齿波电压v10超过了控制电压v11（触发角度），信号就作为逻辑信号处理。根据控制电压的大小，触发角度可以在0~180的相位之间移动。

每一个半波，正向脉冲，在q1和q2输出端有30 μs的迟延。通过电容c12，这个迟延可延长到180° 。如果管脚12接地，脉冲迟延则在和180°之间。

q1和q2的输出信号为q1和q2提供了反相信号。

一个相位为 +180°的信号可以用来控制外部逻辑，可应用于管脚3。

应用于输出端qz的信号是q1和q2的非端输出信号。

禁止输入端可以使q1, q2 和q1，q2 的输出无效。

管脚13可以使q1，q2输出达到最大脉冲长度(180° –

tca785集成电路的内部框图如下图8.所示：

图集成移相触发器的内部结构图。

第2章主电路和控制电路设计。

主电路图如图9.所示。

控制电路图如图10.所示。

电位器rp1主要调节锯齿波的斜率，电位器rp2则调节是如的移相控制电压，脉冲从脚输出，输出的脉冲恰好互差180度，可供单相整流试验用，个点的波形如图所示：

提供15v电压的稳压电路图：

第3章系统调试和测试结果

调试步骤：1）将djk01电源控制屏选择开关打到“直流调速”侧，使输出线电压位220v，用两根导线将220v交流电压接到djk03-1的“外接220ｖ”，按下“启动”按钮，打开djk03-1电源开关，这时挂件中所有的触发电路都开始工作，用双踪示波器一路探头观测15v的同步电压信号，另一路探头观测tca785出发电路，同步信号“1”点的波形，“2”点的锯齿形，调节电位器rp1，观察“2”点锯齿波的斜率变化，“3”、“4”互差180度的触发脉冲；最后观察使出的四路触发电压波形，其能否在30度~170度方位内移相。

同时观察同步电压和“1”点的电压波形，了解“1”点波形形成的原因。

观察“2”点的锯齿波波形，调节电位器rp1，观察“2”点锯齿波斜率的变化。

观察“3” 、4”两点的输出脉冲的波形，记下各波形的幅值与脉宽。

2）调节触发脉冲的移相范围。

调节电位器rp2，用示波器观察同步电压信号和“3”点u3的波形，观察和记录触发脉冲的移相范围。

3）调节电位器rp2使a=60,观察记录u1~u4及输出“g、k”脉冲电压的波形，标出其幅值与宽度，并记录在下表中。

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