基于TC787的六相可控整流電路的設(shè)計(jì)

摘??要：介紹了六相可控整流電路的特點(diǎn)及其具體的應(yīng)用電路，詳細(xì)介紹了TC787的工作原理，并給出了其應(yīng)用于六相可控整流的應(yīng)用電路。通過(guò)一臺(tái)6KW永磁同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，證明該設(shè)計(jì)方法是可行的。
關(guān)鍵詞：6相可控整流；TC787；PI調(diào)節(jié)

1． 引言

在一些特殊應(yīng)用中，如冶金、電化學(xué)、電動(dòng)汽車等，供電電源往往只有幾十伏，功率范圍卻在幾千瓦到幾十千瓦之間，供電電源提供的電流要達(dá)到數(shù)百安培。采用三相橋式整流電路難以滿足此類要求，因此本文提出了采用了六相可控整流電路來(lái)解決此類低電壓大電流供電電源的問(wèn)題。

2．系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的供電電源由永磁同步發(fā)電機(jī)提供，該永磁同步發(fā)電機(jī)為雙Y移 繞組結(jié)構(gòu)，兩套繞組在空間相位上相差 電角度。每套Y形連接的內(nèi)部繞組在空間上互差 電角度。兩個(gè)三相繞組分別經(jīng)過(guò)三相全橋整流后經(jīng)平波電抗器并聯(lián)在一起，形成12脈波整流電路，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)主電路圖

3． TC787簡(jiǎn)介

TC787是采用先進(jìn)IC工藝設(shè)計(jì)制作的單片集成電路，可單電源工作，亦可雙電源工作，主要適用于三相晶閘管移相觸發(fā)電路和三相三極管脈寬調(diào)制電路，以構(gòu)成多種調(diào)壓調(diào)速和變流裝置。與目前流行的KC系列電路相比，具有功耗小、功能強(qiáng)、輸入阻抗高、抗干擾性能好、移相范圍寬，外接元件少等優(yōu)點(diǎn)；而且裝調(diào)簡(jiǎn)便，使用可靠。

3.1? TC787工作原理

TC787內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。由圖可知，在其內(nèi)部集成有三個(gè)過(guò)零和極性檢測(cè)單元、三個(gè)鋸齒波形成單元、三個(gè)比較器、一個(gè)脈沖發(fā)生器、一個(gè)抗干擾鎖定電路、一個(gè)脈沖形成電路、一個(gè)脈沖分配及驅(qū)動(dòng)電路。它們的工作原理可簡(jiǎn)述為：經(jīng)濾波后的三相同步電壓通過(guò)過(guò)零和極性檢測(cè)單元檢測(cè)出零點(diǎn)和極性后，作為內(nèi)部三個(gè)恒流源的控制信號(hào)。三個(gè)恒流源輸出的恒值電流給三個(gè)等值電容Ca、Cb、Cc恒流充電，形成良好的等斜率鋸齒波。鋸齒波形成單元輸出的鋸齒波與移相控制電壓Vr比較后取得交相點(diǎn)，該交相點(diǎn)經(jīng)集成電路內(nèi)部的抗干擾鎖定電路鎖定，保證交相唯一而穩(wěn)定，使交相點(diǎn)以后的鋸齒波或移相電壓的波動(dòng)不影響輸出。該交相信號(hào)與脈沖發(fā)生器輸出的脈沖信號(hào)經(jīng)脈沖形成電路處理后變?yōu)榕c三相輸入同步信號(hào)相位對(duì)應(yīng)且與移相電壓大小適應(yīng)的脈沖信號(hào)送到脈沖分配及驅(qū)動(dòng)電路。引腳5是輸出禁止端，當(dāng)系統(tǒng)未發(fā)生過(guò)電流、過(guò)電壓或其它非正常情況，則引腳5禁止端為低電平，此時(shí)脈沖分配電路根據(jù)用戶在引腳6設(shè)定的狀態(tài)完成雙脈沖(引腳6為高電平)或單脈沖(引腳6為低電平)的分配功能，并經(jīng)輸出驅(qū)動(dòng)電路功率放大后輸出，一旦系統(tǒng)發(fā)生過(guò)電流、過(guò)電壓或其它非正常情況，則引腳5輸出高電平，脈沖分配和驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)部的邏輯電路動(dòng)作，封鎖脈沖輸出，確保集成電路的6個(gè)引腳12、11、10、9、8、7輸出全為低電平。

圖2 ?TC787原理圖

3.2? TC787各引腳功能描述

（1）引腳 18、1、2分別為三相同步電壓 Va、Vb、Vc輸入端，應(yīng)用中分別接同步變壓器副邊的同步電壓，同步變壓器的原邊來(lái)自于發(fā)電機(jī)的端電壓。同步電壓的峰值應(yīng)不超過(guò)TC787的工作電源電壓VDD。

（2）引腳 12、10、8、9、7和 11是脈沖輸出端。其中引腳12、10和 8分別控制上半橋臂的 A、B、C相晶閘管；引腳9、7和11分別控制下半橋臂的 －A、－B和 －C相 晶閘管。

（3）引腳5為輸出脈沖禁止端。該端用來(lái)在故障狀態(tài)下封鎖TC787的輸出，高電平有效。

（4）引腳16、15和14分別為產(chǎn)生相對(duì)于 A、B和C相同步電壓的鋸齒波充電電容連接端，電容值大小決定了移相鋸齒波的斜率和幅值。

?（5）引腳6為工作方式設(shè)置端。當(dāng)該端接高電平時(shí)，TC787輸出雙窄脈沖；當(dāng)該端接低電平時(shí)，輸出單寬脈沖。

（6）引腳4為移相控制電壓輸入端。該端輸入電壓的高低，直接決定著TC787輸出脈沖的移相范圍，其電壓幅值最大為TC787的工作電源電壓VDD。

（7）引腳13為觸發(fā)脈沖寬度調(diào)節(jié)電容Cx，該電容的容量決定著TC787輸出脈沖的寬度，電容的容量越大，輸出脈沖寬度越寬。

（8）引腳17為正電源VDD輸入端，引腳3為負(fù)電源Vss輸入端。單電源工作時(shí)引腳3接地，而引腳17允許施加的電壓為8～18V。雙電源工作時(shí)，引腳3接負(fù)電源，其允許施加的電壓幅值為-4～-9V，引腳17接正電源，允許施加的電壓為+4～+9V。

3.3? TC787在六相整流電路中的應(yīng)用

圖3為TC787在六相整流電路中的應(yīng)用電路，圖中電容C1~C3為隔直耦合電容，而C4~C6為濾波電容，它與R1~R3構(gòu)成濾去同步電壓中毛刺的環(huán)節(jié)。另一方面隨RP1~RP3三個(gè)電位器的不同調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)0~60°的移相，從而適應(yīng)不同主變壓器接法的需要。在同步信號(hào)為400HZ時(shí)，鋸齒波充電電容建議采用0.015μF電容，相對(duì)誤差小于5%，以鋸齒波線性好，幅度大，不平頂為宜，幅度小可減小電容值，產(chǎn)生平頂則增大電容值。引腳13端連接的電容Cx容量決定著TC787輸出脈沖的寬度，電容的容量越大，則脈沖寬度越寬，在同步信號(hào)為400HZ時(shí)，建議采用820pF電容。

圖3? TC787應(yīng)用電路

4． 自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)電路

TC787的引腳4為移相控制電壓輸入端，該端電壓的高低直接決定著TC787輸出脈沖的移項(xiàng)角度。在應(yīng)用中為使系統(tǒng)在不同的負(fù)載下輸出恒定的電壓，需要電路能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出脈沖的移項(xiàng)角度。本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)調(diào)節(jié)電路如圖4所示。電路輸出電壓經(jīng)過(guò)電阻分壓后與給定電壓進(jìn)行比較，其偏差值經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)后輸出到TC787的移項(xiàng)控制電壓輸入端。當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，V02點(diǎn)的電壓也升高，從而使移項(xiàng)控制電壓升高，晶閘管的觸發(fā)角增大，從而使輸出電壓降低；反之，當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，V02點(diǎn)的電壓也降低，從而使移項(xiàng)控制電壓降低，晶閘管的觸發(fā)角減小，從而使輸出電壓升高。

圖4 自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)電路

5． 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

以TC787為核心的六相整流電路的設(shè)計(jì)取得了理想的結(jié)果，圖5是發(fā)電機(jī)空載和滿載的輸出電壓波形，表一為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。由波形圖和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，電機(jī)負(fù)載由0％~100％加載過(guò)程中發(fā)電機(jī)輸出電壓始終在 V，滿足系統(tǒng)的要求，說(shuō)明控制性能良好。

圖5 發(fā)電機(jī)輸出電壓波形（a:空載波形；b:滿載波形）

表一? 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

6． 結(jié)論

本文根據(jù)電壓大電流電路的應(yīng)用特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了六相可控整流電路，并通過(guò)一臺(tái)6KW的永磁同步電機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證，取得了良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，說(shuō)明該設(shè)計(jì)方案是可行的。