基于TC787芯片三相六脈沖晶閘管控制觸發(fā)板的設(shè)計

【摘要】晶閘管直流電動機(jī)自動調(diào)速系統(tǒng)是電力電子技術(shù)與自動控制技術(shù)中的典型系統(tǒng)，為了提高自動化調(diào)速設(shè)備的穩(wěn)定性.調(diào)試和維修，通過專用TC787芯片三相六脈沖觸發(fā)板訓(xùn)練可進(jìn)一步理解相關(guān)理論知識，提高自己實際操作能力，故障判斷能力和設(shè)備檢修能力。這次制作采用專用集成觸發(fā)器（TC787芯片）為核心的三相六脈沖調(diào)速控制系統(tǒng)，適用于5kW以下的直流電動機(jī)的無級調(diào)速。系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，并具有電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)和集成比較環(huán)節(jié)，還具備缺相、過壓和禁止輸出有發(fā)光二極管指示。

【關(guān)鍵詞】保護(hù)電路;移相;振蕩電路;比例積分電路

TC787是參照國外最新集成移相觸發(fā)集成電路而設(shè)計的單片專用集成電路。它可 單電源工作，亦可雙電源工作，適用于三相晶閘管移相觸發(fā)，它是目前國內(nèi)外市場上廣泛使用的TCA785及KJ（或KC）系列移相觸發(fā)集成電路的換代產(chǎn)品，與TCA785及KJ（或KC）系列移相觸發(fā)集成電路相比，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。只需要一塊這樣的集成電路，就可以完成三塊TCA785與一塊KJ041、一塊KJ042或五塊KJ（三塊KJ004、一塊KJ042、一塊KJ041、或KC）系列器件組合才能具有的三相移相功能。因此TC787可廣泛應(yīng)用于三相全控、三相半控、三相過零等電力電子、機(jī)電一體化產(chǎn)品的移相觸發(fā)系統(tǒng)，從而取代TCA785、KJ009、KJ004、KJ041、KJ042等同類電路，可提高觸發(fā)板的可靠性、縮小體積和降低成本。

一、TC787芯片技術(shù)指標(biāo)

技術(shù)指標(biāo)：

1.同步信號要求三個分立電源變壓器采樣輸入，以便在缺相時能正確判斷。

2.同步濾波網(wǎng)絡(luò)可消除同步信號的干擾，有30度相移調(diào)節(jié)，能對三相同步均衡進(jìn)行微調(diào)，使控制板與系統(tǒng)有良好配合。

3.觸發(fā)電路采用TC787DS，電路設(shè)計集中式恒流源，三相鋸齒波線性好，一致性好。

4.電路對同步信號的正反序有識別能力，并改變相應(yīng)的補(bǔ)脈沖。在缺相時電路禁止脈沖輸出。

5.電路有軟起功能，加電和復(fù)位電路都將軟起動。

6.設(shè)計有比例積分電路，輸入輸出從板上引出，可以手動開環(huán)控制，也可以閉環(huán)自動控制。

7.有過流或過壓的鎖定保護(hù)控制，域值可調(diào)，故障排除后有復(fù)位鍵復(fù)位。

8.缺相、過壓和禁止輸出有發(fā)光二極管指示。

9.輸出為雙調(diào)制脈沖列，適配脈沖變壓器觸發(fā)，寬度可調(diào)。

10.板上有整流穩(wěn)壓電路，用戶只需外接雙16-18V的電源即可工作;15V的雙路穩(wěn)壓電源和+24V電源從板上引出。

二、TC787芯片結(jié)構(gòu)框圖

（一）基本構(gòu)成

圖1 TC787結(jié)構(gòu)框圖

（二）電路原理

三相同步電壓經(jīng)整形進(jìn)入電路，同步電壓的零點設(shè)計為1/2電源電壓（電路輸入端同步電壓峰值不宜大于電源電壓），通過過零檢測和極性判別電路后，在Ca、Cb、Cc三個電容上積分形成鋸齒波。由于采用集中式恒流源，相對誤差小，鋸齒波有良好的線性;要求電容選取應(yīng)相對誤差小，容值大小決定鋸齒波幅度（TC787DS的積分電容約為0.033μ）。移相電壓由4腳通過電位器或外電路產(chǎn)生，和鋸齒波在比較器中比較取得交相點，抗干擾電路保證交相唯一和穩(wěn)定。

脈沖形成電路是由脈沖發(fā)生器對輸出脈沖進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制脈沖的寬度可通過改變Cx電窬的值來確定，Cx大則寬。（Cx的值為0.01μ）

三相同步的過零脈沖通過缺相檢測電路和相序檢測電路對相序和缺相進(jìn)行判別，相序判別后對脈沖分配電路進(jìn)行不同的控制;而如有缺相產(chǎn)生，電路5腳（為一雙向口）將輸出高電平，同時禁止輸出脈沖。同時5腳為保護(hù)端，5腳置高電平時，輸出脈沖即被禁止。

脈沖分配及驅(qū)動電路根據(jù)電路內(nèi)部相序判別的結(jié)果和6腳控制脈沖分配的輸出方式，正序時6腳接低電平，輸出為半控方式，12、11、10、9、8、7分別輸出A、-C、B、-A、C、-B的單調(diào)制脈沖，6腳接高電平，輸出為全控方式，12、11、10、9、8、7分別輸出A-C、-CB、B-A、-AC、C-B、-BA的雙調(diào)制脈沖;反序時6腳接低電平，輸出為半控方式，12、11、10、9、8、7分別輸出A、-B、C、-A、B、-C的單調(diào)制脈沖，6腳接高電平，輸出為全控方式，12、11、10、9、8、7分別輸出A-B、-BC、C-A、-AB、B-C、-CA的雙調(diào)制脈沖。輸出端可驅(qū)動功率管，經(jīng)脈沖變壓器觸發(fā)可控硅。

三、管腳圖和管腳功能表

圖2 787管腳圖

圖3 TC787管腳功能圖

圖4 三相同步變壓器采樣輸入電路

四、TC787觸發(fā)板的電路設(shè)計

（一）三相同步變壓器采樣輸入電路

三相同步信號從三個分立變壓器上采樣，輸入板上A，B，C和地線，經(jīng)RC移相濾波，調(diào)整WA、WB、WC三只電位器可產(chǎn)生0-30的滯后相移，微調(diào)各同步電壓相位，以保證同步的均衡性（見圖4）。

（二）移相電路

同步電壓整形后輸入電路TC787DS的18、2、1腳，在電路16、15、14腳上的Ca、Cb、Cc上形成鋸齒波，并與電路4腳上的移相電壓進(jìn)行比較確定導(dǎo)通角。移相電壓通過運(yùn)放轉(zhuǎn)換極性輸入電路4腳，W2用于調(diào)整電壓轉(zhuǎn)折點，W1用于調(diào)整運(yùn)放增益（板子測試時巳調(diào)好），運(yùn)放輸出設(shè)計有負(fù)電壓限幅電路以保證電路的工作區(qū)間。輸入端IN由板上引出，通過外接正電壓的電位器調(diào)整移相電壓?？蓮拇硕诉M(jìn)行手動控制，移相電壓增加，輸出導(dǎo)通角增大。

圖5 移相電路

（三）比例積分放大電路

比例積分放大器有2個輸入端，分別從板上I1和I2引出。I1為給定輸入端，輸入電壓為負(fù)電壓0-8V;I2為反饋電壓輸入端，輸入電壓為正電壓0-8V。O1為放大器的輸出端。在閉環(huán)控制使用時，將O1與IN端連接，反饋輸入端I2根據(jù)要求采電壓樣輸入和I1的給定電壓進(jìn)行比較，以達(dá)到穩(wěn)壓或穩(wěn)流的目的。

圖6 比例積分放大電路

（四）功放放大電路

功放電路通過中功率晶體三極管C2073進(jìn)行放大，使得后續(xù)高低壓隔離電路不需要再進(jìn)行放大，電路更加簡單化。

圖7 功放放大電路

（五）電源電路

電源電路是實訓(xùn)設(shè)備上的電源，用分立元件組成的最基本的并聯(lián)穩(wěn)壓電源，雖然適應(yīng)性較廣，但其輸出電流小只有穩(wěn)壓管工作電流的二分之一，并且采用降壓電阻降壓，降壓電阻壓降高、功耗大。本電路采用三端集成穩(wěn)壓器。集成穩(wěn)壓器又叫集成穩(wěn)壓電路，將不穩(wěn)定的直流電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流（下轉(zhuǎn)第155頁）（上接第153頁）電壓的集成電路，近年來，集成穩(wěn)壓電源已得到廣泛應(yīng)用，其中小功率的穩(wěn)壓電源以三端式串聯(lián)型穩(wěn)壓器應(yīng)用最為普遍。其具有輸出電流大，輸出電壓高， 體積小，可靠性高等優(yōu)點。

圖8 電源電路

五、調(diào)試

本電路還設(shè)計有電壓超限鎖定保護(hù)電路，可以用采樣電壓從板上PE端輸入，W3為門限調(diào)節(jié)電位器，調(diào)節(jié)范圍0-10V，當(dāng)外電壓采樣值超過設(shè)定值時，電路將禁止TC787DS的輸出脈沖。板上的輕觸開關(guān)為復(fù)位鍵，同時由0C引出，與地相觸則可復(fù)位。

同時板上PI端為禁止脈沖輸出控制，高電平禁止。在缺相、鎖定保護(hù)和禁止輸出時，板上發(fā)光二極管亮。

電路板加電和復(fù)位時，輸出脈沖將從最小導(dǎo)通角移向給定導(dǎo)通角，進(jìn)行軟起動。

正序時觸發(fā)脈沖輸出由板上A，-C，B，-A，C，-B端分別輸出。按正序接好線，外電反序時電路能自動識別。輸出脈沖寬度的調(diào)節(jié)由電路13腳的Cx調(diào)節(jié)，Cx大則調(diào)制脈沖寬。+24V從+V腳引出提供脈沖變壓器電源。

雙～18腳為電源輸入端，中間抽頭接地。

1.手動移相控制電壓：0-8V;閉環(huán)移相控制電壓0-8V。

2.移相范圍：0-180。

3.觸發(fā)脈沖形式：調(diào)制脈沖5-10K。

4.輸出級負(fù)載電流<800mA。

5.輸入交流電源：雙～16-18V。

6.波形圖（圖9）。

圖9

六、總結(jié)

直流調(diào)速系統(tǒng)具有調(diào)速范圍廣、精度高、動態(tài)性能好和易于控制等優(yōu)點，所以在 電氣傳動中獲得了廣泛應(yīng)用。在調(diào)試過程中，故障是不可避免的，產(chǎn)生故障的原因很多，情況也很復(fù)雜，有的是一種原因引起的簡單故障，有的上多種原因相互作用引起的復(fù)雜故障，因此需要掌握故障的一般診斷方法，故障診斷過程就是以故障現(xiàn)象出發(fā)，通過反復(fù)測試，做出分析判斷，逐步找出故障的過程。要通過對原理圖的分析，把系統(tǒng)分成不同功能的電路模塊，通過逐一測量找出故障模塊，然后再對故障模塊內(nèi)部加以測量找出故障，查找故障，分析故障和排除故障，這樣可以提高分析問題和解決問題的能力。

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作者簡介：王亞平（1964—），男，浙江衢州人，工程碩士，浙江衢州學(xué)院（籌）信電系高級實驗師，從事機(jī)電產(chǎn)品研究。