【摘要】晶閘管直流電動(dòng)機(jī)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)是電力電子技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)中的典型系統(tǒng)，為了提高自動(dòng)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(shí)，提高自己實(shí)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(dòng)機(jī)的無級(jí)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(guó)外最新集成移相觸發(fā)集成電路而設(shè)計(jì)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(guó)內(nèi)外市場(chǎng)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(diǎn)。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(hào)要求三個(gè)分立電源變壓器采樣輸入，以便在缺相時(shí)能正確判斷。

2.同步濾波網(wǎng)絡(luò)可消除同步信號(hào)的干擾，有30度相移調(diào)節(jié)，能對(duì)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(jì)集中式恒流源，三相鋸齒波線性好，一致性好。

4.電路對(duì)同步信號(hào)的正反序有識(shí)別能力，并改變相應(yīng)的補(bǔ)脈沖。在缺相時(shí)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(dòng)。

6.設(shè)計(jì)有比例積分電路，輸入輸出從板上引出，可以手動(dòng)開環(huán)控制，也可以閉環(huán)自動(dòng)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(diǎn)設(shè)計(jì)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(cè)和極性判別電路后，在Ca、Cb、Cc三個(gè)電容上積分形成鋸齒波。由于采用集中式恒流源，相對(duì)誤差小，鋸齒波有良好的線性;要求電容選取應(yīng)相對(duì)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(diǎn)，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(duì)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(cè)電路和相序檢測(cè)電路對(duì)相序和缺相進(jìn)行判別，相序判別后對(duì)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(shí)禁止輸出脈沖。同時(shí)5腳為保護(hù)端，5腳置高電平時(shí)，輸出脈沖即被禁止。

脈沖分配及驅(qū)動(dòng)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(shí)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(shí)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(dòng)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(jì)

（一）三相同步變壓器采樣輸入電路

三相同步信號(hào)從三個(gè)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(diǎn)，W1用于調(diào)整運(yùn)放增益（板子測(cè)試時(shí)巳調(diào)好），運(yùn)放輸出設(shè)計(jì)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(dòng)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(gè)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(shí)，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(jiǎn)單化。

圖7 功放放大電路

（五）電源電路

電源電路是實(shí)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(diǎn)。

圖8 電源電路

五、調(diào)試

本電路還設(shè)計(jì)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(shí)，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(shí)由0C引出，與地相觸則可復(fù)位。

同時(shí)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(shí)，板上發(fā)光二極管亮。

電路板加電和復(fù)位時(shí)，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(dòng)。

正序時(shí)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(shí)電路能自動(dòng)識(shí)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(dòng)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(jí)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(dòng)態(tài)性能好和易于控制等優(yōu)點(diǎn)，所以在 電氣傳動(dòng)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(jiǎn)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(cè)試，做出分析判斷，逐步找出故障的過程。要通過對(duì)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(cè)量找出故障模塊，然后再對(duì)故障模塊內(nèi)部加以測(cè)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(jiǎn)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(jí)實(shí)驗(yàn)師，從事機(jī)電產(chǎn)品研究。