中北大學——單相交流調壓電路的設計.

1、目 錄1 緒論12 設計內容及設計方案的選擇 121 設計目的122 設計內容及要求 12.3 設計工作任務及工作量的要求22.4 設計成果形式及要求22.5設計方案23 單相調壓主電路的設計 34 觸發(fā)電路的設計44. 1 晶閘管對觸發(fā)電路的要求 44. 2 觸發(fā)電路 45 相交流調壓電路參數(shù)設定與計算 651 電阻性負載 65.2電路分析與計算 65.3主要元器件的選擇 76 仿真圖及其結果 86.1 仿真電路圖 86.2 仿真效果圖 97 總結 108 參考文獻 109 致 謝 111 緒論電力電子技術是研究采用電力電子器件實現(xiàn)對電能的換和控制的科學，是一門多學科互相滲透的綜合性技術學科

2、。這些技術包括以節(jié)約能源、提高照明質量為目的的綠色照明技術；以節(jié)約能源、提高運行可靠性并更好地滿足產(chǎn)要求為目的的交流變頻調速技術，以提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、可控制性為目的，并可有效節(jié)能的靈括（柔性）交流輸電技術等等。隨著電力半導體制造技求、徽電子技術、汁算機技術，以及控制理論的不斷進步。電力電子技求向著大功率、高頻化及智能化方向發(fā)展，應用的領域將更加廣闊。交流調壓電路廣泛應用于燈光控制，如調光臺燈和舞臺燈光控制及其異步電動機的軟啟動，也應用于異步電機調速。在電力系統(tǒng)中，這種電路也用于對無功功率的調節(jié)。然而，此次課程設計我們就是設計一個單相交流調壓電路。單相交流調壓電路是用一對反向并聯(lián)的晶閘管

3、串聯(lián)在電路中，通過對晶閘管觸發(fā)角的控制，控制晶閘管的通斷，從而控制輸出電壓而達到對電壓的調節(jié)。2 設計內容及設計方案的選擇21 設計目的 1.加深理解電力電子課程的基本理論 2.掌握電力電子的一般設計方法，具備初步獨立的設計能力3. 學習MATLAB仿真軟件及各模塊參數(shù)的確定22 設計內容及要求設計一個單相交流調壓電路，要求觸發(fā)角，純電阻負載，電源壓：交流100V/50Hz，輸出功率：500W。根據(jù)課程設計題目和設計條件，明主電路的工作原理、計算選擇元器件數(shù)。設計內容包括：1.晶閘管電流、電壓額定參數(shù)選擇2.觸發(fā)電路的設計3.計算電路的功率因素2.3 設計工作任務及工作量的要求1.根據(jù)設計題目

4、要求的指標，通過查閱有關資料分析其工作原理，確定各器件參數(shù)，設計電路原理圖；2.利用MATLAB仿真軟件繪制主電路結構模型圖，設置相應的參數(shù)。3.用示波器模塊觀察和記錄電源電壓、觸發(fā)信號、晶閘管電流和電壓，負載電流和電壓的波形圖。2.4 設計成果形式及要求1.電路原理圖及各器件參數(shù)計算2. MATLAB或其他仿真軟件仿真3.編寫課程設計報告。2.5 設計方案本系統(tǒng)主要設計思想是：采用兩個晶閘管反向并聯(lián)加負載為主電路，外加觸發(fā)電路；觸發(fā)電路控制晶閘管的導通，從而控制輸出。其系統(tǒng)框圖如下所示：主 電 路電阻負載輸出交流輸入觸發(fā)電路圖2.1 系統(tǒng)整體框圖3 單相調壓主電路的設計如果在交流電源和負載之

5、間之間用兩個晶間管反并聯(lián)后串聯(lián)到交流電路中，通過對晶閘管的控制就可以控制交流電力。這種電路不改變交流電的頻率，稱為交流電力控制電路。在每半個周波內通過對晶間管開通相位的控制，以方便地調節(jié)輸出電壓的有效值，這種電路稱為交流調壓電路。這種電路還用干對無功功率的連續(xù)調節(jié)。此外，在高電壓小電流或低電壓大電流直流電源中，也常采用交流調壓電路調節(jié)變壓器一次電壓。采用晶閘管相控整流電路，高電壓小電流可控直流電源就需要很多晶閘管串聯(lián)；同樣，低電壓大電流直流電源需要很多晶閘管并聯(lián)，這都是十分不經(jīng)濟的。采用交流調壓電路在變壓器一次側調壓，其電壓電流值都不太大也不太小，在變壓器二次側只要用二極管整流就可以了。但這種

6、交流調壓電路控制方便，體積小、投資省計制造簡單。因此廣泛應用于需調溫的工頻加熱、燈光調節(jié)及風機、泵類負載的異步電機調速等場合。圖31所示的就是一種采用晶閘管為主開關元件的單相交流調壓電路圖，這種交流調壓電路的主電路僅由一對反并聯(lián)的晶閘管構成。圖 3.1 單相交流調壓電路圖4 觸發(fā)電路的設計4. 1 晶閘管對觸發(fā)電路的要求晶閘管觸發(fā)電路的作用是產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要要的時刻有阻斷轉為導通。觸發(fā)脈沖要求有：（1）有一定的幅值和功率；（2）有一定的脈寬；（3）觸發(fā)脈沖前沿要陡；（4）要與主電路同步并有一定的移相范圍。所以對觸發(fā)電路由同步與移相電路，脈沖形成與輸出等幾部分組成。4

7、. 2 觸發(fā)電路4.2.1 KJ004可控硅移相電路可控硅移相觸發(fā)電路適用于單相、三相全控橋式供電裝置中,作可控硅的雙路脈沖移相觸發(fā)。器件輸出兩路相差180度的移相脈沖,可以方便地構成全控橋式觸發(fā)器線路。電路具有輸出負載能力大、移相性能好、正負半周脈沖相位均衡性好、移相范圍寬、對同步電壓要求低,有脈沖列調制輸出端等功能與特點。4.2.2 KJ004可控硅移相電路工作原理電路由同步檢測電路、鋸齒波形成電路、偏形電壓、移相電壓及鋸齒波電壓綜合比較放大電路和功率放大電路四部分組成。電原理見下圖：鋸齒波的斜率決定于外接電阻R6、RW1,流出的充電電流和積分電容C1的數(shù)值。對不同的移相控制電壓VY,只有

8、改變權電阻R1、R2的比例,調節(jié)相應的偏移電壓VP。同時調整鋸齒波斜率電位器RW1,可以使不同的移相控制電壓獲得整個移相范圍。觸發(fā)電路為正極性型,即移相電壓增加,導通角增大。R7和C2形成微分電路,改變R7和 C2的值,可獲得不同的脈寬輸出。其封裝形式如圖所示：圖4.1 KJ004封裝形式各引腳功能如下表所示： 表4.1 引腳功能功 能輸出空鋸齒波形成-Vee(1k)空地同步輸入綜合比較空微分阻容封鎖調制輸出+Vcc引線腳號123456789101112131415164.2.3觸發(fā)電路圖4.2 觸發(fā)電路5 單相交流調壓電路參數(shù)設定與計算51 電阻性負載單相交流調壓變流器參數(shù)設定：要求觸發(fā)角為

9、30，輸入流U2=100V，輸出功率為500w。 圖5.1和5.2為電阻負載單相交流調壓電路及其波形。圖5.1 電阻負載單相交流調壓電路圖5.2為30度時相應的波形圖5.2電路分析與計算在單相交流調壓電路原理圖中，晶閘管VT1和VT2也可以用一個雙向晶閘管代替。在交流電源U2的正半周和負半周，分別對VT1和VT2的開通角 進行控制就可以調節(jié)輸出電壓。正負半周 起始時刻（ =0）均為電壓過零時刻。在穩(wěn)態(tài)情況下應是正負半周的相等，可以看出，負載電壓波形是電源電壓波形的一部分， 負載電流和負載電壓的波形相同。輸出平均電壓、電流及輸出有功功率的計算根據(jù)公式計算得出如下結果： IVT= 從圖及以上各式可

10、以看出，的移相范圍為，=0時，相當于晶閘管一直通，輸出電壓為最大值。隨著的增大，uR慢慢減少，直到=時uR=0。5.3主要元器件的選擇 通過計算可知，晶閘管的電壓峰值UTM=UO=98.55=139.37V故UTM=139.37V，考慮2倍余量，UTM取300V。晶閘管額定電流IT(AV)IVT/1.57A=3.588/1.57A=2.285A，考慮2倍余量，IT(AV)取5A；所有晶閘管選取5A，300V的型號，KP5-300。負載電阻選取。6 仿真圖及其結果6.1 仿真電路圖利用matlab軟件進行一系列仿真，其原理圖如下：圖6.1 電路仿真原理圖表6.1 仿真元器件表符號名稱或功能符號名

11、稱或功能AC Voltage Source交流輸入100V電壓表1便于仿真附件Thyristor1晶閘管1電壓表2便于仿真附件Thyristor2晶閘管2電壓表3便于仿真附件VT1正向觸發(fā)脈沖電壓表4便于仿真附件VT2反向觸發(fā)脈沖電流表1便于仿真附件scope示波器九路輸出電流表2便于仿真附件R負載電流表3便于仿真附件 6.2 仿真效果圖 輸入為100V交流，仿真觸發(fā)30的仿真圖。分別仿真其輸入100V，VT1，VT2觸發(fā)脈沖，輸出電壓，電流，晶閘管電壓和電流。圖6.2 觸發(fā)角30時7 總結通過電力電子技術課程設計，我加深了對課本專業(yè)知識的理解，平常都是理論知識的學習，在此次課程設計中，真正做

12、到了自己查閱資料、完成一個基本仿真電路的設計。在此次的設計過程中，我更進一步地熟悉了單相交流調壓電路的原理以及觸發(fā)電路的設計。當然，在這個過程中我也遇到了困難，通過查閱資料，相互討論，我準確地找出錯誤所在并及時糾正了，這也是我最大的收獲，使自己的實踐能力有了進一步的提高，讓我對以后的工作學習有了更大的信心。通過這次課程設計使我懂得了只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次

13、課程設計，把以前所學過的知識重新溫故，鞏固了所學的知識。8 參考文獻1.王兆安.電力電子技術.機械工業(yè)出版社.20092.張潤和.電力電子技術及應用.北京大學出版社.2008.83.曲學基，曲敬鎧，于明楊等.電力電子整流技術及應用.電子工業(yè)出版社.2008.44.何此昂，周渡海.變壓器與電感器設計方法及應用實例.人民郵電出版社.2011.25.洪乃剛.電力電子和電力拖動控制系統(tǒng)的MATLAB仿真.機械工業(yè)出版社.20066.美Willianm Shepherd，沈經(jīng)，張正南譯.電力變流器電路.機械工業(yè)出版社.2008.109 致 謝這次電力電子技術課程設計，讓我們有機會將課堂上所學的理論知識運用到實際中。并通過對知識的綜合利用，進行必