單相交流調(diào)壓電路課程設(shè)計

1、湖南工學(xué)院電氣工程及其自動化課程設(shè)計說明書題目：單相交流調(diào)壓電路設(shè)計專業(yè)班級： 電氣本1205 學(xué)生姓名： 劉 泰 波 指導(dǎo)教師： 肖 文 英 完成日期： 2015年5月 電氣工程及其自動化課程設(shè)計任務(wù)書 專業(yè)電氣工程及其自動化班級電氣本1205班課程名稱電力電子應(yīng)用技術(shù)設(shè)計題目單相交流調(diào)壓電路設(shè)計指導(dǎo)教師肖文英起止時間2015年5月周數(shù)一個月設(shè)計地點湖南工學(xué)院設(shè)計目的：設(shè)計任務(wù)或主要技術(shù)指標：設(shè)計進度與要求：主要參考書及參考資料：前 言電力電子線路的基本形式之一，即交流交流變換電路，它是將一種形式的交流電能變換成另一種形式交流電能電路。在進行交流交流變換時，可以改變交流電的電壓、電流、頻率或

2、相位等。用晶閘管組成的交流電壓控制電路，可以方便的調(diào)節(jié)輸出電壓有效值?？捎糜陔姞t溫控、燈光調(diào)節(jié)、異步電動機的啟動和調(diào)速等，也可用作調(diào)節(jié)整流變壓器一次側(cè)電壓，其二次側(cè)為低壓大電流或高壓小電流負載常用這種方法。采用這種方法，可使變壓器二次側(cè)的整流裝置避免采用晶閘管，只需要二極管，而且可控級僅在一側(cè)，從而簡化結(jié)構(gòu)，降低成本。交流調(diào)壓器與常規(guī)的交流調(diào)壓變壓器相比，它的體積和重量都要小得多。交流調(diào)壓器的 輸出仍是交流電壓，它不是正弦波，其諧波分量較大，功率因數(shù)也較低。目 錄1 單相交流調(diào)壓電路設(shè)計任務(wù)及設(shè)計目的 41.1設(shè)計任務(wù) 41.2 設(shè)計目的 42 設(shè)計方案及其選擇 53 單相交流調(diào)壓電路的設(shè)計

3、63.1 主電路的設(shè)計 63.2 控制電路的設(shè)計 84 單相交流調(diào)壓電路仿真結(jié)果及結(jié)果分析 104.1 仿真結(jié)果 104.2 結(jié)果分析 135 單相交流調(diào)壓電路設(shè)計總結(jié)及設(shè)計體會 156 單相交流電壓電路設(shè)計總電路圖 15參考文獻 16致謝 17附錄 181 單相交流調(diào)壓電路設(shè)計任務(wù)及設(shè)計目的1.1 電路設(shè)計任務(wù)1 進行設(shè)計方案的比較，并選定設(shè)計方案。2 完成單元電路的設(shè)計和主要元器件的說明。3 完成主電路的原理分析，各主要元器件的選擇。4 驅(qū)動電路的設(shè)計。5 電路的仿真。1.2 電路設(shè)計目的電力電子技術(shù)是專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，做課程設(shè)計是為了讓我們運用學(xué)過的電路原理的知識，獨立進行查找資料，選擇方

4、案，設(shè)計電路，撰寫報告，制作電路等，進一步加深對變流電路基本原理的理解，提高運用基本技能的能力，為今后的學(xué)習(xí)和工作打下良好的基礎(chǔ)，同時也鍛煉了自己的實踐能力。2 設(shè)計方案及選擇由于題目要求輸出電壓范圍為0100V，所以方案可選電阻性負載或阻感性負載。本電路采用單相交流調(diào)壓器帶阻感負載時的電路圖如圖1所示，在負載和交流電源間用兩個反并聯(lián)的晶閘管VT1，VT2相連。圖1 電阻負載單相交流調(diào)壓電路3 單相交流調(diào)壓電路的設(shè)計3.1 主電路的設(shè)計所謂交流調(diào)壓就是將兩個晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，在每半個周波內(nèi)通過控制晶閘管開通相位，可以方便的調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值。交流調(diào)壓電路廣泛用于燈光控制及異步電

5、動機的軟啟動，也用于異步電動機調(diào)速。此外，在高電壓小電流或低電壓大電流之流電源中，也常采用交流調(diào)壓電路調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。本次課程設(shè)計主要是研究單相交流調(diào)壓電路的設(shè)計。由于交流調(diào)壓電路的工作情況與負載的性質(zhì)有很大的關(guān)系，因此下面就反電勢電阻負載予以重點討論。圖1、圖2分別為反電勢電阻負載單相交流調(diào)壓電路圖及其波形。圖中的晶閘管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的移相控制角 進行控制就可以調(diào)節(jié)輸出電壓圖2 單相交流電壓電路波形正、負半周起始時刻（=0），均為電壓過零時刻。在時，對VT1施加觸發(fā)脈沖，當VT1正向偏置而導(dǎo)通時，負載電壓波形

6、與電源電壓波形相同；在時，電源電壓過零，因電阻性負載，電流也為零，VT1自然關(guān)斷。在時，對VT2施加觸發(fā)脈沖，當VT2正向偏置而導(dǎo)通時，負載電壓波形與電源電壓波形相同；在時，電源電壓過零，VT2自然關(guān)斷。當電源電壓反向過零時，由于反電動勢負載阻止電流變化，故電流不能立即為零，此時晶閘管導(dǎo)通角的大小，不但與控制角有關(guān)，而且與負載阻抗角有關(guān)。兩只晶閘管門極的起始控制點分別定在電源電壓每個半周的起始點。穩(wěn)態(tài)時，正負半周的相等，負載電壓波形是電源電壓波形的一部分，負載電流（電源電流）和負載電壓的波形相似。3.2 控制電路的設(shè)計3.2.1觸發(fā)信號的種類晶閘管由關(guān)斷到開通，必須具備兩個外部條件：第一是承受

7、足夠的正向電壓；第二是門極與陰極之間加一適當正向電壓、電流信號(觸發(fā)信號)。門極觸發(fā)信號有直流信號、交流信號和脈沖信號三種基本形式。1 直流信號： 在晶閘管加適當?shù)年枠O正向電壓的情況下，在晶閘管門極與陰極間加適當?shù)闹绷麟妷海瑒t晶閘管將被觸發(fā)導(dǎo)通。這種觸發(fā)方式在實際中應(yīng)用極少。因為晶閘管在其導(dǎo)通后就不需要門極信號繼續(xù)存在。若采用直流觸發(fā)信號將使晶閘管門極損耗增加，有可能超過門極功耗；在晶閘管反向電壓時，門極直流電壓將使反向漏電流增加，也有可能造成晶閘管的損壞。2 交流信號： 在晶閘管門極與陰極間加入交流電壓，當交流電壓uc=ut時，晶閘管導(dǎo)通。ut是保證晶閘管可靠觸發(fā)所需的最小門極電壓值，改變u

8、。值，可改變觸發(fā)延遲角。這種觸發(fā)形式也存在許多缺點，如：在溫度變化和交流電壓幅值波動時，觸發(fā)延遲角不穩(wěn)定，可通過交流電壓u。值來調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的變化范圍較小(00900)。3脈沖信號： 在晶閘管門極觸發(fā)電路中使用脈沖信號，不僅便于控制脈沖出現(xiàn)時刻，降低晶閘管門極功耗，還可以通過變壓器的雙繞組或多繞組輸出，實現(xiàn)信號的隔離輸出。因此，觸發(fā)信號多采用脈沖形式。3.2.2觸發(fā)電路設(shè)計晶閘管觸發(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(zhuǎn)為導(dǎo)通。廣義上講，晶閘管觸發(fā)電路往往還包括對其觸發(fā)時刻進行控制的相位控制電路，但這里專指脈沖的放大和輸出環(huán)節(jié)。晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求：1）

9、觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通，對反電動勢負載的變流器應(yīng)采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)； 2）觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的幅度，對戶外寒冷場合，脈沖電流的幅度應(yīng)增加為器件最大觸發(fā)電流的3-5倍，脈沖前沿的陡度也許增加，一般需達1-2A/us；3）所提供的觸發(fā)脈沖應(yīng)不超過晶閘管門極的電壓、電流和功率定額，且在門極伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)；4）應(yīng)有的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。根據(jù)以上要求分析，采用KC05移相觸發(fā)器進行觸發(fā)電路的設(shè)計。KC05可控硅移相觸發(fā)器適用于雙向可控硅或兩只反向并聯(lián)可控硅的交流相位控制。KC05驅(qū)動電路如圖3所示：圖3 KC05驅(qū)動電路4 單相交流調(diào)壓電路仿真結(jié)果及結(jié)果

10、分析4.1 仿真結(jié)果本單相交流調(diào)壓電路仿真是在protal軟件中的sim庫環(huán)境下組建的電路模型，圖4為單相交流調(diào)壓電路的模型圖，圖中觸發(fā)脈沖g1和觸發(fā)脈沖g2分別是反向并聯(lián)晶閘管模塊VT1，VT2的觸發(fā)脈沖電路。圖4 單相交流電壓電路仿真電路圖圖5 a=0度時，單相交流調(diào)壓電路波形圖6 a=30度時，單相交流調(diào)壓電路波形圖7 a=60度時，單相交流調(diào)壓電路波形圖8 a=90度時，單相交流調(diào)壓電路波形圖9 a=150度時，單相交流調(diào)壓電路波形圖10 a=180度時，單相交流調(diào)壓電路波形4.2 結(jié)果分析上面圖5-圖10給出了分別為0度、 30度， 60度，90度、150度和180度時單相交流調(diào)壓電

11、路的純電阻負載的電壓和電流的仿真波形。當晶閘管觸發(fā)控制角=0時，U=U2 ，負載兩端的電壓U和流過其電流的波形均為正弦波。當>0時，U、的波形為非正弦波，控制角從0180度范圍改變時，輸出電壓有效值U從U2下降到0，控制角對輸出電壓U的移相可控區(qū)域是0-180度。把角等于0度、 30度， 60度，90度、150度和180度分別代入下式可求得= 觀察圖5-圖10的仿真波形，可得到隨著角增大，負載兩端電壓U的波形的曲線部分的寬度越來越窄，則其有效值將不斷減小。由此可知，理論分析與仿真結(jié)果是一致的。在Sim庫環(huán)境下利用電力系統(tǒng)模塊庫中的電力電子器件組建單相交流調(diào)壓純電阻電路，并對電路進行相應(yīng)的

12、理論分析和仿真實驗。仿真實驗結(jié)果表明，通過控制角的大小，單相交流調(diào)壓電路能夠得到很好的調(diào)壓結(jié)果。5 單相交流調(diào)壓電路設(shè)計結(jié)論及設(shè)計體會通過電力電子技術(shù)課程設(shè)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(xué)習(xí)，在此次課程設(shè)計中，真正做到了自己查閱資料、完成一個基本匯編程序的設(shè)計。在此次的設(shè)計過程中，我更進一步地熟悉了單相交流調(diào)壓電路的原理以及觸發(fā)電路的設(shè)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(xué)習(xí)有了更大的信心。通過這次課程設(shè)計使我懂得了只有理論知識是遠遠不夠的，只

13、有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次課程設(shè)計，把以前所學(xué)過的知識重新溫故，鞏固了所學(xué)的知識。6 單相交流電壓電路設(shè)計總電路圖參考文獻1 王兆安，劉進軍.電力電子技術(shù)M 第五版 北京：機械工業(yè)出版社，2011年2 Wang Zhaoan, Liu Jinjun. Power Electronics M. Fifth Edition Beijing: China Machine Press, 20113 吳曉燕，張雙選.MATLAB在自動控制中的應(yīng)用M 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20064 Wu Xiaoyan, Zhang Shuangxuan. MATLAB Application M Xian: Xian Electronic Technology University Press, 2006致 謝通過這次課程設(shè)計，我才真正發(fā)現(xiàn)，如果自己不親自去做的話，是不會體會到做課程設(shè)計需要花多少心血去找資料，去學(xué)習(xí)，去思考，去請教老師或者同學(xué)。而且，在這次課程設(shè)計中讓我學(xué)到了很多課堂上學(xué)不到的知識，也熟悉了課堂上學(xué)的不怎么懂的知識。比如說，WORD的應(yīng)用，現(xiàn)在終于可以很熟練