單相交流調(diào)壓調(diào)光臺(tái)燈.doc

電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 一種家用臺(tái)燈調(diào)光電源的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師： 學(xué) 生： 學(xué) 號(hào)： 專 業(yè)： 班 級(jí)：設(shè)計(jì)日期： 2011.12.262011.12.302011年12月III課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)表項(xiàng)目分值優(yōu)秀(100x90)良好(90x80)中等(80x70)及格(70x60)不及格(x時(shí)，隨著的增加而減小。上述電路在控制角為時(shí)，交流輸出電壓有效值U、負(fù)載電流有效值I、晶閘管電流有效值I分別為U=UI=2II= I式中，I為當(dāng)=0時(shí)，負(fù)載電流的最大有效值，其值為I=為晶閘管有效值的標(biāo)玄值，其值為=由上式可以看出，是及的函數(shù)下圖給出了以負(fù)載阻抗角為參變量時(shí)，晶閘管電流標(biāo)幺值與控制角的關(guān)系曲線。圖1-6 晶閘管電流標(biāo)幺值與控制角的關(guān)系曲線當(dāng)、已知時(shí)，可由該曲線查出晶閘管電流標(biāo)幺值，進(jìn)而求出負(fù)載電流有效值I及晶閘管電流有效值I。（2）=情況當(dāng)控制角=時(shí)，負(fù)載電流i的表達(dá)式中的第二項(xiàng)為零，相當(dāng)于滯后電源電壓角的純正弦電流，此時(shí)導(dǎo)通角=180，即當(dāng)正半周晶閘管T關(guān)斷時(shí)，T恰好觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載電流i連續(xù)，該工況下兩個(gè)晶閘管相當(dāng)于兩個(gè)二極管，或輸入輸出直接相連，輸出電壓及電流連續(xù)，無調(diào)壓作用。圖1-7=情況下的輸出波形(3) 情況在工況下，阻抗角相對(duì)較大，相當(dāng)于負(fù)載的電感作用較強(qiáng)，使得負(fù)載電流嚴(yán)重滯后于電壓，晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間較長(zhǎng)，此時(shí)式仍然適用，由于，公式右端小于0，只有當(dāng)時(shí)左端才能小于0，因此，如圖所示，如果用窄脈沖觸發(fā)晶閘管，在時(shí)刻被觸發(fā)導(dǎo)通，由于其導(dǎo)通角大于180，在負(fù)半周時(shí)刻為發(fā)出出發(fā)脈沖時(shí)，還未關(guān)斷，因受反壓不能導(dǎo)通,繼續(xù)導(dǎo)通直到在時(shí)刻因電流過零關(guān)斷時(shí)，的窄脈沖已撤除，仍然不能導(dǎo)通，直到下一周期再次被觸發(fā)導(dǎo)通。這樣就形成只有一個(gè)晶閘管反復(fù)通斷的不正常情況，始終為單一方向，在電路中產(chǎn)生較大的直流分量；因此為了避免這種情況發(fā)生，應(yīng)采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)方式。圖1-8窄脈沖觸發(fā)方式綜上所述，當(dāng)單相交流調(diào)壓電路帶感性負(fù)載時(shí)，為了可靠、有效的工作，并實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的目的，應(yīng)使控制角的移相范圍保持在之間，同時(shí)為了避免出現(xiàn)直流分量，晶閘管的控制脈沖應(yīng)采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)。 3.2通斷控制方式與移相控制方式的比較3.2.1 通斷控制方式利用通斷比控制交流調(diào)壓方式，其原理是采用過零觸發(fā)電路，在電源電壓過零時(shí)就控制雙向可控硅導(dǎo)通和截止，即控制角為零，這樣在負(fù)載上得到一個(gè)完整的正弦波，但其缺點(diǎn)是適用于時(shí)間常數(shù)比通斷周期大的系統(tǒng)，如恒溫器。3.2.2 移相控制方式移相控制調(diào)壓利用控制觸發(fā)滯后角的方法,控制輸出電壓。晶閘管承受正向電壓開始到觸發(fā)點(diǎn)之間的電角度稱為觸發(fā)滯后角。在有效移相范圍內(nèi)改變觸發(fā)滯后角，即能改變輸出電壓。有效移相范圍隨負(fù)載功率因數(shù)不同而不同，電阻性負(fù)載最大,純感性負(fù)載最小。相控交流調(diào)壓電路輸出電壓包含較多的諧波分量，當(dāng)負(fù)載是電動(dòng)機(jī)時(shí)，會(huì)使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩和附加諧波損耗。另外它還會(huì)引起電源電壓畸變。為減少對(duì)電源和負(fù)載的諧波影響，可在電源側(cè)和負(fù)載側(cè)分別加濾波網(wǎng)絡(luò)。4.晶閘管4.1 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管觸發(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(shí)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(duì)其觸發(fā)時(shí)刻進(jìn)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）觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)保證晶閘管可靠導(dǎo)通，對(duì)反電動(dòng)勢(shì)負(fù)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(duì)戶外寒冷場(chǎng)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(dá)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(jìn)行觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)。KCO5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引腳圖如圖2所示：圖2 KC05引腳圖KC05觸發(fā)芯片具有鋸齒波形好，移相范圍寬，控制方式簡(jiǎn)單，易于集中控制，有失交保護(hù)，輸出電流大等優(yōu)點(diǎn)，是交流調(diào)光，調(diào)壓的理想電路。KC05電路也適用于作半控或全控橋式線路的相位控制。同步電壓由KC05的15、16腳輸入，在TP1點(diǎn)可以觀測(cè)到鋸齒波，RP1電位器調(diào)節(jié)鋸齒波的斜率，Rp2電位器調(diào)節(jié)移相角度，觸發(fā)脈沖從第9腳，經(jīng)脈沖變壓器輸出。調(diào)節(jié)電位器RP1，觀察鋸齒波斜率是否變化，調(diào)節(jié)RP2，可以觀察輸出脈沖的移相范圍如何變化單相交流調(diào)壓觸發(fā)電路原理圖如圖3所示：集成塊的電參數(shù)電源電壓：外接直流電壓+15V，允許波動(dòng)5(10功能正常)。電源電流：l2mA。同步電壓：l0V。同步輸入端允許最大同步電流：3mA(有效值)。移相范圍：l70(同步電壓30V，同步輸入電阻10k)。移相輸入端偏置電流l0A。鋸齒波幅度：78.5V。輸出脈沖：a脈沖寬度：l00s2 ms(通過改變脈寬阻容元件達(dá)到)。b脈沖幅度：13V。c最大輸出能力：200mA(吸收脈沖電流)。d輸出反壓：BVceol8V(測(cè)試條件：Ie=100A允許使用環(huán)境溫度：-l070。 圖3 單相交流調(diào)壓觸發(fā)電路原理圖4.2 晶閘管的保護(hù)電路4.2.1保護(hù)電路設(shè)計(jì)在電力電子電路中，除了電力電子器件參數(shù)選擇合適、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)良好外，采用合適的過電壓、過電流、du/dt保護(hù)和di/dt 保護(hù)也是必要的。4.2.2過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)電力電子裝置中可能發(fā)生的過電壓分為外因過電壓和內(nèi)應(yīng)過電壓兩類。外應(yīng)過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原因，包括：1）操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起的過電壓，快速直流開關(guān)的切斷等經(jīng)常性操作中的電磁過程引起的過壓。2）雷擊過電壓：由雷擊引起的過電壓。內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程，包括：1）換相過電壓：由于晶閘管或者全控器件反并聯(lián)的續(xù)流二極管在換相結(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻斷能力，因而有較大的反向電流流過，使殘存的載流子恢復(fù)，當(dāng)其恢復(fù)了阻斷能力時(shí)，反向電流急劇減小，這樣的電流突變會(huì)因線路電感而在晶閘管陰陽(yáng)極之間或與續(xù)流二極管反并聯(lián)的全控型器件兩端產(chǎn)生過電壓。2）關(guān)斷過電壓：全控型器件在較高的頻率下工作，當(dāng)器件關(guān)斷時(shí)，因正向電流的迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。過壓保護(hù)要根據(jù)電路中過壓產(chǎn)生的不同部位，加入不同的保護(hù)電路，當(dāng)達(dá)到定電壓值時(shí)，自動(dòng)開通保護(hù)電路，使過壓通過保護(hù)電路形成通路，消耗過壓儲(chǔ)存的電磁能量，從而使過壓的能量不會(huì)加到主開關(guān)器件上，保護(hù)了電力電子器件。為了達(dá)到保護(hù)效果，可以使用阻容保護(hù)電路來實(shí)現(xiàn)。將電容并聯(lián)在回路中，當(dāng)電路中出現(xiàn)電壓尖峰電壓時(shí)，電容兩端電壓不能突變的特性，可以有效地抑制電路中的過壓。與電容串聯(lián)的電阻能消耗掉部分過壓能量，同時(shí)抑制電路中的電感與電容產(chǎn)生振蕩，過電壓保護(hù)電路如圖4所示。圖4 RC阻容過電壓保護(hù)電路圖4.2.3 晶閘管的過電流保護(hù)熔斷器FU是最簡(jiǎn)單有效的且應(yīng)用最普遍的過電流保護(hù)器件。針對(duì)晶閘管熱容量小、過電流能力差的特點(diǎn)，專門為保護(hù)大功率半導(dǎo)體變流元件而制造了快速熔斷器，簡(jiǎn)稱快熔。其熔斷時(shí)間小于20ms，能保證在晶閘管損壞之前快熔切斷短路故障，達(dá)到保護(hù)晶閘管的目的。目前常用的快熔有：小容量RLS(螺旋式)系列、大容量RTK（插入式）系列、RS0（匯流排式）系列、RS3系列、RSF系列等。快熔斷的選擇：快熔的額定電壓URN不小于線路正常工作電壓的均方根值；快熔的額定電流IRN應(yīng)按它所保護(hù)的元件實(shí)際流過的電流的均方根值來選擇，而不是根據(jù)元件型號(hào)上標(biāo)出的額定電流Ir(AV)來選擇，一般應(yīng)小于被保護(hù)晶閘管的額定有效值1.57 Ir(AV)。即可按下式選擇： 1.57 Ir(AV)IRNITM (管子實(shí)際最大電流有效值)通過上述公式我們選擇熔斷器為RS3-80，額定電壓為250V,電流10A的快速熔斷器 。 當(dāng)電力電子電路運(yùn)行不正常或者發(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)發(fā)生過電流。當(dāng)器件擊穿或短路、觸發(fā)電路或控制電路發(fā)生故障、出現(xiàn)過載、直流側(cè)短路、可逆?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生環(huán)流或逆變失敗，以及交流電源電壓過高或過低、缺相等，均可引起過流。由于電力電子器件的電流過載能力相對(duì)較差，必須對(duì)變換器進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^流保護(hù)。采用快速熔斷器是電力電子裝置中最有效、應(yīng)用最廣的一種的過流保護(hù)措施。圖5 過電流保護(hù)電路圖過電流保護(hù)電路如圖5所示，其中交流側(cè)接快速熔斷器能對(duì)晶閘管元件短路及直流側(cè)短路起保護(hù)作用，但要求正常工作時(shí)，快速熔斷器電流定額要大于晶閘管的電流定額，這樣對(duì)元件的短路故障所起的保護(hù)作用較差。直流側(cè)接快速熔斷器只對(duì)負(fù)載短路起保護(hù)作用，對(duì)元件無保護(hù)作用。只有晶閘管直接串接快速熔斷器才對(duì)元件的保護(hù)作用最好，因?yàn)樗鼈兞鬟^同個(gè)電流因而被廣泛使用。電子電路作為第一保護(hù)措施，快熔僅作為短路時(shí)的部分區(qū)段的保護(hù)，直流快速斷路器整定在電子電路動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過電流繼電器整定在過載時(shí)動(dòng)作。5. 交流調(diào)光燈電路的電路設(shè)計(jì)5.1 交流調(diào)光燈的元件一套調(diào)光燈元件名稱型號(hào)數(shù)量備注電阻5102電阻15K1電阻1k1電阻1001電位器50K1管腳三角形分布電容0.22uF/63V1非電解電容電容0.01uF/630V1非電解電容二極管IN40075穩(wěn)壓管IN4742A1晶閘管BT1361晶體管BT331BT35也可散熱片不焊接的最小的1配螺絲螺母細(xì)導(dǎo)線1m5.2 交流調(diào)光燈的電路圖6交流調(diào)光燈的電路5.3電路的工作原理由晶閘管組成的調(diào)光電路根據(jù)晶閘管工作波形可以產(chǎn)生不同大小的電流，這個(gè)可以采用電阻或電感串接在電路中來改變它的工作區(qū)域。 交流調(diào)光燈電路原理圖 D1、D2、D3、D4 構(gòu)成整流電路，它們與R、D6、D62CW5構(gòu)成了控制電路，能夠控制晶閘管導(dǎo)通。而R3和C2起到保護(hù)晶閘管的作用。假設(shè)晶閘管導(dǎo)通，則其正半周期為2-D1-VT1-D4-RL-1；其負(fù)半周期是 1-RL-D2-VT1-D3-2。在整個(gè)電路中控制角越小，負(fù)載燈泡RL越亮。在無控制電路的情況下，交流電源承受正向電壓。單結(jié)晶體管觸發(fā)電路導(dǎo)通時(shí)，經(jīng)整流后流經(jīng)R1-D5-R6-RP3-C1；晶閘管導(dǎo)通后，控制電路短路；改變RP3的值可以改變電容C的充放電速度的快慢。R越大，C充電時(shí)間越長(zhǎng)。6. 課程設(shè)計(jì)總結(jié)首先，設(shè)計(jì)過程中，我們需要查閱很多資料，書本的，網(wǎng)上的，等等很多資料，我們就不得不用到手邊的很多工具，像圖書館還有網(wǎng)絡(luò)檢索功能等一些工具，鍛煉了我們自己查資料的能力。其次，對(duì)我們提出問題，分析問題，解決問題的能力有了一定程度上的提高。對(duì)于初次做這種設(shè)計(jì)的我們來說，我們的很多能力都需要提高，尤其像這幾種能力，也是在日常生活中很重要的幾個(gè)方面要設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品，首先就要知道他的功能，那么，我們要如何實(shí)現(xiàn)呢？在實(shí)現(xiàn)的過程中，或多或少會(huì)遇到這樣那樣的問題，我們就必須一個(gè)一個(gè)的分析這些問題，然后想辦法去解決他。在這一系列的過程中，自然而然的就提高了我們這幾方面的能力。同時(shí)呢，為了解決某些問題，這些問題很可能是我們根本就不熟悉，甚至是沒有見過的問題，這樣我們就需要查資料去解決，不知不覺中，又提升了查資料相關(guān)的本領(lǐng)。最后，通過這次電力電子課程設(shè)計(jì)，讓我體會(huì)到了電力電子技術(shù)在現(xiàn)代工程以及生活中的廣泛應(yīng)用，讓我們有機(jī)會(huì)用理論聯(lián)系實(shí)際，用器件設(shè)計(jì)產(chǎn)品。讓我們對(duì)電力電子器件有了更深的認(rèn)識(shí)，了解了當(dāng)今社會(huì)上大部分電力電子器件的規(guī)格和發(fā)展趨勢(shì)，加深了我們對(duì)電力電子知識(shí)的了解和對(duì)電力電子技術(shù)的應(yīng)用；這次課程設(shè)計(jì)也鍛煉了我們檢索資料的能力，如何更為快捷有效地利用互聯(lián)網(wǎng)和圖書館搜索查找自己想要獲取的信息，以及了解了一些對(duì)我們大學(xué)生寫論文、查閱論文有幫助的網(wǎng)站；提高了我們撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告的能力，了解了一般設(shè)計(jì)報(bào)告的格式要求等；加深了我對(duì)電力電子這門課的重要性的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)了我對(duì)這門課的興趣和熱愛，讓我有更加充足的動(dòng)力去學(xué)習(xí)電力電子技術(shù)!7、參考文獻(xiàn)1 張立、趙永健.現(xiàn)代電力電子技術(shù). 北京：科學(xué)出版社，