電力電子課程設(shè)計(jì)單相交流調(diào)壓電路

1、 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課程設(shè)計(jì)名稱(chēng)： 電力電子技術(shù) 課程設(shè)計(jì)題目： 單相交流調(diào)壓電路 班 級(jí)： 電氣0902班 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指 導(dǎo) 教 師： 時(shí) 間： 2011年06 月 目 錄第一章前言2第二章單相調(diào)壓電路設(shè)計(jì)任務(wù)及要求321 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求322 設(shè)計(jì)方案選擇3第三章單向調(diào)壓電路單元電路的設(shè)計(jì)和主要元器件說(shuō)明53. 1 單元電路的設(shè)計(jì)5 3.1.1主電路的設(shè)計(jì)53. 2 主要元器件說(shuō)明及功能模塊5第四章 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)64. 1 晶閘管對(duì)觸發(fā)電路的要求64.1.1觸發(fā)信號(hào)的種類(lèi)64.1.2觸發(fā)電路的要求64. 2 觸發(fā)電路74.2.1單結(jié)晶體管的工作原理74.2.2單結(jié)晶體管觸發(fā)電路94

2、.2.3單結(jié)晶體管自激震蕩電路94.2.4同步電源10 第五章 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)11 5.1過(guò)電壓保護(hù)12 5.2過(guò)電流保護(hù)13 第六章 單相調(diào)壓電路主電路的原理分析和各主要元器件的選擇14 61 主電路原理分析14 62 各主要元器件的選擇17 6.3元器列表18 第7章 仿真軟件 7.1仿真軟件的介紹19 7.2仿真模型、仿真波形及其分析20 第八章 心得體會(huì)23附錄 參考文獻(xiàn)24 第一章 前 言交流變換電路是指把交流電能的參數(shù)（幅值、頻率、相位）加以轉(zhuǎn)變的電路。根據(jù)變換參數(shù)的不同，交流變換電路可分為交流電力控制電路和交-交變頻電路。通過(guò)控制晶閘管在每一個(gè)電源周期內(nèi)導(dǎo)通角的大?。ㄏ辔豢刂疲﹣?lái)

3、調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，可實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓。它主要由調(diào)壓電路、控制電路組成。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，交流調(diào)壓電路有單相電壓控制器和三相電壓控制器兩種。單相交流調(diào)壓電路根據(jù)負(fù)載性質(zhì)的不同分為電阻性負(fù)載和阻感性負(fù)載，電阻性負(fù)載的控制角的移向范圍為0，阻感性負(fù)載的控制角的移向范圍為1800。隨著電力電子的飛速發(fā)展，交流調(diào)壓電路廣泛應(yīng)用于電爐的溫度控制、燈光調(diào)節(jié)、異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)和調(diào)速等場(chǎng)合，也可以用作調(diào)節(jié)整流變壓器一次電壓。對(duì)調(diào)壓輸出波形質(zhì)量主要是諧波含量要低。第二章 單相調(diào)壓電路設(shè)計(jì)任務(wù)及要求2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求（1）設(shè)計(jì)任務(wù)：1、根據(jù)課題正確選擇電路形式；2、繪制完整電氣原理圖（包括主要電氣控制部分）；3、詳

4、細(xì)介紹整體電路和各功能部件工作原理并計(jì)算各元器件值；（2）設(shè)計(jì)要求： 1 負(fù)載要求： 負(fù)載為感性負(fù)載,l=700mh,r=500歐姆。2 技術(shù)要求： (1) 電網(wǎng)供電電壓為單相220v。(2) 電網(wǎng)電壓波動(dòng)為+5%-10%。 (3) 輸出電壓為0100v。2.2 設(shè)計(jì)方案選擇由于題目要求輸出電壓范圍為0100v，所以方案可選用電阻性負(fù)載或阻感性負(fù)載。方案一：采用電阻性負(fù)載，電路由電阻和兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)組成，負(fù)載電壓有效值式中，u1為輸入交流電壓的有效值。可以看出，隨著角的增大，u0逐漸減少。當(dāng)=時(shí)，u0=0。因此，單相交流調(diào)壓器對(duì)于電壓負(fù)載，其電壓可調(diào)范圍為0u1，控制角移相范圍為0。負(fù)載電流

5、基波和各次諧波有效值是隨著諧波次數(shù)n的增加，諧波含量減少。方案二：采用阻感性負(fù)載，電路由電阻、電感和兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)組成，負(fù)載電壓有效值隨角的增大，u0逐漸增大。在電感負(fù)載時(shí)，要實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓的目的，則最小控制角=（負(fù)載功率因素角），所以的移相范圍為1800。負(fù)載電流基波和各次諧波有效值是隨著諧波次數(shù)n的增加，諧波含量減少，并且阻感性負(fù)載電流諧波相對(duì)少些。綜合兩種方案：電阻性負(fù)載和阻感性負(fù)載都具有調(diào)壓功能，都能調(diào)壓到設(shè)計(jì)電壓調(diào)壓范圍內(nèi)，但是電阻性負(fù)載諧波電流含量要多些，當(dāng)相同時(shí)，阻感負(fù)載阻抗角增大，諧波含量也有所減少?？紤]到性能指標(biāo)、輸出電壓的穩(wěn)定性、對(duì)電網(wǎng)的影響，所以選擇方案二阻感性負(fù)載。第3

6、章 單相調(diào)壓電路單元電路的設(shè)計(jì)和主要元器件說(shuō)明3.1單元電路的設(shè)計(jì)3.1.1主電路的設(shè)計(jì)電路采用單相交流調(diào)壓器帶阻感負(fù)載時(shí)的電路圖如圖3.1所示，在負(fù)載和交流電源間用兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管t1、t2相連。 圖3.1 帶阻感負(fù)載單相交流調(diào)壓電路 3.2 主要元器件說(shuō)明及功能模塊 電路采用交流電源供電，t1、t2為兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管，r為電阻，l為電感。輸入電網(wǎng)電壓，通過(guò)主電路的控制交流輸出，驅(qū)動(dòng)電路控制電力電子器件的通斷。原理框圖如圖21所示。本次設(shè)計(jì)中，總體電路由驅(qū)動(dòng)電路和以電力電子器件為核心的主電路構(gòu)成，由負(fù)載輸出。主電路主要是兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管串聯(lián)在交流電路中，通過(guò)對(duì)晶閘管的控制根據(jù)方案分析結(jié)

7、果，電路采用阻感性負(fù)載 圖21 原理框圖第四章 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)4.1 晶閘管對(duì)觸發(fā)電路的要求4.1.1 觸發(fā)信號(hào)的種類(lèi)：晶閘管由關(guān)斷到開(kāi)通，必須具備兩個(gè)外部條件：第一是承受足夠的正向電壓；第二是門(mén)極與陰極之間加一適當(dāng)正向電壓、電流信號(hào)(觸發(fā)信號(hào))。門(mén)極觸發(fā)信號(hào)有直流信號(hào)、交流信號(hào)和脈沖信號(hào)三種基本形式。 (a) 直流信號(hào)： 在晶閘管加適當(dāng)?shù)年?yáng)極正向電壓的情況下，在晶閘管門(mén)極與陰極間加適當(dāng)?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(shí)際中應(yīng)用極少。因?yàn)榫чl管在其導(dǎo)通后就不需要門(mén)極信號(hào)繼續(xù)存在。若采用直流觸發(fā)信號(hào)將使晶閘管門(mén)極損耗增加，有可能超過(guò)門(mén)極功耗；在晶閘管反向電壓時(shí)，門(mén)極直流電壓將使反

8、向漏電流增加，也有可能造成晶閘管的損壞。 (b) 交流信號(hào)：在晶閘管門(mén)極與陰極間加入交流電壓，當(dāng)交流電壓uc=ut時(shí)，晶閘管導(dǎo)通。ut是保證晶閘管可靠觸發(fā)所需的最小門(mén)極電壓值，改變u。值，可改變觸發(fā)延遲角。這種觸發(fā)形式也存在許多缺點(diǎn)，如：在溫度變化和交流電壓幅值波動(dòng)時(shí)，觸發(fā)延遲角不穩(wěn)定，可通過(guò)交流電壓u。值來(lái)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的變化范圍較小(00900)。 (c)脈沖信號(hào)：在晶閘管門(mén)極觸發(fā)電路中使用脈沖信號(hào)，不僅便于控制脈沖出現(xiàn)時(shí)刻，降低晶閘管門(mén)極功耗，還可以通過(guò)變壓器的雙繞組或多繞組輸出，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離輸出。因此，觸發(fā)信號(hào)多采用脈沖形式。4.1.2 觸發(fā)電路的要求：晶閘管門(mén)極觸發(fā)信號(hào)由觸發(fā)電路提供，

9、由于晶閘管電路種類(lèi)很多，如整流、逆變、交流調(diào)壓、變頻等；所帶負(fù)載的性質(zhì)也不相同，如電阻性負(fù)載、電阻電感性負(fù)載、反電勢(shì)負(fù)載等。僅管不同的情況對(duì)觸發(fā)電路的要求也不同，但其基本要求卻是相同的，具體如下： (a)觸發(fā)信號(hào)應(yīng)有足夠的功率(觸發(fā)電壓、觸發(fā)電流) 這些指標(biāo)在產(chǎn)品樣本中均已標(biāo)明，由于晶閘管元件門(mén)極參數(shù)分散性大，且觸發(fā)電壓、電流值受溫度影響會(huì)發(fā)生變化。例如元件溫度為100時(shí)觸發(fā)電流、電壓值比在室溫時(shí)低2-3倍；元件溫度為-400c時(shí)，觸發(fā)電流、電壓值比在室溫時(shí)高2-3倍。為了使元件在各種工作條件下都能可靠地觸發(fā)，可參考元件出廠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)或產(chǎn)品目錄，設(shè)計(jì)觸發(fā)電路的輸出電壓、電流值，并留有一定的裕量

10、。一般可取兩倍左右的觸發(fā)電流裕量，而觸發(fā)電壓按觸發(fā)電流大小來(lái)決定，但應(yīng)注意不要超過(guò)晶閘管門(mén)極允許的峰值功率和平均功率極限值。 (b)觸發(fā)脈沖信號(hào)應(yīng)有一定的寬度： 普通晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間一般為6s，故觸發(fā)脈沖的寬度至少應(yīng)有6 s以上，對(duì)于電感性負(fù)載，由于電感會(huì)抑制電流的上升，觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)更大一些，通常為0.51ms，否則在脈沖終止時(shí)主電路電流還未上升到晶閘管的掣住電流時(shí)，此時(shí)將使晶閘管無(wú)法導(dǎo)通而重新恢復(fù)關(guān)斷狀態(tài)。4.2 觸發(fā)電路4.2.1單結(jié)晶體管的工作原理：?jiǎn)谓Y(jié)晶體管原理單結(jié)晶體管（簡(jiǎn)稱(chēng)ujt）又稱(chēng)基極二極管，它是一種只有pn結(jié)和兩個(gè)電阻接觸電極的半導(dǎo)體器件，它的基片為條狀的高阻n型硅片，兩

11、端分別用歐姆接觸引出兩個(gè)基極b1和b2。在硅片中間略偏b2一側(cè)用合金法制作一個(gè)p區(qū)作為發(fā)射極e。其結(jié)構(gòu)，符號(hào)和等效電路如圖4.1所示。圖4.1 單結(jié)晶體管結(jié)構(gòu)、符號(hào)、等效電路（1）單結(jié)晶體管的特性：從圖4.1（c）中可以看出，兩基極b1和b2之間的電阻稱(chēng)為基極電阻。 rbb=rb1+rb2（4.1）式中：rb1第一基極與發(fā)射結(jié)之間的電阻，其數(shù)值隨發(fā)射極電流ie而變化，rb2為第二基極與發(fā)射結(jié)之間的電阻，其數(shù)值與ie無(wú)關(guān)；發(fā)射結(jié)是pn結(jié)，與二極管等效。若在兩面三刀基極b2，b1間加上正電壓vbb，則a點(diǎn)電壓為：va=rb1/（rb1+rb2）vbb=（rb1/rbb）vbb=vbb（4.2）式中

12、：稱(chēng)為分壓比，其值一般在0.30.85之間，如果發(fā)射極電壓ve由零逐漸增加，就可測(cè)得單結(jié)晶體管的伏安特性，見(jiàn)圖4.2圖4.2 單結(jié)晶體管的伏安特性（a）當(dāng)vevbb時(shí)，發(fā)射結(jié)處于反向偏置，管子截止，發(fā)射極只有很小的漏電流iceo。（b）當(dāng)vevbb+vd vd為二極管正向壓降（約為0.7v），pn結(jié)正向?qū)?，ie顯著增加，rb1阻值迅速減小，ve相應(yīng)下降，這種電壓隨電流增加反而下降的特性，稱(chēng)為負(fù)阻特性。管子由截止區(qū)進(jìn)入負(fù)阻區(qū)的臨界p稱(chēng)為峰點(diǎn)，與其對(duì)應(yīng)的發(fā)射極電壓和電流，分別稱(chēng)為峰點(diǎn)電壓ip和峰點(diǎn)電流ip。ip是正向漏電流，它是使單結(jié)晶體管導(dǎo)通所需的最小電流，顯然vp=vbb。（c）隨著發(fā)射極電

13、流ie的不斷上升，ve不斷下降，降到v點(diǎn)后，ve不再下降了，這點(diǎn)v稱(chēng)為谷點(diǎn)，與其對(duì)應(yīng)的發(fā)射極電壓和電流，稱(chēng)為谷點(diǎn)電壓vv和谷點(diǎn)電流iv。（d）過(guò)了v后，發(fā)射極與第一基極間半導(dǎo)體內(nèi)的載流子達(dá)到了飽和狀態(tài)，所以u(píng)c繼續(xù)增加時(shí)，ie便緩慢的上升，顯然vv是維持單結(jié)晶體管導(dǎo)通的最小發(fā)射極電壓，如果vevv，管子重新截止。(2)單結(jié)晶體管的主要參數(shù)：（a）基極間電阻rbb發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，基極b1，b2之間的電阻，一般為2-10千歐，其數(shù)值隨溫度的上升而增大。（b）分壓比由管子內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的參數(shù)，一般為0.3-0.85。（c）eb1間反向電壓vcb1 b2開(kāi)路，在額定反向電壓vcb2下，基極b1與發(fā)射極e之

14、間的反向耐壓。（d）反向電流ieo b1開(kāi)路，在額定反向電壓vcb2下，eb2間的反向電流。（e）發(fā)射極飽和壓降veo在最大發(fā)射極額定電流時(shí)，eb1間的壓降。（f）峰點(diǎn)電流ip單結(jié)晶體管剛開(kāi)始導(dǎo)通時(shí)，發(fā)射極電壓為峰點(diǎn)電壓時(shí)的發(fā)射極電流。4.2.2 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路由單結(jié)晶體管構(gòu)成的觸發(fā)電路具有簡(jiǎn)單、可靠、抗干擾能力強(qiáng)、溫度補(bǔ)償性能好，脈沖前沿徒等優(yōu)點(diǎn)，在容量小的晶閘管裝置中得到了廣泛應(yīng)用。他由自激震蕩、同步電源、移相、脈沖形成等部分組成，電路圖如4.3（a）所示圖4.3 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路及波形 圖4.3 單晶體觸發(fā)電路4.2.3 單結(jié)晶體管自激震蕩電路：利用單結(jié)晶體管的負(fù)阻特性與rc電路的

15、充放電可組成自激振蕩電路，產(chǎn)生頻率可變的脈沖。從圖4.3（a）可知，經(jīng)d1-d2整流后的直流電源uz一路徑r2、r1加在單結(jié)晶體管兩個(gè)基極b1、b2之間，另一路通過(guò)re對(duì)電容c充電，發(fā)射極電壓ue=uc按指數(shù)規(guī)律上升。uc剛沖點(diǎn)到大于峰點(diǎn)轉(zhuǎn)折電壓up的瞬間，管子e-b1間的電阻突然變小，開(kāi)始導(dǎo)通。電容c開(kāi)始通過(guò)管子e-b1迅速向r1放電，由于放電回路電阻很小，故放電時(shí)間很短。隨著電容c放電，電壓ue小于一定值，管子bt又由導(dǎo)通轉(zhuǎn)入截止，然后電源又重新對(duì)電容c充電，上述過(guò)程不斷重復(fù)。在電容上形成鋸齒波震蕩電壓，在r1上得到一系列前沿很陡的觸發(fā)尖脈沖us， 如圖4.3（b）所示，其震蕩頻率為: f

16、=1/t=1/recln(1/1-) (4.3)式中=0.30.9是單結(jié)晶體管的分壓比。即調(diào)節(jié)re，可調(diào)節(jié)振蕩頻率。4.2.4同步電源:步電壓又變壓器tb獲得，而同步變壓器與主電路接至同一電源，故同步電壓于主電壓同相位、同頻率。同步電壓經(jīng)橋式整流、穩(wěn)壓管dz削波為梯形波udz,而削波后的最大值uz既是同步信號(hào),又是觸發(fā)電路電源.當(dāng)udz過(guò)零時(shí),電容c經(jīng)e-b1、r1迅速放電到零電壓.這就是說(shuō),每半周開(kāi)始,電容c都從零開(kāi)始充電,進(jìn)而保證每周期觸發(fā)電路送出第一個(gè)脈沖距離過(guò)零的時(shí)刻(即控制角)一致,實(shí)現(xiàn)同步。 4.2.5移相控制當(dāng)re增大時(shí)，單結(jié)晶體管發(fā)射極充電到峰點(diǎn)電壓up的時(shí)間增大，第一個(gè)脈沖出

17、現(xiàn)的時(shí)刻推遲，即控制角增大，實(shí)現(xiàn)了移相。 4.2.6脈沖輸出觸發(fā)脈沖ug由1直接取出，這種方法簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，但觸發(fā)電路與主電路有直接的電聯(lián)系，不安全。對(duì)于晶閘管串聯(lián)接法的全控橋電路無(wú)法工作。所以一般采用脈沖變壓器輸出。第五章 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)較之電工產(chǎn)品，電力電子器件承受過(guò)壓、過(guò)流的能力要弱得多，極短時(shí)間的過(guò)壓和過(guò)電流就會(huì)導(dǎo)致器件永久性的損壞。因此電力子電路中過(guò)壓和過(guò)流的保護(hù)裝置是必不可少的，有時(shí)還要采取多重的保護(hù)措施。5.1過(guò)電壓的產(chǎn)生與保護(hù)電力電子裝置可能的過(guò)電壓有外因過(guò)電壓和內(nèi)因過(guò)電壓兩種。外因過(guò)電壓主要來(lái)自雷擊和系統(tǒng)中的操作過(guò)程（由分閘、合閘等開(kāi)關(guān)操作引起）等。內(nèi)因過(guò)電壓主要來(lái)自電力電子裝

18、置內(nèi)部器件的開(kāi)關(guān)過(guò)程，它包括：(a) 換相過(guò)電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻斷，因而有較大的反向電流流過(guò)，當(dāng)恢復(fù)了阻斷能力時(shí)，該反向電流急劇減小，會(huì)由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過(guò)電壓。(b) 關(guān)斷過(guò)電壓：全控型器件關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過(guò)電壓。圖5.1所示是電力電子系統(tǒng)中常用的過(guò)電壓保護(hù)方案。圖中交流電源經(jīng)交流斷路器s送入變壓器t。當(dāng)雷電過(guò)電壓從電網(wǎng)竄入時(shí)，避雷器f將對(duì)地放電，防止雷電進(jìn)入變壓器。c為靜電感應(yīng)過(guò)電壓抑制電容，當(dāng)交流斷路器合閘時(shí)，過(guò)電壓經(jīng)c耦合到變壓器t的二次側(cè)，c將靜電感應(yīng)過(guò)電壓對(duì)地短路，保護(hù)了后面的電力電子器件不

19、受操作過(guò)電壓的沖擊，rc1是過(guò)電壓抑制環(huán)節(jié)，當(dāng)變壓器t二次側(cè)出現(xiàn)過(guò)電壓時(shí)，過(guò)電壓對(duì)c1充電，由于電容上的電壓不能突變，所以rc1能抑制過(guò)電壓。rc2也是過(guò)電壓抑制環(huán)節(jié)，電路上出現(xiàn)過(guò)電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通，對(duì)c2充電，過(guò)電壓消失后，c2對(duì)r充電，二極管不導(dǎo)通，放電電流不會(huì)送入電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的過(guò)壓保護(hù)。圖中f避雷器、d變壓器靜電屏蔽層、c靜電感應(yīng)過(guò)電壓抑制電容、rc1閥側(cè)浪涌過(guò)電壓抑制用rc電路、rc2閥側(cè)浪涌過(guò)電壓抑制用反向阻斷式rc電路、rv壓敏電阻過(guò)電壓抑制器、rc3閥器件換相過(guò)電壓抑制用rc電路、rc4直流側(cè)rc抑制電路、rcd閥器件關(guān)斷過(guò)電壓抑制用rcd電路、電力電子裝置可視具體情況只采用

20、其中的幾種。其中rc3和rcd為抑制內(nèi)因過(guò)電壓的措施，屬于緩沖電路范疇外因過(guò)電壓抑制措施中，rc過(guò)電壓抑制電路最為常見(jiàn)，典型聯(lián)結(jié)方式見(jiàn)圖5.2rc過(guò)電壓抑制電路可接于供電變壓器的兩側(cè)（供電網(wǎng)一側(cè)稱(chēng)網(wǎng)側(cè)，電力電子電路一側(cè)稱(chēng)閥側(cè)），或電力電子電路的直流側(cè)。大容量電力電子裝置可采用圖5.3所示的反向阻斷式rc電路。圖5.1過(guò)電壓抑制措施及配置位置圖5.2 rc過(guò)電壓抑制電路聯(lián)結(jié)方式 圖5.3反向阻斷式過(guò)電壓抑制用rc電路5.2 過(guò)電流的產(chǎn)生與保護(hù)過(guò)電流過(guò)載和短路兩種情況產(chǎn)生：保護(hù)措施如圖5.4所示：通常，電力電子系統(tǒng)同時(shí)采用電子電路，快速熔斷器、斷路器和過(guò)電流繼電器等幾種過(guò)電流保護(hù)措施提高保護(hù)的可靠

21、性和合理性。圖5.4所示是電力電子系統(tǒng)中常用的過(guò)流保護(hù)方案。由于過(guò)電流包括過(guò)載和短路兩種情況，圖中電子電路作為第一保護(hù)措施，快速熔斷器僅作為過(guò)流時(shí)部分區(qū)段的保護(hù)，當(dāng)發(fā)生過(guò)流時(shí)，電子保護(hù)電路發(fā)出觸發(fā)信號(hào)使scr導(dǎo)通，電路短接，則熔斷器快速熔斷，切斷供電電源。斷路器整定在電子電路動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過(guò)電流繼電器整定在過(guò)載時(shí)動(dòng)作。無(wú)論是快速熔斷器還是斷路器，其動(dòng)作電流值一般遠(yuǎn)小于電子保護(hù)電路的動(dòng)作電流整定值，其延遲的動(dòng)作時(shí)間則應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況決定?，F(xiàn)在許多全控器件的集成驅(qū)動(dòng)電路中能夠自身檢測(cè)過(guò)流狀態(tài)而封鎖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)。圖5.4過(guò)電流保護(hù)措施及配置位置第六章單相調(diào)壓電路主電路的原理分析和各主

22、要元器件的選擇6.1 主電路原理分析單相交流調(diào)壓器的主電路是在負(fù)載和交流電源間用兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管t1、t2相連。當(dāng)電源電壓處于正半周時(shí)，觸發(fā)t1導(dǎo)通，電壓的正半周施加到負(fù)載上；當(dāng)電源電壓處于負(fù)半周時(shí)，觸發(fā)t2導(dǎo)通，電壓的負(fù)半周便施加到負(fù)載上。電壓過(guò)零時(shí)，交替觸發(fā)t1、t2，則電源電壓全部加到負(fù)載。如果關(guān)段t1、t2，電源電壓便不能加到負(fù)載上。因此t1、t2構(gòu)成無(wú)觸點(diǎn)交流開(kāi)關(guān)。電路通過(guò)控制晶閘管在每一個(gè)電源周期內(nèi)導(dǎo)通角的大?。ㄏ辔豢刂疲﹣?lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。當(dāng)電源電壓反向過(guò)零時(shí)，負(fù)載電感產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻止電流的變化，故電流不能立即為零,此時(shí),晶閘管導(dǎo)通角的大小不但與控制角有關(guān),而且與負(fù)載阻抗角

23、有關(guān).一個(gè)晶閘導(dǎo)通時(shí),其負(fù)載電流i0的表達(dá)式為(6.1)式中， (6.2) (6.3)另一個(gè)晶閘管導(dǎo)通時(shí)，情況完全相同，只是i0相差1800，其負(fù)載電流波形如圖6.1所示。下面分、=和，導(dǎo)通角1800，正負(fù)半波電流斷續(xù)。 愈大，愈小，波形斷續(xù)愈嚴(yán)重。 負(fù)載電壓的有效值、晶閘管電流平均值、電流有效值以及負(fù)載電流有效值分別為(6.4) (6.5) (6.6)(6.7)2、 =由(6.8)可得： =1800此時(shí)，晶閘管輪流導(dǎo)通，相當(dāng)于晶閘管被短接。負(fù)載電流處于連續(xù)狀態(tài)，為完全的正弦波。 3、1800(1） 如果采用窄脈沖觸發(fā)，當(dāng)t1的電流下降為零時(shí)，t2的門(mén)級(jí)脈沖已經(jīng)消失而無(wú)法導(dǎo)通。到第二個(gè)工作周期

24、，t1又重復(fù)第一周期工作，如圖6.2所示。這樣就出現(xiàn)了先觸發(fā)的一只晶閘管導(dǎo)通，而另一只管子不能導(dǎo)通的失控現(xiàn)象?；芈分袑⒊霈F(xiàn)很大的直流電流分量，無(wú)法維持電路的正常工作。(2）采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)，以保證t1管電流下降到零時(shí)，t2管的觸發(fā)脈沖信號(hào)還未消失，t2可以在t1導(dǎo)通后接著導(dǎo)通，但t2的初始導(dǎo)通角+-,所以使第二個(gè)晶閘管的導(dǎo)通角 。即可使兩個(gè)晶閘管的導(dǎo)通角=1800達(dá)到平衡。解決失控現(xiàn)象。根據(jù)上面的分析，當(dāng)時(shí)并采用寬脈沖觸發(fā)，負(fù)載電壓、電流總是完整的正弦波。改變控制角,負(fù)載電壓、電流的有效值不變，即電路失去交流調(diào)壓的作用。在電感負(fù)載時(shí)，要實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓的目的，則最小控制角=（負(fù)載的功率因素角

25、），所以的移相范圍為1800。 圖6.1 帶阻感負(fù)載單相交流調(diào)壓電路 圖6.2 載脈沖觸發(fā)時(shí)的工作波形 6.2 各主要元器件的選擇主電路晶閘管的選擇角頻率： =2f (6.9) = =314(rad/s)負(fù)載阻抗z: (6.10)=546.18 負(fù)載阻抗角： (6.11)負(fù)載兩端的最大電壓為：u=100v(6.12)流過(guò)負(fù)載的最大電流為：(6.13) 流過(guò)晶閘管電流的有效值為:(6.14)加到晶閘管的兩端最大電壓為(6.15)根據(jù)晶閘管選擇原理:額定電壓值比實(shí)際正常工作時(shí)的最大電壓啊23倍,晶閘管的額定電壓為晶閘管正常工作時(shí)流過(guò)晶閘管有效電流.晶閘管的額定電壓為: (6.16） 晶閘管的額定電

26、流為: (6.17)所以選擇的晶閘管型號(hào)為kp2-8 6.3 主電路元器件列表元器件名數(shù)量元器件參數(shù)型號(hào)晶閘管2個(gè)kp2-8電阻1個(gè)20電感1個(gè)50mh第七章 仿真實(shí)驗(yàn) 5.1仿真軟件的介紹simulink是matlab中的一種可視化仿真工具， 是一種基于matlab的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，simulink提供了一個(gè)建立模型方塊

27、圖的圖形用戶接口(gui) ，這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。5.2仿真模型、仿真波形及其分析（1） 阻感負(fù)載下穩(wěn)態(tài)式的移相范圍應(yīng)為。取=60。 電路波形如圖5-1圖5-1電路波形波形分析：在=60的時(shí)候方波脈沖觸發(fā)上面的晶閘管導(dǎo)通，此時(shí)電路開(kāi)始導(dǎo)通，負(fù)載電流電流由零開(kāi)始逐漸增大，在負(fù)載電壓過(guò)零后一段時(shí)間電流衰減為零。再經(jīng)過(guò)一小段時(shí)間下面的晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，電流反向逐漸增大至峰值，然后再衰減至零。負(fù)載電壓在晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通的時(shí)侯跟隨電源電壓，當(dāng)電源電壓過(guò)零時(shí)，由于存在電感，負(fù)載電壓也過(guò)零，直到晶閘管兩端反向截止，負(fù)載電流為零，負(fù)載電壓也為零。當(dāng)負(fù)載通過(guò)電流時(shí)，負(fù)載電壓再次跟隨電源電壓變化。（2） =90度時(shí)波形如下電路波形圖5-2圖5-2電路波形此波形分析與=60度時(shí)類(lèi)似。（3）取=180度，波形如下圖5-3圖5-3 波形此時(shí)電流為理想的正弦波，負(fù)載電壓也為正弦波且超前負(fù)載電流角，由此可得阻感負(fù)載下穩(wěn)態(tài)時(shí)的移相范圍為。（4） 如上所述，阻感負(fù)載時(shí)的移相范圍為。但是=8.5時(shí)，并非電路不能工作，仿真波形如下圖5-4所