單相交流調(diào)壓電路(VW)

1、遼寧工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書（論文）圖書類:序號(hào)作者1,作者2,作者n.書名.版本.出版地：出版社，出版年：頁次.業(yè)大學(xué)電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)（論文）題目單相交流調(diào)壓電路（220V/1000W）院（系）： 專業(yè)班級(jí):學(xué)生姓名:（簽字）指導(dǎo)教師: 起止時(shí)間:課程設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告的內(nèi)容及其文本格式1、課程設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告要求用A4紙排版，單面打印，并裝訂成冊(cè)，內(nèi)容包括: 封面（包括題目、院系、專業(yè)班級(jí)、學(xué)生學(xué)號(hào)、學(xué)生姓名、指導(dǎo)教師姓名、起止時(shí)間等） 設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語 中文摘要（黑體小二，居中，不少于 200字） 目錄 正文（設(shè)計(jì)計(jì)算說明書、研究報(bào)告、研究論文等） 參考文獻(xiàn)2、課程設(shè)計(jì)（論文）正文

2、參考字?jǐn)?shù)：2000字 周數(shù)。3、封面格式4、設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語格式5、目錄格式 標(biāo)題“目錄”（小二號(hào)、黑體、居中） 章標(biāo)題（小四號(hào)字、黑體、居左） 節(jié)標(biāo)題（小四號(hào)字、宋體） 頁碼（小四號(hào)字、宋體、居右）6、正文格式 頁邊距：上 2.5cm，下2.5cm，左3cm,右2.5cm，頁眉1.5cm，頁腳1.75cm，左側(cè)裝訂; 字體：一級(jí)標(biāo)題，小二號(hào)字、黑體、居中；二級(jí)，黑體小三、居左；三級(jí)標(biāo)題，黑體四號(hào)；正文文 字，小四號(hào)字、宋體； 行距：20磅行距; 頁碼：底部居中，五號(hào)、黑體;7、參考文獻(xiàn)格式標(biāo)題:“參考文獻(xiàn)”，小二，黑體，居中。示例:（五號(hào)宋體）期刊類:序號(hào)作者1,作者2,作者n.文章名

3、.期刊名（版本）.出版年，卷次（期次）：頁次.本科生課程設(shè)計(jì)（論文）7課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語院（系）：電子與信息工程學(xué)院教研室： 電子信息工程學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)課程設(shè)計(jì)（論文）題目（ 論 文 ） 任 務(wù)1、2、3、單相交流調(diào)壓電路（220V/1000W）課題完成的設(shè)計(jì)任務(wù)及功能、要求、技術(shù)參數(shù)實(shí)現(xiàn)功能：利用晶閘管構(gòu)成交流調(diào)壓電路，對(duì)電加熱設(shè)備、白熾燈、鹵鎢燈、電風(fēng)扇燈 等進(jìn)行平滑的調(diào)溫、調(diào)光、調(diào)速。技術(shù)參數(shù)：1、交流電源：?jiǎn)蜗?20V。2、輸出電壓在0220V連續(xù)可調(diào)。3、輸出電流 最大值5A。4、負(fù)載為電阻負(fù)載或阻感負(fù)載。5、根據(jù)實(shí)際工作情況，最小控制 角取20300左右。設(shè)計(jì)任務(wù)：1、方

4、案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)論證。2、主電路設(shè)計(jì)。3、通過計(jì)算選擇器件的具體型4、觸發(fā)電路設(shè)計(jì)。5、繪制相關(guān)電路圖。6完成4000字左右說明書。 要求：1、文字在4000字左右。2、文中的理論分析與計(jì)算要正確。3、文中的圖表工整、規(guī)范。4、元器件的選擇符合要求。第1天：集中學(xué)習(xí)；第2天：收集資料；第3天：方案論證；第4天：主電 路設(shè)計(jì)；第5天：選擇器件；第6天：觸發(fā)電路設(shè)計(jì)；第7天：保護(hù)電路設(shè)計(jì)； 第8天：電路調(diào)試或仿真；第9天：總結(jié)并撰寫說明書；第10天：答辯號(hào)。平時(shí):總成績(jī):論文質(zhì)量:答辯:指導(dǎo)教師簽字:年 月 日注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20%以百分制計(jì)算電力電子技術(shù)是以電能變換為控制對(duì)

5、象的電子技術(shù)，是弱電玉強(qiáng)電的橋梁， 它的主要任務(wù)是對(duì)電能進(jìn)行控制和變換，由于電力電子技術(shù)迅速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域 在不斷擴(kuò)大，電力電子技術(shù)變得越來越重要。本設(shè)計(jì)所做的是單相交流調(diào)壓電路，此設(shè)計(jì)主要由主電路、觸發(fā)電路（控制 電路），及保護(hù)電路組成，介紹開發(fā)交流調(diào)壓電路的背景及其技術(shù)概況 ，敘述了交 流調(diào)壓電路的基本原理，并敘述其電路裝置的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)結(jié)果 ，最后表明該 實(shí)驗(yàn)裝置性能可靠，符合項(xiàng)目要求。關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；交流調(diào)壓;第1章緒論1.1電力電子技術(shù)概況1.2本文研究?jī)?nèi)容.第2章單相交流調(diào)壓電路設(shè)計(jì)2.1222.32.4單相交流調(diào)壓總體設(shè)計(jì)方案 具體電路設(shè)計(jì)2.2.1主電路設(shè)計(jì)2.2.2控

6、制設(shè)計(jì)2.2.3保護(hù)電路設(shè)計(jì)元器件型號(hào)選擇數(shù)據(jù)分析第3章單相交流調(diào)壓電路設(shè)計(jì)總結(jié)參考文獻(xiàn)101213本科生課程設(shè)計(jì)（論文）第1章緒論1.1電力電子技術(shù)概況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(jìn)行交流交流換流時(shí)，可以改變交流電的電壓、電流、頻率或相位等。其中，只改變電壓、電流，而不改變 交流頻率的電路成為交流交流電力控制電路， 包括交流調(diào)壓電路，交流調(diào)功電路, 交流電力電子開關(guān)等；在改變電壓電流的同時(shí)，不需要改變其頻率的交流一一交 流變頻電路成為交交變頻電路，即直接把一種頻率的交流變頻變換成另一種頻率 或可變的交流。因此，也

7、稱為直接變頻電路。另外，還有一種交直交交變頻電路。 先將交流整流成直流，再將直流經(jīng)無緣逆變電路變換成頻率可變的交流電能，這 種帶有中間直流環(huán)節(jié)的變頻電路也稱為間接變頻電路。用晶閘管組成的交流調(diào)壓控制電路，可以方便的調(diào)節(jié)輸出電壓有效值，可用 于電爐控溫、燈光調(diào)節(jié)、異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)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(fù)載常用的這種方法。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(jí)僅在一側(cè)，從而簡(jiǎn)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，它的體積和重量都小的多，交流調(diào)壓器的輸出仍是交流電壓，他不是正弦

8、波，其諧波分量較大，功率因數(shù)也較低。31.2本文研究?jī)?nèi)容單相交流調(diào)壓電路是對(duì)單相交流電的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)的電路，把兩個(gè)晶閘管反 并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，通過對(duì)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(gè)周波內(nèi)通過對(duì)晶閘管開 通相位的控制，可方便的調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值，這種電路稱為交流調(diào)壓電路。本文研究的交流調(diào)壓電路主要應(yīng)用在電熱控制、交流電動(dòng)機(jī)速度控制、交流穩(wěn)壓器等場(chǎng)合，主要有燈光調(diào)節(jié)（如調(diào)光臺(tái)燈、舞臺(tái)燈光控制等），溫度調(diào)節(jié)（如 工頻加熱、感應(yīng)加熱、需控制的家用電器等），泵及風(fēng)機(jī)等異步電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)， 交流電機(jī)的調(diào)壓調(diào)速（如紡織、造紙、冶金等領(lǐng)域的調(diào)

9、壓調(diào)速），隨電動(dòng)機(jī)負(fù)載大 小自動(dòng)調(diào)節(jié)（對(duì)于起動(dòng)機(jī)等有較長(zhǎng)時(shí)間空載或輕載的負(fù)荷，自動(dòng)調(diào)節(jié)可節(jié)省電能）， 變壓器初級(jí)調(diào)節(jié)（在高壓小電流或低壓大電流直流電源中，如采用晶閘管相孔整 流電路，需要很多晶閘管串聯(lián)或并聯(lián)，若采用交流調(diào)壓電路在變壓器初級(jí)調(diào)壓， 其電壓電流值都比較合理，在變壓器次級(jí)只要用二極管整流即可，從而達(dá)到減少 體積、降低成本的目的）。第2章 單相交流調(diào)壓電路設(shè)計(jì)2.1單相交流調(diào)壓電路總體設(shè)計(jì)方案此單相交流調(diào)壓電路由主電路、觸發(fā)電路及保護(hù)電路組成，觸發(fā)電路由集成 觸發(fā)器組成，用來觸發(fā)晶閘管的導(dǎo)通來實(shí)現(xiàn)主電路的正常工作，其中的保護(hù)電路 主要是對(duì)晶閘管的過流及過壓保護(hù)。晶閘管觸發(fā)電路的作用是產(chǎn)

10、生符合要求的門 極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的時(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，交流電源電壓為220U交流電壓觸發(fā)電路L主電路保護(hù)電路圖2.1單相交流調(diào)壓電路結(jié)構(gòu)圖輸出電流本科生課程設(shè)計(jì)（論文）2.2具體電路設(shè)計(jì)2.2.1主電路設(shè)計(jì)VT1vU2C1 li3VT2圖2.2單相交流電路主電路圖1是單相交流電路主電路圖，兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)串聯(lián)在交流電路中，在每 半個(gè)周波內(nèi)對(duì)晶閘管開通相位的控制，可以方便地調(diào)節(jié)輸出交流電壓的有效值， 實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓。由于交流調(diào)壓電路的工作情況和負(fù)載有很大關(guān)系，因此分別進(jìn)行 討論。單相交流調(diào)壓負(fù)載在電阻負(fù)載時(shí)，晶閘管的導(dǎo)通角只與控制角a有關(guān)，分 別對(duì)兩個(gè)晶閘管的開通角進(jìn)行控制就可以調(diào)節(jié)輸

11、出電壓。正負(fù)半周起始時(shí)刻（a =0）均為電壓過零時(shí)刻，在穩(wěn)態(tài)情況下，應(yīng)使正負(fù)半周的a相等。a的移相范圍應(yīng)為 0a 冗。對(duì)觸發(fā)脈沖的要求除了要保證與電源同步外，脈沖本身的寬度也要保證 晶閘管能正常導(dǎo)通。單相交流調(diào)壓負(fù)載是阻感性負(fù)載時(shí)，在電壓反向過零時(shí)，由 于電感產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)阻礙電流的變化，晶閘管不能立即關(guān)斷，導(dǎo)電時(shí)間延長(zhǎng)， 此時(shí),晶閘管的導(dǎo)通角不但與控制角a有關(guān),還與負(fù)載的阻抗角巾=arctan（wL/R） 有關(guān)。當(dāng)巾Va 冗時(shí),兩個(gè)晶閘管VT1和VT2得導(dǎo)通角a均小于n ,且a越小0越 大。此時(shí)可以進(jìn)行正常交流調(diào)壓，輸出電流既不連續(xù)也非正弦。當(dāng)a二巾時(shí)，0 =n ,電流波形為正弦波。當(dāng)0Wc

12、巾時(shí)，假設(shè)某一時(shí)刻觸發(fā)VT1,則VT1的導(dǎo)通時(shí) 間將超過 。至y wt=n + a時(shí)刻觸發(fā)VT2時(shí)，由于電感的作用,負(fù)載電流尚未過 零,VT1仍在導(dǎo)通,VT2不會(huì)立即開通。直到負(fù)載電流過零后,如果VT2的觸發(fā)脈 沖有足夠的寬度而尚未消失，VT2開通，但其導(dǎo)通時(shí)間將小于n。但如果觸發(fā)脈 沖寬度不夠，負(fù)載電流過零時(shí)觸發(fā)脈沖已經(jīng)消失VT2將無法開通，造成每個(gè)周期VT1導(dǎo)通一次而VT2始終無法導(dǎo)通，負(fù)載電流中有半周。這會(huì)產(chǎn)生很大的直流分 量而危及負(fù)載，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)也帶來不利影響，為保證單項(xiàng)交流調(diào)壓電路在阻感負(fù) 載時(shí)能正常工作，其觸發(fā)脈沖的寬度必須大于0-巾，因此所采用的觸發(fā)電路必須輸出寬脈沖或脈沖列。2

13、.2.2控制設(shè)計(jì)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 的時(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，廣義上講，晶閘管觸發(fā)電路往往還會(huì)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)滿足以下環(huán)節(jié)：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）脈沖觸發(fā)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)電路的 35倍，脈沖前沿的陡度也會(huì) 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、和額定功率，且在門極伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)；4 ）應(yīng)有抗干擾性

14、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)。驅(qū)動(dòng)電路圖 如下圖所示：51+D215(14 2 12 11 10KrJ4-15V7控制方式簡(jiǎn)單，易于集中控KC05電路KC05的 15、16 腳圖2.3 觸發(fā)電路圖KC05觸發(fā)芯片具有鋸齒波線性好，移相范圍寬，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， 也適用于作半控或全控全控橋式線路的相位控制。同步電壓由 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

15、化，調(diào)節(jié) Rp2可以觀察輸出脈沖的移相范圍如何變化。223保護(hù)電路設(shè)計(jì)在電路中由于過電壓、過電流或者其他原因會(huì)引起整個(gè)電路或者其內(nèi)電器元 件的沖擊與破壞，造成危險(xiǎn)，因此要加一定的保護(hù)措施，保護(hù)電路成了在設(shè)計(jì) 電路時(shí)不可或缺的一部分。在電力電子中常出現(xiàn)的保護(hù)電路有過電壓保護(hù)電路, 過電流保護(hù)電路，du/dt及di/dt保護(hù)電路。1、過電壓保護(hù):這里所說的過電壓保護(hù)，是對(duì)晶閘管的保護(hù)。（1）過電壓的產(chǎn)生電力電子裝置中可能發(fā)生地過電壓分為外因過電壓和內(nèi)因過電壓兩類。夕卜因過電壓主要包括操作過電壓與雷擊過電壓；內(nèi)因過電壓內(nèi)因過電壓主要包括換相過 電壓與關(guān)斷過電壓。1）操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作

16、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。3 ）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。4 ）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

17、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)生振蕩本科生課程設(shè)計(jì)（論文）(2)過電壓抑制措施其典型連接在抑制過電壓的措施中，采用RC過電壓抑制電路是最為常見的。 方式如下圖：VTWv311圖2.4過電壓保護(hù)電路2、過電流保護(hù)當(dāng)器件 可逆?zhèn)?均可引當(dāng)電力電子電路運(yùn)行不正?；蛘甙l(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)發(fā)生過電流。

18、 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、 動(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，2.5所示: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) 的過流保護(hù)。在電力電子電路中常采用的過電流保護(hù)措施有快速熔斷器、直流 快速熔斷器和過電流繼電器三種。其中快速熔斷器是電力電力電路中最為有效、 應(yīng)用最廣的一種過電流保護(hù)措施，其原理圖如圖圖2.5過電流保護(hù)3、緩沖電路緩沖電路又稱吸收電路。其作用是抑制電力電子期間的內(nèi)因過電壓、du/dt或者過電流di/dt,減少器件愛你的開關(guān)損耗。緩沖電路可分為關(guān)斷緩沖電路和 開通緩沖電路。關(guān)斷緩沖電路又稱

19、為 du/dt抑制電路，用于吸收其器件的關(guān)斷 過電壓和換相過電壓，抑制du/dt,減少器件的開通損耗。可將關(guān)斷緩沖電路和 開通緩沖電路結(jié)合在一起，稱其為復(fù)合緩沖電路，還可以用列外的分類方法： 緩沖電路中儲(chǔ)能元件的能量如果消耗在其吸收電阻上，貝U稱其為耗能式緩沖電 路；如果緩沖電路能將其儲(chǔ)能元件的能量回饋給負(fù)載或者電源，則稱其為饋能 式緩沖電路，或稱為無損耗吸收電路。如無特殊要求或說明，通常緩沖電路專 指關(guān)斷緩沖電路，而將開通緩沖電路叫做di/dt抑制電路，電路圖如下：14L1圖2.6 di/dt抑制電路通過以上分析可知在此要求的交流調(diào)壓電路中，只需要對(duì)晶閘管進(jìn)行過電 壓保護(hù)及過電流保護(hù)即可，此

20、設(shè)計(jì)電路中，過電壓保護(hù)采用就是RC過電壓抑制 電路，過電流保護(hù)采用的是快速熔斷器。4 Q2.3元器件型號(hào)選擇編號(hào)元器件名稱符號(hào)數(shù)量備注1電阻R102電容C53電感L34二極管D75晶閘管VT56變壓器T27電源（含15V供電電源）Vcc38可調(diào)電阻Rp29觸發(fā)芯片CK05110開關(guān)管Kg211高頻功率管G212開關(guān)K213導(dǎo)線若干14地線1本科生課程設(shè)計(jì)（論文）2.3系統(tǒng)調(diào)試或仿真、數(shù)據(jù)分析單相交流數(shù)據(jù)分析：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，控制角為取30度，交流電源為220V,L,R足夠大，在單相交流調(diào)壓電路原理圖中，晶閘管VT1和VT2也可以用一個(gè)雙向晶閘管代替，在交流電源的正半周和負(fù)半周，分別對(duì)VT1和VT

21、2的開通角進(jìn)行控制就可以調(diào)節(jié)輸出電壓。正負(fù)半周起始時(shí)刻（a=0）均為過零時(shí)刻，在穩(wěn)態(tài)情況下應(yīng)是正負(fù)半周的相等，可以看出，負(fù)載電壓波形是電源電壓波形的 一部分，負(fù)載電流和負(fù)載電壓的波形相同。首先設(shè)定R=10（n。貝U0 J-(/2u2Sin t) d( t)U2sin(2 )13=201.87V也=2.02ARIvT/2u2sin t 2(2) d( t)Rsi n2-2-)=1.43AP flJsin 2 S V2=0.961流過晶閘管的電流為:Ivt（AV）=Ivt/1.57=0.91A加到晶閘管兩端的最大電壓為：UVT =v2 X 220V=311.08v根據(jù)晶閘管選擇原理，額定電壓值是實(shí)際工作最大電壓的 定電流時(shí)正常工作時(shí)流過晶閘管通態(tài)平均電流的1.52倍額定電壓：23倍，晶閘管額額定電流:Ue=(