單相交流調功電路正文

1、交流調功器 交流調功器：是一種以晶閘管為基礎，以智能數字控制電路為核心的電源功率控制電器，簡稱晶閘管調功器，又稱可控硅調功器，可控硅調整器，可控硅調壓器，晶閘管調整器，晶閘管調壓器，電力調整器，電力調壓器，功率控制器。具有效率高、無機械噪聲和磨損、響應速度快、體積小、重量輕等諸多優(yōu)點。1.2 交流調壓與調功交流調功電路的主電路和交流調壓電路的形式基本相同，只是控制的方式不同，它不是采用移相控制而采用通斷控制方式。交流調壓是在交流電源的半個周期內作移相控制，交流調功是以交流電的周期為單位控制晶閘管的通斷,即負載與交流電源接通幾個周波，再斷開幾個周波，通過改變接通周波數和斷開周波數的比值

2、來調節(jié)負載所消耗的平均功率。如圖3-21所示，這種電路常用于電爐的溫度控制，因為像電爐這樣的控制對象，其時間常數往往很大，沒有必要對交流電源的各個周期進行頻繁的控制。只要大致以周波數為單位控制負載所消耗的平均功率，故稱之為交流調功電路。1.3 過零觸發(fā)和移相觸發(fā)過零觸發(fā)是在設定時間間隔內，改變晶閘管導通的周波數來實現電壓或功率的控制。過零觸發(fā)的主要缺點是當通斷比太小時會出現低頻干擾，當電網容量不夠大時會出現照明閃爍、電表指針抖動等現象，通常只適用于熱慣性較大的電熱負載。移相觸發(fā)是早期觸發(fā)可控硅的觸發(fā)器。它是通過調速電阻值來改變電容的充放電時間再來改變單結晶管的振蕩頻率，實際改變控制可控硅的觸發(fā)

3、角。早期可控可是依靠這樣改變阻容移相線路來控制。所為移相就是改變可控硅的觸發(fā)角大小，也叫改變可控硅的初相角。故稱移相觸發(fā)線路。2系統(tǒng)總體方案工作原理單相交流調功電路方框圖如圖所示。.1交流調功電路的主電路和交流調壓電路的形式基本相同，只是控制的方式不同，它不是采用移相控制而采用通斷控制方式。交流調壓是在交流電源的半個周期內作移相控制，交流調功是以交流電的周期為單位控制晶閘管的通斷,即負載與交流電源接通幾個周波，再斷開幾個周波，通過改變接通周波數和斷開周波數的比值來調節(jié)負載所消耗的平均功率。如圖所示，這種電路常用于電爐的溫度控制，因為像電爐這樣的控制對象，其時間常數往往很大，沒有必要對交流電源的

4、各個周期進行頻繁的控制。只要大致以周波數為單位控制負載所消耗的平均功率，故稱之為交流調功電路。圖采用周波控制方式，使得負載電壓電流的波形都是正弦波，不會對電網電壓電流造成通常意義的諧波污染。此外由于在BCR導通期間，負載上的電壓保持為電源電壓，因此若將此控制方式用于手電鉆在低速下對玻璃或塑性材料進行鉆孔，將非常有利。單相交流調壓工作原理將一種形式的交流電變成另一種形式的交流電，可以通過改變電壓、電流、頻率和相位等參數。只改變相位而不改變交流電頻率的控制,在交流電力控制中稱為交流調壓。單相交流調壓的典型電路如圖所示。采用雙向可控硅BCR（Z0409MF）取代由兩個單向可控硅SCR反并聯(lián)的結構形式

5、，并利用RC充放電電路和雙向觸發(fā)二極管DB3的特點，在每半個周波內，通過對雙向可控硅的通斷進行移相觸發(fā)控制，可以方便地調節(jié)輸出電壓的有效值。由圖可見，正負半周控制角的起始時刻均為電源電壓的過零時刻,且正負半周的控制角相等,可見負載兩端的電壓波形只是電源電壓波形的一部分。在電阻性負載下,負載電流和負載電壓的波形相同，角的移相范圍為0, =0時,相當于可控硅一直導通, 輸入電壓為最大值，U0=Ui燈最亮；隨著的增大，U0逐漸降低，燈的亮度也由亮變暗,直至=時，U0=0,燈熄滅。此外=0時，功率因數cos=1，隨著的增大，輸入電流滯后于電壓且發(fā)生畸變，cos也逐漸降低,且對電網電壓電流造成諧波污染。

6、交流調壓電路已廣泛用于調光控制，3電路設計3.1 電感性負載設計交流調壓電路可以帶電阻性負載，也可以帶電感性負載，比如感應電動機或其它電阻電感混合負載等。由于感性負載本身滯后于電壓一定角度，再加上相位控制產生的滯后，使得交流調壓電路在感性負載下大的工作情況更為復雜，其輸出電壓、電流波形與控制角、負載阻抗角都有關系。其中負載阻抗角,相當于在電阻電感負載上加上純正弦交流電壓時，其電流滯后于電壓的角度為。為了更好的分析單相交流調壓電路在感性負載下的工作情況，此處分為三種情況分別進行討論。工作時的設計所示為單相反并聯(lián)交流調壓電路帶感性負載時的電路圖，以及在控制角觸發(fā)導通時的輸出波形圖，同電阻負載一樣，

7、在的正半周角時，觸發(fā)導通，輸出電壓等于電源電壓，電流波形從0開始上升。由于是感性負載，電流滯后于電壓，當電壓達到過零點時電流不為0，之后繼續(xù)下降，輸出電壓出現負值，直到電流下降到0時，自然關斷，輸出電壓等于0，正半周結束，期間電流從0開始上升到再次下降到0這段區(qū)間稱為導通角。由后面的分析可知，在工況下，因此在脈沖到來之前已關斷，正負電流不連續(xù)。在電源的負半周導通，工作原理與正半周相同，在斷續(xù)期間，晶閘管兩端電壓波形如圖所示。圖3.2 為了分析負載電流的表達式及導通角與、之間的關系，假設電壓坐標原點如圖所示，在時刻晶閘管T導通，負載電流i應滿足方程 L=sin其初始條件為 i|=0,解該方程，可

8、以得出負載電流i在區(qū)間內的表達式為 當=時，i=0，代入上式得，可求出與、之間的關系為 sin（-）=sin（-）e 利用上式，可以把與、之間的關系用下圖的一簇曲線來表示。中以為參變量，當=0時代表電阻性負載，此時=180-；若為某一特定角度，則當時，=180 ；當>時，隨著的增加而減小。根據上述電路的控制角為時，交流輸出電壓有效值U、負載電流有效值I、晶閘管電流有效值I分別為式中，I為當=0時，負載電流的最大有效值，其值為I=為晶閘管有效值的標玄值，其值為=由上式可以看出，是及給出了以負載阻抗角為參變量時，當、已知時，可由該曲線查出晶閘管電流標幺值，進而求出負載電流有效值I及

9、晶閘管電流有效值I。3.3=工作時的設計當控制角=時，負載電流i的表達式中的第二項為零，相當于滯后電源電壓角的純正弦電流，此時導通角=180，即當正半周晶閘管T關斷時，T恰好觸發(fā)導通，負載電流i連續(xù)，該工況下兩個晶閘管相當于兩個二極管，或輸入輸出直接相連，輸出電壓及電流連續(xù)，無調壓作用。3.4工作時的設計 在工況下，阻抗角相對較大，相當于負載的電感作用較強，使得負載電流嚴重滯后于電壓，晶閘管的導通時間較長，此時式仍然適用，由于，公式右端小于0，只有當時左端才能小于0，因此，如圖所示，如果用窄脈沖觸發(fā)晶閘管，在時刻被觸發(fā)導通，由于其導通角大于180，在負半周時刻為發(fā)出出發(fā)脈沖時，還未關斷，因受反

10、壓不能導通,繼續(xù)導通直到在時刻因電流過零關斷時，的窄脈沖已撤除，仍然不能導通，直到下一周期再次被觸發(fā)導通。這樣就形成只有一個晶閘管反復通斷的不正常情況，始終為單一方向，在電路中產生較大的直流分量；因此為了避免這種情況發(fā)生，應采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)方式。4電路的測試與故障分析選用燈泡作為實驗負載，從燈泡亮、暗時段的變化，可了解交流調功電路的原理與特征。線路中雙向晶閘管的觸發(fā)信號由555組成振蕩器，產生一個占空比可調的觸發(fā)脈沖，并通過模擬門形成可靠的觸發(fā)信號，其頻率要低于市電的頻率，并可在一定的范圍內調節(jié)。將DJK01電源控制屏的電源選擇開關打到“直流調速”側，是輸出線電壓為220V，用兩根導線將

11、220V交流電壓接到DJK22的“Ui”電源輸入端，按下“啟動”按鈕。打開交流調功電路的電源開關，用萬用表測量555的電源電壓，是否接近10V，之后，用示波器觀測555輸出端“3”的波形及4066的輸出（即BCR觸發(fā)信號）波形是否正常。當觸發(fā)電路波形正常后關閉電源，接入負載（220V、15W燈泡），并開啟交流調功電路的電源開關，調節(jié)“周波控制”電位器，觀察燈泡亮暗或閃爍的變化規(guī)律。在由原555集成觸發(fā)電路的基礎上，又增加了4066芯片，可產生三相六路互差60°的雙窄脈沖或三相六路后沿固定、前沿可調的寬脈沖鏈，供觸發(fā)晶閘管使用。 4066的引腳功能具體如下：每個封裝內部有4個獨立的模擬

12、開關，每個模擬開關有輸入、輸出、控制三個端子，其中輸入端和輸出端可互換。當控制端加高電平時，開關導通；當控制端加低電平時開關截止。模擬開關導通時，導通電阻為幾十歐姆；模擬開關截止時，呈現很高的阻抗，可以看成為開路。模擬開關可傳輸數字信號和模擬信號，可傳輸的模擬信號的上限頻率為40MHz。各開關間的串擾很小，典型值為50dB。再就是用到了雙向可控硅BCR（Z0409MF）取代由兩個單向可控硅SCR反并聯(lián)的結構形式，并利用RC充放電電路和雙向觸發(fā)二極管DB3的特點，在每半個周波內，通過對雙向可控硅的通斷進行移相觸發(fā)控制，可以方便地調節(jié)輸出電壓的有效值。正負半周控制角的起始時刻均為電源電壓的過零時刻

13、,且正負半周的控制角相等,可見負載兩端的電壓波形只是電源電壓波形的一部分。在電阻性負載下,負載電流和負載電壓的波形相同，角的移相范圍為0, =0時,相當于可控硅一直導通, 輸入電壓為最大值，U0=Ui燈最亮；隨著的增大，U0逐漸降低，燈的亮度也由亮變暗,直至=時，U0=0,燈熄滅。此外=0時，功率因數cos=1，隨著的增大，輸入電流滯后于電壓且發(fā)生畸變，cos也逐漸降低。5 總結這次電力電子課程設計，我真正感到了設計的不容易。在平時的實驗中我沒有體會到設計的辛苦與艱辛。在這次的課程設計中難題有很多。我的matlab還需更加練習和思考。課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，著是我們邁向社

14、會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程”千里之行始于足下”，通過這次課程設計，我深深體會到這句千古名言的真正含義我今天認真的進行課程設計，學會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎以前做實驗都是按部就班的做，在以前的經歷中沒有這么多的錯誤，但這次卻讓我不得不靜下心來一個一個的查找修改，一步一步不能馬虎。體現出自己單獨設計能力以及綜合運用知識的能力，體會了學以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現自己平時學習的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補。在這段日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有在真正的課題中，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。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，但可喜的是最終都得到了解決?？傊?，在這次課程設計中，我真的學到了很多，matlab運用的更加熟練，電力電子的原理與應用更加了解，總之收獲了很多。附錄總電路設計參考文獻1 石玉 栗書賢 電力電子技術題例與電路設計