單相交流調(diào)壓電路(220V-1000W)19

1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 電力電子技術(shù)課程設(shè)計（論文）電力電子技術(shù)課程設(shè)計（論文）題目：題目：單相交流調(diào)壓電路（單相交流調(diào)壓電路（220V/1000W）院（系）：院（系）： 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 學(xué)學(xué) 號號 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： （簽字）起止時間：起止時間： 遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計 說 明 書 （論文）課程設(shè)計（論文）報告的內(nèi)容及其文本格式課程設(shè)計（論文）報告的內(nèi)容及其文本格式1、課程設(shè)計（論文）報告要求用 A4 紙排版，單面打印，并裝訂成冊，內(nèi)容包括：封面（包括題目、院系、專業(yè)班級、學(xué)生學(xué)號、學(xué)生姓名、指導(dǎo)教師姓名、起止時間等）設(shè)計(論文)任務(wù)

2、及評語中文摘要 （黑體小二，居中，不少于 200 字）目錄正文（設(shè)計計算說明書、研究報告、研究論文等）參考文獻2、課程設(shè)計（論文）正文參考字數(shù)：2000 字周數(shù)。3、封面格式4、設(shè)計（論文）任務(wù)及評語格式5、目錄格式標(biāo)題“目錄”（小二號、黑體、居中）章標(biāo)題（小四號字、黑體、居左）節(jié)標(biāo)題（小四號字、宋體）頁碼（小四號字、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：一級標(biāo)題，小二號字、黑體、居中；二級，黑體小三、居左；三級標(biāo)題，黑體四號；正文文字，小四號字、宋體；行距：20 磅行距；頁碼：底部居中

3、，五號、黑體；7、參考文獻格式標(biāo)題：“參考文獻”，小二，黑體，居中。示例：（五號宋體）期刊類：序號作者 1,作者 2,作者 n.文章名.期刊名（版本）.出版年,卷次（期次）:頁次.圖書類：序號作者 1,作者 2,作者 n.書名.版本.出版地:出版社，出版年:頁次.本科生課程設(shè)計（論文）IV課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）：電子與信息工程學(xué)院 教研室： 電子信息工程學(xué) 號學(xué)生姓名專業(yè)班級課程設(shè)計（論文）題目單相交流調(diào)壓電路（單相交流調(diào)壓電路（220V/1000W）課程設(shè)計（論文）任務(wù)課題完成的設(shè)計任務(wù)及功能、要求、技術(shù)參數(shù)課題完成的設(shè)計任務(wù)及功能、要求、技術(shù)參數(shù)實現(xiàn)功

4、能：實現(xiàn)功能：利用晶閘管構(gòu)成交流調(diào)壓電路，對電加熱設(shè)備、白熾燈、鹵鎢燈、電風(fēng)扇燈等進行平滑的調(diào)溫、調(diào)光、調(diào)速。技術(shù)參數(shù)：技術(shù)參數(shù)：1、交流電源：單相 220V。2、輸出電壓在 0220V 連續(xù)可調(diào)。3、輸出電流最大值 5A。4、負載為電阻負載或阻感負載。5、根據(jù)實際工作情況，最小控制角取 20300左右。設(shè)計任務(wù)：設(shè)計任務(wù)：1、方案的經(jīng)濟技術(shù)論證。2、主電路設(shè)計。3、通過計算選擇器件的具體型號。4、觸發(fā)電路設(shè)計。5、繪制相關(guān)電路圖。6、完成 4000 字左右說明書。要求：要求：1、1、文字在 4000 字左右。2、2、文中的理論分析與計算要正確。3、3、文中的圖表工整、規(guī)范。4、元器件的選擇符

5、合要求。進度計劃第 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；第 5 天：選擇器件；第 6 天：觸發(fā)電路設(shè)計；第 7 天：保護電路設(shè)計；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：答辯指導(dǎo)教師評語及成績平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日本科生課程設(shè)計（論文）V注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算本科生課程設(shè)計（論文）VI摘 要電力電子技術(shù)是以電能變換為控制對象的電子技術(shù)，是弱電玉強電的橋梁，它的主要任務(wù)是對電能進行控制和變換，由于電力電子技術(shù)迅速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴

6、大，電力電子技術(shù)變得越來越重要。本設(shè)計所做的是單相交流調(diào)壓電路，此設(shè)計主要由主電路、觸發(fā)電路（控制電路） ，及保護電路組成，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)計思路和設(shè)計結(jié)果, 最后表明該實驗裝置性能可靠, 符合項目要求。關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；交流調(diào)壓；本科生課程設(shè)計（論文）VII目 錄第 1 章 緒論 .11.1 電力電子技術(shù)概況 .11.2 本文研究內(nèi)容 .2第 2 章 單相交流調(diào)壓電路設(shè)計 .32.1 單相交流調(diào)壓總體設(shè)計方案 .32.2 具體電路設(shè)計 .42.2.1 主電路設(shè)計.42.2.2 控制設(shè)計.52.2.3 保護電路設(shè)

7、計.62.3 元器件型號選擇 .72.4 數(shù)據(jù)分析 .8第 3 章 單相交流調(diào)壓電路設(shè)計總結(jié) .9參考文獻 .10本科生課程設(shè)計（論文）1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。在進行交流交流換流時，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，不需要改變其頻率的交流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。

8、因此，也稱為直接變頻電路。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，它的體積和重量都小的多，交流調(diào)壓器的輸出仍是交流電壓，他不是正弦波，其

9、諧波分量較大，功率因數(shù)也較低。本科生課程設(shè)計（論文）21.2 本文研究內(nèi)容單相交流調(diào)壓電路是對單相交流電的電壓進行調(diào)節(jié)的電路，把兩個晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，通過對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，在每半個周波內(nèi)通過對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、交流電動機速度控制、交流穩(wěn)壓器等場合，主要有燈光調(diào)節(jié)（如調(diào)光臺燈、舞臺燈光控制等） ，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)機等異步電動機的軟啟動，交流電機的調(diào)壓調(diào)速（如紡織、造紙、

10、冶金等領(lǐng)域的調(diào)壓調(diào)速） ，隨電動機負載大小自動調(diào)節(jié)（對于起動機等有較長時間空載或輕載的負荷，自動調(diào)節(jié)可節(jié)省電能） ，變壓器初級調(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調(diào)壓，其電壓電流值都比較合理，在變壓器次級只要用二極管整流即可，從而達到減少體積、降低成本的目的） 。本科生課程設(shè)計（論文）3第 2 章 單相交流調(diào)壓電路設(shè)計2.1 單相交流調(diào)壓電路總體設(shè)計方案 此單相交流調(diào)壓電路由主電路、觸發(fā)電路及保護電路組成，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)通來實現(xiàn)主電路的正常工作，其中的保護電路主要是對晶閘管的過

11、流及過壓保護。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刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，交流電源電壓為220V。 觸發(fā)電路 交流電壓主電路 輸出電流 保護電路 圖 2.1 單相交流調(diào)壓電路結(jié)構(gòu)圖本科生課程設(shè)計（論文）42.2 具體電路設(shè)計2.2.1 主電路設(shè)計 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, 兩個晶閘管反并聯(lián)串聯(lián)在交流電路中, 在每半個周波內(nèi)對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, 實現(xiàn)交流調(diào)壓。由于交流調(diào)壓電路的工作情況和負載有很大關(guān)系, 因此分別進行討論。單相交流調(diào)壓負載在電阻負載時, 晶閘管的導(dǎo)通角只與控制角 有關(guān),

12、分別對兩個晶閘管的開通角進行控制就可以調(diào)節(jié)輸出電壓。正負半周起始時刻(=0) 均為電壓過零時刻, 在穩(wěn)態(tài)情況下,應(yīng)使正負半周的 相等。 的移相范圍應(yīng)為 0。對觸發(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)壓負載是阻感性負載時, 在電壓反向過零時, 由于電感產(chǎn)生的感應(yīng)電勢阻礙電流的變化, 晶閘管不能立即關(guān)斷, 導(dǎo)電時間延長, 此時,晶閘管的導(dǎo)通角不但與控制角 有關(guān), 還與負載的阻抗角 = arctan(wL/R)有關(guān)。當(dāng) 時,兩個晶閘管 VT1 和 VT2 得導(dǎo)通角 均小于,且 越小, 越大。此時可以進行正常交流調(diào)壓, 輸出電流既不連續(xù)也非正弦。當(dāng) =

13、 時,=, 電流波形為正弦波。當(dāng) 0 時, 假設(shè)某一時刻觸發(fā) VT1, 則 VT1 的導(dǎo)通時間將超過。到wt=+ 時刻觸發(fā) VT2 時, 由于電感的作用, 負載電流尚未過零, VT1 仍在導(dǎo)通, VT2 不會立即開通。直到負載電流過零后, 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)通時間將小于。但如果觸發(fā)脈沖寬度不夠，負載電流過零時觸發(fā)脈沖已經(jīng)消失 VT2 將無法開通，造成每個周期 VT1 導(dǎo)通一次而 VT2 始終無法導(dǎo)通，負載電流中有半周。這會產(chǎn)生很大的直流分量而危及負載，同時對電網(wǎng)也帶來不利影響，為保證單項交流調(diào)壓電路在阻感負載時能正常工作，其觸發(fā)脈沖的寬度必

14、須大于 -，因此所采用的觸發(fā)電路必須輸出寬脈沖或脈沖列。U2U0本科生課程設(shè)計（論文）52.2.2 控制設(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，保證晶閘管在需要的時刻由阻斷轉(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）脈沖觸發(fā)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)電路的 35 倍，脈沖前沿的陡度也會增加，一般需達 1-2A/us; 3)所提供的觸發(fā)脈沖應(yīng)不超過晶閘

15、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。驅(qū)動電路圖如下圖所示： 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，控制方式簡單，易于集中控制，有失交保護，輸出電流大等優(yōu)點，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 點可以觀測到鋸齒波，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

16、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。本科生課程設(shè)計（論文）62.2.3 保護電路設(shè)計 在電路中由于過電壓、過電流或者其他原因會引起整個電路或者其內(nèi)電器元件的沖擊與破壞，造成危險，因此要加一定的保護措施，保護電路成了在設(shè)計電路時不可或缺的一部分。在電力電子中常出現(xiàn)的保護電路有過電壓保護電路，過電流保護電路，du/dt 及 di/dt 保護電路。1、過電壓保護： 這里所說的過電壓保護，是對晶閘管的保護。（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。外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

17、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，反向電流急劇減小，這樣的電流突變會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，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。 過壓保護要根據(jù)電路中

18、過壓產(chǎn)生的不同部位，加入不同的保護電路，當(dāng)達到定電壓值時，自動開通保護電路，使過壓通過保護電路形成通路，消耗過壓儲存的電磁能量，從而使過壓的能量不會加到主開關(guān)器件上，保護了電力電子器件。 為了達到保護效果，可以使用阻容保護電路來實現(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，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，同時抑制電路中的電感與電容產(chǎn)生振蕩本科生課程設(shè)計（論文）7 本科生課程設(shè)計（論文）8 （2）過電壓抑制措施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。其典型連接方式如下圖： 圖 2.4 過電壓保護電路 2、

19、過電流保護 當(dāng)電力電子電路運行不正常或者發(fā)生故障時，可能會發(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)鲃酉到y(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較差，必須對變換器進行適當(dāng)?shù)倪^流保護。在電力電子電路中常采用的過電流保護措施有快速熔斷器、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措施，其原理圖如圖 2.5 所示： 圖 2.5 過電流保護本科生課程設(shè)計（論文）93、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、d

20、u/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?？蓪㈥P(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：緩沖電路中儲能元件的能量如果消耗在其吸收電阻上，則稱其為耗能式緩沖電路；如果緩沖電路能將其儲能元件的能量回饋給負載或者電源，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： 圖 2.6 di/

21、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，只需要對晶閘管進行過電壓保護及過電流保護即可，此設(shè)計電路中，過電壓保護采用就是 RC 過電壓抑制電路，過電流保護采用的是快速熔斷器。本科生課程設(shè)計（論文）102.3 元器件型號選擇編號元器件名稱符號數(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)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（論文）112.3 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)計要求，控制角為取 30 度，交流電

22、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 也可以用一個雙向晶閘管代替，在交流電源的正半周和負半周，分別對 VT1 和 VT2 的開通角進行控制就可以調(diào)節(jié)輸出電壓。正負半周起始時刻（=0）均為過零時刻，在穩(wěn)態(tài)情況下應(yīng)是正負半周的相等，可以看出，負載電壓波形是電源電壓波形的一部分，負載電流和負載電壓的波形相同。首先設(shè)定 R=100。則： =201.87V =2.02A =1.43A=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 =2220V=311.08v根據(jù)晶閘管選擇原理，額定電壓值是實際工作最大電壓的 23 倍，晶閘管額定電流時正常工作時流過晶閘管通態(tài)平均電流的 1.52 倍額定電壓：202211( 2sin)()sin(2 )2Uut dtu 00UIR2222sin11sin2()()(1)222VTutuIdtRR 1sin22PS本科生課