單相交流調(diào)壓電路課程設(shè)計(jì)

1、實(shí)用文案標(biāo)準(zhǔn)文檔單相交流調(diào)壓電路的設(shè)計(jì)1 1 單相交流調(diào)壓電路設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)目的單相交流調(diào)壓電路設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)目的.2 21.1 電路設(shè)計(jì)任務(wù).21.2 電路設(shè)計(jì)目的.21.3 主電路的原理分析.21.4 主電路器件的選擇 .22 2 設(shè)計(jì)方案及選擇設(shè)計(jì)方案及選擇.4 43 3 單相交流調(diào)壓電路的設(shè)計(jì)單相交流調(diào)壓電路的設(shè)計(jì).5 53.1 主電路的設(shè)計(jì).53.2 控制電路的設(shè)計(jì).63.2.1 觸發(fā)信號(hào)的種類.63.2.2 觸發(fā)電路設(shè)計(jì).63.2.3 總的電路圖.74 4 單相交流調(diào)壓電路仿真結(jié)果及結(jié)果分析單相交流調(diào)壓電路仿真結(jié)果及結(jié)果分析 .8 84.1 仿真結(jié)果.84.2 結(jié)果分析.115 5

2、 單相交流電壓電路設(shè)計(jì)總電路圖單相交流電壓電路設(shè)計(jì)總電路圖.1212總總 結(jié)結(jié).1313參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).1414實(shí)用文案標(biāo)準(zhǔn)文檔1 1 單相交流調(diào)壓電路設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)目的單相交流調(diào)壓電路設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)目的1.11.1 電路設(shè)計(jì)任務(wù)電路設(shè)計(jì)任務(wù)1 進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的比較，并選定設(shè)計(jì)方案。2 完成單元電路的設(shè)計(jì)和主要元器件的說明。3 完成主電路的原理分析，各主要元器件的選擇。4 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。5 電路的仿真。1.21.2 電路設(shè)計(jì)目的電路設(shè)計(jì)目的 電力電子技術(shù)是專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，做課程設(shè)計(jì)是為了讓我們運(yùn)用學(xué)過的電路原理的知識(shí)，獨(dú)立進(jìn)行查找資料，選擇方案，設(shè)計(jì)電路，撰寫報(bào)告，制作電路等，進(jìn)一步加深對變

3、流電路基本原理的理解，提高運(yùn)用基本技能的能力，為今后的學(xué)習(xí)和工作打下良好的基礎(chǔ)，同時(shí)也鍛煉了自己的實(shí)踐能力。1.31.3 電阻性負(fù)載的交流調(diào)壓器的原理分析電阻性負(fù)載的交流調(diào)壓器的原理分析其晶閘管VT1和VT2反并聯(lián)連接，與負(fù)載電阻R串聯(lián)接到交流電源上。當(dāng)電源電壓U2正半周開始時(shí)刻觸發(fā)VT1，負(fù)半周開始時(shí)刻觸發(fā)VT2，形同一個(gè)無觸點(diǎn)開關(guān)。若正、負(fù)半周以同樣的移相角觸發(fā)VT1和VT2，則負(fù)載電壓有效值隨角而改變，實(shí)現(xiàn)了交流調(diào)壓。移相角為時(shí)的輸出電壓u的波形，如圖1-1所示。 圖 1-1A 電阻性負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及波形圖1.41.4 主電路的原理分析主電路的原理分析 所謂交流調(diào)壓就是將兩個(gè)晶閘管

4、反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，在每半個(gè)周波內(nèi)通過控制晶閘管開通相位，可以方便的調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值。交流調(diào)壓電路廣泛用于燈光控制及異步電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)，也用于異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速。此外，在高電壓小電實(shí)用文案標(biāo)準(zhǔn)文檔流或低電壓大電流之流電源中，也常采用交流調(diào)壓電路調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。本次課程設(shè)計(jì)主要是研究單相交流調(diào)壓電路的設(shè)計(jì)。由于交流調(diào)壓電路的工作情況與負(fù)載的性質(zhì)有很大的關(guān)系，本次實(shí)驗(yàn)對阻感負(fù)載予以重點(diǎn)討論。圖中的 2 個(gè)晶閘管也可以用一個(gè)雙向晶閘管代替。在交流電源 u1 的正半周和負(fù)半周，分別對 2 個(gè)晶閘管的移相控制角進(jìn)行控制就可以調(diào)節(jié)輸出電壓。單相交流調(diào)壓電路的主電路圖如下圖 圖 1-1B 單相交流

5、調(diào)壓主電路1.51.5 主電路器件的選擇主電路器件的選擇主電路中所用到得器件比較少，主要是 200V 單相交流電源，2 個(gè)反并聯(lián)的晶閘管，還有一個(gè)阻感負(fù)載。其中 2 反并聯(lián)的晶閘管可用一個(gè)雙相晶閘管代替，阻感負(fù)載可以用一個(gè)電阻和一個(gè)電感串聯(lián)，也可以用一個(gè)串聯(lián)諧振代替 2 個(gè)反并聯(lián)的晶閘管。 晶閘管的選擇：1 選擇正反向電壓可控硅在門極無信號(hào)，控制電流 Ig 為 0 時(shí)，在陽(A)一一陰(K)極之間加(J2)處于反向偏置，所以，器件呈高阻抗?fàn)顟B(tài)，稱為正向阻斷狀態(tài)，若增大 UAK 而達(dá)到一定值VBO，可控硅由阻斷突然轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，這個(gè) VBO 值稱為正向轉(zhuǎn)折電壓，這種導(dǎo)通是非正常導(dǎo)通，會(huì)減短器件的壽命

6、。所以必須選擇足夠正向重復(fù)阻斷峰值電壓(VDRM)。在陽一一陰極之間加上反向電壓時(shí)，器件的第一和第三 PN 結(jié)(J1 和 J3)處于反向偏置，呈阻斷狀態(tài)。當(dāng)加大反向電壓達(dá)到一定值 VRB 時(shí)可控硅的反向從阻斷突然轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)是反向擊穿，器件會(huì)被損壞。而且 VBO 和 VRB 值隨電壓的重復(fù)施加而變小。在感性負(fù)載的情況下，如磁選設(shè)備的整流裝置。在關(guān)斷的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生很高的電壓( =-Ldi/dt)，如果電路上未有良好的吸收回路，此電壓將會(huì)損壞可控硅器件。因此，器件也必須有足夠的反向耐壓 VRRM?？煽毓柙谧兞髌?如電機(jī)車)中工作時(shí)，必須能夠以電源頻率重復(fù)地經(jīng)受一定的過電壓而不影響其工作，所以

7、正反向峰值電壓參數(shù) VDRM、VRRM 應(yīng)保證在正常使用電壓峰值的 2-3 倍以上，考慮到一些可能會(huì)出現(xiàn)的浪涌電壓因素，在選擇代用參數(shù)的時(shí)候,只能向高一檔的參數(shù)選取。2 選擇額定工作電流參數(shù)可控硅的額定電流是在一定條件的最大通態(tài)平均電流 IT，即在環(huán)境溫度為+40和規(guī)定冷卻條件，器件在阻性負(fù)載的單相工頻正弦半波，導(dǎo)通角不少于 l70的電路中，實(shí)用文案標(biāo)準(zhǔn)文檔當(dāng)穩(wěn)定的額定結(jié)溫時(shí)所允許的最大通態(tài)平均電流。而一般變流器工作時(shí)，各臂的可控硅有不均流因素?？煽毓柙诙鄶?shù)的情況也不可能在 170導(dǎo)通角上工作，通常是少于這一角度。這樣就必須選用可控硅的額定電流稍大一些，一般應(yīng)為其正常電流平均值的1.5-2.0

8、 倍。3 選擇門極(控制級(jí))參數(shù)可控硅門極施加控制信號(hào)使它由阻斷變成導(dǎo)通需經(jīng)歷一段時(shí)間，這段時(shí)問稱開通時(shí)間 tgt，它是由延遲時(shí)間 td 和上升時(shí)間 tx 組成，tr 是從門極電流脈沖前沿的某一規(guī)定起(比如門極電流上升到終值的 90時(shí)起)到通態(tài)陽極電流 IA 達(dá)到終值的 10那瞬為止的時(shí)間隔，tr 是陽極電流從 l0上升到 90所經(jīng)歷的時(shí)間。可見開通時(shí)間 tgt與可控硅門極的可觸發(fā)電壓、電流有關(guān)，與可控硅結(jié)溫，開通前陽極電壓、開通后陽極電流有關(guān)，普通可控硅的 tgt10s 以下。在外電路回路電感較大時(shí)可達(dá)幾十甚至幾百 s 以上(陽極電流的上升慢)。在選用可控硅時(shí)，特別是在有串并聯(lián)使用時(shí)，應(yīng)盡量

9、選擇門極觸發(fā)特征接近的可控硅用在同一設(shè)備上，特別是用在同一臂的串或并聯(lián)位置上。這樣可以提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性和使用壽命。如果觸發(fā)特性相差太大的可控硅在串聯(lián)運(yùn)行時(shí)將引起正向電壓無法平均分配，使 tgt 較長的可控硅管受損，并聯(lián)運(yùn)行時(shí) tgt 較短的可控硅管將分配更大的電流而受損，這對可控硅器件是不利的。所以同一臂上串或并聯(lián)的可控硅觸發(fā)電壓、觸發(fā)電流要盡量一致，也就是配對使用。在不允許可控硅有受干擾而誤導(dǎo)通的設(shè)備中，如電機(jī)調(diào)速等，可選擇門極觸發(fā)電壓、電流稍大一些的管子(如可觸發(fā)電壓 VGT2V,可觸發(fā)電流 IGT：150mA)以保證不出現(xiàn)誤導(dǎo)通，在觸發(fā)脈沖功率強(qiáng)的電路中也可選擇觸發(fā)電壓、電流稍大一點(diǎn)

10、的管。在磁選礦設(shè)備中，特別是舊的窄脈沖觸發(fā)電路中，可選擇一些 VG、IG 低一些的管子，如VGT0 時(shí)，U、Irl 的波形為非正弦波，控制角從 0-180 度范圍改變時(shí)，輸出電壓有效值 U 從 U2下降到 0，控制角對輸出電壓 U 的移相可控區(qū)域是 0-180度。把角等于 0 度、 30 度， 60 度，90 度、150 度和 180 度分別代入下式可求得 2sinsin2212221UtdtUU實(shí)用文案標(biāo)準(zhǔn)文檔0U22021210sinUUU= 30U265432621299.0)2sin(6UUU23243232126090. 0)2sin(3UUUU221222129071. 00)2s

11、in(2UUUU2212125212150671. 00)2sin(125UUUU000)2sin(2212180UUU觀察圖 4-2 圖 4-7 的仿真波形，可得到隨著角增大，負(fù)載兩端電壓 U 的波形的曲線部分的寬度越來越窄，則其有效值將不斷減小。由此可知，理論分析與仿真結(jié)果是一致的。在 Simulink 環(huán)境下利用電力系統(tǒng)模塊庫中的電力電子器件組建單相交流調(diào)壓純電阻電路，并對電路進(jìn)行相應(yīng)的理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過控制角的大小，單相交流調(diào)壓電路能夠得到很好的調(diào)壓結(jié)果。5 5 單相交流電壓電路設(shè)計(jì)總電路圖單相交流電壓電路設(shè)計(jì)總電路圖如圖 5-1實(shí)用文案標(biāo)準(zhǔn)文檔圖 5-1 單相

12、交流電壓電路總電路圖總 結(jié)通過電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，我加深了對課本專業(yè)知識(shí)的理解，平常都是理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，在此次課程設(shè)計(jì)中，真正做到了自己查閱資料、完成一個(gè)基本匯編程序的設(shè)計(jì)。在此次的設(shè)計(jì)過程中，我更進(jìn)一步地熟悉了單相交流調(diào)壓電路的原理以及觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)。當(dāng)然，在這個(gè)過程中我也遇到了困難，通過查閱資料，相互討論，我準(zhǔn)實(shí)用文案標(biāo)準(zhǔn)文檔確地找出錯(cuò)誤所在并及時(shí)糾正了，這也是我最大的收獲，使自己的實(shí)踐能力有了進(jìn)一步的提高，讓我對以后的工作學(xué)習(xí)有了更大的信心。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的

13、能力。在設(shè)計(jì)的過程中難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次課程設(shè)計(jì)，把以前所學(xué)過的知識(shí)重新溫故，鞏固了所學(xué)的知識(shí)。通過單相半波交流電路的設(shè)計(jì)，使我加深了對整流電路的理解，讓我對電力電子該課程產(chǎn)生了濃厚的興趣。對于一個(gè)電路的設(shè)計(jì)，首先應(yīng)該對它的理論知識(shí)很了解，這樣才能設(shè)計(jì)出性能好的電路。整流電路中，開關(guān)器件的選擇和觸發(fā)電路的選擇是最關(guān)鍵的，開關(guān)器件和觸發(fā)電路選擇的好，對整流電路的性能指標(biāo)影響很大。在這次課程設(shè)計(jì)過程中，碰到的難題就是對晶閘管的相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，因?yàn)樵趯W(xué)習(xí)中沒能很好的系統(tǒng)的總結(jié)晶閘管相關(guān)知識(shí)。在整

14、個(gè)課程設(shè)計(jì)中貫穿的計(jì)算過程沒能很好的把握。在今后的學(xué)習(xí)中要認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，對電力電子課程進(jìn)行補(bǔ)充。為以后深入的學(xué)習(xí)自動(dòng)化專業(yè)做鋪墊。通過這次課程設(shè)計(jì)我對于文檔的編排格式、原理圖波有了一定的了解，這對于以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)及工作需要都有頗大的幫助，在完成課程設(shè)計(jì)的同時(shí)我也在復(fù)習(xí)一遍電力電子技術(shù)這門課程，把以前一些沒弄懂的問題基本掌握了。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 王兆安，劉進(jìn)軍 .電力電子技術(shù)（第 5 版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社 .2009.52 陳道煉.DC-DC 逆變技術(shù)及其應(yīng)用。北京：機(jī)械工業(yè)出版社 .20033 張乃國.電源技術(shù)北京：中國電力出版社 .19984 何希才新型開關(guān)電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用北京：科學(xué)出版社.2001實(shí)用文案標(biāo)準(zhǔn)文檔5 阮新波，嚴(yán)仰光直流開關(guān)電源的軟開關(guān)技術(shù)北京：科學(xué)出版社.20006 王云亮.電力電子技術(shù) .第一版.北京.電子工業(yè)出版社 .2004.8 7 王兆安,黃俊電力電子技術(shù) (第 4 版).北京：機(jī)械工業(yè)出版社 .20008 梁延貴主編 .現(xiàn)代集成電路實(shí)用手冊可控硅觸發(fā)電路分冊 .北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社 .2002.29 劉錦波，張承慧 .電機(jī)與拖動(dòng) .北京：清華大學(xué)出版社 .2006 10 林敏.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及工程應(yīng)用 .北京：國防工業(yè)出版社 .2009.8致 謝感謝指導(dǎo)王老師為期一周的悉心指導(dǎo)，在這次設(shè)計(jì)中，使我了解了和學(xué)到了許多書本所沒有的