單相電流調(diào)壓電路課程設計

PAGEword文檔可自由復制編輯電力電子技術課程設計說明書單相電流調(diào)壓電路課程設計院、部：電氣與信息工程系學生姓名：指導教師：職稱副教授專業(yè)：自動化班級：自本1102完成時間：摘要交流調(diào)壓電路廣泛用于燈光控制（如調(diào)光燈和舞臺燈光控制）及異步電動機的軟啟動，也用于異步電動機調(diào)速。在電力系統(tǒng)中，這種電路還常用于對無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。此外，在高電壓小電流或低電壓大電流直流電源中，也常采用交流調(diào)壓電路調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。在這些電源中如采用晶閘管相控整流電路，高電壓小電流可控直流電源就需要很多晶閘管串聯(lián)；同樣，低電壓大電流直流電源需要很多晶閘管并聯(lián)。這都是十分不合理的。采用交流調(diào)壓電路在變壓器一次側調(diào)壓，其電壓、電流值都比較適中，在變壓器二次側只要用二極管整流就可以了。這樣的電路體積小、成本低、易于設計制造。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。用在電熱制、交流電動機速度控制、燈光控制和交流穩(wěn)壓器等合。與自耦變壓器調(diào)壓方法相比，交流調(diào)壓電路控制簡便，調(diào)節(jié)速度快，裝置的重量輕、體積小，有色金屬耗也少。關鍵詞：交流；調(diào)壓；電流；變壓器；ABSTRACTACvoltageregulationcircuitiswidelyusedinlightingcontrol(suchasdimmerandstagelightingcontrol)andasynchronousmotorsoftstart,alsoforadjustablespeedasynchronousmotor.Inpowersystem,thecircuitisalsooftenusedforcontinuousadjustmentofthewattlesspower.Inaddition,inthehighvoltageandlowcurrentorlowvoltageandhighcurrentDCpowersupply,oftenusingACvoltageregulatingtransformervoltageregulatingcircuit.Inthesepowersuchasusingthyristorphasecontrolledrectifiercircuit,highvoltageandlowcurrentcontrolledDCpowersupplyneedsmanythyristorseries;similarly,lowvoltageandhighcurrentDCpowerneedsmanythyristorparallel.Thisisveryunreasonable.TheACvoltageregulationcircuitontheprimarysideofatransformervoltageregulationaremoderate,itsvoltage,currentvalue,inthetwosideofthetransformercanbeusedaslongasthedioderectifier.Thesizeofacircuitissuchasmall,lowcost,easytodesignandmanufacture.SinglephaseACvoltageregulationcircuitofsingle-phaseACvoltageregulatingcircuit.Usedinelectricheatingsystem,ACmotorspeedcontrol,lightingcontrolandACstabilizeretc..Withselfcouplingtransformervoltageregulatingmethod,ACvoltageregulationcircuitofsimplecontrol,fastregulatingspeed,device,lightweightandsmallsize,lessconsumptionofnon-ferrousmetals.Keywords：communication；pressureregulating；electriccurrent;transformer目錄1單相交流調(diào)壓電路設計任務及設計目的51.1設計任務……………….51.2設計目的………………52設計方案及其選擇………….63單相交流調(diào)壓電路的設計………………….8 3.1主電路的設計………...8 3.2控制電路的設計……………………...94單相交流調(diào)壓電路仿真結果及結果分析…………………11 4.1仿真結果……………..11 4.2結果分析……………..155單相交流調(diào)壓電路設計總結及設計體會…………………176單相交流電壓電路設計總電路圖…………18參考文獻………………………19致謝……………201單相交流調(diào)壓電路設計任務及設計目的1.1電路設計任務1進行設計方案的比較，并選定設計方案。2完成單元電路的設計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驅動電路的設計。5電路的仿真。1.2電路設計目的電力電子技術是專業(yè)技術基礎課，做課程設計是為了讓我們運用學過的電路原理的知識，獨立進行查找資料，選擇方案，設計電路，撰寫報告，制作電路等，進一步加深對變流電路基本原理的理解，提高運用基本技能的能力，為今后的學習和工作打下良好的基礎，同時也鍛煉了自己的實踐能力。2設計方案及選擇由于題目要求輸出電壓范圍為0～220V，所以方案可選電阻性負載或阻感性負載。本電路采用單相交流調(diào)壓器帶電阻負載時的電路圖如圖1所示，在負載和交流電源間用兩個反并聯(lián)的晶閘管VT1，VT2相連。3單相交流調(diào)壓電路的設計3.1主電路的設計 所謂交流調(diào)壓就是將兩個晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，在每半個周波內(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機的軟啟動，也用于異步電動機調(diào)速。此外，在高電壓小電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。本次課程設計主要是研究單相交流調(diào)壓電路的設計。由于交流調(diào)壓電路的工作情況與負載的性質有很大的關系，因此下面就電阻負載予以重點討論。圖1、圖2分別為電阻負載單相交流調(diào)壓電路圖及其波形。圖中的晶閘管VT1和VT2也可以用一個雙向晶閘管代替。在交流電源U1的正半周和負半周，分別對VT1和VT2的移相控制角進行控制就可以調(diào)節(jié)輸出電壓圖1電阻負載單相交流調(diào)壓電路圖2單相交流電壓電路波形正、負半周起始時刻（=0），均為電壓過零時刻。在時，對VT1施加觸發(fā)脈沖，當VT1正向偏置而導通時，負載電壓波形與電源電壓波形相同；在時，電源電壓過零，因電阻性負載，電流也為零，VT1自然關斷。在時，對VT2施加觸發(fā)脈沖，當VT2正向偏置而導通時，負載電壓波形與電源電壓波形相同；在時，電源電壓過零，VT2自然關斷。當電源電壓反向過零時，由于反電動勢負載阻止電流變化，故電流不能立即為零，此時晶閘管導通角的大小，不但與控制角有關，而且與負載阻抗角有關。兩只晶閘管門極的起始控制點分別定在電源電壓每個半周的起始點。穩(wěn)態(tài)時，正負半周的相等，負載電壓波形是電源電壓波形的一部分，負載電流（電源電流）和負載電壓的波形相似。3.2控制電路的設計3.2.1觸發(fā)信號的種類第二是門極與陰極之間加一適當正向電壓、電流信號(觸發(fā)信號)。門極觸發(fā)信號有直流信號、交流信號和晶閘管由關斷到開通，必須具備兩個外部條件：第一是承受足夠的正向電壓；脈沖信號三種基本形式。

1直流信號：

在晶閘管加適當?shù)年枠O正向電壓的情況下，在晶閘管門極與陰極間加適當?shù)闹绷麟妷海瑒t晶閘管將被觸發(fā)導通。這種觸發(fā)方式在實際中應用極少。因為晶閘管在其導通后就不需要門極信號繼續(xù)存在。若采用直流觸發(fā)信號將使晶閘管門極損耗增加，有可能超過門極功耗；在晶閘管反向電壓時，門極直流電壓將使反向漏電流增加，也有可能造成晶閘管的損壞。2交流信號：

在晶閘管門極與陰極間加入交流電壓，當交流電壓uc=ut時，晶閘管導通。ut是保證晶閘管可靠觸發(fā)所需的最小門極電壓值，改變u。值，可改變觸發(fā)延遲角α。這種觸發(fā)形式也存在許多缺點，如：在溫度變化和交流電壓幅值波動時，觸發(fā)延遲角不穩(wěn)定，可通過交流電壓u。值來調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的變化范圍較小(00≤α≤900)。

3脈沖信號：

在晶閘管門極觸發(fā)電路中使用脈沖信號，不僅便于控制脈沖出現(xiàn)時刻，降低晶閘管門極功耗，還可以通過變壓器的雙繞組或多繞組輸出，實現(xiàn)信號的隔離輸出。因此，觸發(fā)信號多采用脈沖形式。3.2.2觸發(fā)電路設計 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，保證晶閘管在需要要的時刻有阻斷轉為導通。廣義上講，晶閘管觸發(fā)電路往往還包括對其觸發(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)電路應滿足下列要求：1）觸發(fā)脈沖的寬度應保證晶閘管可靠導通，對反電動勢負載的變流器應采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)；2）觸發(fā)脈沖應有足夠的幅度，對戶外寒冷場合，脈沖電流的幅度應增加為器件最大觸發(fā)電流的3-5倍，脈沖前沿的陡度也許增加，一般需達1-2A/us；3）所提供的觸發(fā)脈沖應不超過晶閘管門極的電壓、電流和功率定額，且在門極伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)域之內(nèi)；4）應有的抗干擾性能、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)電路的設計。KC05可控硅移相觸發(fā)器適用于雙向可控硅或兩只反向并聯(lián)可控硅的交流相位控制。KC05驅動電路如圖3所示：圖3KC05驅動電路圖3KC05驅動電路4單相交流調(diào)壓電路仿真結果及結果分析4.1仿真結果 本單相交流調(diào)壓電路仿真是在MATLAB軟件中的simulink環(huán)境下組建的電路模型，圖4為單相交流調(diào)壓電路的模型圖，圖中觸發(fā)脈沖g1和觸發(fā)脈沖g2分別是反向并聯(lián)晶閘管模塊VT1，VT2的觸發(fā)脈沖電路。圖4單相交流電壓電路仿真電路圖圖5=0度時，單相交流調(diào)壓電路波形圖6=30度時，單相交流調(diào)壓電路波形圖7=60度時，單相交流調(diào)壓電路波形圖8=90度時，單相交流調(diào)壓電路波形圖9=150度時，單相交流調(diào)壓電路波形圖10=180度時，單相交流調(diào)壓電路波形4.2結果分析 上面圖5圖10給出了分別為0度、30度，60度，90度、150度和180度時單相交流調(diào)壓電路的純電阻負載的電壓和電流的仿真波形。當晶閘管觸發(fā)控制角=0時，U=U1，負載兩端的電壓U和流過其電流的波形均為正弦波。當>0時，U、的波形為非正弦波，控制角從0~180度范圍改變時，輸出電壓有效值U從U1下降到0，控制角對輸出電壓U的移相可控區(qū)域是0180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=觀察圖5圖10的仿真波形，可得到隨著角增大，負載兩端電壓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，并對電路進行相應的理論分析和仿真實驗。仿真實驗結果表明，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)壓結果。5單相交流調(diào)壓電路設計結論及設計體會 通過電力電子技術課程設計，我加深了對課本專業(yè)知識的理解，平常都是理論知識的學習，在此次課程設計中，真正做到了自己查閱資料、完成一個基本匯編程序的設計。在此次的設計過程中，我更進一步地熟悉了單相交流調(diào)壓電路的原理以及觸發(fā)電路的設計。當然，在這個過程中我也遇到了困難，通過查閱資料，相互討論，我準確地找出錯誤所在并及時糾正了，這也是我最大的收獲，使自己的實踐能力有了進一步的提高，讓我對以后的工作學習有了更大的信心。通過這次課程設計使我懂得了只有理論知識是遠遠不夠的，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。在設計的過程中難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次課程設計，把以前所學過的知識重新溫故，鞏固了所學的知識。6單相交流電壓電路設計總電路圖 參考文獻[1]王兆安，劉進軍.電力電子技術[M]第五版北京：機