單相交流調(diào)壓電路課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　題目: 單相交流調(diào)壓電路課程設(shè)計(jì) </p><p>　　院 系： </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p>&

2、lt;p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2012年 11月 26日 </p><p>　　煙臺(tái)南山學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p>　　2012 年 5 月 20日

3、 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　交流調(diào)壓電路廣泛用于燈光控制（如調(diào)光燈和舞臺(tái)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。在電力系統(tǒng)中，這種電路還常用于對(duì)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

4、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(cè)調(diào)壓，其電壓、電流值都比較適中，在變壓器二次側(cè)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(shè)計(jì)制造。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。用在電熱制、交流電動(dòng)機(jī)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(jiǎn)便，調(diào)節(jié)速度快，裝置的重量輕、體積小，有色金屬耗也少。&l

5、t;/p><p>　　關(guān)鍵詞：交流；調(diào)壓；電動(dòng)機(jī)調(diào)速；電力系統(tǒng)；變壓器；</p><p><b>　　目錄 </b></p><p>　　一、電路設(shè)計(jì)的目的及任務(wù)6</p><p><b>　　1.1設(shè)計(jì)目的6</b></p><p>　　1.2設(shè)計(jì)要求及分析6</p

6、><p>　　1.3 電路設(shè)計(jì)任務(wù)6</p><p>　　1.4 設(shè)計(jì)方案選擇7</p><p>　　二．單相交流調(diào)壓主電路設(shè)計(jì)及分析7</p><p>　　2.1 電阻性負(fù)載7</p><p>　　2.1.1 電阻性負(fù)載的交流調(diào)壓器的原理分析8</p><p>　　2.1.2 結(jié)果分析

7、11</p><p>　　2.2阻感負(fù)載12</p><p>　　2.2.1電路結(jié)構(gòu)13</p><p>　　2.2.2工作原理13</p><p>　　2.2.3模型仿真圖14</p><p>　　2.2.4仿真圖14</p><p>　　四、 單相交流電壓電路設(shè)計(jì)總電路圖16&l

8、t;/p><p>　　五、單相交流調(diào)壓電路總結(jié)及體會(huì)17</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)17</b></p><p><b>　　單相交流調(diào)壓電路</b></p><p>　　一、電路設(shè)計(jì)的目的及任務(wù)</p><p><b>　　1.1設(shè)計(jì)目的</b&g

9、t;</p><p>　　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(duì)變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。</p><p>　　1.2設(shè)計(jì)要求及分析</p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)單相交流調(diào)

10、壓電路，要求觸發(fā)角為45度.反電勢(shì)負(fù)載E=40伏，輸入交流U2=210伏。分有LB和沒有LB兩種情況分析.L足夠大，C足夠大</p><p>　　1. 單相交流調(diào)壓主電路設(shè)計(jì)，原理說明；</p><p>　　2．觸發(fā)電路設(shè)計(jì)，每個(gè)開關(guān)器件觸發(fā)次序與相位分析；</p><p>　　3．保護(hù)電路設(shè)計(jì)，過電流保護(hù)，過電壓保護(hù)原理分析；</p><p&g

11、t;　　4．參數(shù)設(shè)定與計(jì)算(包括觸發(fā)角的選擇，輸出平均電壓，輸出平均電流，輸出有功功率計(jì)算，輸出波形分析，器件額定參數(shù)確定等可自己添加分析的參數(shù))； 由以上要求可知該系統(tǒng)設(shè)計(jì)可分為四個(gè)部分：交流調(diào)壓主電路設(shè)計(jì)、觸發(fā)電路設(shè)計(jì)、保護(hù)電路設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算和波形分析部分。下面分別做詳細(xì)的介紹。</p><p>　　1.3 電路設(shè)計(jì)任務(wù)</p><p>　　1 進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的比較，并選定設(shè)計(jì)方案。

12、</p><p>　　2 完成單元電路的設(shè)計(jì)和主要元器件的說明。</p><p>　　3 完成主電路的原理分析，各主要元器件的選擇。</p><p>　　4 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　5 電路的仿真。</b></p><p>　　1.4 設(shè)計(jì)方案選擇</p>&l

13、t;p>　　采用兩個(gè)普通晶閘管反向并聯(lián)設(shè)計(jì)單相交流調(diào)壓電路。</p><p>　　二．單相交流調(diào)壓主電路設(shè)計(jì)及分析</p><p>　　所謂交流調(diào)壓就是將兩個(gè)晶閘管反并聯(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，在高電壓小電流或低電壓大電流之流電源中，也常采用

14、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，因此下面就反電勢(shì)電阻負(fù)載予以重點(diǎn)討論。</p><p><b>　　2.1 電阻性負(fù)載</b></p><p>　　由于題目要求輸出電壓范圍為0～100V，所以方案可選電阻性負(fù)載或阻感性負(fù)載。本電路采用單相交流調(diào)壓器帶阻感負(fù)載時(shí)的電路圖如圖

15、2-1所示，在負(fù)載和交流電源間用兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管VT1，VT2相連。</p><p><b>　　圖2-1</b></p><p>　　2.1.1 電阻性負(fù)載的交流調(diào)壓器的原理分析</p><p>　　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

16、觸點(diǎn)開關(guān)。若正、負(fù)半周以同樣的移相角α觸發(fā)VT1和VT2，則負(fù)載電壓有效值隨α角而改變，實(shí)現(xiàn)了交流調(diào)壓。移相角為α?xí)r的輸出電壓u的波形， 波形如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 輸入輸出電壓及電流波形圖 </p><p><b>　　建立模型仿真</b></p><p>　　根據(jù)原理圖用matalb軟件畫出正確的仿真電路圖2-3，

17、 </p><p><b>　　圖2-3</b></p><p><b>　?。?）仿真參數(shù)設(shè)置</b></p><p>　　設(shè)置觸發(fā)脈沖α分別為30°、60、90、120°。與其產(chǎn)生的相應(yīng)波形分別如圖2-4、圖2-5、圖2-6、圖2-7。在波形圖中第一列波為晶閘管電流波形，第二列波為晶閘

18、管電壓波形，第三列波為負(fù)載電流波形，第四列波為負(fù)載電壓波形</p><p>　　圖2-4晶閘管電流波形</p><p>　　圖2-5晶閘管電壓波形</p><p>　　圖2-6負(fù)載電流波形</p><p>　　圖2-7負(fù)載電壓波形</p><p>　　2.1.2 結(jié)果分析</p><p>　　上

19、面圖2-4---圖2-7給出了分別為0度、 30度， 60度，90度、150度和180度時(shí)單相交流調(diào)壓電路的純電阻負(fù)載的電壓和電流的仿真波形。當(dāng)晶閘管觸發(fā)控制角=0時(shí)，U=U2 ，負(fù)載兩端的電壓U和流過其電流的波形均為正弦波。當(dāng)>0時(shí)，U、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(duì)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

20、分別代入下式</p><p><b>　　可得到</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　圖2-4-----圖2-7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。</p><p>　　由此可知，理論分析與仿真結(jié)果是一致的

21、。在Sim庫環(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(duì)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</p><p><b>　　2.2阻感負(fù)載</b></p><p>　　由于感性負(fù)載本身滯后于電壓一定角度，再加上相位控制產(chǎn)生的滯后，使得交流調(diào)壓電路在感性負(fù)載下大的工作情況更

22、為復(fù)雜，其輸出電壓、電流波形與控制角、負(fù)載阻抗角都有關(guān)系。其中負(fù)載阻抗角,相當(dāng)于在電阻電感負(fù)載上加上純正弦交流電壓時(shí)，其電流滯后于電壓的角度為。為了更好的分析單相交流調(diào)壓電路在感性負(fù)載下的工作情況，此處分三種工況分別進(jìn)行討論。</p><p><b>　　2.2.1電路結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　當(dāng)負(fù)載為電感線圈、交流電動(dòng)機(jī)或變壓器繞組時(shí)，這種負(fù)載稱為阻感性負(fù)載

23、，電路圖如圖2-8</p><p><b>　　圖2-8</b></p><p><b>　　2.2.2工作原理</b></p><p>　　工作情況與單相半波整流電路帶電阻性負(fù)載時(shí)相似。當(dāng)電源電壓反向過零時(shí)，由于負(fù)載電感產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻止電流變化，故電流不能立即為零，此時(shí)晶閘管導(dǎo)通角@的大小不但與控制角a有關(guān)，而且與負(fù)載

24、阻抗角&arctgwl/r有關(guān)。兩只晶閘管門極的起始控制點(diǎn)分別定在電源電壓每個(gè)半周的起始點(diǎn)，a的最大變化范圍&<=a<180度，正負(fù)半周有相同的a角</p><p>　　2.2.3模型仿真圖</p><p><b>　　圖2-9</b></p><p><b>　　2.2.4仿真圖</b><

25、;/p><p><b>　　圖2-10</b></p><p><b>　　三、觸發(fā)電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　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(shí)刻有阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。廣義上講，晶閘管觸發(fā)電路往往還包括對(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

26、應(yīng)滿足下列要求：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）觸發(fā)脈沖應(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)電流的3-5倍，脈沖前沿的陡度也許增加，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(yīng)有的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。</p><p>

27、;　　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)。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(qū)動(dòng)電路如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1單相交流調(diào)壓觸發(fā)電路原理圖</p><p>　　單相交流電壓電路設(shè)計(jì)總電路圖</p><p>　　圖4-1單相交流電壓電路總電路圖</p><p

28、>　　五、單相交流調(diào)壓電路總結(jié)及體會(huì)</p><p>　　通過電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，我加深了對(duì)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)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)

29、踐能力有了進(jìn)一步的提高，讓我對(duì)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(duì)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)。</p><

30、p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[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.2009.5</p><p>　　[2] 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.2003</p><p>　　[3] 張乃國(guó).電源技術(shù)．北京：中國(guó)電力出版社.1998</p><

31、;p>　　[4] 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</p><p>　　[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.2000</p><p>　　[6] 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 </p><p>　　[7] 王兆安,黃?。娏﹄娮蛹夹g(shù)(第4版).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2