單相交流調(diào)功電路正文課件

1、1概述1.1晶閘管交流調(diào)功器 交流調(diào)功器：是一種以晶閘管為基礎(chǔ)，以智能數(shù)字控制電路為核心的電源功率控制電器，簡(jiǎn)稱晶閘管調(diào)功器，又稱可控硅調(diào)功器，可控硅調(diào)整器，可控硅調(diào)壓器，晶閘管調(diào)整器，晶閘管調(diào)壓器，電力調(diào)整器，電力調(diào)壓器，功率控制器。具有效率高、無(wú)機(jī)械噪聲和磨損、響應(yīng)速度快、體積小、重量輕等諸多優(yōu)點(diǎn)。1.2 交流調(diào)壓與調(diào)功交流調(diào)功電路的主電路和交流調(diào)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(diào)壓是在交流電源的半個(gè)周期內(nèi)作移相控制，交流調(diào)功是以交流電的周期為單位控制晶閘管的通斷,即負(fù)載與交流電源接通幾個(gè)周波，再斷開(kāi)幾個(gè)周波，通過(guò)改變接通周波數(shù)和斷開(kāi)周波

2、數(shù)的比值來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)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?yàn)橄耠姞t這樣的控制對(duì)象，其時(shí)間常數(shù)往往很大，沒(méi)有必要對(duì)交流電源的各個(gè)周期進(jìn)行頻繁的控制。只要大致以周波數(shù)為單位控制負(fù)載所消耗的平均功率，故稱之為交流調(diào)功電路。1.3 過(guò)零觸發(fā)和移相觸發(fā)過(guò)零觸發(fā)是在設(shè)定時(shí)間間隔內(nèi)，改變晶閘管導(dǎo)通的周波數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓或功率的控制。過(guò)零觸發(fā)的主要缺點(diǎn)是當(dāng)通斷比太小時(shí)會(huì)出現(xiàn)低頻干擾，當(dāng)電網(wǎng)容量不夠大時(shí)會(huì)出現(xiàn)照明閃爍、電表指針抖動(dòng)等現(xiàn)象，通常只適用于熱慣性較大的電熱負(fù)載。移相觸發(fā)是早期觸發(fā)可控硅的觸發(fā)器。它是通過(guò)調(diào)速電阻值來(lái)改變電容的充放電時(shí)間再來(lái)改變單結(jié)晶管的振蕩頻率，實(shí)際改變控制可控

3、硅的觸發(fā)角。早期可控可是依靠這樣改變阻容移相線路來(lái)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2.1交流調(diào)功電路工作原理單相交流調(diào)功電路方框圖如圖2.1.1所示。 圖2.1.1交流調(diào)功電路的主電路和交流調(diào)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(diào)壓是在交流電源的半個(gè)周期內(nèi)作移相控制，交流調(diào)功是以交流電的周期為單位控制晶閘管的通斷,即負(fù)載與交流電源接通幾個(gè)周波，再斷開(kāi)幾個(gè)周波，通過(guò)改變接通周波數(shù)和斷開(kāi)周波數(shù)的比值來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的平均功率。如圖2.1.2所示，這種電路常用于電爐的溫度控制，因?yàn)橄耠姞t

4、這樣的控制對(duì)象，其時(shí)間常數(shù)往往很大，沒(méi)有必要對(duì)交流電源的各個(gè)周期進(jìn)行頻繁的控制。只要大致以周波數(shù)為單位控制負(fù)載所消耗的平均功率，故稱之為交流調(diào)功電路。 圖2.1.2采用周波控制方式，使得負(fù)載電壓電流的波形都是正弦波，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)電壓電流造成通常意義的諧波污染。此外由于在BCR導(dǎo)通期間，負(fù)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(duì)玻璃或塑性材料進(jìn)行鉆孔，將非常有利。2.2單相交流調(diào)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(guò)改變電壓、電流、頻率和相位等參數(shù)。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(diào)壓。單相交流調(diào)壓的典型電路如圖2.2.1所

5、示。 圖2.2.1采用雙向可控硅BCR（Z0409MF）取代由兩個(gè)單向可控硅SCR反并聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式，并利用RC充放電電路和雙向觸發(fā)二極管DB3的特點(diǎn)，在每半個(gè)周波內(nèi)，通過(guò)對(duì)雙向可控硅的通斷進(jìn)行移相觸發(fā)控制，可以方便地調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值。由圖2.2.2可見(jiàn)，正負(fù)半周控制角的起始時(shí)刻均為電源電壓的過(guò)零時(shí)刻,且正負(fù)半周的控制角相等,可見(jiàn)負(fù)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(fù)載下,負(fù)載電流和負(fù)載電壓的波形相同，角的移相范圍為0, =0時(shí),相當(dāng)于可控硅一直導(dǎo)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(shí)，U0=0,燈熄滅。此外=0時(shí)，功

6、率因數(shù)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(duì)電網(wǎng)電壓電流造成諧波污染。交流調(diào)壓電路已廣泛用于調(diào)光控制， 圖2.2.23電路設(shè)計(jì)3.1 電感性負(fù)載設(shè)計(jì)交流調(diào)壓電路可以帶電阻性負(fù)載，也可以帶電感性負(fù)載，比如感應(yīng)電動(dòng)機(jī)或其它電阻電感混合負(fù)載等。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。 圖3.1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，此處分為三種

7、情況分別進(jìn)行討論。3.2 工作時(shí)的設(shè)計(jì)圖3.1所示為單相反并聯(lián)交流調(diào)壓電路帶感性負(fù)載時(shí)的電路圖，以及在控制角觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)的輸出波形圖，同電阻負(fù)載一樣，在的正半周角時(shí)，觸發(fā)導(dǎo)通，輸出電壓等于電源電壓，電流波形從0開(kāi)始上升。由于是感性負(fù)載，電流滯后于電壓，當(dāng)電壓達(dá)到過(guò)零點(diǎn)時(shí)電流不為0，之后繼續(xù)下降，輸出電壓出現(xiàn)負(fù)值，直到電流下降到0時(shí)，自然關(guān)斷，輸出電壓等于0，正半周結(jié)束，期間電流從0開(kāi)始上升到再次下降到0這段區(qū)間稱為導(dǎo)通角。由后面的分析可知，在工況下，因此在脈沖到來(lái)之前已關(guān)斷，正負(fù)電流不連續(xù)。在電源的負(fù)半周導(dǎo)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3.2所示。圖3.2 為了分析

8、負(fù)載電流的表達(dá)式及導(dǎo)通角與、之間的關(guān)系，假設(shè)電壓坐標(biāo)原點(diǎn)如圖所示，在時(shí)刻晶閘管T導(dǎo)通，負(fù)載電流i應(yīng)滿足方程 L=sin其初始條件為 i|=0,解該方程，可以得出負(fù)載電流i在區(qū)間內(nèi)的表達(dá)式為 當(dāng)=時(shí)，i=0，代入上式得，可求出與、之間的關(guān)系為 sin（-）=sin（-）e 利用上式，可以把與、之間的關(guān)系用下圖的一簇曲線來(lái)表示。圖3.3 圖3.3中以為參變量，當(dāng)=0時(shí)代表電阻性負(fù)載，此時(shí)=180-；若為某一特定角度，則當(dāng) 時(shí)，=180；當(dāng)時(shí)，隨著的增加而減小。根據(jù)上述電路的控制角為時(shí)，交流輸出電壓有效值U、負(fù)載電流有效值I、晶閘管電流有效值I分別為式中，I為當(dāng)=0時(shí)，負(fù)載電流的最大有效值，其值為I

9、=為晶閘管有效值的標(biāo)玄值，其值為=由上式可以看出，是及的函數(shù)，圖3.4給出了以負(fù)載阻抗角為參變量時(shí)，當(dāng)、已知時(shí)，可由該曲線查出晶閘管電流標(biāo)幺值，進(jìn)而求出負(fù)載電流有效值I及晶閘管電流有效值I。圖3.43.3 =工作時(shí)的設(shè)計(jì)當(dāng)控制角=時(shí)，負(fù)載電流i的表達(dá)式中的第二項(xiàng)為零，相當(dāng)于滯后電源電壓角的純正弦電流，此時(shí)導(dǎo)通角=180，即當(dāng)正半周晶閘管T關(guān)斷時(shí)，T恰好觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載電流i連續(xù)，該工況下兩個(gè)晶閘管相當(dāng)于兩個(gè)二極管，或輸入輸出直接相連，輸出電壓及電流連續(xù)，無(wú)調(diào)壓作用。圖3.5 3.4工作時(shí)的設(shè)計(jì) 在工況下，阻抗角相對(duì)較大，相當(dāng)于負(fù)載的電感作用較強(qiáng)，使得負(fù)載電流嚴(yán)重滯后于電壓，晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間較長(zhǎng)，

10、此時(shí)式仍然適用，由于，公式右端小于0，只有當(dāng)時(shí)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(shí)刻被觸發(fā)導(dǎo)通，由于其導(dǎo)通角大于180，在負(fù)半周時(shí)刻為發(fā)出出發(fā)脈沖時(shí)，還未關(guān)斷，因受反壓不能導(dǎo)通,繼續(xù)導(dǎo)通直到在時(shí)刻因電流過(guò)零關(guān)斷時(shí)，的窄脈沖已撤除，仍然不能導(dǎo)通，直到下一周期再次被觸發(fā)導(dǎo)通。這樣就形成只有一個(gè)晶閘管反復(fù)通斷的不正常情況，始終為單一方向，在電路中產(chǎn)生較大的直流分量；因此為了避免這種情況發(fā)生，應(yīng)采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)方式。4電路的測(cè)試與故障分析選用燈泡作為實(shí)驗(yàn)負(fù)載，從燈泡亮、暗時(shí)段的變化，可了解交流調(diào)功電路的原理與特征。線路中雙向晶閘管的觸發(fā)信號(hào)由555組成振蕩器，產(chǎn)生一個(gè)占空

11、比可調(diào)的觸發(fā)脈沖，并通過(guò)模擬門形成可靠的觸發(fā)信號(hào)，其頻率要低于市電的頻率，并可在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。將DJK01電源控制屏的電源選擇開(kāi)關(guān)打到“直流調(diào)速”側(cè)，是輸出線電壓為220V，用兩根導(dǎo)線將220V交流電壓接到DJK22的“Ui”電源輸入端，按下“啟動(dòng)”按鈕。打開(kāi)交流調(diào)功電路的電源開(kāi)關(guān)，用萬(wàn)用表測(cè)量555的電源電壓，是否接近10V，之后，用示波器觀測(cè)555輸出端“3”的波形及4066的輸出（即BCR觸發(fā)信號(hào)）波形是否正常。當(dāng)觸發(fā)電路波形正常后關(guān)閉電源，接入負(fù)載（220V、15W燈泡），并開(kāi)啟交流調(diào)功電路的電源開(kāi)關(guān)，調(diào)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

12、基礎(chǔ)上，又增加了4066芯片，可產(chǎn)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(diào)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(gè)封裝內(nèi)部有4個(gè)獨(dú)立的模擬開(kāi)關(guān)，每個(gè)模擬開(kāi)關(guān)有輸入、輸出、控制三個(gè)端子，其中輸入端和輸出端可互換。當(dāng)控制端加高電平時(shí)，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通；當(dāng)控制端加低電平時(shí)開(kāi)關(guān)截止。模擬開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通電阻為幾十歐姆；模擬開(kāi)關(guān)截止時(shí)，呈現(xiàn)很高的阻抗，可以看成為開(kāi)路。模擬開(kāi)關(guān)可傳輸數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，可傳輸?shù)哪M信號(hào)的上限頻率為40MHz。各開(kāi)關(guān)間的串?dāng)_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(gè)單向可控硅SCR反并聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式，并利用

13、RC充放電電路和雙向觸發(fā)二極管DB3的特點(diǎn)，在每半個(gè)周波內(nèi)，通過(guò)對(duì)雙向可控硅的通斷進(jìn)行移相觸發(fā)控制，可以方便地調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值。正負(fù)半周控制角的起始時(shí)刻均為電源電壓的過(guò)零時(shí)刻,且正負(fù)半周的控制角相等,可見(jiàn)負(fù)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(fù)載下,負(fù)載電流和負(fù)載電壓的波形相同，角的移相范圍為0, =0時(shí),相當(dāng)于可控硅一直導(dǎo)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(shí)，U0=0,燈熄滅。此外=0時(shí)，功率因數(shù)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(jié)這次電力電子課程設(shè)計(jì)，我真正感到了設(shè)計(jì)的

14、不容易。在平時(shí)的實(shí)驗(yàn)中我沒(méi)有體會(huì)到設(shè)計(jì)的辛苦與艱辛。在這次的課程設(shè)計(jì)中難題有很多。我的matlab還需更加練習(xí)和思考。課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過(guò)程”千里之行始于足下”，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開(kāi)這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)以前做實(shí)驗(yàn)都是按部就班的做，在以前的經(jīng)歷中沒(méi)有這么多的錯(cuò)誤，但這次卻讓我不得不靜下心來(lái)一個(gè)一個(gè)的查找修改，一步一步不能馬虎。體現(xiàn)出自己?jiǎn)为?dú)設(shè)計(jì)能力以及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，體會(huì)了學(xué)以致用、突出自己勞動(dòng)成果的喜悅心情，從

15、中發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。 在這段日子里，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有在真正的課題中，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，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(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)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(shè)計(jì)中，我真的學(xué)到了很多，matlab運(yùn)用的更加熟練，電力電子的原理與應(yīng)用更加了解，總之收獲了很多。附錄 總電路設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)1 石玉 栗書(shū)賢 電力電子技術(shù)題例與電