電力電子技術(shù)合集

1、直流電機(jī)調(diào)速電路的設(shè)計一 課程設(shè)計的目的：通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)具備以下能力：交、直流電路分析計算測量能力；電子線路的分析與應(yīng)用能力；電子器件的應(yīng)用能力；常用儀器儀表的使用能力等。同時培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)和從事工程技術(shù)工作奠定堅實的理論和實踐基礎(chǔ)。二 設(shè)計方案論證：1 思路：電磁調(diào)速異步電動機(jī)又稱滑差電機(jī)，它是一種恒轉(zhuǎn)矩交流無級變速電動機(jī)。由于它具有調(diào)速范圍廣、速度調(diào)節(jié)開滑、起動轉(zhuǎn)矩大、控制功率小、有速度負(fù)反饋的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)時機(jī)械特性硬度高等一系列優(yōu)點。直流電動機(jī)的調(diào)速是由電磁調(diào)速異步電動機(jī)的 調(diào)速控制。電磁異步電動機(jī)主要是由主電路，控制電路和保護(hù)電路等幾大部分組成，改

2、變觸發(fā)角，改變直流電壓，達(dá)到調(diào)速的目的。2 設(shè)計方法：電磁調(diào)速異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理電磁調(diào)速異步電動機(jī)是由普通鼠籠式異步電動機(jī)、電磁滑差離合器和電氣控制裝置三部分組成。異步電機(jī)作為原動機(jī)使用，當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時帶動離合器的電樞一起旋轉(zhuǎn)，電氣控制裝置是提供滑差離合器勵磁線圈勵磁電流的裝置。，圖219是其結(jié)構(gòu)示意圖。它包括電樞、磁極和勵磁線圈三部分。電樞為鑄鋼制成的圓筒形結(jié)構(gòu)，它與鼠籠式異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連接，俗稱主動部分；磁極做成爪形結(jié)構(gòu)，裝在負(fù)載軸上，俗稱從動部分。主動部分和從動部分在機(jī)械上無任何聯(lián)系。當(dāng)勵磁線圈通過電流時產(chǎn)生磁場，爪形結(jié)構(gòu)便形成很多對磁極。此時若電樞被鼠籠式異步電動機(jī)拖著旋轉(zhuǎn)，那么

3、它便切割磁場相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，于是從動部分的磁極便跟著主動部分電樞一起旋轉(zhuǎn)，前者的轉(zhuǎn)速低于后者，因為只有當(dāng)電樞與磁場存在著相對運動時，電樞才能切割磁力線。磁極隨電樞旋轉(zhuǎn)的原理與普通異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子跟著定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場運動的原理沒有本質(zhì)區(qū)別，所不同的是：異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場由定子繞組中的三相交流電產(chǎn)生，而電磁滑差離合器的磁場則由勵磁線圈中的直流電流產(chǎn)生，并由于電樞旋轉(zhuǎn)才起到旋轉(zhuǎn)磁場的作用。 電磁滑差離合器基本結(jié)構(gòu)示意圖1-原動機(jī) 2-工作氣隙 3-主軸 4-輸出軸 5-磁極 6-電樞電磁滑差離合器的機(jī)械特性可近似地用下列經(jīng)驗公式表示：n=n0-KT2/I4f式中：n0離合器主動部分（鼠籠電動機(jī)

4、）的轉(zhuǎn)速；n離合器從動部分（磁極）的轉(zhuǎn)速；If勵磁電流；K與離合器結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)；T離合器的電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)穩(wěn)定運行時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與離合器的電磁轉(zhuǎn)矩相等。由上述公式可知：（1）當(dāng)負(fù)載一定時，勵磁電流If的大小決定從動部分轉(zhuǎn)速的高低，勵磁電流愈大，轉(zhuǎn)速愈高；反之，勵磁電流愈小，轉(zhuǎn)速根據(jù)這一特性，可以利用電氣控制電路非常方便地調(diào)節(jié)從動部分的轉(zhuǎn)速。 （2）當(dāng)勵磁電流一定時，從動部分轉(zhuǎn)速將隨著負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加而急劇降低，并且這種下降在弱勵磁電流的情況下更加嚴(yán)重，如圖2-20a所示，它具有較軟的機(jī)械特性，這種軟的機(jī)械特性在許多情況下，不能滿足生產(chǎn)機(jī)械的要求。為了獲得范圍較廣，平滑而穩(wěn)定的的調(diào)速特性，通常采用速度負(fù)

5、反饋的措施，使電磁滑差離合器具有如圖2-20b所示的硬機(jī)械特性。圖2 電磁調(diào)速異步電動機(jī)機(jī)械特性曲線圖2為帶有速度負(fù)反饋的電磁調(diào)速異步電動機(jī)原理框圖。它是利用測速發(fā)電機(jī)把離合器的輸出速度n換成交流電壓U，再經(jīng)整流器變成直流電壓U。將U送入比較元件，與給定直流勵磁電壓Uf進(jìn)行比較。得電壓差UfU。所以輸入離合器的勵磁電流If不是正比于勵磁電壓Uf，而是正比于電壓由于U（U）的大小與轉(zhuǎn)速n有關(guān)，n增大，U（U）變大。n減小，U（U）變小。因此，在給定直流勵磁電壓Uf有變情況下，輸入的勵磁電流If的大小與轉(zhuǎn)速n有關(guān)，即隨著n的下降或上升，勵磁電流If將自動增加或減小，由于負(fù)反饋的作用，提高了電磁離合

6、器機(jī)械特性的硬度，這時調(diào)速的參數(shù)不再是電流If將自動增加或減小，由于負(fù)反饋的作用，提高了電磁離合器機(jī)械特性的硬度，這時調(diào)速的參數(shù)不再是電流If而是電壓Uf。顯然，給定勵磁電壓Uf愈高，則轉(zhuǎn)速n愈高；反之則轉(zhuǎn)速愈低，如圖2-20b所示從圖中可以看出：在空載或輕載（小于10額定轉(zhuǎn)矩）時，由于反饋量不足，會造成失控現(xiàn)象，此外，在調(diào)速時，隨著轉(zhuǎn)速降低，離合器的輸出功率和效率也相應(yīng)地按比例下降電磁調(diào)速異步電動機(jī)的調(diào)速。由電磁調(diào)速異步電動機(jī)的工作原理知，電磁調(diào)速異步電動機(jī)的速度調(diào)節(jié)，可通過調(diào)節(jié)滑差離合器的勵磁電流來實現(xiàn)。下面介紹兩種調(diào)節(jié)滑差離合器勵磁電流的電路。（1） 用調(diào)壓器調(diào)速。在圖222中，是用調(diào)壓

7、變壓器來改變勵磁電流的整流器電源電壓，以達(dá)到調(diào)速的目的。在此系統(tǒng)中，沒有速度負(fù)反饋，電機(jī)的機(jī)械特性較軟，一般可用于要求不高的調(diào)速差系統(tǒng)中。例如，制銅鋅版使用的無粉腐蝕機(jī)，膠印制版的烘版機(jī)等。用調(diào)壓變壓器控制的調(diào)速電路由于這種控制線路結(jié)構(gòu)簡單，便于維護(hù)，所以在印刷機(jī)構(gòu)中仍有實用意義在圖222中，TC是單機(jī)調(diào)壓變壓器，電壓220V，次級電壓為0250V。整流元件是2CZ型硅二極管，型號的選擇應(yīng)根據(jù)離合勵磁線圈的功率或電流來確定。從電路圖可看出，只要改變調(diào)壓變壓器的次級電壓，就能改變整流輸出直流電壓，即改變滑差離合器勵磁電流，這樣就能調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。（2）速度負(fù)反饋電磁調(diào)速異步電動機(jī)控制電路?，F(xiàn)在廣

8、泛采用具有速度負(fù)反饋的滑差離合器的控制裝置，來實現(xiàn)寬范圍無級調(diào)速，它比起其它調(diào)速電動機(jī)來說，具有以下主要優(yōu)點：交流無級調(diào)速，機(jī)械特性硬度較高；結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、維護(hù)方便、價格低廉；調(diào)速范圍大，用在像印刷機(jī)這樣的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時，一般可達(dá)10：1，有特殊要求（如輪轉(zhuǎn)機(jī)）時亦可達(dá)50：1；可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩。在現(xiàn)代化的聯(lián)合輪轉(zhuǎn)機(jī)中，都應(yīng)用了自動化的紙張拉緊機(jī)械，它可以達(dá)到隨著卷筒紙直徑的變化，調(diào)節(jié)離合器的轉(zhuǎn)矩經(jīng)保持拉力不變。 下面以ZLK10型調(diào)速裝置為例，說明電磁調(diào)速異步電動機(jī)的調(diào)速線路的組成及其工作原理。圖3為ZLK10自動調(diào)速系統(tǒng)的方框圖，由圖可知，它由給定電壓、速度負(fù)反饋、放大器、觸發(fā)電路、可控硅(

9、晶閘管）整流等環(huán)節(jié)組成，圖224是其原理圖。下面對它的基本環(huán)節(jié)進(jìn)行分析。圖3 ZLK10自動調(diào)速系統(tǒng)的基本組成給定電壓環(huán)節(jié)。給定電壓環(huán)節(jié)起始于變壓器TC副邊5端、6端間的繞組。24V的交流電壓經(jīng)VD2、整流并經(jīng)C2、R2、C3濾波和VZ穩(wěn)壓，得到16V的直流電壓。最后由R5和RP4“定速”檔的轉(zhuǎn)速?！斑\轉(zhuǎn)”、“定速”由中間繼電器KA3控制。轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)。ZLK10自動調(diào)速系統(tǒng)是采用三相交流測速發(fā)電機(jī)BR對轉(zhuǎn)速進(jìn)行采樣。所得交流經(jīng)VD8VD13整流和C8、R13、RP2、RP3濾液后，得到反饋電壓，經(jīng)過R8傳至放大器的輸入端。由于不同測速發(fā)電機(jī)靈敏度之間存在差異，所以采用RP2對反饋電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)

10、。轉(zhuǎn)速表PV的刻度值依靠RP3調(diào)節(jié)。電容器C7用于減輕反饋電壓的脈動，有利于調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性的提高。放大器。放大器是以晶體管V2為核心組成。二極管VD4、VD5、VD6用作雙向限幅保護(hù)，以避免V2的發(fā)射結(jié)承受過高的電壓。給定電壓與轉(zhuǎn)速反饋電壓通過電阻R6、R7和R8進(jìn)行組合，形成輸入信號，其值正比于上述兩個電壓之差。這個差值經(jīng)V2放大后可影響V2的集電極電位，對單結(jié)晶體管觸發(fā)脈沖形成電路進(jìn)行控制。觸發(fā)電路。單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的電源是由V1、VD3、R4與變壓器TC的6、7繞組組成。TC的6、7端輸出3V交流電壓，當(dāng)為負(fù)半周期時，V1截止，V1集射極間電壓為16V，如圖2-25b所示；當(dāng)76端

11、輸出為正半周期時，經(jīng)VD3整流后加到V1的集射極上使V1飽和導(dǎo)通，Vcel=0，放大器與觸發(fā)電路不能工作，如圖2-25b所示。由V3和R11組成的恒流源，再加上電容器C6，能產(chǎn)生鋸齒波用作移相，如圖2-25c所示。其原理是這樣的：設(shè)V3和R11恒流源的恒定電源是I0，恒定電流向C6充電，Uc6=1/C6t0Iodt，使C6上的電壓上升，當(dāng)上升到單結(jié)管VU的由V3和R11組成的恒流源，再加上電容器C6，能產(chǎn)生鋸齒波用作移相，如圖2-25c所示。其原理是這樣的：設(shè)V3和R11恒流源的恒定電源是I0，恒定電流向C6充電，Uc6=1/C6t0Iodt，使C6上的電壓上升，當(dāng)上當(dāng)上升到單結(jié)管VU的發(fā)提前

12、，導(dǎo)通角增大，導(dǎo)致勵磁電壓增大，同理V2的輸入電壓減小時，I0減小，導(dǎo)致導(dǎo)通角減小，勵磁電壓減小。可見輸入電壓的大小可以控制可控硅的觸發(fā)時刻。觸發(fā)器最終在VU的第一基極通過脈沖變壓器TV輸給晶閘管的控制極。二極管VD7用以短路負(fù)脈沖，防止可控硅因控制極出現(xiàn)負(fù)脈沖而擊穿?？煽毓枵麟娐?。該系統(tǒng)采用可控硅單相半波整流電路，波形如圖225e所示。整流電路的輸出控制轉(zhuǎn)差離合器的勵磁線圈來產(chǎn)生勵磁電流并最終影響電機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖中R1、C1和熱敏電阻RV均對可控硅有過壓保護(hù)作用。VD1為續(xù)流二極管，其作用是，正半周時由于可控硅導(dǎo)通而使離合器工作；負(fù)半周時可控硅不導(dǎo)通，勵磁線圈產(chǎn)生的反向電動勢可經(jīng)過VD1形成

13、放電回路，使線圈中的電流連續(xù)，從而使離合器工作穩(wěn)定。主電路 采用可控硅半波整流電路，D1為續(xù)流二極管，由于電磁轉(zhuǎn)差離合器激磁線圈是一個電感性負(fù)載,故D1起到了使工作電流連續(xù)的作用.Rv是壓敏電阻，用來抵制交流側(cè)浪涌過電壓。RD是熔斷器，用于主電路過電流保護(hù)。R1和C1與可控硅并聯(lián)組成阻容吸收保護(hù)電路，作元件KP的過壓保護(hù)。給定電路 該電路由變壓器B、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路等組成。變壓器B輸出交流電壓（40V）作為給定電路的輸入電壓，該電壓經(jīng)D6D9橋式整流，再經(jīng)由C3、R7、C4組成的RC濾波器變?yōu)檩^平直的直流電壓。在濾波電路之后引入了由穩(wěn)壓管DW3、DW4以及電阻R7組成的穩(wěn)壓電路。電

14、位器W1的滑動端輸出的直流電壓是根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)速要求而設(shè)定的基準(zhǔn)電壓即給定電壓，調(diào)節(jié)W1可調(diào)節(jié)給定電壓的大小，從而控制系統(tǒng)的設(shè)定轉(zhuǎn)速測速反饋電路 其工作原理如下。 測速發(fā)電機(jī)F輸出三相中頻電壓到控制器的D11D16進(jìn)行三相橋式整流、再經(jīng)電容器C5濾波，基輸出的反饋電壓信號加到電位器W2兩端，最后由中心抽頭對信號進(jìn)行取樣或調(diào)節(jié)。該電壓信號隨電磁轉(zhuǎn)差離合器的轉(zhuǎn)速變化成線性變化，作為速度反饋信號與給定信號相比較其差值進(jìn)入前置放大器放大，放大器的輸出信號的極性與給定電壓信號極性相反，起負(fù)反饋作用。電位器W3為轉(zhuǎn)速表n校正用，電容器C6為加速電容，起穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的作用。觸發(fā)電路 它采用單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，其電路

15、簡單，工作穩(wěn)定可靠，溫度補償性能好，受溫度影響較小，調(diào)校方便，移相范圍能達(dá)到160度左右。其工作同步電壓的形成如下。變壓器B輸出交流電壓55V給D2D5四個二極管進(jìn)行整流，其整流輸出經(jīng)過限流電阻R2，再由DW1和DW2對整流波形進(jìn)行削波，其輸出電壓作為觸發(fā)電路的同步電源。由于變壓器B的原邊和主電路在同一電源上，所以，當(dāng)主電路過零點時，同步電路也過零點，這樣就可以保證在每一半波開始時，電容C2兩端的電壓也為零，使得電容器C2的起始充電時間固定，起到了同步作用。圖4 ZLK10型調(diào)速系統(tǒng)的電路圖5 ZLK10型調(diào)速系統(tǒng)電路工作波形圖綜合上述，當(dāng)ZLK10自動調(diào)速系統(tǒng)處于“運轉(zhuǎn)”狀態(tài)，也就是調(diào)速狀態(tài)

16、時，通過調(diào)節(jié)電位器RP4改變電壓給定環(huán)節(jié)的電壓，來改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。例如調(diào)節(jié)RP4使給定電壓Uf增大，這時轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)給出的電壓U保持不變，輸入到V2的電壓U增加，由V3和11出增大，滑差離的勵磁電流增大，最終電動機(jī)轉(zhuǎn)速變快。調(diào)速過程如下：UfUUc充電加快Ug觸發(fā)提前Ifn當(dāng)ZLK10調(diào)速系統(tǒng)置于“定速”狀態(tài)，也就是穩(wěn)速狀態(tài)時，通過調(diào)速系統(tǒng)可以穩(wěn)定由于負(fù)載RL變化而引的轉(zhuǎn)速變化。例如當(dāng)負(fù)載變小時，電機(jī)轉(zhuǎn)速將變快，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電路給出的電壓U將增大，經(jīng)過R6、R7、R8給出的比較電壓U將減小，這樣C6充電速度變慢，單機(jī)轉(zhuǎn)速變慢。經(jīng)過這樣的所饋過程將使電機(jī)的轉(zhuǎn)速基本不變。穩(wěn)速過程如下：RLnUU

17、Uc充電變慢Ug觸發(fā)滯后Ifn三、設(shè)計結(jié)果與分析：1指標(biāo)內(nèi)容輸入電壓：直流+15V、-15V交流同步電壓：20V移相電壓：010V移相法范圍：>170°對電路進(jìn)行設(shè)計、計算與說明。計算所用元器件參數(shù)。2、設(shè)計結(jié)果由于這次調(diào)速是用單相半波達(dá)到調(diào)速的目的所以改變觸發(fā)角即可調(diào)速U =0.45U （1+COS）/2 如當(dāng)=30時，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電路給出的電壓U =92.565 當(dāng)=60時，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電路給出的電壓變?yōu)閁 =74.25n=Un/(cen)-Ra/(cenGn)T可知，當(dāng)變化時n也隨之變化，既起到調(diào)速的作用結(jié)果分析：這次調(diào)速是用單相半波達(dá)到調(diào)速的目的所以改變觸發(fā)角即可調(diào)速，本實

18、用新型是一種可對多個閘流管的觸發(fā)角分別控制的裝置，此裝置包含：整流電路；施密特觸發(fā)器；單穩(wěn)延遲器；存儲器；設(shè)定所述存儲器地址的地址計數(shù)器；在每一原始觸發(fā)區(qū)間時間內(nèi)產(chǎn)生一串預(yù)定數(shù)量的脈沖串，并且使每一脈沖串結(jié)束時使所述地址計數(shù)器計數(shù)一次的預(yù)定脈沖數(shù)產(chǎn)生器；輸入上述預(yù)定脈沖數(shù)產(chǎn)生器輸出信號的時序解碼器；包含多個多工操作器并依據(jù)所述存儲器與解碼器的輸出信號來觸發(fā)各閘流管的觸發(fā)控制單四、心得體會很感謝這次的課程設(shè)計，它使我更加深刻地體會到多看專業(yè)書的重要性，只有掌握了一定量的專業(yè)知識才能得心應(yīng)手地解決諸多問題；另外，做任何事都要有耐心，不要一遇到困難就退縮；在學(xué)習(xí)和工作中要時刻謹(jǐn)記“團(tuán)結(jié)”二字，它好比

19、通向成功的鋪路石，不可或缺。五 參考文獻(xiàn)：1.高玉奎 張連仲 主編 晶閘管變流技術(shù)學(xué)習(xí)與實驗北京：兵器工業(yè)出版社 1996年2月P115P1162.黃立培 主編 電動機(jī)控制北京：清華大學(xué)出版社 2003P46P883.王兆安 黃俊 主編 電力電子技術(shù) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2006年5月 第四版 第18次印刷 P43P48單相交流調(diào)壓電路的性能研究一.實驗?zāi)康氖煜蜗嘟涣髡{(diào)壓電路的工作原理,分析在電阻負(fù)載時的輸出電壓和電流的波形及相控特性.明確交流調(diào)壓電路在電阻負(fù)載時其相控角應(yīng)限制在>>的范圍內(nèi).二.設(shè)計方案1. 單相交流調(diào)壓主電路及觸發(fā)電路圖如下: 2設(shè)計指標(biāo)（1） 輸入電壓：單

20、相交流220V，50HZ（2） 輸出功率：500W（3） 負(fù)載性質(zhì)：電阻3單相交流調(diào)壓主電路在上圖中晶閘管VT1 VT2 也可以用雙向晶閘管代替在電源U的正半周內(nèi)，晶閘管V承受正向電壓，當(dāng)t=時觸發(fā)V使其導(dǎo)通則負(fù)載上得到缺角的正弦半波電壓，當(dāng)電源電壓過0時，V管電流下降為0而關(guān)斷，在電源電壓U的負(fù)半周，V晶閘管承受正向電壓，當(dāng)t=+時，觸發(fā)V使其導(dǎo)通，則負(fù)載上得到缺角的正弦負(fù)半波電壓，改變角大小，就改變了輸出電壓有效值大小，負(fù)載電壓電壓有效值為負(fù)載電流有效值 晶閘管電流有效值 電路功率因數(shù) 由圖和公式可以看出移項范圍從0到，=0時，相當(dāng)于晶閘管一直接通，輸出電壓為最大值，Uo=UI，隨著的增大

21、，Uo降低，直到=時，Uo=0，此外，=0時，功率因數(shù)=1，隨著的增大，輸入電流落后于電壓并且發(fā)生畸變，也隨之降低。4.單相交流調(diào)壓電路諧波分析由主電路圖可以看出，負(fù)載電壓和負(fù)載電流均不是正弦波，含有大量諧波，由于波形正負(fù)半波對稱，所以不含直流分量和偶次諧波，用傅立葉級數(shù)表示 (4-12)式中(n=3,5,7,) (n=3,5,7,)基波和各次諧波有效值 (n=1,3,5,7,)負(fù)載電流基波和各次諧波有效值 電流基波和各次諧波標(biāo)么值隨a 變化的曲線（基準(zhǔn)電流為a =0時的有效值）5單相交流調(diào)壓觸發(fā)電路在單相交流調(diào)壓電路中，觸發(fā)電路很重要，所以我們必須的對器件KJ004作一個深入的了解KJ004

22、可控硅移項觸發(fā)電路適用于單相、三相全控橋式供電裝置中，作可控硅的雙路脈沖移相觸發(fā)。KJ004器件輸出兩路相差180度的移項脈沖，可以方便地構(gòu)成全控橋式觸發(fā)器線路。該電路具有輸出負(fù)載能力大，移項性好，正負(fù)半周脈沖相位均衡性好、移相范圍寬、對同步電壓要求低，有脈沖列調(diào)制輸出端等功能與特點。下面我們看一下KJ004的內(nèi)部原理圖該電路由同步檢測電路、鋸齒波形成電路、偏移電壓、移電壓綜合比較放大電路和功相率放大電路四部分組成。 電路原理見下圖：鋸齒波的斜率決定于外接R6、RW1流出的充電電流和積分C1的數(shù)值。對不同的移項控制V1，只有改變R1、R2的比例，調(diào)節(jié)相應(yīng)的偏移VP。同時調(diào)整鋸齒波斜率電位器RW

23、1，可以使不同的移相控制電壓獲得整個范圍。觸發(fā)電路為正極性型，即移相電壓增加，導(dǎo)通角增大。R7和C2形成微分電路，改變R7和C2的值，可獲得不同的脈寬輸出。KJ004的同步電壓為任意值。 封裝形式： 該電路采用雙列直插C16白瓷和黑瓷兩種外殼封裝，外型尺寸按電子工業(yè)部部頒標(biāo)準(zhǔn)。半導(dǎo)體集成電路外型尺寸SJ110076典型接線圖及各點波形同步串聯(lián)電阻R4的選擇按下式計算：R4=（同步電壓/2）X1000 各點波形圖如下圖所示電參數(shù)： · 電源電壓：直流+15V、-15V，允許波動±5%（±10%時功能正常）。 · 電源電流：正電流15mA，負(fù)電源1

24、0Ma。 · 同步電壓：任意值。 · 同步輸入端允許最大同步電流：6mA（有效值）。 · 移相范圍170°（同步電壓30V，同步輸入電阻15K）。 · 鋸齒波幅度10V（幅度以鋸齒波平頂為準(zhǔn)）。 · 輸出脈沖：（1）寬度：400s2ms(通過改變脈寬阻容元件達(dá)到)。 （2）幅度：13V。（3）KJ004最大輸出能力100mA（流出脈沖電流）。（4）輸出管反壓：BVCEO18V（測試條件Ie100A）。· 正負(fù)半周脈沖相位不均衡±3°。 · 使用環(huán)境溫度為四級：C:070 R:-5585 E: -

25、4085 M:-55125下面我們看一下KJ004的引腳圖以及其功能圖引腳號功能 1 輸出 2 空 3.4 形成距齒波 5 Vee 6 空 7 地 8 同步輸入 9綜合比較 10 空 11.12 微分阻容 13.14封鎖調(diào)制 15 輸出 16 +Vcc Kj004 引腳功能圖6單相交流調(diào)壓的計算（1） 估算負(fù)載參數(shù)R 由于在技術(shù)指標(biāo)中，P=500W，U1=220/=155.56所以由P=U12/R=（220/）2/R=500可得R=48.4，因此R必須小于48.4才能滿足條件。（2） 計算負(fù)載電壓有效值 由負(fù)載電壓公式可以求得取不同時的Uo，由下表所示角度數(shù)（0） U1 取值（V） U0 取值

26、（V） 0155.56 155.5630155.56153.3060 155.56125.1590155.56110.00120155.5683.96150155.5668.19三結(jié)果分析這個設(shè)計是讓我們看電阻負(fù)載時候的電壓波形和電流波形，由于角度不同，電壓和電流也不同，由上面的表格可以看出越大，U0越小，直到=1800時U0=0，隨著的增大，輸入電流落后于電壓并且發(fā)生畸變，也隨之降低。這是由負(fù)載電壓公式?jīng)Q定的。四設(shè)計體會很快，一周的課程設(shè)計就結(jié)束了，在這一周里面通過設(shè)計使自己對電力電子這門課程有了更進(jìn)一步的了解，尤其是單相交流調(diào)壓這部分極為深刻，對這個電路的工作原理，電壓電流波形有了更深一步

27、的認(rèn)識，還有器件KJ004，以前根本就不怎么了解，通過設(shè)計對它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及其他方面了解了好多，這些都是課堂上我們學(xué)不到的。一些東西教科書上提到的很少必須自己找些課外書，這讓我有了平時喜歡去圖書館翻閱一些指導(dǎo)書的習(xí)慣，這一切都為將來畢業(yè)設(shè)計作好鋪墊，為就業(yè)積累寶貴經(jīng)驗五.參考文獻(xiàn)王兆安主編 電力電子技術(shù) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2000 呂家元主編 半導(dǎo)體變流技術(shù) 天津大學(xué)出版社 1987黃俊主編 半導(dǎo)體變流技術(shù)習(xí)題 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1989 陳治明主編 電力電子器件基礎(chǔ) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社1992 趙良炳主編 現(xiàn)代電力電子技術(shù)基礎(chǔ) 北京 清華大學(xué)出版社 1995直流斬波電路的設(shè)計 一.

28、程序設(shè)計的目的：1. 熟悉降壓斬波電路和升壓斬波電路的工作原理2. 掌握兩種基本斬波電路的工作狀態(tài)3. 了解電路圖的波形情況二 課程設(shè)計的主要內(nèi)容 1. 設(shè)計題目直流斬波電路的性能研究2. 設(shè)計步驟 根據(jù)給出的技術(shù)要求，確定總體設(shè)計方案 選擇具體的元件，進(jìn)行硬件系統(tǒng)的設(shè)計 進(jìn)行相應(yīng)的電路設(shè)計，完成相應(yīng)的功能 進(jìn)行調(diào)試與修改 撰寫課程設(shè)計說明書3.設(shè)計方法 直流斬波電路（DC Chopper）的功能是將直流電變?yōu)榱硪环N固定的或可調(diào)的直流電，也稱為直流-直流變換器（DC/DC Converter），直流斬波電路（DC Chopper）一般是指直接將直流變成直流的情況，不包括直流-交流-直流的情況；

29、直流斬波電路的種類很多，包括6種基本斬波電路：降壓斬波電路，升壓斬波電路，升降壓斬波電路，Cuk斬波電路，Sepic斬波電路，Zeta斬波電路，前兩種是最基本電路。主要包括：降壓斬波電路的設(shè)計升壓斬波電路的設(shè)計直流供電電源控制和驅(qū)動電路三 設(shè)計方案的論證 1熟悉實驗裝置的電路結(jié)構(gòu)和主要元器件，檢查實驗裝置輸入和輸出的線路連接是否正確，檢查輸入保險絲是否完好，以及控制電路和主電路的電源開關(guān)是否在“關(guān)”的位置。電路原理圖見實驗圖2。斬波電路的直流輸入電壓ui由交流電經(jīng)整流得到，如實驗圖2a所示。實驗圖2b和c分別為降壓斬波主電路和升壓斬波主電路。實驗圖2d為控制和驅(qū)動電路的原理圖，控制電路以專用P

30、WM控制芯片SG3525為核心構(gòu)成，控制電路輸出占空比可調(diào)的矩形波，其占空比受uco控制。 下圖為降壓斬波主電路及控制電路a） 直流供電電源 b） 降壓斬波主電路 c）升壓斬波主電路d）控制和驅(qū)動電路（同理可得升壓斬波電路主電路及控制電路） d)降壓斬波主電路及控制電路 4. SG3525的功能特點及軟起動功能SG3525是定頻PWM電路，采用16引腳標(biāo)準(zhǔn)DIP封裝。其各引腳功能如圖2(a)所示，內(nèi)部框圖如圖2(b)所示。腳8為軟起動端。 （a）SG3525的引腳 （b）內(nèi)部框圖 圖2    SG3525引腳及內(nèi)部框圖 SG3525在SG3524的基礎(chǔ)上，主要作了

31、以下改進(jìn)。     1）增設(shè)欠壓鎖定電路    電路主要作用是當(dāng)IC輸入電壓<8V時，集成塊內(nèi)部電路鎖定，停止工作（基準(zhǔn)源及必要電路除外），使之消耗電流降至很?。s2mA）。     2）有軟起動電路    比較器的反相端即軟起動控制端腳8可外接軟起動電容。該電容由內(nèi)部5V基準(zhǔn)參考電壓的50A恒流源充電，使占空比由小到大（50）變化。     3）比較器有兩個反相輸入端    SG3524的誤差放大器、電流控制

32、器和關(guān)閉控制3個信號共用一個反相輸入端，現(xiàn)改為增加一個反相輸入端，誤差放大器與關(guān)閉電路各自送至比較器的反相端。這樣，便避免了彼此相互影響，有利于誤差放大器和補償網(wǎng)絡(luò)工作精度的提高。     4）增加PWM鎖存器使關(guān)閉作用更可靠    比較器（脈沖寬度調(diào)制）輸出送到PWM鎖存器，鎖存器由關(guān)閉電路置位，由振蕩器輸出時間脈沖復(fù)位。這樣，當(dāng)關(guān)閉電路動作，即使過電流信號立即消失，鎖存器也可維持一個周期的關(guān)閉控制，直到下一個周期時鐘信號使鎖存器復(fù)位為止。 5）振蕩器作了較大改進(jìn)    SG3524中的振蕩器只有CT及

33、RT兩引腳，充電和放電回路是相同的。SG3525的振蕩器，除了CT及RT引腳外，增加了放電引腳7、同步引腳3。RT阻值決定對CT充電的內(nèi)部恒流值，CT的放電則由腳5及腳7之間外接的電阻值RD決定。把充電和放電回路分開，有利于通過RD來調(diào)節(jié) 死區(qū)的時間，這是重大的改進(jìn)。在SG3525中增加了同步引腳3 專為外同步用，為多個SG3525的聯(lián)用提供了方便。     6）輸出級作了結(jié)構(gòu)性改進(jìn)    電路結(jié)構(gòu)改為確保其輸出電平處于高電平，或低電平狀態(tài)。另外，為了適應(yīng)驅(qū)動MOSFET的需要，末級采用了推挽式電路，使關(guān)斷速度更快。 SG3525增加

34、的工作性能在實際應(yīng)用中具有重要意義。例如，腳8增加的軟起動功能，避免了開關(guān)電源在開機(jī)瞬間的電流沖擊，可能造成的末級功率開關(guān)管的損壞。 3.接通控制電路電源，用示波器分別觀察鋸齒波和PWM信號的波形（實驗裝置應(yīng)給出測量端，位置在圖中已標(biāo)出），記錄其波形、頻率和幅值。調(diào)節(jié)Ur的大小，觀察PWM信號的變化情況。 4.斬波電路的輸入直流電壓ui由低壓單相交流電源經(jīng)單相橋式二極管整流及電感電容濾波后得到。接通交流電源，觀察ui波形，記錄其平均值。 5.斬波電路的主電路包括降壓斬波電路和升壓斬波電路兩種，分別如實驗圖2b、c所示，電路中使用的器件為電力MOSFET，注意觀察其型號、外形等。 6.切斷各處電

35、源，將直流電源ui與升壓斬波主電路連接，斷開降壓斬波主電路。檢查接線正確后，接通主電路和控制電路的電源。改變ur值，每改變一次ur，分別觀測PWM信號的波形、電力MOSFET V的柵源電壓波形、輸出電壓uo的波形、輸出電流io的波形，記錄的PWM信號占空比a，ui、uo的平均值Ui和Uo。7.改變負(fù)載R的值，重復(fù)上述內(nèi)容6。2.降壓斬波電路1)工作原理t=0時刻驅(qū)動V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓uo=E，負(fù)載電流io按指數(shù)曲線上升。t=t1時控制V關(guān)斷，二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓uo近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。通常串接較大電感L使負(fù)載電流連續(xù)且脈動小。2)數(shù)量關(guān)系負(fù)載電壓平均值：ton

36、V通的時間 toffV斷的時間 a-導(dǎo)通占空比負(fù)載電流平均值：3.升壓斬波電路1)工作原理假設(shè)L和C值很大。V處于通態(tài)時，電源E向電感L充電，電流恒定I1，電容C向負(fù)載R供電，輸出電壓Uo恒定。V處于斷態(tài)時，電源E和電感L同時向電容C充電，并向負(fù)載提供能量。2)數(shù)量關(guān)系設(shè)V通態(tài)的時間為ton，此階段L上積蓄的能量為設(shè)V斷態(tài)的時間為toff，則此期間電感L釋放能量為穩(wěn)態(tài)時，一個周期T中L積蓄能量與釋放能量相等：T/toff>1，輸出電壓高于電源電壓，故為升壓斬波電路電壓升高得原因：電感L儲能使電壓泵升的作用 電容C可將輸出電壓保持住四設(shè)計結(jié)果與分析降壓斬波電路的典型用途之一是拖動直流電動機(jī)

37、，也可帶蓄電池負(fù)載，兩種情況下負(fù)載中均會出現(xiàn)反電動勢，如圖1中Em所示。為使io連續(xù)且脈動小，通常使L值較大圖1升壓斬波電路應(yīng)用直流電動機(jī)傳動時，通常用于直流電動機(jī)再生制動時把電能回饋給直流電源，實際L值不可能為無窮大，因此有電動機(jī)電樞電流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作狀態(tài)。五設(shè)計的心得體會 作了一周的課程設(shè)計，使我有了很多的心得體會，可以說這次直流斬波電路的性能研究的課程設(shè)計是在大家共同努力和在老師的精心指導(dǎo)下共同完成的。通過這次設(shè)計加深了我對這門課程的了解，也加深了對這門課程的設(shè)計。以前總是覺得理論結(jié)合不了實際，但通過這次設(shè)計使我認(rèn)識到了理論結(jié)合實際的重要性。但由于我知識的限制，設(shè)計還有很多不足之處，

38、希望老師指出并教導(dǎo)。通過對電路圖的研究，也增強了我們的思考能力。課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。很感激學(xué)校給了我們這次動手實踐的機(jī)會，讓我們學(xué)生有了一個共同學(xué)習(xí)，增長見識，開拓視野的機(jī)會。也感謝陳老師對我們無私忘我的指導(dǎo)，我會以這次課程設(shè)計作為對自己的激勵，繼續(xù)學(xué)習(xí)。六參考文獻(xiàn)1梁延貴主編,現(xiàn)代集成電路實用手冊可控硅觸發(fā)電路分冊,北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社.2002.22王兆安主編, 電力電子技術(shù).第四版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2004.13王云亮主編, 電力電子技術(shù).第一版.北京.電子工業(yè)出版

39、社.2004.8目 錄1.設(shè)計目的2.設(shè)計方案論證2.1 交流調(diào)壓電路2.2 相控單相交流調(diào)壓電路（電阻性負(fù)載）2.3 可控硅移相觸發(fā)器KJ004（KJ004A）3. 主電路圖及計算結(jié)果3.1 主電路圖3.2 計算結(jié)果4.設(shè)計體會5.參考文獻(xiàn)自岳志剛1. 設(shè)計目的1.1 熟悉單相交流調(diào)壓電路的工作原理1.2 分析在電阻負(fù)載時的輸出電壓和電流的波形及相控特性。2. 設(shè)計方案論證2.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路采用兩單向晶閘管反并聯(lián)實現(xiàn)對交流電正、負(fù)半周的對稱控制，達(dá)到方便地調(diào)節(jié)輸出交流電壓大小的目的，或?qū)崿F(xiàn)交流電路的通、斷控制。因此交流調(diào)壓電路可用于異步電動機(jī)的調(diào)壓調(diào)速、恒流軟起動，交流負(fù)載的功

40、率調(diào)節(jié)，燈光調(diào)節(jié)，供電系統(tǒng)無功調(diào)節(jié)，用作交流無觸點開關(guān)、固態(tài)繼電器等，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。交流調(diào)壓電路一般有三種控制方式，其原理分別為：2.1.1 通斷控制通斷控制是在交流電壓過零時刻導(dǎo)通或關(guān)斷晶閘管，使負(fù)載電路與交流電源接通幾個周波，然后再斷開幾個周波，通過改變導(dǎo)通周波數(shù)與關(guān)斷周波數(shù)的比值，實現(xiàn)調(diào)節(jié)交流電壓大小的目的。通斷控制時輸出電壓波形基本正弦，無低次諧波，但由于輸出電壓時有時無，電壓調(diào)節(jié)不連續(xù)，會分解出分?jǐn)?shù)次諧波，如圖1所示。如用于異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速，會因電機(jī)經(jīng)常處于重合閘過程而出現(xiàn)大電流沖擊，因此很少采用。一般用于電爐調(diào)溫等交流功率調(diào)節(jié)的場合。 圖1 通斷控制的電壓波形2.1.2 相位控

41、制與可控整流的一項觸發(fā)控制相似，在交流的正半周時觸發(fā)導(dǎo)通正向晶閘管、負(fù)半周時觸發(fā)導(dǎo)通反向晶閘管，且保持兩晶閘管的移相角相同，以保證向負(fù)載輸出正、負(fù)半周對稱的交流電壓波形。如圖2所示。相位控制方法簡單，能連續(xù)調(diào)節(jié)輸出電壓大小。但輸出電壓波形非正弦，含有豐富的低次諧波，在異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速應(yīng)用中會引起附加諧波損耗，產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)距等。 圖2 相位控制的電壓波形2.1.3 斬波控制斬波控制利用脈寬調(diào)制技術(shù)將交流電壓波形分割成脈沖列，改變脈沖的占空比即可調(diào)節(jié)輸出電壓大小。如圖3所示。斬波控制輸出電壓大小可連續(xù)調(diào)節(jié)，諧波含量小，基本上克服了相位及通斷控制的缺點。由于實現(xiàn)斬波控制的調(diào)壓電路半周內(nèi)需要實現(xiàn)較高頻率

42、的通、斷，不能采用晶閘管，須采用高頻自關(guān)斷器件，如GTR、GTO、MOSFET、IGBT等。 圖3 斬波控制的輸出電壓波形 實際應(yīng)用中，采取相位控制的晶閘管型交流調(diào)壓電路應(yīng)用最廣，本次設(shè)計既對采用此種控制方式的單相交流調(diào)壓電路進(jìn)行研究。2.2 相控單相交流調(diào)壓電路（電阻性負(fù)載）2.2.1工作原理：電阻性負(fù)載電路原理圖和輸出波形分別如圖4和圖5所示。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(fù)半周，分別對VT1和VT2的移相控制角進(jìn)行控制就可以調(diào)節(jié)輸出電壓。正、負(fù)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，VT1正偏置而導(dǎo)通，負(fù)載電壓波

43、形與電源電壓波形相同；在時，電源電壓過零，因電阻性負(fù)載，電流也為零，VT1自然關(guān)斷。在時，對VT2施加觸發(fā)脈沖，VT2 正偏置而導(dǎo)通，負(fù)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(guān)斷。穩(wěn)態(tài)時，正負(fù)半周的相等，負(fù)載電壓波形是電源電壓波形的一部分，負(fù)載電流（電源電流）和負(fù)載電壓的波形相似。 圖4 電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路2.2.2 數(shù)量關(guān)系2.2.2.1負(fù)載電阻R上的交流電壓有效值UR 2.2.2.2 負(fù)載電阻R上的電流有效值IR 2.2.2.3 晶閘管電流有效值 2.2.2.4 功率因數(shù)l2.2.3 圖5 單相交流調(diào)壓電路電阻 性負(fù)載的波形 2.2.4 諧波分析由圖4的波形可以

44、看出，負(fù)載電壓和負(fù)載電流（即電源電流）均不是正弦波，含有大量諧波。對于電阻性負(fù)載，由于波形正負(fù)半波對稱，所以不含直流分量和偶次諧波，可用傅里葉級數(shù)表示如下 式中， 基波和各次諧波的有效值可按下式求出負(fù)載電流基波和各次諧波的有效值為根據(jù)以上各式的計算結(jié)果，可以繪出電流基波和各次諧波標(biāo)么值隨變化的曲線，如圖6所示，其中基準(zhǔn)電流為=0時的基波電壓有效值U1。由于電阻負(fù)載下，電流波形與電壓波形相同，有諧波分布圖可知，電源電流諧波特點：1. 諧波次數(shù)越低，諧波幅值越大；2. 3次諧波的最大值出現(xiàn)在=90o時，幅值約占基波分量的0.3倍；3. 5次諧波的最大值出現(xiàn)在=60o和=120o的對稱位置。2.3

45、可控硅移相觸發(fā)器KJ004（KJ004A）可控硅移相觸發(fā)器KJ004電路適用于單相、三相全控橋式供電裝置中，做可控硅的雙路脈沖移相觸發(fā)。KJ004器件輸出兩路相差180o的移相脈沖，可以方便地構(gòu)成全控橋式觸發(fā)器電路。該電路具有輸出負(fù)載能力大、移相性能好、正負(fù)半周脈沖相位均衡性好、移相范圍寬、對同步電壓要求低、有脈沖列調(diào)至輸出端等功能和特點。2.3.1 電參數(shù)、引腳排列和功能電參數(shù)如下：直流+15V，-15V，允許波動±5%（±10%功能正常）。電源電流：正電流15mA，負(fù)電流10mA。同步電壓：任意值。同步輸入端允許最大同步電流：6mA（有效值）。移相范圍：170o（同步電

46、壓30V，同步輸入電阻15k）。鋸齒波幅度：10V（幅度以鋸齒波出現(xiàn)平頂為準(zhǔn)）。輸出脈沖：a. 脈沖寬度：（改變寬度電容達(dá)到）。b. 脈沖幅度：13V。c. 最大輸出能力：KJ004為100mA（輸出脈沖電流）。KJ004A為10mA。d. 輸出反壓：BVceo18V（測試條件：）。正負(fù)半周脈沖相位不均衡度±3 o。使用環(huán)境溫度為四級：C：070 R：-5585E：-4085 M：-55125KJ004(KJ004A)采用雙列直插16腳封裝，如圖7所示。各引腳功能如表1所示。 圖7 KJ004(KJ004A)圖 表1 KJ004(KJ004A)引腳功能2.3.2 工作原理和外電路的連

47、接 KJ004的典型應(yīng)用電路及各點波形如圖8所示。該芯片有同步檢波電路，鋸齒波形成電路，移相電壓、偏移電壓和鋸齒波電壓綜合比較放大電路及功率放大電路四部分組成。鋸齒波的斜率決定于電源經(jīng)外接電阻R6、RP1后的充電電流和積分電容C1的數(shù)據(jù)。對不同的移相控制電壓VY，只要改變權(quán)電阻R1、R2的比例，調(diào)節(jié)相應(yīng)的偏移電壓VP，同時調(diào)節(jié)鋸齒波斜率電位器RP1，就可以使不同的移相控制電壓獲得整個移相范圍內(nèi)的觸發(fā)脈沖。觸發(fā)電路為正極型，即移相控制電壓VY增加，輸出導(dǎo)通角增大。R7和C2形成微分電路，改變R7和C2的數(shù)值，可獲得不同的脈寬輸出。 同步串聯(lián)電阻R4可以按下式計算： 圖 8 KJ004的典型應(yīng)用電

48、路及各點波形3. 主電路圖及計算結(jié)果3.1 主電路圖 圖9 單相交流調(diào)壓電路主電路圖3.3 計算結(jié)果3.3.1 指標(biāo)內(nèi)容輸入電壓：單相交流220伏、50赫茲。輸出功率：0.5kw主電路負(fù)載：200，1A計算結(jié)果見表2 表2 單相交流調(diào)壓電路主電路數(shù)據(jù)計算結(jié)果表（o）（V）（V）（A）（A）02202201.10.778130220216.81.0840.7670.98560220197.30.98650.6980.89790220155.60.7780.550.70712022097.30.48650.3440.44215037.3537.350.186750.1320.1704.設(shè)計體會 通

49、過這次課程設(shè)計，我對交流調(diào)壓電路的內(nèi)容的了解又加深了許多，尤其是對諧波的分析，上課時對這部分內(nèi)容重視度不夠，經(jīng)過這次設(shè)計彌補了這方面的不足。另外，在使用protel軟件繪制電路圖的過程中，我學(xué)到了很多實用的技巧，這也為以后的工作打下了很好的基礎(chǔ)。 5.參考文獻(xiàn)1 王兆安，黃俊. 電力電子技術(shù)M，第4版。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.5：112-1162 賀益康，潘再平。 電力電子技術(shù)M。北京：科學(xué)出版社，2004.4：224-2273 金海明，鄭安平。電力電子技術(shù)M。北京：北京郵電大學(xué)出版社，2005：189-1924 莫正康。 電力電子應(yīng)用技術(shù)M，第3版。 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

50、5：151-162綠色照明電路的設(shè)計0.引言能源和環(huán)境是當(dāng)前全球共同關(guān)注的熱點。照明用電隨著社會的發(fā)展已占總發(fā)電量的10 %左右。美國1994年僅用于9600萬戶家庭照明的耗電約1500億kWh ,價值100億美元,這些發(fā)電量要產(chǎn)生1.4億噸原始溫室氣體二氧化碳。照明用電的迅速增加,不但要增加大量的電力投資,而且還會對環(huán)境和電網(wǎng)產(chǎn)生污染。據(jù)專家計算,每100億kwh電需標(biāo)煤500萬噸,按除塵率94%計算,還要向大氣排放煙塵5.5萬噸、二氧化碳7.8萬噸,產(chǎn)生嚴(yán)重的酸雨。因而綠色照明應(yīng)運而生。 綠色照明是20世紀(jì)90年代初國際上對采用節(jié)約電能,保護(hù)環(huán)境的照明系統(tǒng)的形象化說法。它是一項集照明節(jié)電,

51、環(huán)境保護(hù),改善照明質(zhì)量和發(fā)展電器工業(yè)于一體的跨世紀(jì)工程。實施綠色照明不僅能夠節(jié)省電力,更重要的是減少環(huán)境污染和能源消耗,提高能源的利用效率。實現(xiàn)綠色照明的方法:一是改造光源,二是改進(jìn)電路,本文將著重闡述電力電子技術(shù)在綠色照明電路中的應(yīng)用。1.傳統(tǒng)照明電路簡介電光源可以分為兩大類:一是熱輻射光源(如白熾燈等) ,二是氣體放電光源(如熒光燈、霓虹燈等)。白熾燈(電阻性負(fù)載) 直接使用市電作為電源,雖不會對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染,但它是熱輻射光源,只有不到5 %的電能用來發(fā)光,95 %的電能都轉(zhuǎn)化為熱能浪費掉,因而光效很低,壽命很短。將全國1/ 5 的白熾燈換成高效節(jié)能燈,其節(jié)電量相當(dāng)于葛洲壩水電廠一年的

52、發(fā)電量,因此正逐步被高效節(jié)能光源所替代和淘汰。而新的光源以氣體放電燈為主,以超細(xì)管徑熒光燈為代表的氣體放電燈結(jié)構(gòu)簡單、發(fā)光效率為白熾燈的610倍,壽命為10倍以上,便于規(guī)?；a(chǎn),使用方便,是易于推廣應(yīng)用的高效節(jié)能光源。熒光燈依靠燈管內(nèi)的氣體分子不斷被擊穿,產(chǎn)生電弧放電而發(fā)光的。燈具啟動時需要較高的電壓以保證擊穿,在運行時又要保持較低電壓。因此, 不能將熒光燈直接接在電網(wǎng)上, 必須加限流穩(wěn)弧的鎮(zhèn)流器。傳統(tǒng)的鎮(zhèn)流器為電感式, 工作頻率為50 Hz ,體積大、笨重、功率因數(shù)低、能耗大;有嚴(yán)重頻閃,有害視覺,噪聲大;當(dāng)電網(wǎng)電壓低于額定電壓10 % ,常常不能正常啟動,且起輝器很容易損壞.霓虹燈屬于輝

53、光放電,工作原理和其他燈略有不同. 它的啟動電壓需要15000V 左右,工作電壓一般為幾千伏,因此需要一個變壓器將市電電壓升上去. 通常這個變壓器和鎮(zhèn)流器做在一起,通稱為霓虹燈變壓器. 傳統(tǒng)的變壓器采用電感式工頻漏磁變壓器,笨重、耗電多、難于控制、且噪聲大。隨著環(huán)保節(jié)能要求的提出,傳統(tǒng)照明電路已經(jīng)不能適應(yīng)綠色照明系統(tǒng)的要求,它們將逐步被新型的電路所取代。熒光燈用電子鎮(zhèn)流器和霓虹燈專用電子變壓器是新型照明電路的典型代表,這兩種器具發(fā)展日趨成熟,已經(jīng)在實際系統(tǒng)中使用,下面分別作以介紹。2.有電子鎮(zhèn)流器工作的綠色照明電路2.1電子鎮(zhèn)流器的結(jié)構(gòu)與工作原理電子鎮(zhèn)流器的基本結(jié)構(gòu)如圖2.1.1所示,它由兩個基本功能單元構(gòu)成,高頻變流電路使其工作在高頻狀態(tài),負(fù)載諧振電路實現(xiàn)啟動和限流等基本功能。整流電路將工頻交流變?yōu)槊}動直流,通過高頻逆變電路將直流量逆變?yōu)楦哳l交流,然后高頻交流通過負(fù)載諧振電路向熒光燈供電。圖2.1.1電子鎮(zhèn)流器的基本結(jié)構(gòu)圖電子鎮(zhèn)流器基本原理電路主要由進(jìn)線電容濾波、單相不可控全橋整流、逆變和輸出濾波(諧振負(fù)載)組成（如圖2.2.2所示）。進(jìn)線電容濾波用于濾去電網(wǎng)中的高頻分量、減小輸入端電流畸變、改善功率因數(shù),經(jīng)過全橋整流,把