交流調(diào)壓調(diào)光燈設(shè)計(jì)與仿真研究

1、 目錄摘要2一、文獻(xiàn)綜述3二、課程題目與設(shè)計(jì)要求5三、主電路的設(shè)計(jì)53.1工作原理53.2交流調(diào)壓調(diào)光燈的電路圖設(shè)計(jì)103.4建模仿真電路圖設(shè)計(jì)10四、觸發(fā)電路的原理分析13五、保護(hù)電路的原理分析155.1過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)155.2 晶閘管的過電流保護(hù)16六、仿真結(jié)果17七、 波形分析257.1電阻型負(fù)載波形分析257.2阻感性負(fù)載波形分析25八、 自我拓展268.1三相調(diào)壓仿真模擬與分析268.2簡(jiǎn)易交流調(diào)壓調(diào)光燈電路的MUITISIM模擬29九、設(shè)計(jì)體會(huì)32十、器件選擇33十一、分組情況34參考文獻(xiàn)34摘要 本次課程設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)出一個(gè)單相交流調(diào)壓調(diào)光燈的電路。根據(jù)題目的要求我們通

2、對(duì)交流調(diào)壓的工作原理及其通斷方式與移相方式的比較設(shè)計(jì)出了交流調(diào)壓調(diào)光燈電路圖，同時(shí)也對(duì)觸發(fā)電路和保護(hù)電路也進(jìn)行了理論分析，通過matlab的仿真分別得到了阻性負(fù)載和阻感性負(fù)載在不同控制角的波形，通過對(duì)波形的分析，我們得出當(dāng)負(fù)載的阻抗角增大時(shí)，不論觸發(fā)角為多大，負(fù)載兩端的電壓和電流都出現(xiàn)大幅度阻尼振蕩，說明電感值越大其儲(chǔ)存的電能就越多，震蕩也越強(qiáng)烈，對(duì)晶閘管和電源危害也很大，因此我們?cè)趯?shí)際電路的應(yīng)用中應(yīng)保證負(fù)載的電感值在一定范圍內(nèi)。關(guān)鍵字：交流調(diào)壓 仿真 分析 應(yīng)用 This course is designed to design a single-phase ac pressure regu

3、lating dimmer circuit. According to the topic request our general of the exchange of the surge, the principle and the hige way and the phase shifting the way is designed the alternating voltage regulation dimmer circuit diagram, simultaneously to trigger circuit and protection circuit, also the theo

4、ry analysis, through the matlab simulation are obtained in resistance and resistance of load the perceptual load in different control Angle of the waveform, through to the waveform analysis, we conclude that when the load impedance Angle increases, no matter how much for triggering Angle, load on bo

5、th ends of the voltage and current are greatly appear damped oscillation, the greater the inductance value that the storage of the more power is, the strong shocks, the thyristor and power supply endanger also is very big, so we in the practical circuit applications should guarantee the load inducta

6、nce value within a certain range.Key word: alternating voltage regulation simulation analysis applications1、 文獻(xiàn)綜述 經(jīng)過多年的發(fā)展，交流調(diào)壓技術(shù)在工礦其企業(yè)、交通運(yùn)輸、郵電通訊、國(guó)防科研、醫(yī)療設(shè)備、家用電器及建筑大樓等多方面得到廣泛應(yīng)用。電力電子交流調(diào)壓技術(shù)分相位控制與斬波控制兩類。相位控制交流調(diào)壓器，作為傳統(tǒng)技術(shù)，其功率器件是晶閘管，并且采用移相觸法方式，因此，這種調(diào)壓器的輸出信號(hào)是非正弦型號(hào)，在輸出電壓時(shí)，會(huì)給電網(wǎng)帶來嚴(yán)重的諧波污染。斬波控制是一種新型高性能的交流調(diào)壓技術(shù)，在中、

7、小功率領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。斬波控制交流調(diào)壓器采用的功率器件是IGBT或功率三極管，限制了調(diào)壓的功率，但由于采用了脈寬調(diào)制或脈頻調(diào)制技術(shù)，其輸出信號(hào)非常接近正弦，以此產(chǎn)生的諧波污染運(yùn)低于相位控制調(diào)壓器。然而，在實(shí)際中應(yīng)用極為廣泛的晶閘管調(diào)壓技術(shù)，隨著企業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度的不斷提供，對(duì)其要求也越來越高。尤其是在生產(chǎn)單晶硅、多晶硅的企業(yè)，要求生產(chǎn)線上的加溫設(shè)施所用晶閘管交流調(diào)壓器運(yùn)行可靠、保護(hù)功能齊全，自動(dòng)化程度高、實(shí)施性好?？紤]到目前國(guó)內(nèi)運(yùn)用的晶閘管調(diào)壓器觸法以模擬電路形式，易受影響，并且無法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電氣量變化等不利影響，目前研制了基于DSPic30f6041a的全數(shù)字晶閘管交流調(diào)壓交流調(diào)壓器，可實(shí)現(xiàn)

8、實(shí)時(shí)負(fù)載的工作狀態(tài)。全數(shù)字、智能控制的全數(shù)字交流調(diào)壓器將成為未來的發(fā)展方向！ 目前，交流調(diào)壓主要應(yīng)用在調(diào)溫的工頻加熱和感應(yīng)加熱、燈光調(diào)節(jié)、感應(yīng)電機(jī)軟啟動(dòng)、風(fēng)機(jī)和水泵的速度控制、電解電鍍的交流側(cè)調(diào)壓等場(chǎng)合。在燈光調(diào)節(jié)領(lǐng)域中，普通的白熾燈和鹵素?zé)敉ǔ２捎每煽毓鑱碚{(diào)光。因?yàn)榘谉霟艉望u素?zé)羰且粋€(gè)純阻器件，它不要求輸入電壓一定是正弦波，因?yàn)樗碾娏鞑ㄐ斡肋h(yuǎn)和電壓波形一樣，所以不管電壓波形如何偏離正弦波，只要改變輸入電壓的有效值，就可以調(diào)光。采用可控硅就是對(duì)交流電的正弦波加以切割而達(dá)到改變其有效值的目的。負(fù)載是和可控硅開關(guān)串聯(lián)的。但是對(duì)于LED的驅(qū)動(dòng)電源就會(huì)產(chǎn)生音頻噪聲和閃爍。控硅調(diào)光雖然有那么多的缺點(diǎn)和

9、問題，但是，它卻有著一定的的優(yōu)勢(shì)，那就是它已經(jīng)和白熾燈鹵素?zé)艚Y(jié)成了聯(lián)盟，占據(jù)了很大的調(diào)光市場(chǎng)。LED燈作為一種廣泛應(yīng)用的新型光源，調(diào)光是很重要的。不僅是為了在家居中得到一個(gè)更舒適的環(huán)境，在今天來說，減少不必要的電光線，以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的是更加重要的一件事。而且對(duì)于LED光源來說，調(diào)光也是比其他熒光燈、節(jié)能燈、高壓鈉燈等更容易實(shí)現(xiàn)，所以更應(yīng)該在各種類型的LED燈具中加上調(diào)光的功能。具體實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光的方法就是在LED的負(fù)載中串入一個(gè)MOS開關(guān)管，這串LED的陽極用一個(gè)恒流源供電。然后用一個(gè)PWM信號(hào)加到MOS管的柵極，以快速地開關(guān)這串LED.從而實(shí)現(xiàn)調(diào)光。也有不少恒流芯片本身就帶一個(gè)PW

10、M的接口，可以直接接受PWM信號(hào)，再輸出控制MOS開關(guān)管。PWM脈寬調(diào)制調(diào)光的優(yōu)點(diǎn)有：1.不會(huì)產(chǎn)生任何色譜偏移。因?yàn)長(zhǎng)ED始終工作在滿幅度電流和0之間。2.可以有極高的調(diào)光精確度。因?yàn)槊}沖波形完全可以控制到很高的精度，所以很容易實(shí)現(xiàn)萬分之一的精度。3.可以和數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合來進(jìn)行控制。因?yàn)槿魏螖?shù)字都可以很容易變換成為一個(gè)PWM信號(hào)。4. 即使在很大范圍內(nèi)調(diào)光，也不會(huì)發(fā)生閃爍現(xiàn)象。因?yàn)椴粫?huì)改變恒流源的工作條件（升壓比或降壓比），更不可能發(fā)生過熱等問題。但是也存在脈沖頻率選擇等一系列問題。并且，普通可控硅調(diào)光電路輸出到LED的驅(qū)動(dòng)電源時(shí)還會(huì)產(chǎn)生意想不到的問題，那就是輸入端的LC濾波器會(huì)使可控硅產(chǎn)

11、生振蕩，這種振蕩對(duì)于白熾燈是無所謂的，因?yàn)榘谉霟舻臒釕T性使得人眼根本看不出這種振蕩。如果LED燈想要取代可控硅調(diào)光的白熾燈和鹵素?zé)魺艟叩奈恢茫鸵惨涂煽毓枵{(diào)光兼容。但數(shù)字新型的LED調(diào)光技術(shù)比將在節(jié)能新時(shí)代異常閃耀！二、課程題目與設(shè)計(jì)要求課程設(shè)計(jì)題目：交流調(diào)壓調(diào)光燈設(shè)計(jì)與仿真研究設(shè)計(jì)要求：1、設(shè)計(jì)交流調(diào)壓調(diào)光燈，并利用仿真軟件比較和時(shí)，輸出電壓和電流波形。2、用matlab仿真并進(jìn)行分析。3、要求對(duì)器件的選擇和電路圖的繪制。4、比較設(shè)計(jì)與仿真中出現(xiàn)的問題。5、設(shè)計(jì)的心得體會(huì)。三、主電路的設(shè)計(jì)3.1工作原理單相交流調(diào)壓電路帶組感性負(fù)載時(shí)的電路以及工作波形如下圖所示。之所產(chǎn)生的滯后是由于阻感性負(fù)

12、載時(shí)電流滯后電壓一定角度，再加上移相控制所產(chǎn)生的滯后，使得交流調(diào)壓電路在阻感性負(fù)載時(shí)的情況比較復(fù)雜，其輸出電壓，電流與觸發(fā)角，負(fù)載阻抗角都有關(guān)系。當(dāng)兩只反并聯(lián)的晶閘管中的任何一個(gè)導(dǎo)通后，其通態(tài)壓降就成為另一只的反向電壓，因此只有當(dāng)導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷以后，另一只晶閘管才有可能承受正向電壓被觸發(fā)導(dǎo)通。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。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

13、處分三種工況分別進(jìn)行討論。（1）情況圖3-1電路圖圖3-2工作波形圖（工況） 上圖所示為單相反并聯(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

14、形如圖1-2所示。為了分析負(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)載電流應(yīng)滿足方程：L=sin其初始條件為： 解該方程，可以得出負(fù)載電流在區(qū)間內(nèi)的表達(dá)式為： 當(dāng)時(shí)，代入上式得，可求出與、之間的關(guān)系為利用上式，可以把與、之間的關(guān)系用下圖的一簇曲線來表示。圖3-3與、之間的關(guān)系曲線 圖中以為參變量，當(dāng)時(shí)代表電阻性負(fù)載，此時(shí)；若為某一特定角度，則當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，隨著的增加而減小。上述電路在控制角為時(shí)，交流輸出電壓有效值、負(fù)載電流有效值、晶閘管電流有效值分別為式中，為當(dāng)時(shí)，負(fù)載電流的最大有效值，其值為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)

15、下圖給出了以負(fù)載阻抗角為參變量時(shí)，晶閘管電流標(biāo)幺值與控制角的關(guān)系曲線。 3-4 晶閘管電流標(biāo)幺值與控制角的關(guān)系曲線當(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。（2）情況當(dāng)控制角時(shí)，負(fù)載電流的表達(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，即當(dāng)正半周晶閘管關(guān)斷時(shí)，恰好觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載電流連續(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)，無調(diào)壓作用。圖3-5情況下的輸出波形(3) 情況在工況下，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)，此時(shí)式仍然適用，由

16、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。圖3-6窄脈沖觸發(fā)方式 3.2交流調(diào)壓調(diào)光燈的電路圖設(shè)計(jì) 由晶閘管組成的調(diào)光電路根據(jù)晶閘管工作波形可以產(chǎn)生不同大小的電流，這個(gè)可以采用電阻或電感串接在電路中來改變它的工作區(qū)域。

17、 交流調(diào)光燈電路原理圖 D1、D2、D3、D4 構(gòu)成整流電路，它們與R、D6、D62CW5構(gòu)成了控制電路，能夠控制晶閘管導(dǎo)通。而R3和C2起到保護(hù)晶閘管的作用。假設(shè)晶閘管導(dǎo)通，則其正半周期為2-D1-VT1-D4-RL-1；其負(fù)半周期是 1-RL-D2-VT1-D3-2。在整個(gè)電路中控制角越小，負(fù)載燈泡RL越亮。在無控制電路的情況下，交流電源承受正向電壓。單結(jié)晶體管觸發(fā)電路導(dǎo)通時(shí)，經(jīng)整流后流經(jīng)R1-D5-R6-RP3-C1；晶閘管導(dǎo)通后，控制電路短路；改變RP3的值可以改變電容C的充放電速度的快慢。R越大，C充電時(shí)間越長(zhǎng)。圖 3-7交流調(diào)壓調(diào)光燈的電路3.4建模仿真電路圖設(shè)計(jì) 1、建立一個(gè)仿真

18、模型的新文件。在 MATLAB 的菜單欄上點(diǎn)擊 File，選擇 New，再在彈出菜單中選擇 Model，這時(shí)出現(xiàn)一個(gè)空白的仿真平臺(tái)，在這個(gè)平臺(tái)上可以繪制電路的仿真模型。 2、在simulink菜單下面找到simpowersystems從中找出所需的晶閘管，交流電源，電壓表，電流表，示波器，阻感負(fù)載等。3、將找到的模型正確的連接起來，如下圖所示： 圖3-8仿真電路4、參數(shù)設(shè)置 觸發(fā)脈沖參數(shù)設(shè)置如下圖所示:其中將周期（period）設(shè)置為0.02觸發(fā)脈沖寬度（pulse width）設(shè)置為5相位滯后（phase delay）也就是觸發(fā)角可設(shè)為0-0.01之間的任意數(shù)，他們之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下觸發(fā)角相

19、位滯后換算公式00相位滯后=(觸發(fā)角/180)×0.01300.0017450.0025900.0051200.00671500.00831800.01 負(fù)載參數(shù)設(shè)置如果負(fù)載為電阻性負(fù)載，則將電感（inductance）設(shè)為0，電容（capacitance）設(shè)為inf,本次仿真中的負(fù)載為阻感性，其參數(shù)設(shè)置如下圖所示 圖3-9參數(shù)設(shè)置1電源參數(shù)設(shè)置電源電壓設(shè)為220V，頻率設(shè)為50Hz,相位角設(shè)為0，如需改變可另行設(shè)置采樣時(shí)間設(shè)為0，仿真器設(shè)置為便于觀察波形，將仿真時(shí)間設(shè)為0.06（三個(gè)周期）仿真算法（solver）設(shè)為ode23t，其他參數(shù)設(shè)為默認(rèn)，設(shè)置好后的參數(shù)如下圖所示： 圖3-

20、9參數(shù)設(shè)置2四、觸發(fā)電路的原理分析 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。晶閘管觸發(fā)電路應(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。 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)

21、。KCO5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引腳圖如圖3-1所示： 圖4-1 KC05引腳圖集成塊的電參數(shù)：電源電壓：外接直流電壓+15V，允許波動(dòng)±5(±10功能正常)。電源電流：l2mA。同步電壓：l0V。同步輸入端允許最大同步電流：3mA(有效值)。移相范圍：l70°(同步電壓30V，同步輸入電阻10k)。移相輸入端偏置電流l0µA。鋸齒波幅度：78.5V。輸出脈沖：a脈沖寬度：l00µs2 ms(通過改變脈寬阻容元件達(dá)到)。b脈沖幅度：>13V。c最大輸出能力：200mA(吸收脈沖電流)。

22、d輸出反壓：BVceol8V(測(cè)試條件：Ie=100µA允許使用環(huán)境溫度：-l070。KC05觸發(fā)芯片具有鋸齒波形好，移相范圍寬，控制方式簡(jiǎn)單，易于集中控制，有失交保護(hù)，輸出電流大等優(yōu)點(diǎn)，是交流調(diào)光，調(diào)壓的理想電路。KC05電路也適用于作半控或全控橋式線路的相位控制。同步電壓由KC05的15、16腳輸入，在TP1點(diǎn)可以觀測(cè)到鋸齒波，RP1電位器調(diào)節(jié)鋸齒波的斜率，Rp2電位器調(diào)節(jié)移相角度，觸發(fā)脈沖從第9腳，經(jīng)脈沖變壓器輸出。調(diào)節(jié)電位器RP1，觀察鋸齒波斜率是否變化，調(diào)節(jié)RP2，可以觀察輸出脈沖的移相范圍如何變化單相交流調(diào)壓觸發(fā)電路原理圖如圖所示： 圖4-2單相交流調(diào)壓觸發(fā)電路原理圖五、

23、保護(hù)電路的原理分析在電力電子電路中，除了電力電子器件參數(shù)選擇合適、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)良好外，采用合適的過電壓、過電流、du/dt保護(hù)和di/dt保護(hù)也是必要的。5.1過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護(hù)電力電子裝置中可能發(fā)生的過電壓分為外因過電壓和內(nèi)應(yīng)過電壓兩類。外應(yīng)過包括：1）操作過電壓：由分閘、合閘等開關(guān)操作引起的過電壓，快速直流開關(guān)的切斷等經(jīng)常性操作中的電磁過程引起的過壓。2）雷擊過電壓：由雷擊引起的過電壓。內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程，包括：1）換相過電壓：由于晶閘管或者全控器件反并聯(lián)的續(xù)流二極管在換相結(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻斷能力，因而有較大的反向電流流過，使殘存的載流子恢復(fù)，當(dāng)其恢復(fù)

24、了阻斷能力時(shí)，反向電流急劇減小，這樣的電流突變會(huì)因線路電感而在晶閘管陰陽極之間或與續(xù)流二極管反并聯(lián)的全控型器件兩端產(chǎn)生過電壓。2）關(guān)斷過電壓：全控型器件在較高的頻率下工作，當(dāng)器件關(guān)斷時(shí)，因正向電流的迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。過壓保護(hù)要根據(jù)電路中過壓產(chǎn)生的不同部位，加入不同的保護(hù)電路，當(dāng)達(dá)到定電壓值時(shí)，自動(dòng)開通保護(hù)電路，使過壓通過保護(hù)電路形成通路，消耗過壓儲(chǔ)存的電磁能量，從而使過壓的能量不會(huì)加到主開關(guān)器件上，保護(hù)了電力電子器件。為了達(dá)到保護(hù)效果，可以使用阻容保護(hù)電路來實(shí)現(xiàn)。將電容并聯(lián)在回路中，當(dāng)電路中出現(xiàn)電壓尖峰電壓時(shí)，電容兩端電壓不能突變的特性，可以有效地抑制電路中的過壓。

25、與電容串聯(lián)的電阻能消耗掉部分過壓能量，同時(shí)抑制電路中的電感與電容產(chǎn)生振蕩，過電壓保護(hù)電路如下圖所示。圖5-1 RC阻容過電壓保護(hù)電路圖5.2 晶閘管的過電流保護(hù)熔斷器FU是最簡(jiǎn)單有效的且應(yīng)用最普遍的過電流保護(hù)器件。針對(duì)晶閘管熱容量小、過電流能力差的特點(diǎn)，專門為保護(hù)大功率半導(dǎo)體變流元件而制造了快速熔斷器，簡(jiǎn)稱快熔。其熔斷時(shí)間小于20ms，能保證在晶閘管損壞之前快熔切斷短路故障，達(dá)到保護(hù)晶閘管的目的。目前常用的快熔有：小容量RLS(螺旋式)系列、大容量RTK（插入式）系列、RS0（匯流排式）系列、RS3系列、RSF系列等。快熔斷的選擇快熔的額定電壓URN不小于線路正常工作電壓的均方根值；快熔的額定

26、電流IRN應(yīng)按它所保護(hù)的元件實(shí)際流過的電流的均方根值來選擇，而不是根據(jù)元件型號(hào)上標(biāo)出的額定電流Ir(AV)來選擇，一般應(yīng)小于被保護(hù)晶閘管的額定有效值1.57 Ir(AV)。即可按下式選擇：1.57 Ir(AV)IRNITM (管子實(shí)際最大電流有效值)通過上述公式我們選擇熔斷器為RS3-80，額定電壓為250V,電流10A的快速熔。圖如圖5-2 過電流保護(hù)電路圖六、仿真結(jié)果 參數(shù)設(shè)置好后，點(diǎn)擊（start simulink）開始仿真，為便于比較，先將負(fù)載設(shè)為電阻性負(fù)載，改變觸發(fā)角，觀察波形變化，不同觸發(fā)角時(shí)的波形如下：R=10,觸發(fā)角為0°R=10,觸發(fā)角為30°R=10,觸

27、發(fā)角為45°R=10,觸發(fā)角為90°R=10,觸發(fā)角為120°R=10,觸發(fā)角為150°R=10,觸發(fā)角為180°2.2阻感性負(fù)載（H=0.01）將負(fù)載設(shè)為阻感性，電感值設(shè)為0.1H,改變觸發(fā)角，觀察仿真波形R=10,h=0.01,觸發(fā)角為0°R=10，h=0.01,觸發(fā)角為30°R=10,h=0.01,觸發(fā)角為45°R=10,h=0.01,觸發(fā)角為90°R=10,h=0.01,觸發(fā)角為120°R=10,h=0.01,觸發(fā)角為150°R=10,h=0.01,觸發(fā)角為°2.3阻

28、感性負(fù)載（H=0.1，即72.334）R=10,h=0.1,觸發(fā)角為0°R=10,h=0.1,觸發(fā)角為45°R=10,h=0.1,觸發(fā)角為90°R=10,h=0.1,觸發(fā)角為120°7、 波形分析7.1電阻型負(fù)載波形分析以上各圖分別為觸發(fā)角為0°,30°,45°,90°,120°，150°，180°時(shí)所得的仿真波波形，圖中第一個(gè)波形為觸發(fā)脈沖的波形，第二個(gè)晶閘管流過的電流的波形，第三個(gè)波形為晶閘管兩端電壓的波形，第四波形為負(fù)載電流的波形，第五為負(fù)載電壓的波形。當(dāng)負(fù)載為電阻性負(fù)載時(shí)，負(fù)載

29、電壓和負(fù)載電流波形一致，隨著觸發(fā)角的增大，波形的占空比減小，電流和電壓出現(xiàn)斷續(xù)。當(dāng)觸發(fā)角為0°時(shí)，波形為完整的正弦波；當(dāng)觸發(fā)角為度時(shí)180°時(shí)，波形為一條直線，由此可以說明單相交流調(diào)壓電路帶電阻性負(fù)載時(shí)的觸發(fā)角的取值范圍為0°-180°。7.2阻感性負(fù)載波形分析以上各圖分別為觸發(fā)角為0°,30°,45°,90°,120°，150°時(shí)所得的仿真波波形，圖中第一個(gè)波形為觸發(fā)脈沖的波形，第二個(gè)晶閘管流過的電流的波形，第三個(gè)波形為晶閘管兩端電壓的波形，第四波形為負(fù)載電流的波形，第五為負(fù)載電壓的波形。單相

30、交流調(diào)壓電路帶組感性負(fù)載時(shí)，隨著觸發(fā)角的增大，負(fù)載兩端電流和電壓波形的占空比逐漸減小。以上各圖為電感值由0.01H增大到0.1H其他參數(shù)不變時(shí)得到的波形，由上圖可以看到一個(gè)很明顯的特點(diǎn)，不論觸發(fā)角為多大，負(fù)載兩端的電壓和電流都出現(xiàn)大幅度阻尼振蕩，說明電感值越大其儲(chǔ)存的電能就越多，震蕩也越強(qiáng)烈，對(duì)晶閘管和電源危害也很大，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)保證負(fù)載的電感值在一定范圍內(nèi)。 由仿真波形可以得出當(dāng)時(shí)，負(fù)載輸出電壓不連續(xù)，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時(shí)，輸出電壓為0。當(dāng)時(shí)，的導(dǎo)通時(shí)間將超過，由于提前開通，負(fù)載電感過充電，其放電時(shí)間也將延長(zhǎng)，使得晶閘管調(diào)壓器全開放，輸出電壓波形為完整的波形。8、 個(gè)人拓展8.1三相調(diào)壓仿真模擬

31、與分析根據(jù)三相聯(lián)結(jié)形式的不同，三相交流調(diào)壓電路具有多種形式。這里是以星型聯(lián)結(jié)三相調(diào)壓電路為例子多三相調(diào)壓電路的基本工作原理以及輸出特性進(jìn)行簡(jiǎn)單的研究與分析。晶閘管三相交流調(diào)壓是利用改變晶閘管的控制角,通過改變?nèi)噍敵鼋涣麟妷旱挠行е?，來?shí)現(xiàn)交流調(diào)壓。其組成電路分為有中線負(fù)載和無中線負(fù)載。交流三相電動(dòng)機(jī)屬于無中線的三相負(fù)載,為獲得較好的三相交流電壓,保證波形的對(duì)稱性和盡可能小的諧波分量,晶閘管三相調(diào)壓橋需要采用全控調(diào)壓電路,見圖8-1。為了簡(jiǎn)化分析,先以純電阻作為負(fù)載,所得的結(jié)論對(duì)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載亦有指導(dǎo)意義。圖 8-1中三相負(fù)載可以星形聯(lián)接,也可以角形聯(lián)接。其電路工作時(shí),任何時(shí)刻至少要有2只晶閘管

32、保持導(dǎo)通,否則輸出電壓為0V,或沒有電流通過負(fù)載。圖8-1 中,A,B,C為三相交流電壓輸入端,設(shè)三相輸入相電壓分別為： （2-1） （2-2） （2-3）圖8-1晶閘管三相無中線全控調(diào)壓電路其對(duì)應(yīng)的Matlab仿真電路圖見8-2 圖8-2 Matlab仿真圖a，b，c為三相交流電壓輸出端。負(fù)載為星形聯(lián)接,n為負(fù)載中心端。在晶閘管調(diào)相控制過程中，晶閘管T1T6依次導(dǎo)通。當(dāng)控制角為不同角度時(shí)，T1T6有3種工作狀況: 有3個(gè)晶閘管導(dǎo)通，使三相負(fù)載與三相電源相聯(lián)，這時(shí)負(fù)載中點(diǎn)n的電位為0V，各相負(fù)載分別獲得此刻輸入各相電壓的相電壓波形；有2個(gè)晶閘管導(dǎo)通，接通兩相對(duì)應(yīng)的負(fù)載,被接通的兩相負(fù)載分別獲得

33、對(duì)應(yīng)兩相線電壓的1/2，而未導(dǎo)通相的負(fù)載沒有電流通過； 若只有1個(gè)晶閘管導(dǎo)通，則因負(fù)載無中線無法形成回路，使三相輸出電流和電壓的值為0。當(dāng)在0°60°變化時(shí)，各晶閘管連續(xù)導(dǎo)通，其工作狀況見圖8-2；圖8-3 30°晶閘管導(dǎo)通和輸入與輸出電壓圖8-4 30°晶閘管導(dǎo)通和輸入與輸出電壓圖8-3為0°60°時(shí)晶閘管導(dǎo)通和輸入與輸出電壓當(dāng)在0°60°變化時(shí)，各晶閘管連續(xù)導(dǎo)通，其工作狀況見圖 8-3、8-4；圖8-5 = 120°時(shí)晶閘管導(dǎo)通和輸入與輸出電壓由分析可知: 三相交流調(diào)壓的控制范圍為0°150

34、°。= 0°時(shí)為全電壓，輸出電壓最高；= 150°時(shí)，三相輸出電壓為0V。 當(dāng)由0°漸增到60°時(shí)，各晶閘管的導(dǎo)通角由180°漸減到120°；當(dāng)在60°<<90°,將保持120°不變，且的結(jié)束時(shí)刻將隨由60°逐漸增加而后延；當(dāng)>90°時(shí)，將隨的增大而由120°逐漸減小。 在>90°以后，在晶閘管的區(qū)內(nèi)將出現(xiàn)電流的間斷區(qū)。若觸發(fā)信號(hào)不能保證各晶閘管在導(dǎo)通區(qū)內(nèi)處于導(dǎo)通狀態(tài)，三相調(diào)壓的輸出將出現(xiàn)不對(duì)稱現(xiàn)象，使輸出電壓不穩(wěn)定，同時(shí)會(huì)含有直流

35、分量，表明三相調(diào)壓失敗。這種三相調(diào)壓控制的導(dǎo)通不導(dǎo)電現(xiàn)象，是三相調(diào)壓器不易實(shí)現(xiàn)寬范圍調(diào)壓的重要原因之一。8.2簡(jiǎn)易交流調(diào)壓調(diào)光燈電路的MUITISIM模擬仿真原理電路圖如下圖8-6所示圖 8-6 Multisim仿真原理電路圖原理分析：如圖所示是一個(gè)適合日光燈使用的單向晶閘管調(diào)光燈電路，即用普通三極管觸發(fā)的單向晶閘管調(diào)光燈電路，Q1、Q2組成互補(bǔ)型放大器以構(gòu)成晶閘管VT1的觸發(fā)電路。 220V交流電通過燈泡（圖中經(jīng)D1D4橋式整流，輸出全波脈動(dòng)電壓，此電壓經(jīng)R1、R2、R6向電容C充電，使Q2發(fā)射極電位不斷升高。當(dāng)高于其基極電壓時(shí)，Q1、Q2即導(dǎo)通，晶閘管D6門極即獲得觸發(fā)脈沖，D6導(dǎo)通。此時(shí)，電容C通過Q1、Q2及R5放電，正電源又重新通過R1、R2與R6向其充電。所以，通過調(diào)節(jié)電位器RP的阻值可以改變Q2發(fā)射極輸出脈沖時(shí)間的前移或滯后，即改變晶閘管D6的導(dǎo)通角，亦即可調(diào)節(jié)燈（圖中用R7電阻表示）的亮度。仿真結(jié)果如下：圖8-7 R6=0K電壓輸出情況圖8-8 R6=0K晶閘管D6的門極觸發(fā)信號(hào)圖8-9 R6=25K電壓輸出情況圖8-10 R6=50K電壓輸出情況結(jié)果分析：本交流調(diào)壓調(diào)光