單相交流調(diào)壓電路的設(shè)計

1、一. 設(shè)計任務(wù)書簡介設(shè)計題目：單相交流調(diào)壓電路的設(shè)計設(shè)計條件：（1） 電網(wǎng)：220V，50Hz（2） 負(fù)載：阻感負(fù)載，電阻和電感參數(shù)自定，阻抗角不要太大，可在1030度之間（3） 采用兩個晶閘管反向并聯(lián)結(jié)構(gòu)（4） 采用單節(jié)晶體管簡易觸發(fā)電路，單節(jié)晶體管分壓比=0.50.8之間自選（5） 同步變壓器的參數(shù)自定設(shè)計任務(wù)：（1） 晶閘管的選型。（2） 控制角移相范圍的計算。（3） 觸發(fā)電路自振蕩頻率的選擇：電位器Re及電容C的參數(shù)選擇（4） 主電路圖的設(shè)計：包括觸發(fā)電路及主電路設(shè)計要求：（1） 根據(jù)設(shè)計條件計算晶閘管可能流過的最大有效電流，選擇晶閘管的額定電流。（2） 分析晶閘管可能承受到的最大正向

2、、反向電壓，選擇晶閘管的額定電壓。（3） 計算負(fù)載阻抗角，得到控制角的實際移相范圍。（4） 為了保證調(diào)壓裝置能夠正常工作，應(yīng)使得控制角大于負(fù)載阻抗角，根據(jù)這個條件合理選擇觸發(fā)電路的自振蕩參數(shù)（電位器Re及電容C）。（5） 畫出完整的主電路圖。二. 設(shè)計內(nèi)容本次課程設(shè)計主要是研究單相交流調(diào)壓電路的設(shè)計。根據(jù)本設(shè)計任務(wù)書的設(shè)計條件，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

3、器一次電壓。（1）關(guān)于負(fù)載 的計算 根據(jù)設(shè)計條件及要求，本課程設(shè)計所連負(fù)載為電阻電感性負(fù)載如下圖所示： 圖1 電阻電感性負(fù)載單相交流調(diào)壓阻感性負(fù)載個參數(shù)波形如下： 圖2 阻感性負(fù)載波形根據(jù)設(shè)計條件阻抗角的范圍是10°30°之間，所以令R=10，L=10mH，據(jù)tan=LR知,=17.4°。據(jù)所取電阻電抗參數(shù)值及式Z=L2+R2，可得：負(fù)載阻抗Z=L2+R2=102+2×3.14×50×0.0102=10.5（2）關(guān)于控制角移相范圍的計算1、 將兩只晶閘管門極的起始控制點應(yīng)分別定在電源電壓每個半周的起始點，的最大范圍是，正、負(fù)半周有相同

4、的角。在一個晶閘管導(dǎo)電時，它的壓降成為另一晶閘管的反向電壓而使其截止。于是在一個晶閘管導(dǎo)電時，電路工作情況和單相半波整流時相同，其波形如圖2。另一晶閘管導(dǎo)通時，情況完全相同，只是相位相差。 控制角，導(dǎo)通角與負(fù)載阻抗角之間的關(guān)系為2、 當(dāng)時，由上式可以算出每個晶閘管的導(dǎo)通角，此時每個晶閘管輪流導(dǎo)通，相當(dāng)于兩個晶閘管輪流被短接，負(fù)載電流處于連續(xù)狀態(tài)，輸出完整的正弦波，不具有調(diào)壓效果。當(dāng)時，正負(fù)半波電流斷續(xù)，越大，越小，波形斷續(xù)越嚴(yán)重，選擇合適的角，可以實現(xiàn)調(diào)壓效果。當(dāng)時，電路中會形成單相半波整流現(xiàn)象，會形成很大的直流分量，無法維持電路的正常工作。3、綜上可知，當(dāng)并采用寬脈沖觸發(fā)時，負(fù)載電壓電流總是

5、完整的正弦波，改變控制角，負(fù)載電流電壓的有效值不會隨之改變，故電路失去交流調(diào)壓的作用，所以在阻感性負(fù)載時要想達(dá)到交流調(diào)壓的目的控制角的實際移相范圍為即17.4°180°。（3）關(guān)于晶閘管的選型要想對晶閘管進(jìn)行選型，須先知道晶閘管的額定電壓和額定電流。要想求得額定電流需先計算計算晶閘管可能流過的最大有效電流，即用標(biāo)么值形式求晶閘管可能流過的最大有效電流，即取時最大有效電流標(biāo)幺值的上限值，即ITN=12+sin2t-d(t)12=12+sin2t-d(t)12=0.5 A即可求得流過晶閘管的最大電流有效值IT為：IT=ITN×2Z×U1=0.5×2

6、10.5×220 A=14.81 A為了避免過電流造成的影響，其額定電流要留有一定的余量，通常取其正常電流值的1.52倍，此處取1.7，可得該晶閘管的額定電流為： IN=1.7×14.81.5716 A即取晶閘管的額定電流IN=20 A 。對于晶閘管的額定電壓，要先求晶閘管可能承受到的最大正、反向電壓。由晶閘管的控制角移相范圍17.4°及圖2可知，在該電路中，晶閘管可能承受的最大正、反壓均為U。同樣為防止晶閘管因過流而被損壞，其額定電壓要留有一定的余量，通常取正常電壓值的23倍，此處取2.8倍，即晶閘管的額定電壓為：UN=2.8×2×U1=2.

7、5×2×220778V即可取晶閘管的額定電壓。綜上可知，應(yīng)選取額定電流為，額定電壓為的晶閘管。3 晶閘管觸發(fā)電路的設(shè)計 單相交流調(diào)壓電路觸發(fā)電路電路圖： 圖3 單相交流調(diào)壓觸發(fā)電路 單相交流觸發(fā)電路波形如下： 圖4 單相交流調(diào)壓觸發(fā)電路波形該設(shè)計的主回路為單相交流調(diào)壓電路，根據(jù)設(shè)計條件，對于單結(jié)晶體管取分壓比 。為了使VT1和VT2每次導(dǎo)通后的控制角相同并穩(wěn)定，觸發(fā)脈沖須在電源電壓過零后滯后角后出現(xiàn)。采用變壓器一次側(cè)接主電路電源，二次側(cè)經(jīng)處理作為觸發(fā)電路電源，即為同步信號。當(dāng)主電路的電壓過零點時，保證觸發(fā)電路的電壓，單結(jié)晶管保持同步，使電容C放電完畢，在下一個半波從零開始充

8、電以起到同步作用。改變Re即可改變電容充電速度，達(dá)到改變角的目的。由于控制角的移相范圍,即17.4°。此處取=30°，據(jù)可知：T=1f=t=1600s據(jù)及可得：ReC=1.04×10-3選擇穩(wěn)壓二極管的額定電壓為5V,由于二極管D1、D2的削峰使得觸發(fā)電路波形均為梯形波，即同步信號波形。將電源同步變壓器變比定為221，則同步變壓器二次測電壓U2=10V，經(jīng)過二級管及電阻作用，可使穩(wěn)壓二極管兩端電壓變?yōu)?V，滿足觸發(fā)電路需要。4 主電路圖的設(shè)計單相交流調(diào)壓電路主電路圖如下： 圖5 單相交流調(diào)壓電路主電路所謂交流調(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。用晶閘管組成的交流電壓控制電路，可以方便的調(diào)節(jié)輸出電壓有效值?？捎糜陔姞t溫控、燈光調(diào)節(jié)、異步電動機的啟動和調(diào)速等，也可用作調(diào)節(jié)整流變壓器一次側(cè)電壓，其二次側(cè)為低壓大電流或高壓小電流負(fù)載常用這種方法。交流調(diào)壓器的 輸出仍是交流電壓，它不是正弦波，其諧波分量較大，功率因數(shù)也較低。五設(shè)計總結(jié)這次電力電子技術(shù)課程設(shè)計，讓我們有機會將課堂上所學(xué)的理論知識運用到實際中。并通過對知識的綜合利用，進(jìn)行必要的分析，比較。從而進(jìn)一步驗證了所學(xué)的理論知識。同時，這次課程設(shè)計也為我們以后的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。指導(dǎo)我們在以后的學(xué)習(xí)，多動腦的同時，要善