電力電子課設(shè)

1、電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)單相交流調(diào)壓電路設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 任課教師： 完成日期： 單相交流調(diào)壓電路（反并聯(lián)）設(shè)計(jì)目錄一、設(shè)計(jì)目的二、設(shè)計(jì)任務(wù)三、主要技術(shù)參數(shù)；四、設(shè)計(jì)內(nèi)容（包括電路的框圖、工作原理、元器件選擇和設(shè)計(jì)，繪制相關(guān)圖紙）五、設(shè)計(jì)小結(jié)六、參考文獻(xiàn)一 設(shè)計(jì)目的1.1把從電力電子技術(shù)及其它先修課程（電工基礎(chǔ)、電子技術(shù)、電機(jī)學(xué)等）中所學(xué)到的理論和實(shí)踐知識(shí)，在課程設(shè)計(jì)實(shí)踐中全面綜合的加以運(yùn)用，使這些知識(shí)得到鞏固、提高，并使理論知識(shí)與實(shí)踐技能密切結(jié)合起來。 1.2初步樹立起正確的設(shè)計(jì)思想，掌握一般電力電子電路設(shè)計(jì)的基本方法和技能，培養(yǎng)觀察、分析和解決問題及獨(dú)立設(shè)計(jì)的能力，訓(xùn)練設(shè)計(jì)

2、構(gòu)思和創(chuàng)新能力。1.3培養(yǎng)具有查閱參考文獻(xiàn)和技術(shù)資料的能力，能熟悉或較熟悉地應(yīng)用相關(guān)手冊(cè)、圖表、國家標(biāo)準(zhǔn)，為今后成為一名合格的電氣工程技術(shù)人員進(jìn)行必須的基本技能和基本素質(zhì)訓(xùn)練。二 設(shè)計(jì)任務(wù)2.1 進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的比較，并選定設(shè)計(jì)方案。2.2 完成單元電路的設(shè)計(jì)和主要元器件的說明。2.3 完成主電路的原理分析，各主要元器件的選擇。2.4 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。三 主要技術(shù)參數(shù) 3.1電源電壓：交流100V/50Hz 輸出功率：500W 移相范圍：0°180°。3.2單相交流調(diào)壓變流器參數(shù)設(shè)定：要求觸發(fā)角為45度，反電勢(shì)負(fù)載E=40伏，輸入交流U2=220伏。分有LB和沒有LB兩種情況

3、分析，L足夠大，C足夠大。 3.2單相交流調(diào)壓變流器電路分析：在單相交流調(diào)壓電路原理圖中，晶閘管VT1和VT2也可以用一個(gè)雙向晶閘管代替。在交流電源U2的正半周和負(fù)半周，分別對(duì)VT1和VT2的開通角 進(jìn)行控制就可以調(diào)節(jié)輸出電壓。正負(fù)半周 起始時(shí)刻（=0）均為電壓過零時(shí)刻。在穩(wěn)態(tài)情況下應(yīng)是正負(fù)半周的相等，可以看出，負(fù)載電壓波形是電源電壓波形的一部分，負(fù)載電流和負(fù)載電壓的波形相同。四 設(shè)計(jì)內(nèi)容4.1原理單相交流調(diào)壓電路是交流調(diào)壓中最基本的電路，它由兩只反并聯(lián)的晶閘管組成，如圖1所示。圖中兩只普通晶閘管VT1和VT2分別作正負(fù)周期的開關(guān)，當(dāng)一個(gè)晶閘管導(dǎo)通時(shí)，它的管壓降成

4、為另一個(gè)晶閘管的反壓使之阻斷，使之電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自然換流。u1的正半周和負(fù)半周，分別對(duì)VT1和VT2的開通角a進(jìn)行控制就可以調(diào)節(jié)輸出電壓，正負(fù)半周a起始時(shí)刻（a=0）均為電壓過零時(shí)刻，穩(wěn)態(tài)時(shí)，正負(fù)半周的a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（也即電源電流）和負(fù)載電壓的波形相同。4.2主電路的設(shè)計(jì)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

5、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。圖1、圖2分別為反電勢(shì)電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路圖及其波形。圖中的晶閘管VT1和VT2也可以用一個(gè)雙向晶閘管代替。在交流電源U2的正半周和負(fù)半周，分別對(duì)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(shí)刻（t=0），均為電壓過零時(shí)刻。在 時(shí)，對(duì)VT1施加觸發(fā)脈沖，當(dāng)VT1正向偏置而導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電壓波形與電源電壓波形相同；在時(shí)，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(shí)，對(duì)VT2施加觸發(fā)脈沖，當(dāng)VT2正向偏置而導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電壓波形與電

6、源電壓波形相同；在 時(shí)，電源電壓過零，VT2自然關(guān)斷。當(dāng)電源電壓反向過零時(shí)，由于反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載阻止電流變化，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 有關(guān)，而且與負(fù)載阻抗角 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)。穩(wěn)態(tài)時(shí)，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。4.3控制電路的設(shè)計(jì)4.3.1觸發(fā)信號(hào)的種類晶閘管由關(guān)斷到開通，必須具備兩個(gè)外部條件：第一是承受足夠的正向電壓；第二是門極與陰極之間加一適當(dāng)正向電壓、電流信號(hào)(觸發(fā)信號(hào))。門極觸發(fā)信號(hào)有直流信號(hào)、交流信號(hào)和脈沖信號(hào)三種基本形式。1 直流信號(hào)在

7、晶閘管加適當(dāng)?shù)年枠O正向電壓的情況下，在晶閘管門極與陰極間加適當(dāng)?shù)闹绷麟妷?，則晶閘管將被觸發(fā)導(dǎo)通。這種觸發(fā)方式在實(shí)際中應(yīng)用極少。因?yàn)榫чl管在其導(dǎo)通后就不需要門極信號(hào)繼續(xù)存在。若采用直流觸發(fā)信號(hào)將使晶閘管門極損耗增加，有可能超過門極功耗；在晶閘管反向電壓時(shí)，門極直流電壓將使反向漏電流增加，也有可能造成晶閘管的損壞。2 交流信號(hào) 在晶閘管門極與陰極間加入交流電壓，當(dāng)交流電壓uc=ut時(shí)，晶閘管導(dǎo)通。ut是保證晶閘管可靠觸發(fā)所需的最小門極電壓值，改變u。值，可改變觸發(fā)延遲角。這種觸發(fā)形式也存在許多缺點(diǎn)，如：在溫度變化和交流電壓幅值波動(dòng)時(shí)，觸發(fā)延遲角不穩(wěn)定，可通過交流電壓u。值來調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的變化范圍較小

8、(00900)。3 脈沖信號(hào) 在晶閘管門極觸發(fā)電路中使用脈沖信號(hào)，不僅便于控制脈沖出現(xiàn)時(shí)刻，降低晶閘管門極功耗，還可以通過變壓器的雙繞組或多繞組輸出，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離輸出。因此，觸發(fā)信號(hào)多采用脈沖形式。 4.3.2 觸發(fā)電路設(shè)計(jì) 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

9、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。 4.3.3實(shí)驗(yàn)圖形a=0度時(shí)，單相交流調(diào)壓電路波形a=60度時(shí)，單相交流調(diào)壓電路波形a=90度時(shí)，單相交流調(diào)壓電路波形a=150度時(shí)，單相交流調(diào)壓電路波形a=180度時(shí)，單相交流調(diào)壓電路波形4.3.4結(jié)果分析在用晶閘管控制時(shí)，由于只能通過觸發(fā)延遲角a推遲晶閘管的導(dǎo)通，所以晶閘管的觸發(fā)脈沖應(yīng)在電流過零點(diǎn)之后，使負(fù)載電流更為滯后，而無法使其超前。阻感負(fù)載下穩(wěn)

10、態(tài)時(shí)a的移向范圍為。但時(shí)，并非電路不路不能工作，當(dāng)，VT1和VT2 的導(dǎo)通角均小于,a越小, 愈大，時(shí)，當(dāng)a繼續(xù)減小，例如在0的某一時(shí)刻觸發(fā)VT1，則VT1的導(dǎo)通時(shí)間將超過。到t=+時(shí)刻觸發(fā)VT2時(shí)，負(fù)載電流i0尚未過零，VT1仍在導(dǎo)通，VT2不會(huì)開通，知道i0過零后，如VT2的觸發(fā)脈沖有足夠的寬度二尚未消失，VT2就會(huì)導(dǎo)通。因?yàn)?，VT1提前開通，負(fù)載L被過充電，其放電時(shí)間也將延長，使得VT1結(jié)束導(dǎo)電時(shí)刻大于+，并使VT2推遲開通，VT2的導(dǎo)通角當(dāng)然小于。五 設(shè)計(jì)小結(jié) 通過設(shè)計(jì)可以總結(jié)出，的移相范圍為0。=0時(shí)，相當(dāng)于晶閘管一直導(dǎo)通，輸出電壓為最大值，U。=U1。隨著的增大，U。逐漸減小。知道=