單相電流調(diào)壓電路課程設(shè)計(jì)

PAGEword文檔可自由復(fù)制編輯電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書單相電流調(diào)壓電路課程設(shè)計(jì)院、部：電氣與信息工程系學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：職稱副教授專業(yè)：自動(dòng)化班級(jí)：自本1102完成時(shí)間：摘要交流調(diào)壓電路廣泛用于燈光控制（如調(diào)光燈和舞臺(tái)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。在電力系統(tǒng)中，這種電路還常用于對(duì)無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。此外，在高電壓小電流或低電壓大電流直流電源中，也常采用交流調(diào)壓電路調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。在這些電源中如采用晶閘管相控整流電路，高電壓小電流可控直流電源就需要很多晶閘管串聯(lián)；同樣，低電壓大電流直流電源需要很多晶閘管并聯(lián)。這都是十分不合理的。采用交流調(diào)壓電路在變壓器一次側(cè)調(diào)壓，其電壓、電流值都比較適中，在變壓器二次側(cè)只要用二極管整流就可以了。這樣的電路體積小、成本低、易于設(shè)計(jì)制造。單相交流調(diào)壓電路是對(duì)單相交流電的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)的電路。用在電熱制、交流電動(dòng)機(jī)速度控制、燈光控制和交流穩(wěn)壓器等合。與自耦變壓器調(diào)壓方法相比，交流調(diào)壓電路控制簡(jiǎn)便，調(diào)節(jié)速度快，裝置的重量輕、體積小，有色金屬耗也少。關(guān)鍵詞：交流；調(diào)壓；電流；變壓器；ABSTRACTACvoltageregulationcircuitiswidelyusedinlightingcontrol(suchasdimmerandstagelightingcontrol)andasynchronousmotorsoftstart,alsoforadjustablespeedasynchronousmotor.Inpowersystem,thecircuitisalsooftenusedforcontinuousadjustmentofthewattlesspower.Inaddition,inthehighvoltageandlowcurrentorlowvoltageandhighcurrentDCpowersupply,oftenusingACvoltageregulatingtransformervoltageregulatingcircuit.Inthesepowersuchasusingthyristorphasecontrolledrectifiercircuit,highvoltageandlowcurrentcontrolledDCpowersupplyneedsmanythyristorseries;similarly,lowvoltageandhighcurrentDCpowerneedsmanythyristorparallel.Thisisveryunreasonable.TheACvoltageregulationcircuitontheprimarysideofatransformervoltageregulationaremoderate,itsvoltage,currentvalue,inthetwosideofthetransformercanbeusedaslongasthedioderectifier.Thesizeofacircuitissuchasmall,lowcost,easytodesignandmanufacture.SinglephaseACvoltageregulationcircuitofsingle-phaseACvoltageregulatingcircuit.Usedinelectricheatingsystem,ACmotorspeedcontrol,lightingcontrolandACstabilizeretc..Withselfcouplingtransformervoltageregulatingmethod,ACvoltageregulationcircuitofsimplecontrol,fastregulatingspeed,device,lightweightandsmallsize,lessconsumptionofnon-ferrousmetals.Keywords：communication；pressureregulating；electriccurrent;transformer目錄1單相交流調(diào)壓電路設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)目的51.1設(shè)計(jì)任務(wù)……………….51.2設(shè)計(jì)目的………………52設(shè)計(jì)方案及其選擇………….63單相交流調(diào)壓電路的設(shè)計(jì)………………….8 3.1主電路的設(shè)計(jì)………...8 3.2控制電路的設(shè)計(jì)……………………...94單相交流調(diào)壓電路仿真結(jié)果及結(jié)果分析…………………11 4.1仿真結(jié)果……………..11 4.2結(jié)果分析……………..155單相交流調(diào)壓電路設(shè)計(jì)總結(jié)及設(shè)計(jì)體會(huì)…………………176單相交流電壓電路設(shè)計(jì)總電路圖…………18參考文獻(xiàn)………………………19致謝……………201單相交流調(diào)壓電路設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)目的1.1電路設(shè)計(jì)任務(wù)1進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的比較，并選定設(shè)計(jì)方案。2完成單元電路的設(shè)計(jì)和主要元器件的說明。3完成主電路的原理分析，各主要元器件的選擇。4驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。5電路的仿真。1.2電路設(shè)計(jì)目的電力電子技術(shù)是專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，做課程設(shè)計(jì)是為了讓我們運(yùn)用學(xué)過的電路原理的知識(shí)，獨(dú)立進(jìn)行查找資料，選擇方案，設(shè)計(jì)電路，撰寫報(bào)告，制作電路等，進(jìn)一步加深對(duì)變流電路基本原理的理解，提高運(yùn)用基本技能的能力，為今后的學(xué)習(xí)和工作打下良好的基礎(chǔ)，同時(shí)也鍛煉了自己的實(shí)踐能力。2設(shè)計(jì)方案及選擇由于題目要求輸出電壓范圍為0～220V，所以方案可選電阻性負(fù)載或阻感性負(fù)載。本電路采用單相交流調(diào)壓器帶電阻負(fù)載時(shí)的電路圖如圖1所示，在負(fù)載和交流電源間用兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管VT1，VT2相連。3單相交流調(diào)壓電路的設(shè)計(jì)3.1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，因此下面就電阻負(fù)載予以重點(diǎn)討論。圖1、圖2分別為電阻負(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U1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)輸出電壓圖1電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路圖2單相交流電壓電路波形正、負(fù)半周起始時(shí)刻（=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。3.2控制電路的設(shè)計(jì)3.2.1觸發(fā)信號(hào)的種類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；脈沖信號(hào)三種基本形式。

1直流信號(hào)：

在晶閘管加適當(dāng)?shù)年?yáng)極正向電壓的情況下，在晶閘管門極與陰極間加適當(dāng)?shù)闹绷麟妷海瑒t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α。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(00≤α≤900)。

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。3.2.2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)。KC05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驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示：圖3KC05驅(qū)動(dòng)電路圖3KC05驅(qū)動(dòng)電路4單相交流調(diào)壓電路仿真結(jié)果及結(jié)果分析4.1仿真結(jié)果 本單相交流調(diào)壓電路仿真是在MATLAB軟件中的simulink環(huán)境下組建的電路模型，圖4為單相交流調(diào)壓電路的模型圖，圖中觸發(fā)脈沖g1和觸發(fā)脈沖g2分別是反向并聯(lián)晶閘管模塊VT1，VT2的觸發(fā)脈沖電路。圖4單相交流電壓電路仿真電路圖圖5=0度時(shí)，單相交流調(diào)壓電路波形圖6=30度時(shí)，單相交流調(diào)壓電路波形圖7=60度時(shí)，單相交流調(diào)壓電路波形圖8=90度時(shí)，單相交流調(diào)壓電路波形圖9=150度時(shí)，單相交流調(diào)壓電路波形圖10=180度時(shí)，單相交流調(diào)壓電路波形4.2結(jié)果分析 上面圖5圖10給出了分別為0度、30度，60度，90度、150度和180度時(shí)單相交流調(diào)壓電路的純電阻負(fù)載的電壓和電流的仿真波形。當(dāng)晶閘管觸發(fā)控制角=0時(shí)，U=U1，負(fù)載兩端的電壓U和流過其電流的波形均為正弦波。當(dāng)>0時(shí)，U、的波形為非正弦波，控制角從0~180度范圍改變時(shí)，輸出電壓有效值U從U1下降到0，控制角對(duì)輸出電壓U的移相可控區(qū)域是0180度。把角等于0度、30度，60度，90度、150度和180度分別代入下式可求得=觀察圖5圖10的仿真波形，可得到隨著角增大，負(fù)載兩端電壓U的波形的曲線部分的寬度越來越窄，則其有效值將不斷減小。由此可知，理論分析與仿真結(jié)果是一致的。在Simulink環(huán)境下利用電力系統(tǒng)模塊庫(kù)中的電力電子器件組建單相交流調(diào)壓純電阻電路，并對(duì)電路進(jìn)行相應(yīng)的理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過控制角的大小，單相交流調(diào)壓電路能夠得到很好的調(diào)壓結(jié)果。5單相交流調(diào)壓電路設(shè)計(jì)結(jié)論及設(shè)計(jì)體會(huì) 通過電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，我加深了對(duì)課本專業(yè)知識(shí)的理解，平常都是理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，在此次課程設(shè)計(jì)中，真正做到了自己查閱資料、完成一個(gè)基本匯編程序的設(shè)計(jì)。在此次的設(shè)計(jì)過程中，我更進(jìn)一步地熟悉了單相交流調(diào)壓電路的原理以及觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)。當(dāng)然，在這個(gè)過程中我也遇到了困難，通過查閱資料，相互討論，我準(zhǔn)確地找出錯(cuò)誤所在并及時(shí)糾正了，這也是我最大的收獲，使自己的實(shí)踐能力有了進(jìn)一步的提高，讓我對(duì)以后的工作學(xué)習(xí)有了更大的信心。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，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)的過程中難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次課程設(shè)計(jì)，把以前所學(xué)過的知識(shí)重新溫故，鞏固了所學(xué)的知識(shí)。6單相交流電壓電路設(shè)計(jì)總電路圖 參考文獻(xiàn)[1]王兆安，劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)[M]第五版北京：機(jī)