單相斬控式交流調(diào)壓電源設(shè)計

課程設(shè)計課程名稱電力電子技術(shù)課題名稱單相斬控式交流調(diào)壓電源設(shè)計專業(yè)班級學(xué)號姓名指導(dǎo)教師年月日設(shè)計內(nèi)容與設(shè)計要求一．設(shè)計內(nèi)容設(shè)計方案：用控制獲得所需要的等效電壓或電流波形。設(shè)計包括：電流、電壓額定的選擇電力二極管，電抗器電感值的計算輸出電壓可調(diào)驅(qū)動電路的設(shè)計畫出完整的主電路原理圖和控制電路原理圖畫出程序流程圖列出主電路所用元器件的明細(xì)表二．設(shè)計要求設(shè)計思路清晰，給出整體設(shè)計框圖；單元電路設(shè)計，給出具體設(shè)計思路和電路；分析所有單元電路與總電路的工作原理，并給出必要的波形分析；同一個課題考慮不同的設(shè)計方案，并用仿真；繪制總電路圖；寫出設(shè)計報告；主要設(shè)計條件輸入交流電源：單相輸出電壓：電壓范圍連續(xù)可調(diào)說明書格式課程設(shè)計封面；任務(wù)書；說明書目錄；設(shè)計總體思路，基本原理和框圖；相關(guān)計算及器件選型;電路設(shè)計；

仿真；總結(jié)與體會；附錄；參考文獻(xiàn)；課程設(shè)計的原理圖。進(jìn)度安排十七周星期一：下達(dá)設(shè)計任務(wù)書，介紹課題內(nèi)容與要求；星期一星期五：查找資料，確定設(shè)計方案，畫出草圖。十八周星期一星期二：電路設(shè)計，打印出圖紙。星期三：書寫設(shè)計報告；星期四：書寫設(shè)計報告；星期五：答辯。目錄\""\\\第章概述 \第章系統(tǒng)總體方案 \設(shè)計總體思路 \基本工作原理 \系統(tǒng)設(shè)計總方案確定 \第章硬件設(shè)計 \主電路設(shè)計 \控制電路設(shè)計 \主電路計算及元器件參數(shù)選型 \諧波分析 \第章調(diào)試測試與仿真 \建立仿真模型 \仿真結(jié)果 \第章總結(jié)與體會 附錄\參考文獻(xiàn)： \電氣信息學(xué)院課程設(shè)計評分表 第章概述單相交流電源的應(yīng)用是非常廣泛的。比如在農(nóng)村、輕工業(yè)、家用電器等小功率傳動領(lǐng)域以及電力機(jī)車供電系統(tǒng)。對于單相交流電源，調(diào)壓和穩(wěn)壓是最為普遍的要求。目前能夠?qū)崿F(xiàn)這一要求的調(diào)壓器有下面三種：磁飽和式調(diào)壓器，該調(diào)壓器通過控制主電路中電感的飽和程度，以改變電抗值以及其上的電壓，實現(xiàn)對輸出電壓的調(diào)節(jié)。這種調(diào)壓器具有一定的動態(tài)性能，但輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍小，體積和重量較大。)機(jī)械式調(diào)壓器，機(jī)械式調(diào)壓器由電動機(jī)帶動碳刷實現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)。這種調(diào)壓器輸出波形較好，但體積、重量大，動態(tài)性能差。電子式調(diào)壓器，這種調(diào)壓器采用電力電子器件實現(xiàn)。目前有晶閘管調(diào)壓器和逆變式調(diào)壓器兩種。晶閘管調(diào)壓器采用的是相控方式，因此其輸出波形差；逆變式調(diào)壓器采用的是斬波控制方式，其輸出波形和動態(tài)響應(yīng)較好。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，單相電源變換技術(shù)也有了很大的進(jìn)步，先后出現(xiàn)了多種利用全控器件的交—交直接變換方案。本文基于矩陣式變換理論，提出一種矩陣式單相電源變換電路，該電路只使用兩個雙向開關(guān)管，可以實現(xiàn)輸出電壓連續(xù)可調(diào)及獲得高正弦度的輸入電流波形。采用單相—單相矩陣式電力變換。通過一組開關(guān)函數(shù)可以將輸入的工頻交流電壓轉(zhuǎn)換成幅值和頻率均可調(diào)的單向交流電壓。第章系統(tǒng)總體方案設(shè)計總體思路交流交流變流電路，是將一種形式的交流電變成另一種形式的交流電，在進(jìn)行交流交流變流時，可以改變電壓、電流、頻率和相位等參數(shù)。只改變相位而不改變交流電頻率的控制，在交流電力控制中稱為交流調(diào)壓。把兩個晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，通過對晶閘管的控制就可以控制交流電力。這種電路不改變交流電的頻率，稱為交流電力控制電路。在每半個周波內(nèi)通過對晶閘管開通相位控制，可以方便地調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值，這種電路稱為交流調(diào)壓電路。斬控式交流調(diào)壓就是通過改變對晶閘管的導(dǎo)通的控制，可以是保持開關(guān)周期不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時間,這種方式稱為脈沖寬度調(diào)制（調(diào)制），也可以是開關(guān)導(dǎo)通時間不變，改變開關(guān)周期，稱為頻率調(diào)制，還有一種混合型，就是，和都可調(diào)。實驗室提供的是調(diào)制，通過調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通的時間，即調(diào)節(jié)占空比，就可以對輸出電壓的平均值進(jìn)行調(diào)節(jié)?；竟ぷ髟頂夭ㄊ浇涣髡{(diào)壓電路輸入是正弦交流電壓，用、進(jìn)行斬波控制，用、給負(fù)載電流提供續(xù)流通道。如果斬波器件、的導(dǎo)通時間為，開關(guān)周期為，則導(dǎo)通比α,可以通過調(diào)節(jié)α從而調(diào)節(jié)輸出電壓，如下圖所示表示交流斬波調(diào)壓原理的波形圖，所示表示單相斬控式交流調(diào)壓電路的原理圖。圖圖單相斬控式交流調(diào)壓電路原理圖系統(tǒng)設(shè)計總方案確定本系統(tǒng)設(shè)計主要包括三部分電路：主電路、驅(qū)動與控制電路、保護(hù)電路。本設(shè)計系統(tǒng)要注意控制信號和主電路的電源必須保持同步，主電路主要包括環(huán)節(jié)有：主電力電子開關(guān)與續(xù)流管，而我們采用的是作為開關(guān)器件，驅(qū)動與控制電路中采用的是脈沖調(diào)制器控制芯片，而保護(hù)電路中我們分別對器件的過壓、過流保護(hù)，主電路的保護(hù)以及檢測與控制電路保護(hù)等模塊。第章硬件設(shè)計主電路設(shè)計斬波控制要求以比電源頻率高得多的頻率周期性接通和斷開主電路開關(guān)器件，把連續(xù)的正弦輸入電壓“斬”成離散的脈沖狀加于負(fù)載。由于開關(guān)器件以高頻工作，在電路中必須實施強(qiáng)迫換流。為此斬波控制的交流調(diào)壓都是采用全控型雙向開關(guān)器件。所以設(shè)計主電路采用的是新型的全控型器件，驅(qū)動電路簡單，需要的驅(qū)動功率小，開關(guān)的速度快，工作的頻率高，符合設(shè)計的要求。圖主電路圖控制電路設(shè)計采用自關(guān)斷器件的單相交流調(diào)壓電路和采用傳統(tǒng)的可控硅組成的調(diào)壓電路相比，具有功率因數(shù)高、電網(wǎng)污染少、波形畸變小等優(yōu)點。輸入交流電壓為，經(jīng)過同步變壓器后，分別形成兩路互為倒相的方波，寬度為°，分別對應(yīng)正弦波的正半周和負(fù)半周，由進(jìn)行調(diào)制（調(diào)制頻率約為）后，經(jīng)過隔離及驅(qū)動電路，分別驅(qū)動兩路功率場效應(yīng)管?？刂齐娐凡糠秩鐖D所示。圖控制電路主電路計算及元器件參數(shù)選型、的相關(guān)參數(shù)當(dāng)柵源電壓僅略大于柵源開啟電壓時，溝道內(nèi)的電流的飽和作用將產(chǎn)生一個可觀的壓降，此時，由所控制(()）()()為開關(guān)頻率、最大開關(guān)頻率為,則有（）≈Ω;電流定額按通過電流的選擇為：。、快速熔斷器的選擇快速熔斷器用于過電流的保護(hù)，它的斷流時間在以內(nèi)，快速熔斷器的熔體額定電流按下式選擇：<<≈×××、續(xù)流二極管選擇計算二極管承受最大反向電壓()*考慮倍裕量,則*,取最大電流按（）*來計算選擇。、濾波電容選擇一般根據(jù)放電的時間常數(shù)計算，負(fù)載越大，要求紋波系數(shù)越小，一般不做嚴(yán)格計算，多取以上。因該系統(tǒng)負(fù)載不大，故取耐壓×取即選用、電容器。諧波分析于是感性負(fù)載，又不能像直流斬波那樣加續(xù)流回路，所以要給加開通和關(guān)斷緩沖電路。高頻交流開關(guān)控制采用了直流等電位調(diào)制技術(shù)。為使波形半波奇對稱和四分之一偶對稱，以消除付里葉級數(shù)中的余弦項和偶次諧波，使載波比為三角波頻率，為市電工頻；調(diào)制為脈沖寬度，為三角波周期、為三角波幅值、為輸出電壓的偏差、三角波電壓的方程式為：輸出電壓偏差為采樣電壓，觸發(fā)脈沖起點和終點的方程式為：脈沖寬度式中，各觸發(fā)脈沖的起點角和終點角的數(shù)值為：由于斬波波形是鏡對稱和原點對稱，因此它的付里葉級數(shù)中將只包含正弦項中的奇次諧波，即：為奇數(shù)經(jīng)計算，當(dāng)時(當(dāng)時，對于基波，由以上式可知，越大諧波頻率越高。采用很小的濾波器就可以濾掉中的所有高次諧波。第章調(diào)試測試與仿真建立仿真模型仿真電路圖如下圖所示。啟動軟件，在模型庫中搭建仿真電路圖，如圖所示。在這個仿真模型中，使用中自帶的來產(chǎn)生一個脈沖來替代波發(fā)生器。該脈沖發(fā)生器也擁有頻率可調(diào)，占空比可調(diào)的性質(zhì)，因此可以簡化波的調(diào)制產(chǎn)生過程。主電路部分的模型和原理圖類似，使用個來分別進(jìn)行斬波控制和阻感負(fù)載的續(xù)流。續(xù)流部分的工作過程為，當(dāng)電源電壓在正半周期時，續(xù)流二極管和續(xù)流保持有觸發(fā)信號，保持導(dǎo)通；當(dāng)電源電壓負(fù)半周期時，續(xù)流二極管和續(xù)流保持有觸發(fā)信號，保持導(dǎo)通。負(fù)載端使用電壓表來測量電壓的變化，并且接入示波器，使用示波器來觀察不同占空比時輸出電壓的波形。圖單相斬控式交流調(diào)壓電源設(shè)計仿真圖仿真結(jié)果占空比不同時的波形分別如圖，圖，圖所示圖占空比輸出電壓圖占空比輸出電壓圖占空比輸出電壓由仿真波形和測量輸出電壓值的變化可知，在改變占空比時，電路仿真波形和輸出電壓隨之改變，達(dá)到了電壓范圍可調(diào)的目標(biāo)。第章總結(jié)與體會經(jīng)過這一次的課程設(shè)計，我對電力電子技術(shù)這門課程及相關(guān)知識有了更深入的理解和體會，同時也很好的把握理論知識并將其應(yīng)用于實踐當(dāng)中。在此次的單相斬控式交流調(diào)壓電源設(shè)計過程中，我更進(jìn)一步地熟悉了元件的結(jié)構(gòu)及掌握了各元件的工作原理和其具體的使用方法。也鍛煉了自己獨立思考問題的能力和通過查看相關(guān)資料來解決問題的習(xí)慣。雖然這只是一次簡單的課程設(shè)計，但通過這次課程設(shè)計我們了解了課程設(shè)計的一般步驟，和設(shè)計中應(yīng)注意的問題。設(shè)計本身并不是有很重要的意義，而是同學(xué)們對待問題時的態(tài)度和處理事情的能力。至于設(shè)計的成績無須看的太過于重要，而是設(shè)計的過程，設(shè)計的思想和設(shè)計電路中的每一個環(huán)節(jié)，電路中各個部分的功能是如何實現(xiàn)的。仿真軟件我用的是，之前我完全不懂如何用它進(jìn)行調(diào)試，但經(jīng)過一段時間的摸索就學(xué)會了并進(jìn)行了調(diào)試，另外，我們設(shè)計要從市場需求出發(fā)，既要有強(qiáng)大的功能，又要在價格方面比同等檔次的便宜。雖然我們現(xiàn)在作的不可能到市場上去銷售，但我們要為以后作設(shè)計培養(yǎng)出好的習(xí)慣。通過這次課程設(shè)計，我不僅加深了我對《電力電子技術(shù)》這門課程的理解，更重要是我體會出了學(xué)習(xí)的一些方法。這在以后的工作和生活中都是有很大幫助的。最后，在此要感謝我的指導(dǎo)老師，沈細(xì)群老師，謝謝她的細(xì)心教誨。同時也感謝那些幫助我解決問題的同學(xué)們。附錄總電路圖：參考文獻(xiàn)：參考文獻(xiàn)電力電子技術(shù)王兆安機(jī)械工業(yè)出版社電力電子技術(shù)問答顏世鋼機(jī)械工業(yè)出版社電力電子電路設(shè)計鐘炎平華中科技大學(xué)出版社電氣信息學(xué)院課程設(shè)計評分表項目評價優(yōu)良中及格差設(shè)計方案合理性與創(chuàng)造性（）硬件設(shè)計及調(diào)試情況（）參數(shù)計算及設(shè)備選型情況*()設(shè)計說明書質(zhì)量