单相晶闸管交流调压电路.doc

中北大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 学 号： 学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 自动化 题 目： 单相晶闸管交流调压电路（反并联）设计 单相晶闸管交流调压电路（混合反并联）设计 指导教师： 职称: 讲师 2011年12月31日中北大学课程设计任务书 11/12 学年第 一 学期学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 自动化 学 生 姓 名： 学 号： 课程设计题目：单相晶闸管交流调压电路（反并联）设计 单相晶闸管交流调压电路（混合反并联）设计起 迄 日 期： 12月25日 12月31日 课程设计地点： 电气工程系实验中心 指 导 教 师： 系 主 任： 下达任务书日期: 2011年 12月 25 日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：1）培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。2）培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。3）培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。4）提高学生课程设计报告撰写水平。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：设计内容：1、设计一个单相晶闸管交流调压电路（反并联）（纯电阻负载）设计要求： 1）电源电压：交流100V/50Hz；2）输出功率：500W；3）移相范围：0180。2、设计一个单相晶闸管交流调压电路（混合反并联）（纯电阻负载）设计要求： 1）电源电压：交流100V/50Hz；2）输出功率：500W；3）移相范围：0180。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计说明书、图纸、实物样品等：设计工作任务及工作量的要求：1）根据课程设计题目，收集相关资料、设计主电路和触发电路； 2）用Multisim等软件制作主电路和控制电路原理图；3）撰写课程设计报告画出主电路、控制电路原理图，说明主电路的工作原理，完成元器件参数计算，元器件选型，说明控制电路的工作原理，用Multisim或EWB等软件绘出主电路典型的输出波形（比较实际波形与理论波形），绘出触发信号（驱动信号）波形，说明设计过程中遇到的问题和解决问题的方法，附参考资料。课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：1、樊立萍，王忠庆.电力电子技术.北京:北京大学出版社,20062、徐以荣，冷增祥.电力电子技术基础.南京：东南大学出版社，19993、王兆安,黄俊.电力电子技术.北京：机械工业出版社,20054、童诗白.模拟电子技术.北京:清华大学出版社, 20015、阎石.数字电子技术.北京:清华大学出版社, 19986、邱关源.电路.北京：高等教育出版社，19995设计成果形式及要求：1）撰写课程设计报告；2）用PROTEL或其它软件画出主电路和触发电路原理图；3）用EWB或其它软件绘出主电路典型波形，触发信号（驱动信号）波形。6工作计划及进度：2011年 12月25日 12月27日 收集资料，计算所需参数并选定元器件；12月28日 12月29日 完成主电路、控制电路设计；绘出波形图；12月30日 12月31日 完成课程设计报告，下午答辩。系主任审查意见： 签字： 2011年12月25日目 录1 电路设计任务及设计目的.6设计任务.6设计目的.62 电路的设计.7反并联电路的设计.7混合反并联电路的设计.83 电路仿真结果及结果分析.10 反并联的仿真及结果分析 .10 混合反并联的仿真及结果分析.154 设计总结及设计体会.18附录.191 单相交流调压电路设计任务及设计目的电路设计任务1 进行设计方案的比较，并选定设计方案。2 完成单元电路的设计和主要元器件的说明。3 完成主电路的原理分析，各主要元器件的选择。4 电路的仿真。电路设计目的 电力电子技术是专业技术基础课，做课程设计的目的是为了使我们能利用所学的知识完成电路的设计、电路原件的选择、电路参数的计算。在完成设计后可以利用软件进行电路连接、参数设置、完成仿真，得出波形图并对波形图进行分析。通过利用各种途径查找所需信息及解决问题来提高个人的能力。加深对本部分知识的理解，为以后的学习打下良好的基础。2、电路的设计 原理：单相交流调压电路是交流调压中最基本的电路，它由两只反并联的晶闸管组成，如图1所示。图中两只普通晶闸管VT1和VT2分别作正负周期的开关，当一个晶闸管导通时，它的管压降成为另一个晶闸管的反压使之阻断，使之电网实现自然换流。u1的正半周和负半周，分别对VT1和VT2的开通角a 进行控制就可以调节输出电压 ，正负半周a 起始时刻（a =0）均为电压过零时刻，稳态时，正负半周的a 相等。 负载电压波形是电源电压波形的一部分，负载电流（也即电源电流）和负载电压的波形相同 1、题目要求设计一个单相晶闸管交流调压电路（反并联）（纯电阻负载） 1)电源电压：交流100V/50Hz； 2）输出功率：500W ； 3)移相范围：0180.所以方案可选电阻性负载或阻感性负载。本电路采用单相交流调压器纯电阻负载，电路图及波形图如下图所示，在负载和交流电源间用两个反并联的晶闸管VT1，VT2相连。 单相晶闸管（反并联）交流调压原理图 单相晶闸管（反并联）交流调压波形图2、题目要求设计一个单相晶闸管交流调压电路（混合反并联）（纯电阻负载）1）电源电压：交流100V/50Hz；2）输出功率：500W；3）移相范围：0180所以方案可选电阻性负载或阻感性负载。本电路采用单相交流调压器纯电阻负载，电路图和波形图如下图所示，在负载和交流电源间用反并联的方式将晶闸管VT1，和二极管VT2相连。 单向晶闸管（混合反并联）交流调压原理图 单向晶闸管（混合反并联）交流调压原理图参数计算：1) 晶闸管元件额定电压为2U=2*100=141.4v,取2.5倍电压安全储备，并考虑晶闸管额定电压系列取400v2）输出功率S=500W即输出有功功率PR=500W当=00时，PR=500W代入下列公式R=203)晶闸管元件额定电流IT，Kf=IVT/Id 当=00时，IVT=U1/2R=3.54AIT=3.54/1.57=2.25 取两倍电流安全储备并考虑晶闸管元件额定电流系列取5A。4 电路仿真结果及结果分析利用Multisim软件进行电路的连接与仿真，并得出在不同角度触发下的波形图。1、当进行单向晶闸管反并联交流调压时，使晶闸管D1，D2反向并联后与电源与电阻负载相连，并在D1、D2的两端分别加触发脉冲，连接的电路图，仿真波形图、参数图如下图：当触发角为45时，其波形图如下图所示 图2 b 45时正向晶闸管触发参数图 图2 c 45时反向晶闸管触发参数图 当 时的波形图如下图所示 图3 a 时波形图图3 b 90时正向晶闸管触发参数图 图3 c 90时反向晶闸管触发参数图波形分析：在前半个周期内，VT1承受正向电压，由于晶闸管的特性，使得晶闸管没有导通，当出发脉冲来临时，晶闸管正向导通，导通后波形与电源电压波形相同，当前半个周期结束后，晶闸管VT1承受反向电压截止。在后半个周期内，VT2承受正向电压，当触发脉冲来临时，VT2导通，一个周期结束后VT2截止。依此往复。在每个周期内有：2、当进行单相晶闸管交流调压电路（混合反并联）的仿真时，将晶闸管D1与二极管D2反向并联后与负载及电源串联。并在晶闸管两端加触发脉冲，连接电路图，仿真波形图，参数图如下：图4 混合反并联电路图图5 a 时波形图图5 b 30时参数图 图5 a 135时波形图 图5 b 135时晶闸管触发参数图波形分析：当电路连接为混合反并联时，晶闸管VT1和二极管VT2反并联，在前半个周期内，二极管VT2承受正向电压，处于导通状态，输出波形与输入波形相同。在后半个周期内，晶闸管VT1承受正向电压，当出发脉冲来临时，晶闸管导通，触发后的输出波形与输入波形相同。一个周期结束后VT1截止VT2导通，依此往复。在每个周期的前半个周期有U=U2后半周期有： 设计总结及设计体会 通过本次电力电子技术课程设计，使我加深了对电力电子技术这门课程的理解。由于在设计中有许多东西是之前所并不理解的东西，所以在设计之前是需要不断的进行资料的搜集，这使我们增强了自己进行在网络与书籍上寻找有用的资料的能力，并且经这些资料理解掌握将其运用。在设计的过程中也会遇到各种问题，使我们加强解决问题的能力。完成设计之后，我们在Multisim软件中对电路进行了连接与波形仿真，在连接的过程中通过遇到的一些问题不断对设计进行修改，使设计进一步完善。由于在之前对Multisim软件掌握的不够，所以在应用的过程中也遇到了一些除设计外的操作问题，本次的课程设计使我们对这个软件的应用有了很大进步