单相交流调压电路课程设计.doc

单相交流调压电路的设计 1 1 单相交流调压电路设计任务及设计目的单相交流调压电路设计任务及设计目的.2 2 1.1 电路设计任务.2 1.2 电路设计目的.2 1.3 主电路的原理分析.2 1.4 主电路器件的选择 .2 2 2 设计方案及选择设计方案及选择.4 4 3 3 单相交流调压电路的设计单相交流调压电路的设计.5 5 3.1 主电路的设计.5 3.2 控制电路的设计.6 3.2.1 触发信号的种类.6 3.2.2 触发电路设计.6 3.2.3 总的电路图.7 4 4 单相交流调压电路仿真结果及结果分析单相交流调压电路仿真结果及结果分析 .8 8 4.1 仿真结果.8 4.2 结果分析.11 5 5 单相交流电压电路设计总电路图单相交流电压电路设计总电路图.1212 总总 结结.1313 参考文献参考文献.1414 1 1 单相交流调压电路设计任务及设计目的单相交流调压电路设计任务及设计目的 1.11.1 电路设计任务电路设计任务 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 驱动电路的设计。 5 电路的仿真。 1.21.2 电路设计目的电路设计目的 电力电子技术是专业技术基础课，做课程设计是为了让我们运用学过的电路原 理的知识，独立进行查找资料，选择方案，设计电路，撰写报告，制作电路等，进一 步加深对变流电路基本原理的理解，提高运用基本技能的能力，为今后的学习和工作 打下良好的基础，同时也锻炼了自己的实践能力。 1.31.3 电阻性负载的交流调压器的原理分析电阻性负载的交流调压器的原理分析 其晶闸管VT1和VT2反并联连接，与负载电阻R串联接到交流电源上。当电源电压U2 正半周开始时刻触发VT1，负半周开始时刻触发VT2，形同一个无触点开关。若正、负 半周以同样的移相角触发VT1和VT2，则负载电压有效值随角而改变，实现了交流 调压。移相角为时的输出电压u的波形，如图1-1所示。 图 1-1A 电阻性负载单相交流调压电路及波形图 1.41.4 主电路的原理分析主电路的原理分析 所谓交流调压就是将两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，在每半个周波 内通过控制晶闸管开通相位，可以方便的调节输出电压的有效值。交流调压电路广泛 用于灯光控制及异步电动机的软启动，也用于异步电动机调速。此外，在高电压小电 流或低电压大电流之流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。本次课 程设计主要是研究单相交流调压电路的设计。由于交流调压电路的工作情况与负载的 性质有很大的关系，本次实验对阻感负载予以重点讨论。图中的 2 个晶闸管也可以用 一个双向晶闸管代替。在交流电源 u1 的正半周和负半周，分别对 2 个晶闸管的移相控 制角进行控制就可以调节输出电压。单相交流调压电路的主电路图如下图 图 1-1B 单相交流调压主电路 1.51.5 主电路器件的选择主电路器件的选择 主电路中所用到得器件比较少，主要是 200V 单相交流电源，2 个反并联的晶闸管， 还有一个阻感负载。其中 2 反并联的晶闸管可用一个双相晶闸管代替，阻感负载可以 用一个电阻和一个电感串联，也可以用一个串联谐振代替 2 个反并联的晶闸管。 晶闸管的选择： 1 选择正反向电压 可控硅在门极无信号，控制电流 Ig 为 0 时，在阳(A)一一阴(K)极之间加(J2)处于反 向偏置，所以，器件呈高阻抗状态，称为正向阻断状态，若增大 UAK 而达到一定值 VBO，可控硅由阻断突然转为导通，这个 VBO 值称为正向转折电压，这种导通是非正 常导通，会减短器件的寿命。所以必须选择足够正向重复阻断峰值电压(VDRM)。在阳 一一阴极之间加上反向电压时，器件的第一和第三 PN 结(J1 和 J3)处于反向偏置，呈阻 断状态。当加大反向电压达到一定值 VRB 时可控硅的反向从阻断突然转变为导通状态， 此时是反向击穿，器件会被损坏。而且 VBO 和 VRB 值随电压的重复施加而变小。在 感性负载的情况下，如磁选设备的整流装置。在关断的时候会产生很高的电压( =- Ldi/dt)，如果电路上未有良好的吸收回路，此电压将会损坏可控硅器件。因此，器件也 必须有足够的反向耐压 VRRM。 可控硅在变流器(如电机车)中工作时，必须能够以电源频率重复地经受一定的过电 压而不影响其工作，所以正反向峰值电压参数 VDRM、VRRM 应保证在正常使用电压 峰值的 2-3 倍以上，考虑到一些可能会出现的浪涌电压因素，在选择代用参数的时候, 只能向高一档的参数选取。 2 选择额定工作电流参数 可控硅的额定电流是在一定条件的最大通态平均电流 IT，即在环境温度为+40和 规定冷却条件，器件在阻性负载的单相工频正弦半波，导通角不少于 l70的电路中， 当稳定的额定结温时所允许的最大通态平均电流。而一般变流器工作时，各臂的可控 硅有不均流因素。可控硅在多数的情况也不可能在 170导通角上工作，通常是少于这 一角度。这样就必须选用可控硅的额定电流稍大一些，一般应为其正常电流平均值的 1.5-2.0 倍。 3 选择门极(控制级)参数 可控硅门极施加控制信号使它由阻断变成导通需经历一段时间，这段时问称开通 时间 tgt，它是由延迟时间 td 和上升时间 tx 组成，tr 是从门极电流脉冲前沿的某一规定 起(比如门极电流上升到终值的 90时起)到通态阳极电流 IA 达到终值的 10那瞬为止 的时间隔，tr 是阳极电流从 l0上升到 90所经历的时间。可见开通时间 tgt 与可控硅 门极的可触发电压、电流有关，与可控硅结温，开通前阳极电压、开通后阳极电流有 关，普通可控硅的 tgt10s 以下。在外电路回路电感较大时可达几十甚至几百 s 以上 (阳极电流的上升慢)。在选用可控硅时，特别是在有串并联使用时，应尽量选择门极触 发特征接近的可控硅用在同一设备上，特别是用在同一臂的串或并联位置上。这样可 以提高设备运行的可靠性和使用寿命。如果触发特性相差太大的可控硅在串联运行时 将引起正向电压无法平均分配，使 tgt 较长的可控硅管受损，并联运行时 tgt 较短的可 控硅管将分配更大的电流而受损，这对可控硅器件是不利的。所以同一臂上串或并联 的可控硅触发电压、触发电流要尽量一致，也就是配对使用。 在不允许可控硅有受干扰而误导通的设备中，如电机调速等，可选择门极触发电 压、电流稍大一些的管子(如可触发电压 VGT2V,可触发电流 IGT：150mA)以保证不 出现误导通，在触发脉冲功率强的电路中也可选择触发电压、电流稍大一点的管。在 磁选矿设备中，特别是旧的窄脉冲触发电路中，可选择一些 VG、IG 低一些的管子， 如 VGT0 时，U、Irl 的波形为非正弦波，控制角从 0-180 度范围改变时， 输出电压有效值 U 从 U2下降到 0，控制角对输出电压 U 的移相可控区域是 0-180 度。把角等于 0 度、 30 度， 60 度，90 度、150 度和 180 度分别代入下式 可求得 2sinsin2 2 1 2 2 2 1 UtdtUU 0 U 22 0 2 1 2 10sinUUU = 30 U 26 5 4 3 262 1 2 99.0)2sin( 6 UUU 23 2 4 3 232 1 260 90 . 0 )2sin( 3 UUUU 22 1 222 1 290 71 . 0 0)2sin( 2 UUUU 22 1 212 5 2 1 2150 671. 00)2sin( 12 5 UUUU 000)2sin( 22 1 2180 UUU 观察图 4-2 图 4-7 的仿真波形，可得到随着角增大，负载两端电压 U 的波形的 曲线部分的宽度越来越窄，则其有效值将不断减小。 由此可知，理论分析与仿真结果是一致的。在 Simulink 环境下利用电力系统模块 库中的电力电子器件组建单相交流调压纯电阻电路，并对电路进行相应的理论分析和 仿真实验。仿真实验结果表明，通过控制角的大小，单相交流调压电路能够得到很 好的调压结果。 5 5 单相交流电压电路设计总电路图单相交流电压电路设计总电路图如图 5-1 图 5-1 单相交流电压电路总电路图 总 结 通过电力电子技术课程设计，我加深了对课本专业知识的理解，平常都是理论知 识的学习，在此次课程设计中，真正做到了自己查阅资料、完成一个基本汇编程序的 设计。在此次的设计过程中，我更进一步地熟悉了单相交流调压电路的原理以及触发 电路的设计。当然，在这个过程中我也遇到了困难，通过查阅资料，相互讨论，我准 确地找出错误所在并及时纠正了，这也是我最大的收获，使自己的实践能力有了进一 步的提高，让我对以后的工作学习有了更大的信心。通过这次课程设计使我懂得了只 有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出 结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中难免会遇到 过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知 识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计，把以前所学过的知识重新 温故，巩固了所学的知识。 通过单相半波交流电路的设计，使我加深了对整流电路的理解，让我对电力电子 该课程产生了浓厚的兴趣。对于一个电路的设计，首先应该对它的理论知识很了解， 这样才能设计出性能好的电路。整流电路中，开关器件的选择和触发电路的选择是最 关键的，开关器件和触发电路选择的好，对整流电路的性能指标影响很大。在这次课 程设计过程中，碰到的难题就是对晶闸管的相关参数的计算，因为在学习中没能很好 的系统的总结晶闸管相关知识。在整个课程设计中贯穿的计算过程没能很好的把握。 在今后的学习中要认真总结经验，对电力电子课程进行补充。为以后深入的学习自动 化专业做铺垫。通过这次课程设计我对于文档的编排格式、原理图波有了一定的了解， 这对于以后的毕业设计及工作需要都有颇大的帮助，在完成课程设计的同时我也在复 习一遍电力电子技术这门课程，把以前一些没弄懂的问题基本掌握了。 参考文献参考文献 1 王兆安，刘进军 .电力电子技术（第 5 版）.北京：机械工业出版社 .2009.5 2 陈道炼.DC-DC 逆变技术及其应用。北京：机械工业出版社 .2003 3 张乃国.电源技术北京：中国电力出版社 .1998 4 何希才新型开关电源设计与应用北京：科学出版社.2001 5 阮新波，严仰光直流开关电源的软开关技术北京：科学出版社.2000 6 王云亮.电力电子技术 .第一版.北京.电子工业出版社 .2004.8 7 王兆安,黄俊电力电子技术 (第 4 版).北京：机械工业出版社 .2000 8 梁延贵主编 .现代集成电路实用手册可控硅触发电路分册 .北京:科学技术文献出版社 . 2002.2 9 刘锦波，张承慧 .电机与拖动 .北京：清华大学出版社 .2006 10 林敏.计算机控制技术及工程应用 .北京：国防工业出版社 .2009.8 致 谢 感谢指导王老师为期一周的悉心指导，在这次设计中，使我了解了和学到了