胡筱璇单相交流调压电路课程设计 .doc

《胡筱璇单相交流调压电路课程设计 .doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《胡筱璇单相交流调压电路课程设计 .doc（19页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 辽 宁 工 业 大 学电力电子技术课程设计（论文）题目： 单相交流调压电路 （800W）院（系）： 新能源学院 专业班级： 电气131 学 号： 学生姓名： 胡筱璇 指导教师： 起止时间： 2014.06.23-2014.07.05.课程设计（论文）任务及评语院（系）：光伏学院 教研室：学号学生姓名胡筱璇专业班级电气131课程设计（论文）题目单相交流调压电路（800W）课程设计（论文）任务课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数实现功能利用晶闸管构成交流调压电路，对电加热设备、白炽灯、卤钨灯、电风扇灯等进行平滑的调温、调光、调速。设计任务与要求1、方案的经济技术论证。2、主电路设计。3、通过

2、计算选择器件的具体型号。4、触发电路设计。5、保护电路设计6、绘制相关电路图。7、模拟实验或matlab仿真。8、完成4000字左右说明书。技术参数1、交流电源：单相220V。2、输出交流电压在0220V连续可调。3、输出电流最大值5A。4、负载为电阻负载或阻感负载。5、根据实际工作情况，最小控制角取20300左右。工作计划第1天：集中学习；第2天：收集资料；第3天：方案论证；第4天：主电路设计；第5天：选择器件；第6天：触发电路设计；第7天：保护电路设计；第8天：电路调试或仿真；第9天：总结并撰写说明书；第10天：答辩指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字：

3、年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 摘要 交流调压电路广泛用于灯光控制（如调光灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软启动，也用于异步电动机调速。在电力系统中，这种电路还常用于对无功功率的连续调节。此外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。在这些电源中如采用晶闸管相控整流电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联；同样，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联。这都是十分不合理的。采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压、电流值都比较适中，在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了。这样的电路体积小、成本低、易于设

4、计制造。单相交流调压电路是对单相交流电的电压进行调节的电路。用在电热制、交流电动机速度控制、灯光控制和交流稳压器等合。与自耦变压器调压方法相比，交流调压电路控制简便，调节速度快，装置的重量轻、体积小，有色金属耗也少。关键词：交流；调压；电动机调速；电力系统；变压器；目录 第一章 电路设计的任务及要求31.2设计要求及分析31.3 电路设计任务31.4 设计方案选择3 第二章 单相交流调压主电路设计及分析42.1 电阻性负载42.1.1 电阻性负载的交流调压器的原理分析42.1.2 结果分析8 2.2阻感负载92.2.1电路结构92.2.2工作原理92.2.3模型仿真图102.2.4仿真图11第

5、三章 触发电路设计.12 第四章 单相交流电压电路设计总电路图13 第五章 单相交流调压电路总结及体会14 参考文献15 第一章 电路设计的任务及要求1.1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。1.2设计要求及分析设计一个单相交流调压电路，要求触发角为45度.反电势负载E=40伏，输入交流U2=210伏。分有LB和没有LB两种情况分析.L足够大，C足够大 1. 单相

6、交流调压主电路设计，原理说明；2触发电路设计，每个开关器件触发次序与相位分析；3保护电路设计，过电流保护，过电压保护原理分析；4参数设定与计算(包括触发角的选择，输出平均电压，输出平均电流，输出有功功率计算，输出波形分析，器件额定参数确定等可自己添加分析的参数)； 由以上要求可知该系统设计可分为四个部分：交流调压主电路设计、触发电路设计、保护电路设计及相关计算和波形分析部分。下面分别做详细的介绍。1.3 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。 1.4 设计方

7、案选择采用两个普通晶闸管反向并联设计单相交流调压电路。第二章 单相交流调压主电路设计及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，因此下面就反电势电阻负载予以重点讨论。2.1 电阻性负载由于题目要求输出电压范围为0100V，所以方案可选电阻性负载或阻感性负载。

8、本电路采用单相交流调压器带阻感负载时的电路图如图2-1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。 图2-12.1.1 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， 波形如图2-2所示。图2-2 输入输出电压及电流波形图 （1） 建立模型仿真根据原理图用matalb软件画出正确的仿真电路图2-3， 图2-3（2）仿真

9、参数设置设置触发脉冲分别为30、60、90、120。与其产生的相应波形分别如图2-4、图2-5、图2-6、图2-7。在波形图中第一列波为晶闸管电流波形，第二列波为晶闸管电压波形，第三列波为负载电流波形，第四列波为负载电压波形图2-4晶闸管电流波形图2-5晶闸管电压波形图2-6负载电流波形图2-7负载电压波形2.1.2 结果分析上面图2-4-图2-7给出了分别为0度、 30度， 60度，90度、150度和180度时单相交流调压电路的纯电阻负载的电压和电流的仿真波形。当晶闸管触发控制角=0时，U=U2 ，负载两端的电压U和流过其电流的波形均为正弦波。当0时，U、的波形为非正弦波，控制角从0180度

10、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。图2-4-图2-7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Sim库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2.2阻感负载由于感性负载本身滞后于电压一定角度，再加上相位控制产生的滞后，使得交流调压电路在感性负载下大的工作情况更为复杂，其输出电压、电流波形与控制角、负载阻抗

11、角都有关系。其中负载阻抗角,相当于在电阻电感负载上加上纯正弦交流电压时，其电流滞后于电压的角度为。为了更好的分析单相交流调压电路在感性负载下的工作情况，此处分三种工况分别进行讨论。2.2.1电路结构当负载为电感线圈、交流电动机或变压器绕组时，这种负载称为阻感性负载，电路图如图2-8图2-82.2.2工作原理工作情况与单相半波整流电路带电阻性负载时相似。当电源电压反向过零时，由于负载电感产生感应电动势阻止电流变化，故电流不能立即为零，此时晶闸管导通角的大小不但与控制角a有关，而且与负载阻抗角&arctgwl/r有关。两只晶闸管门极的起始控制点分别定在电源电压每个半周的起始点，a的最大变化范围&=

12、a180度，正负半周有相同的a角2.2.3模型仿真图图2-92.2.4仿真图图2-10第三章 触发电路设计 晶闸管触发电路的作用是产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要要的时刻有阻断转为导通。广义上讲，晶闸管触发电路往往还包括对其触发时刻进行控制的相位控制电路，但这里专指脉冲的放大和输出环节。晶闸管触发电路应满足下列要求：1）触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通，对反电动势负载的变流器应采用宽脉冲或脉冲列触发； 2）触发脉冲应有足够的幅度，对户外寒冷场合，脉冲电流的幅度应增加为器件最大触发电流的3-5倍，脉冲前沿的陡度也许增加，一般需达1-2A/us；3）所提供的触发脉冲应不超过晶闸管门极

13、的电压、电流和功率定额，且在门极伏安特性的可靠触发区域之内；4）应有的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。根据以上要求分析，采用KC05移相触发器进行触发电路的设计。KC05可控硅移相触发器适用于双向可控硅或两只反向并联可控硅的交流相位控制。KC05驱动电路如图3-1所示：图3-1单相交流调压触发电路原理图第四章 单相交流电压电路设计总电路图图4-1单相交流电压电路总电路图第五章 单相交流调压电路总结及体会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

14、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。参考文献1 王兆安，刘

15、进军.电力电子技术（第5版）.北京：机械工业出版社.2009.52 陈道炼.DC-DC逆变技术及其应用。北京：机械工业出版社.20033 张乃国.电源技术北京：中国电力出版社.19984 何希才新型开关电源设计与应用北京：科学出版社.20015 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.20006 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.20008 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.2002.29 刘锦波，张承慧.电机与拖动.北京：清华大学出版社.200610 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