單相交流調(diào)壓電路課程設(shè)計.doc

實用文案 標(biāo)準(zhǔn)文檔 單相交流調(diào)壓電路的設(shè)計 1 1 單相交流調(diào)壓電路設(shè)計任務(wù)及設(shè)計目的單相交流調(diào)壓電路設(shè)計任務(wù)及設(shè)計目的 2 2 1 1 電路設(shè)計任務(wù) 2 1 2 電路設(shè)計目的 2 1 3 主電路的原理分析 2 1 4 主電路器件的選擇 2 2 2 設(shè)計方案及選擇設(shè)計方案及選擇 4 4 3 3 單相交流調(diào)壓電路的設(shè)計單相交流調(diào)壓電路的設(shè)計 5 5 3 1 主電路的設(shè)計 5 3 2 控制電路的設(shè)計 6 3 2 1 觸發(fā)信號的種類 6 3 2 2 觸發(fā)電路設(shè)計 6 3 2 3 總的電路圖 7 4 4 單相交流調(diào)壓電路仿真結(jié)果及結(jié)果分析單相交流調(diào)壓電路仿真結(jié)果及結(jié)果分析 8 8 4 1 仿真結(jié)果 8 4 2 結(jié)果分析 11 5 5 單相交流電壓電路設(shè)計總電路圖單相交流電壓電路設(shè)計總電路圖 1212 總總 結(jié)結(jié) 1313 參考文獻參考文獻 1414 實用文案 標(biāo)準(zhǔn)文檔 1 1 單相交流調(diào)壓電路設(shè)計任務(wù)及設(shè)計目的單相交流調(diào)壓電路設(shè)計任務(wù)及設(shè)計目的 1 11 1 電路設(shè)計任務(wù)電路設(shè)計任務(wù) 1 進行設(shè)計方案的比較 并選定設(shè)計方案 2 完成單元電路的設(shè)計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)動電路的設(shè)計 5 電路的仿真 1 21 2 電路設(shè)計目的電路設(shè)計目的 電力電子技術(shù)是專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課 做課程設(shè)計是為了讓我們運用學(xué)過的電路原 理的知識 獨立進行查找資料 選擇方案 設(shè)計電路 撰寫報告 制作電路等 進一 步加深對變流電路基本原理的理解 提高運用基本技能的能力 為今后的學(xué)習(xí)和工作 打下良好的基礎(chǔ) 同時也鍛煉了自己的實踐能力 1 31 3 電阻性負(fù)載的交流調(diào)壓器的原理分析電阻性負(fù)載的交流調(diào)壓器的原理分析 其晶閘管VT1和VT2反并聯(lián)連接 與負(fù)載電阻R串聯(lián)接到交流電源上 當(dāng)電源電壓U2 正半周開始時刻觸發(fā)VT1 負(fù)半周開始時刻觸發(fā)VT2 形同一個無觸點開關(guān) 若正 負(fù) 半周以同樣的移相角 觸發(fā)VT1和VT2 則負(fù)載電壓有效值隨 角而改變 實現(xiàn)了交流 調(diào)壓 移相角為 時的輸出電壓u的波形 如圖1 1所示 圖 1 1A 電阻性負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及波形圖 1 41 4 主電路的原理分析主電路的原理分析 所謂交流調(diào)壓就是將兩個晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中 在每半個周波 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機的軟啟動 也用于異步電動機調(diào)速 此外 在高電壓小電 實用文案 標(biāo)準(zhǔn)文檔 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)計主要是研究單相交流調(diào)壓電路的設(shè)計 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 本次實驗對阻感負(fù)載予以重點討論 圖中的 2 個晶閘管也可以用 一個雙向晶閘管代替 在交流電源 u1 的正半周和負(fù)半周 分別對 2 個晶閘管的移相控 制角進行控制就可以調(diào)節(jié)輸出電壓 單相交流調(diào)壓電路的主電路圖如下圖 圖 1 1B 單相交流調(diào)壓主電路 1 51 5 主電路器件的選擇主電路器件的選擇 主電路中所用到得器件比較少 主要是 200V 單相交流電源 2 個反并聯(lián)的晶閘管 還有一個阻感負(fù)載 其中 2 反并聯(lián)的晶閘管可用一個雙相晶閘管代替 阻感負(fù)載可以 用一個電阻和一個電感串聯(lián) 也可以用一個串聯(lián)諧振代替 2 個反并聯(lián)的晶閘管 晶閘管的選擇 1 選擇正反向電壓 可控硅在門極無信號 控制電流 Ig 為 0 時 在陽 A 一一陰 K 極之間加 J2 處于 反向偏置 所以 器件呈高阻抗?fàn)顟B(tài) 稱為正向阻斷狀態(tài) 若增大 UAK 而達到一定值 VBO 可控硅由阻斷突然轉(zhuǎn)為導(dǎo)通 這個 VBO 值稱為正向轉(zhuǎn)折電壓 這種導(dǎo)通是非正常 導(dǎo)通 會減短器件的壽命 所以必須選擇足夠正向重復(fù)阻斷峰值電壓 VDRM 在陽一 一陰極之間加上反向電壓時 器件的第一和第三 PN 結(jié) J1 和 J3 處于反向偏置 呈阻 斷狀態(tài) 當(dāng)加大反向電壓達到一定值 VRB 時可控硅的反向從阻斷突然轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài) 此時是反向擊穿 器件會被損壞 而且 VBO 和 VRB 值隨電壓的重復(fù)施加而變小 在感 性負(fù)載的情況下 如磁選設(shè)備的整流裝置 在關(guān)斷的時候會產(chǎn)生很高的電壓 Ldi dt 如果電路上未有良好的吸收回路 此電壓將會損壞可控硅器件 因此 器件 也必須有足夠的反向耐壓 VRRM 可控硅在變流器 如電機車 中工作時 必須能夠以電源頻率重復(fù)地經(jīng)受一定的過 電壓而不影響其工作 所以正反向峰值電壓參數(shù) VDRM VRRM 應(yīng)保證在正常使用電壓峰 值的 2 3 倍以上 考慮到一些可能會出現(xiàn)的浪涌電壓因素 在選擇代用參數(shù)的時候 只 能向高一檔的參數(shù)選取 2 選擇額定工作電流參數(shù) 可控硅的額定電流是在一定條件的最大通態(tài)平均電流 IT 即在環(huán)境溫度為 40 和 規(guī)定冷卻條件 器件在阻性負(fù)載的單相工頻正弦半波 導(dǎo)通角不少于 l70 的電路中 實用文案 標(biāo)準(zhǔn)文檔 當(dāng)穩(wěn)定的額定結(jié)溫時所允許的最大通態(tài)平均電流 而一般變流器工作時 各臂的可控 硅有不均流因素 可控硅在多數(shù)的情況也不可能在 170 導(dǎo)通角上工作 通常是少于這 一角度 這樣就必須選用可控硅的額定電流稍大一些 一般應(yīng)為其正常電流平均值的 1 5 2 0 倍 3 選擇門極 控制級 參數(shù) 可控硅門極施加控制信號使它由阻斷變成導(dǎo)通需經(jīng)歷一段時間 這段時問稱開通 時間 tgt 它是由延遲時間 td 和上升時間 tx 組成 tr 是從門極電流脈沖前沿的某一 規(guī)定起 比如門極電流上升到終值的 90 時起 到通態(tài)陽極電流 IA 達到終值的 10 那 瞬為止的時間隔 tr 是陽極電流從 l0 上升到 90 所經(jīng)歷的時間 可見開通時間 tgt 與可控硅門極的可觸發(fā)電壓 電流有關(guān) 與可控硅結(jié)溫 開通前陽極電壓 開通后陽 極電流有關(guān) 普通可控硅的 tgt10 s 以下 在外電路回路電感較大時可達幾十甚至幾 百 s 以上 陽極電流的上升慢 在選用可控硅時 特別是在有串并聯(lián)使用時 應(yīng)盡 量選擇門極觸發(fā)特征接近的可控硅用在同一設(shè)備上 特別是用在同一臂的串或并聯(lián)位 置上 這樣可以提高設(shè)備運行的可靠性和使用壽命 如果觸發(fā)特性相差太大的可控硅 在串聯(lián)運行時將引起正向電壓無法平均分配 使 tgt 較長的可控硅管受損 并聯(lián)運行 時 tgt 較短的可控硅管將分配更大的電流而受損 這對可控硅器件是不利的 所以同 一臂上串或并聯(lián)的可控硅觸發(fā)電壓 觸發(fā)電流要盡量一致 也就是配對使用 在不允許可控硅有受干擾而誤導(dǎo)通的設(shè)備中 如電機調(diào)速等 可選擇門極觸發(fā)電 壓 電流稍大一些的管子 如可觸發(fā)電壓 VGT 2V 可觸發(fā)電流 IGT 150mA 以保證不出 現(xiàn)誤導(dǎo)通 在觸發(fā)脈沖功率強的電路中也可選擇觸發(fā)電壓 電流稍大一點的管 在磁 選礦設(shè)備中 特別是舊的窄脈沖觸發(fā)電路中 可選擇一些 VG IG 低一些的管子 如 VGT0 時 U Irl 的波形為非正弦波 控制角從 0 180 度范圍改變時 輸出電壓有效值 U 從 U2下降到 0 控制角對輸出電壓 U 的移相可控區(qū)域是 0 180 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 2sinsin2 2 1 2 2 2 1 UtdtUU 實用文案 標(biāo)準(zhǔn)文檔 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 0 0 2sin 12 5 UUUU 000 2sin 22 1 2180 UUU 觀察圖 4 2 圖 4 7 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 庫中的電力電子器件組建單相交流調(diào)壓純電阻電路 并對電路進行相應(yīng)的理論分析和 仿真實驗 仿真實驗結(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 5 單相交流電壓電路設(shè)計總電路圖單相交流電壓電路設(shè)計總電路圖如圖 5 1 實用文案 標(biāo)準(zhǔn)文檔 圖 5 1 單相交流電壓電路總電路圖 總 結(jié) 通過電力電子技術(shù)課程設(shè)計 我加深了對課本專業(yè)知識的理解 平常都是理論知 識的學(xué)習(xí) 在此次課程設(shè)計中 真正做到了自己查閱資料 完成一個基本匯編程序的 設(shè)計 在此次的設(shè)計過程中 我更進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 當(dāng)然 在這個過程中我也遇到了困難 通過查閱資料 相互討論 我準(zhǔn) 實用文案 標(biāo)準(zhǔn)文檔 確地找出錯誤所在并及時糾正了 這也是我最大的收獲 使自己的實踐能力有了進一 步的提高 讓我對以后的工作學(xué)習(xí)有了更大的信心 通過這次課程設(shè)計使我懂得了只 有理論知識是遠遠不夠的 只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來 從理論中得出 結(jié)論 從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力 在設(shè)計的過程中難免會遇到 過各種各樣的問題 同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處 對以前所學(xué)過的知 識理解得不夠深刻 掌握得不夠牢固 通過這次課程設(shè)計 把以前所學(xué)過的知識重新 溫故 鞏固了所學(xué)的知識 通過單相半波交流電路的設(shè)計 使我加深了對整流電路的理解 讓我對電力電子 該課程產(chǎn)生了濃厚的興趣 對于一個電路的設(shè)計 首先應(yīng)該對它的理論知識很了解 這樣才能設(shè)計出性能好的電路 整流電路中 開關(guān)器件的選擇和觸發(fā)電路的選擇是最 關(guān)鍵的 開關(guān)器件和觸發(fā)電路選擇的好 對整流電路的性能指標(biāo)影響很大 在這次課 程設(shè)計過程中 碰到的難題就是對晶閘管的相關(guān)參數(shù)的計算 因為在學(xué)習(xí)中沒能很好 的系統(tǒng)的總結(jié)晶閘管相關(guān)知識 在整個課程設(shè)計中貫穿的計算過程沒能很好的把握 在今后的學(xué)習(xí)中要認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗 對電力電子課程進行補充 為以后深入的學(xué)習(xí)自動 化專業(yè)做鋪墊 通過這次課程設(shè)計我對于文檔的編排格式 原理圖波有了一定的了解 這對于以后的畢業(yè)設(shè)計及工作需要都有頗大的幫助 在完成課程設(shè)計的同時我也在復(fù) 習(xí)一遍電力電子技術(shù)這門課程 把以前一些沒弄懂的問題基本掌握了 參考文獻參考文獻 1 王兆安 劉進軍 電力電子技術(shù) 第 5 版 北京 機械工業(yè)出版社 2009 5 2 陳道煉 DC DC 逆變技術(shù)及其應(yīng)用 北京 機械工業(yè)出版社 2003 3 張乃國 電源技術(shù) 北京 中國電力出版社 1998 4 何希才 新型開關(guān)電源設(shè)計與應(yīng)用 北京 科學(xué)出版社 2001 實用文案 標(biāo)準(zhǔn)文檔 5 阮新波 嚴(yán)仰光 直流開關(guān)電源的軟開關(guān)技術(shù) 北京 科學(xué)出版社 2000 6 王云亮 電力電子技術(shù) 第一版 北京 電子工業(yè)出版社 2004 8 7 王兆安 黃俊 電力電子技術(shù) 第 4 版 北京 機械工業(yè)出版社 2000 8 梁延貴主編 現(xiàn)代集成電路實用手冊可控硅觸發(fā)電路分冊 北京 科學(xué)技術(shù)文獻出版社 2002 2 9 劉錦波 張承慧 電機與拖動 北京 清華大學(xué)出版社 2006 10 林敏 計算機控制技術(shù)及工程應(yīng)用 北京 國防工業(yè)出版社 2009 8 致 謝 感謝指導(dǎo)王老師為期一周的悉心指導(dǎo) 在這次設(shè)計中 使我了解了和學(xué)到了許多 書本所沒