單相交流調壓調光臺燈.doc

電力電子技術課程設計報告 一種家用臺燈調光電源的設計指導教師： 學 生： 學 號： 專 業(yè)： 班 級：設計日期： 2011.12.262011.12.302011年12月III課程設計指導教師評定成績表項目分值優(yōu)秀(100x90)良好(90x80)中等(80x70)及格(70x60)不及格(x時，隨著的增加而減小。上述電路在控制角為時，交流輸出電壓有效值U、負載電流有效值I、晶閘管電流有效值I分別為U=UI=2II= I式中，I為當=0時，負載電流的最大有效值，其值為I=為晶閘管有效值的標玄值，其值為=由上式可以看出，是及的函數下圖給出了以負載阻抗角為參變量時，晶閘管電流標幺值與控制角的關系曲線。圖1-6 晶閘管電流標幺值與控制角的關系曲線當、已知時，可由該曲線查出晶閘管電流標幺值，進而求出負載電流有效值I及晶閘管電流有效值I。（2）=情況當控制角=時，負載電流i的表達式中的第二項為零，相當于滯后電源電壓角的純正弦電流，此時導通角=180，即當正半周晶閘管T關斷時，T恰好觸發(fā)導通，負載電流i連續(xù)，該工況下兩個晶閘管相當于兩個二極管，或輸入輸出直接相連，輸出電壓及電流連續(xù)，無調壓作用。圖1-7=情況下的輸出波形(3) 情況在工況下，阻抗角相對較大，相當于負載的電感作用較強，使得負載電流嚴重滯后于電壓，晶閘管的導通時間較長，此時式仍然適用，由于，公式右端小于0，只有當時左端才能小于0，因此，如圖所示，如果用窄脈沖觸發(fā)晶閘管，在時刻被觸發(fā)導通，由于其導通角大于180，在負半周時刻為發(fā)出出發(fā)脈沖時，還未關斷，因受反壓不能導通,繼續(xù)導通直到在時刻因電流過零關斷時，的窄脈沖已撤除，仍然不能導通，直到下一周期再次被觸發(fā)導通。這樣就形成只有一個晶閘管反復通斷的不正常情況，始終為單一方向，在電路中產生較大的直流分量；因此為了避免這種情況發(fā)生，應采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)方式。圖1-8窄脈沖觸發(fā)方式綜上所述，當單相交流調壓電路帶感性負載時，為了可靠、有效的工作，并實現(xiàn)調壓的目的，應使控制角的移相范圍保持在之間，同時為了避免出現(xiàn)直流分量，晶閘管的控制脈沖應采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)。 3.2通斷控制方式與移相控制方式的比較3.2.1 通斷控制方式利用通斷比控制交流調壓方式，其原理是采用過零觸發(fā)電路，在電源電壓過零時就控制雙向可控硅導通和截止，即控制角為零，這樣在負載上得到一個完整的正弦波，但其缺點是適用于時間常數比通斷周期大的系統(tǒng)，如恒溫器。3.2.2 移相控制方式移相控制調壓利用控制觸發(fā)滯后角的方法,控制輸出電壓。晶閘管承受正向電壓開始到觸發(fā)點之間的電角度稱為觸發(fā)滯后角。在有效移相范圍內改變觸發(fā)滯后角，即能改變輸出電壓。有效移相范圍隨負載功率因數不同而不同，電阻性負載最大,純感性負載最小。相控交流調壓電路輸出電壓包含較多的諧波分量，當負載是電動機時，會使電動機產生脈動轉矩和附加諧波損耗。另外它還會引起電源電壓畸變。為減少對電源和負載的諧波影響，可在電源側和負載側分別加濾波網絡。4.晶閘管4.1 晶閘管的觸發(fā)電路晶閘管觸發(fā)電路的作用是產生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要要的時刻有阻斷轉為導通。廣義上講，晶閘管觸發(fā)電路往往還包括對其觸發(fā)時刻進行控制的相位控制電路，但這里專指脈沖的放大和輸出環(huán)節(jié)。晶閘管觸發(fā)電路應滿足下列要求：1）觸發(fā)脈沖的寬度應保證晶閘管可靠導通，對反電動勢負載的變流器應采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)； 2）觸發(fā)脈沖應有足夠的幅度，對戶外寒冷場合，脈沖電流的幅度應增加為器件最大觸發(fā)電流的3-5倍，脈沖前沿的陡度也許增加，一般需達1-2A/us；3）所提供的觸發(fā)脈沖應不超過晶閘管門極的電壓、電流和功率定額，且在門極伏安特性的可靠觸發(fā)區(qū)域之內；4）應有的抗干擾性能、溫度穩(wěn)定性及與主電路的電氣隔離。根據以上要求分析，采用KC05移相觸發(fā)器進行觸發(fā)電路的設計。KCO5可控硅移相觸發(fā)器適用于雙向可控硅或兩只反向并聯(lián)可控硅的交流相位控制。KC05引腳圖如圖2所示：圖2 KC05引腳圖KC05觸發(fā)芯片具有鋸齒波形好，移相范圍寬，控制方式簡單，易于集中控制，有失交保護，輸出電流大等優(yōu)點，是交流調光，調壓的理想電路。KC05電路也適用于作半控或全控橋式線路的相位控制。同步電壓由KC05的15、16腳輸入，在TP1點可以觀測到鋸齒波，RP1電位器調節(jié)鋸齒波的斜率，Rp2電位器調節(jié)移相角度，觸發(fā)脈沖從第9腳，經脈沖變壓器輸出。調節(jié)電位器RP1，觀察鋸齒波斜率是否變化，調節(jié)RP2，可以觀察輸出脈沖的移相范圍如何變化單相交流調壓觸發(fā)電路原理圖如圖3所示：集成塊的電參數電源電壓：外接直流電壓+15V，允許波動5(10功能正常)。電源電流：l2mA。同步電壓：l0V。同步輸入端允許最大同步電流：3mA(有效值)。移相范圍：l70(同步電壓30V，同步輸入電阻10k)。移相輸入端偏置電流l0A。鋸齒波幅度：78.5V。輸出脈沖：a脈沖寬度：l00s2 ms(通過改變脈寬阻容元件達到)。b脈沖幅度：13V。c最大輸出能力：200mA(吸收脈沖電流)。d輸出反壓：BVceol8V(測試條件：Ie=100A允許使用環(huán)境溫度：-l070。 圖3 單相交流調壓觸發(fā)電路原理圖4.2 晶閘管的保護電路4.2.1保護電路設計在電力電子電路中，除了電力電子器件參數選擇合適、驅動電路設計良好外，采用合適的過電壓、過電流、du/dt保護和di/dt 保護也是必要的。4.2.2過電壓的產生及過電壓保護電力電子裝置中可能發(fā)生的過電壓分為外因過電壓和內應過電壓兩類。外應過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原因，包括：1）操作過電壓：由分閘、合閘等開關操作引起的過電壓，快速直流開關的切斷等經常性操作中的電磁過程引起的過壓。2）雷擊過電壓：由雷擊引起的過電壓。內因過電壓主要來自電力電子裝置內部器件的開關過程，包括：1）換相過電壓：由于晶閘管或者全控器件反并聯(lián)的續(xù)流二極管在換相結束后不能立刻恢復阻斷能力，因而有較大的反向電流流過，使殘存的載流子恢復，當其恢復了阻斷能力時，反向電流急劇減小，這樣的電流突變會因線路電感而在晶閘管陰陽極之間或與續(xù)流二極管反并聯(lián)的全控型器件兩端產生過電壓。2）關斷過電壓：全控型器件在較高的頻率下工作，當器件關斷時，因正向電流的迅速降低而由線路電感在器件兩端感應出的過電壓。過壓保護要根據電路中過壓產生的不同部位，加入不同的保護電路，當達到定電壓值時，自動開通保護電路，使過壓通過保護電路形成通路，消耗過壓儲存的電磁能量，從而使過壓的能量不會加到主開關器件上，保護了電力電子器件。為了達到保護效果，可以使用阻容保護電路來實現(xiàn)。將電容并聯(lián)在回路中，當電路中出現(xiàn)電壓尖峰電壓時，電容兩端電壓不能突變的特性，可以有效地抑制電路中的過壓。與電容串聯(lián)的電阻能消耗掉部分過壓能量，同時抑制電路中的電感與電容產生振蕩，過電壓保護電路如圖4所示。圖4 RC阻容過電壓保護電路圖4.2.3 晶閘管的過電流保護熔斷器FU是最簡單有效的且應用最普遍的過電流保護器件。針對晶閘管熱容量小、過電流能力差的特點，專門為保護大功率半導體變流元件而制造了快速熔斷器，簡稱快熔。其熔斷時間小于20ms，能保證在晶閘管損壞之前快熔切斷短路故障，達到保護晶閘管的目的。目前常用的快熔有：小容量RLS(螺旋式)系列、大容量RTK（插入式）系列、RS0（匯流排式）系列、RS3系列、RSF系列等?？烊蹟嗟倪x擇：快熔的額定電壓URN不小于線路正常工作電壓的均方根值；快熔的額定電流IRN應按它所保護的元件實際流過的電流的均方根值來選擇，而不是根據元件型號上標出的額定電流Ir(AV)來選擇，一般應小于被保護晶閘管的額定有效值1.57 Ir(AV)。即可按下式選擇： 1.57 Ir(AV)IRNITM (管子實際最大電流有效值)通過上述公式我們選擇熔斷器為RS3-80，額定電壓為250V,電流10A的快速熔斷器 。 當電力電子電路運行不正?；蛘甙l(fā)生故障時，可能會發(fā)生過電流。當器件擊穿或短路、觸發(fā)電路或控制電路發(fā)生故障、出現(xiàn)過載、直流側短路、可逆?zhèn)鲃酉到y(tǒng)產生環(huán)流或逆變失敗，以及交流電源電壓過高或過低、缺相等，均可引起過流。由于電力電子器件的電流過載能力相對較差，必須對變換器進行適當的過流保護。采用快速熔斷器是電力電子裝置中最有效、應用最廣的一種的過流保護措施。圖5 過電流保護電路圖過電流保護電路如圖5所示，其中交流側接快速熔斷器能對晶閘管元件短路及直流側短路起保護作用，但要求正常工作時，快速熔斷器電流定額要大于晶閘管的電流定額，這樣對元件的短路故障所起的保護作用較差。直流側接快速熔斷器只對負載短路起保護作用，對元件無保護作用。只有晶閘管直接串接快速熔斷器才對元件的保護作用最好，因為它們流過同個電流因而被廣泛使用。電子電路作為第一保護措施，快熔僅作為短路時的部分區(qū)段的保護，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現(xiàn)保護，過電流繼電器整定在過載時動作。5. 交流調光燈電路的電路設計5.1 交流調光燈的元件一套調光燈元件名稱型號數量備注電阻5102電阻15K1電阻1k1電阻1001電位器50K1管腳三角形分布電容0.22uF/63V1非電解電容電容0.01uF/630V1非電解電容二極管IN40075穩(wěn)壓管IN4742A1晶閘管BT1361晶體管BT331BT35也可散熱片不焊接的最小的1配螺絲螺母細導線1m5.2 交流調光燈的電路圖6交流調光燈的電路5.3電路的工作原理由晶閘管組成的調光電路根據晶閘管工作波形可以產生不同大小的電流，這個可以采用電阻或電感串接在電路中來改變它的工作區(qū)域。 交流調光燈電路原理圖 D1、D2、D3、D4 構成整流電路，它們與R、D6、D62CW5構成了控制電路，能夠控制晶閘管導通。而R3和C2起到保護晶閘管的作用。假設晶閘管導通，則其正半周期為2-D1-VT1-D4-RL-1；其負半周期是 1-RL-D2-VT1-D3-2。在整個電路中控制角越小，負載燈泡RL越亮。在無控制電路的情況下，交流電源承受正向電壓。單結晶體管觸發(fā)電路導通時，經整流后流經R1-D5-R6-RP3-C1；晶閘管導通后，控制電路短路；改變RP3的值可以改變電容C的充放電速度的快慢。R越大，C充電時間越長。6. 課程設計總結首先，設計過程中，我們需要查閱很多資料，書本的，網上的，等等很多資料，我們就不得不用到手邊的很多工具，像圖書館還有網絡檢索功能等一些工具，鍛煉了我們自己查資料的能力。其次，對我們提出問題，分析問題，解決問題的能力有了一定程度上的提高。對于初次做這種設計的我們來說，我們的很多能力都需要提高，尤其像這幾種能力，也是在日常生活中很重要的幾個方面要設計一個產品，首先就要知道他的功能，那么，我們要如何實現(xiàn)呢？在實現(xiàn)的過程中，或多或少會遇到這樣那樣的問題，我們就必須一個一個的分析這些問題，然后想辦法去解決他。在這一系列的過程中，自然而然的就提高了我們這幾方面的能力。同時呢，為了解決某些問題，這些問題很可能是我們根本就不熟悉，甚至是沒有見過的問題，這樣我們就需要查資料去解決，不知不覺中，又提升了查資料相關的本領。最后，通過這次電力電子課程設計，讓我體會到了電力電子技術在現(xiàn)代工程以及生活中的廣泛應用，讓我們有機會用理論聯(lián)系實際，用器件設計產品。讓我們對電力電子器件有了更深的認識，了解了當今社會上大部分電力電子器件的規(guī)格和發(fā)展趨勢，加深了我們對電力電子知識的了解和對電力電子技術的應用；這次課程設計也鍛煉了我們檢索資料的能力，如何更為快捷有效地利用互聯(lián)網和圖書館搜索查找自己想要獲取的信息，以及了解了一些對我們大學生寫論文、查閱論文有幫助的網站；提高了我們撰寫設計報告的能力，了解了一般設計報告的格式要求等；加深了我對電力電子這門課的重要性的認識，增強了我對這門課的興趣和熱愛，讓我有更加充足的動力去學習電力電子技術!7、參考文獻1 張立、趙永健.現(xiàn)代電力電子技術. 北京：科學出版社，