單相交流調(diào)壓電路設(shè)計(jì)

1、電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書目 錄引言.21 電路設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)目的.2設(shè)計(jì)任務(wù).2設(shè)計(jì)目的.22 電路的設(shè)計(jì).2反并聯(lián)電路的設(shè)計(jì).2 觸發(fā)電路.5 主電路.6混合反并聯(lián)電路的設(shè)計(jì).3 觸發(fā)電路.10 主電路.123 電路仿真結(jié)果及結(jié)果分析.4 反并聯(lián)的仿真及結(jié)果分析.4 混合反并聯(lián)的仿真及結(jié)果分析.94 設(shè)計(jì)總結(jié)及設(shè)計(jì)體會(huì).20參考文獻(xiàn).22引言：1 單相交流調(diào)壓電路設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)目的電路設(shè)計(jì)任務(wù) 1 進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的比較，并選定設(shè)計(jì)方案。2 完成單元電路的設(shè)計(jì)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 電路的仿真。電路設(shè)計(jì)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(jì)

2、的目的是為了使我們能利用所學(xué)的知識(shí)完成電路的設(shè)計(jì)、電路原件的選擇、電路參數(shù)的計(jì)算。在完成設(shè)計(jì)后可以利用軟件進(jìn)行電路連接、參數(shù)設(shè)置、完成仿真，得出波形圖并對波形圖進(jìn)行分析。通過利用各種途徑查找所需信息及解決問題來提高個(gè)人的能力。加深對本部分知識(shí)的理解，為以后的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。2 電路的設(shè)計(jì) 原理：單相交流調(diào)壓電路是交流調(diào)壓中最基本的電路，它由兩只反并聯(lián)的晶閘管組成，如圖1所示。圖中兩只普通晶閘管VT1和VT2分別作正負(fù)周期的開關(guān)，當(dāng)一個(gè)晶閘管導(dǎo)通時(shí)，它的管壓降成為另一個(gè)晶閘管的反壓使之阻斷，使之電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自然換流。u1的正半周和負(fù)半周，分別對VT1和VT2的開通角a 進(jìn)行控制就可以調(diào)節(jié)輸出電壓

3、 ，正負(fù)半周a 起始時(shí)刻（a =0）均為電壓過零時(shí)刻，穩(wěn)態(tài)時(shí)，正負(fù)半周的a 相等。 負(fù)載電壓波形是電源電壓波形的一部分，負(fù)載電流（也即電源電流）和負(fù)載電壓的波形相同 1、題目要求設(shè)計(jì)一個(gè)單相晶閘管交流調(diào)壓電路（反并聯(lián)）（純電阻負(fù)載） 1)電源電壓：交流100V/50Hz； 2）輸出功率：500W ； 3)移相范圍：0°180°.所以方案可選電阻性負(fù)載或阻感性負(fù)載。本電路采用單相交流調(diào)壓器純電阻負(fù)載，電路圖及波形圖如下圖所示，在負(fù)載和交流電源間用兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管VT1，VT2相連。 單相晶閘管（反并聯(lián)）交流調(diào)壓原理圖 2、題目要求設(shè)計(jì)一個(gè)單相晶閘管交流調(diào)壓電路（混合反并聯(lián)）

4、（純電阻負(fù)載）1）電源電壓：交流100V/50Hz；2）輸出功率：500W；3）移相范圍：0°180°所以方案可選電阻性負(fù)載或阻感性負(fù)載。本電路采用單相交流調(diào)壓器純電阻負(fù)載，電路圖和波形圖如下圖所示，在負(fù)載和交流電源間用反并聯(lián)的方式將晶閘管VT1，和二極管VT2相連。 單向晶閘管（混合反并聯(lián)）交流調(diào)壓原理圖參數(shù)計(jì)算：1) 晶閘管元件額定電壓為2U=2*100=141.4v,取2.5倍電壓安全儲(chǔ)備，并考慮晶閘管額定電壓系列取400v2）輸出功率S=500W即輸出有功功率PR=500W當(dāng)=00時(shí)，PR=500W代入下列公式R=203)晶閘管元件額定電流IT，Kf=IVT/Id

5、當(dāng)=00時(shí)，IVT=U1/2R=3.54AIT=3.54/1.57=2.25 取兩倍電流安全儲(chǔ)備并考慮晶閘管元件額定電流系列取5A。4 電路仿真結(jié)果及結(jié)果分析4.1 反并聯(lián)單相調(diào)壓主電路 如果在交流電源和負(fù)載之間用兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)到交流電路中，通過對晶閘管的控制就可以控制交流電力。這種電路不改變交流電的頻率，稱為交流電力控制電路。在每半個(gè)周波內(nèi)通過對晶閘管開通相位的控制，以方便地調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值，這種電路稱為交流調(diào)壓電路。這種電路還用干對無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。此外，在高電壓小電流或低電壓大電流直流電源中，也常采用交流調(diào)壓電路調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。采用晶閘管相控整流電路，高電壓小

6、電流可控直流電源就需要很多晶閘管串聯(lián)；同樣，低電壓大電流直流電源需要很多晶閘管并聯(lián)，這都是十分不經(jīng)濟(jì)的。采用交流調(diào)壓電路在變壓器一次側(cè)調(diào)壓，其電壓電流值都不太大也不太小，在變壓器二次側(cè)只要用二極管整流就可以了。但這種交流調(diào)壓電路控制方便，體積小、投資省計(jì)制造簡單。因此廣泛應(yīng)用于需調(diào)溫的工頻加熱、燈光調(diào)節(jié)及風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的異步電機(jī)調(diào)速等場合。圖31所示的就是一種采用晶閘管為主開關(guān)元件的單相交流調(diào)壓電路圖，這種交流調(diào)壓電路的主電路僅由一對反并聯(lián)的晶閘管或一只雙向晶閘管構(gòu)成。單相交流調(diào)壓主電路觸發(fā)電路 可控硅移相觸發(fā)電路適用于單相、三相全控橋式供電裝置中,作可控硅的雙路脈沖移相觸發(fā)。器件輸

7、出兩路相差180度的移相脈沖,可以方便地構(gòu)成全控橋式觸發(fā)器線路。電路具有輸出負(fù)載能力大、移相性能好、正負(fù)半周脈沖相位均衡性好、移相范圍寬、對同步電壓要求低,有脈沖列調(diào)制輸出端等功能與特點(diǎn)。KJ004可控硅移相電路同步檢測電路、鋸齒波形成電路、偏形電壓、移相電壓及鋸齒波電壓綜合比較放大電路和功率放大電路四部分組成。KJ004的引腳功能如下：鋸齒波的斜率決定于外接電阻R12、R13和積分電容C2的數(shù)值。對不同的移相控制電壓只有改變權(quán)電阻R6、R2的比例,調(diào)節(jié)相應(yīng)的偏移電壓VP。同時(shí)調(diào)整鋸齒波斜率電位器R13,可以使不同的移相控制電壓獲得整個(gè)移相范圍。觸發(fā)電路為正極性型,即移相電壓增加,導(dǎo)通角增大。

8、R3和C1形成微分電路,改變R3和C1的值,可獲得不同的脈寬輸出。其電路原理圖如圖所示：觸發(fā)電路原理圖主電路及觸發(fā)電路原理圖：仿真模型搭建4.1.1 交流電源參數(shù)設(shè)置4.1.2仿真主電路4.1.2.1 觸發(fā)角為30°時(shí)波形從上到下分別是交流電壓110V/50Hz、T1觸發(fā)脈沖、T2觸發(fā)脈沖、負(fù)載電流和負(fù)載電壓波形。其中T1和T2脈沖相差180°。觸發(fā)角為30°時(shí)波形4.1.2.2 觸發(fā)角為60°時(shí)波形從上到下分別是交流電壓110V/50Hz、T1觸發(fā)脈沖、T2觸發(fā)脈沖、負(fù)載電流和負(fù)載電壓波形。其中T1和T2脈沖相差180°。觸發(fā)角為60

9、6;時(shí)波形4.1.2.3 觸發(fā)角為90°時(shí)波形從上到下分別是交流電壓110V/50Hz、T1觸發(fā)脈沖、T2觸發(fā)脈沖、負(fù)載電流和負(fù)載電壓波形。其中T1和T2脈沖相差180°。觸發(fā)角為90°時(shí)波形4.1.2.4 觸發(fā)角為120°時(shí)波形從上到下分別是交流電壓110V/50Hz、T1觸發(fā)脈沖、T2觸發(fā)脈沖、負(fù)載電流和負(fù)載電壓波形。其中T1和T2脈沖相差180°。觸發(fā)角為120°時(shí)波形4.1.2.5 觸發(fā)角為150°時(shí)波形從上到下分別是交流電壓110V/50Hz、T1觸發(fā)脈沖、T2觸發(fā)脈沖、負(fù)載電流和負(fù)載電壓波形。其中T1和T2脈沖相

10、差180°。觸發(fā)角為150°時(shí)波形4.2 混合反并聯(lián) 如果在交流電源和負(fù)載之間用兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)到交流電路中，通過對晶閘管的控制就可以控制交流電力。這種電路不改變交流電的頻率，稱為交流電力控制電路。在每半個(gè)周波內(nèi)通過對晶閘管開通相位的控制，以方便地調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值，這種電路稱為交流調(diào)壓電路。這種電路還用干對無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。此外，在高電壓小電流或低電壓大電流直流電源中，也常采用交流調(diào)壓電路調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。采用晶閘管相控整流電路，高電壓小電流可控直流電源就需要很多晶閘管串聯(lián)；同樣，低電壓大電流直流電源需要很多晶閘管并聯(lián)，這都是十分不經(jīng)濟(jì)的。采用交流調(diào)

11、壓電路在變壓器一次側(cè)調(diào)壓，其電壓電流值都不太大也不太小，在變壓器二次側(cè)只要用二極管整流就可以了。但這種交流調(diào)壓電路控制方便，體積小、投資省計(jì)制造簡單。因此廣泛應(yīng)用于需調(diào)溫的工頻加熱、燈光調(diào)節(jié)及風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的異步電機(jī)調(diào)速等場合。圖31所示的就是一種采用晶閘管為主開關(guān)元件的單相交流調(diào)壓電路圖，這種交流調(diào)壓電路的主電路僅由一只晶閘管和一只反并聯(lián)的二極管管構(gòu)成。混合反并聯(lián)單相交流調(diào)壓主電路觸發(fā)電路 可控硅移相觸發(fā)電路適用于單相、三相全控橋式供電裝置中,作可控硅的雙路脈沖移相觸發(fā)。器件輸出兩路相差180度的移相脈沖,可以方便地構(gòu)成全控橋式觸發(fā)器線路。電路具有輸出負(fù)載能力大、移相性能好、正負(fù)半

12、周脈沖相位均衡性好、移相范圍寬、對同步電壓要求低,有脈沖列調(diào)制輸出端等功能與特點(diǎn)。KJ004可控硅移相電路同步檢測電路、鋸齒波形成電路、偏形電壓、移相電壓及鋸齒波電壓綜合比較放大電路和功率放大電路四部分組成。KJ004的引腳功能如下：鋸齒波的斜率決定于外接電阻R12、R13和積分電容C2的數(shù)值。對不同的移相控制電壓只有改變權(quán)電阻R6、R2的比例,調(diào)節(jié)相應(yīng)的偏移電壓VP。同時(shí)調(diào)整鋸齒波斜率電位器R13,可以使不同的移相控制電壓獲得整個(gè)移相范圍。觸發(fā)電路為正極性型,即移相電壓增加,導(dǎo)通角增大。R3和C1形成微分電路,改變R3和C1的值,可獲得不同的脈寬輸出。其電路原理圖如圖所示：觸發(fā)電路原理圖主電

13、路及觸發(fā)電路原理圖：仿真模型搭建4.2.1 交流電源參數(shù)設(shè)置4.2.2仿真主電路4.2.2.1 觸發(fā)角為30°時(shí)波形從上到下分別是交流電壓110V/50Hz、T1觸發(fā)脈沖、T2觸發(fā)脈沖、負(fù)載電流和負(fù)載電壓波形。觸發(fā)角為30°時(shí)波形觸發(fā)角P1設(shè)置4.2.2.2 觸發(fā)角為60°時(shí)波形從上到下分別是交流電壓110V/50Hz、T1觸發(fā)脈沖、T2觸發(fā)脈沖、負(fù)載電流和負(fù)載電壓波形。觸發(fā)角為60°時(shí)波形觸發(fā)角P1設(shè)置4.2.2.3 觸發(fā)角為90°時(shí)波形從上到下分別是交流電壓110V/50Hz、T1觸發(fā)脈沖、T2觸發(fā)脈沖、負(fù)載電流和負(fù)載電壓波形。觸發(fā)角為90

14、°時(shí)波形觸發(fā)角P1設(shè)置4.2.2.4 觸發(fā)角為120°時(shí)波形從上到下分別是交流電壓110V/50Hz、T1觸發(fā)脈沖、T2觸發(fā)脈沖、負(fù)載電流和負(fù)載電壓波形。觸發(fā)角為120°時(shí)波形觸發(fā)角P1設(shè)置4.2.2.5 觸發(fā)角為150°時(shí)波形從上到下分別是交流電壓110V/50Hz、T1觸發(fā)脈沖、T2觸發(fā)脈沖、負(fù)載電流和負(fù)載電壓波形。觸發(fā)角為150°時(shí)波形觸發(fā)角P1設(shè)置設(shè)計(jì)總結(jié)及設(shè)計(jì)體會(huì) 通過本次電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，使我加深了對電力電子技術(shù)這門課程的理解。由于在設(shè)計(jì)中有許多東西是之前所并不理解的東西，所以在設(shè)計(jì)之前是需要不斷的進(jìn)行資料的搜集，這使我們增強(qiáng)了自己進(jìn)行在網(wǎng)絡(luò)與書籍上尋找有用的資料的能力，并且經(jīng)這些資料理解掌握將其運(yùn)用。在設(shè)計(jì)的過程中也會(huì)遇到各種問題，使我們加強(qiáng)解決問題的能力。完成設(shè)計(jì)之后，我們在Matlab軟件中對電路進(jìn)行了連接與波形仿真，在連接的過程中通過遇到的一些問題不斷對設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，使設(shè)計(jì)進(jìn)一步完善。由于在之前對Matlab軟件掌握的不夠，所以在應(yīng)用的過程中也遇到了一些除設(shè)計(jì)外的操作問題，本次的課程設(shè)計(jì)使我們對這個(gè)軟件的應(yīng)用有了很大進(jìn)步，能夠完整的應(yīng)用軟件連接電路、正確設(shè)置參數(shù)，仿真出所需要的波形圖。在完成設(shè)計(jì)仿真后需要我們對課程設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)，在這個(gè)過程中我們利用wor