重慶大學(xué)電力電子課程設(shè)計(jì)

1、目錄1 引言12 電源設(shè)計(jì)的基本要求12.1 主要技術(shù)數(shù)據(jù)12.2 設(shè)計(jì)要求13 電路總體方案的設(shè)計(jì)及相關(guān)原理13.1無級(jí)調(diào)溫電熱毯的基本電路圖及相關(guān)原理13.2 無級(jí)調(diào)溫電熱毯設(shè)計(jì)方案33.3 方案論證44 電路參數(shù)計(jì)算44.1 精簡電路圖44.2參數(shù)計(jì)算45 控制電路設(shè)計(jì)65.1 觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)65.2 觸發(fā)電路設(shè)計(jì)中需注意問題76 電路保護(hù)76.1 過流保護(hù)86.2 緩沖電路87 總結(jié)9參考文獻(xiàn)91 引言目前，很多電熱毯的溫度控制都采用手動(dòng)開關(guān)，它是由一個(gè)快熱檔和一個(gè)慢熱檔進(jìn)行控溫的，這樣電熱毯內(nèi)部溫度較難控制在某一恒定的溫度下工作，調(diào)壓只有兩個(gè)檔位，使用起來較不方便。本文向大家介紹一種

2、電熱毯自動(dòng)控制電路，它是基于集成kj0046脈沖觸發(fā)器，晶閘管等電力電子器件，通過改變晶閘管的觸發(fā)角度來控制晶閘管的導(dǎo)通，竟而改變功率，達(dá)到自動(dòng)控溫的效果。這種設(shè)計(jì)控溫范圍更廣，使用更加方便。2 電源設(shè)計(jì)的基本要求2.1 主要技術(shù)數(shù)據(jù)輸入?yún)?shù)：單相交流電源：，輸入交流電頻率：輸出參數(shù)：直流輸出電壓：電熱毯參數(shù)：額定功率： 2 2.2 設(shè)計(jì)要求總體電路的設(shè)計(jì)主電路的設(shè)計(jì)主要參數(shù)的計(jì)算觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)保護(hù)電路的設(shè)計(jì)繪制主電路、觸發(fā)電路和保護(hù)電路的電路圖3 電路總體方案的設(shè)計(jì)及相關(guān)原理3.1無級(jí)調(diào)溫電熱毯的基本電路圖及相關(guān)原理在無極調(diào)溫電熱毯電路的設(shè)計(jì)方案1中，我將電路分為四個(gè)模塊：一：電源、二：交流

3、調(diào)壓電路、三：負(fù)載(電熱毯)、四：觸發(fā)電路。其基本電路圖如圖1所示： 圖1結(jié)合圖1可知，由電源輸入的交流電通過交流調(diào)壓電路將電能輸送給負(fù)載(電熱毯電阻絲)，而調(diào)壓電路中的雙向晶閘管又KJ004的控制。當(dāng)觸發(fā)脈沖到來時(shí)，電路導(dǎo)通，所以，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖的相位可以調(diào)節(jié)輸出電壓的平均值，進(jìn)而達(dá)到調(diào)節(jié)電熱毯溫度的效果。觸發(fā)脈沖的相位控制是通過KJ004所接的一個(gè)熱敏電阻控制的，溫度升高的時(shí)候，觸發(fā)角增大；電壓有效值減小，發(fā)熱量減?。粶囟冉档蜁r(shí)也一樣分析。所以我們可以不需要控制檔位來達(dá)到無級(jí)調(diào)溫。3.2 無級(jí)調(diào)溫電熱毯設(shè)計(jì)方案通過電熱毯無極調(diào)溫電路的分析，由圖1可以看到，我們將基本電路模塊化，方便電路的

4、設(shè)計(jì)及修改。這里主要說明交流調(diào)壓電路和觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)方案。交流調(diào)壓電路采用使用雙向晶閘管的基本交流調(diào)壓電路。觸發(fā)電路采用可控硅移相觸發(fā)器KJ0043，通過其外圍電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)移相觸發(fā)功能。3.3 方案論證以上設(shè)計(jì)的基于交流調(diào)壓的電路具有合理性、安全性、經(jīng)濟(jì)性。合理性：交流調(diào)壓電路及觸發(fā)電路的接入電壓是單相220v交流電，符合家用電源要求。交流調(diào)壓電路通過改變觸發(fā)脈沖的相位來控制晶閘管的導(dǎo)通角，進(jìn)而控制輸出電壓的有效值，使電熱毯電阻絲的發(fā)熱量得到調(diào)節(jié)。觸發(fā)脈沖通過可控硅移相觸發(fā)器KJ0046產(chǎn)生，KJ004的移相范圍170°，觸發(fā)脈沖幅值13v，可以滿足普通雙向晶閘管對(duì)觸發(fā)脈沖的幅值要

5、求，并且可以的到較大的溫度調(diào)節(jié)范圍。綜上所述，該方案具有合理性。安全性：安全應(yīng)永遠(yuǎn)放在第一位！在該方案中，在主電路中加入了緩沖電路，避免了功率過大而引起的危險(xiǎn)。經(jīng)濟(jì)性：該電路中元件較少，現(xiàn)代科技發(fā)展,芯片大量生產(chǎn)價(jià)格不貴。4 電路參數(shù)計(jì)算4.1 精簡電路圖圖2精簡電路圖由主電路圖可知，當(dāng)電源電壓過零時(shí)，由于電熱毯電阻絲是純電阻負(fù)載，故電流只與控制角有關(guān)。雙向晶閘管兩向的起始控制點(diǎn)都是電源電壓每個(gè)半周的起始點(diǎn)。穩(wěn)態(tài)時(shí)，負(fù)載電壓波形是電源電壓波形的一部分，負(fù)載電流（電源電流）和負(fù)載電壓的波形相同，輸出電壓有效值與控制角密切相關(guān)。 假設(shè)控制角，當(dāng)電路工作時(shí)，各器件電壓電流波形1如圖3所示：圖3 電路

6、工作時(shí)各器件電流電壓波形4.2參數(shù)計(jì)算 從圖3的波形圖可以得出在控制角0時(shí)，其主電路輸出的電路參數(shù)：輸出電壓的平均值： (4-1) 輸出電流的平均值： (4-2) 晶閘管電流的有效值： (4-3) 時(shí)，輸出電壓有效值最大，流過晶閘管的電流的有效值也最大，為了保證晶閘管不會(huì)過流，取時(shí)來計(jì)算流過晶閘管的有效值及晶閘管的額定電流。由給定條件，交流輸入電壓，負(fù)載額定功率為：可確定負(fù)載電阻的大小為： (4-4)額定電壓取晶閘管所承受最大電壓的倍，所以額定電壓為： (4-5)由公式(4-3)得，晶閘管的電流有效值，所以晶閘管的額定電流為： (4-6) 5 控制電路設(shè)計(jì)5.1 觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)根據(jù)電熱毯無極調(diào)

7、溫電路的設(shè)計(jì)方案，要實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)溫必需要有一個(gè)可靠的同步脈沖發(fā)生電路。根據(jù)要求分析，采用KJ006移相觸發(fā)器進(jìn)行觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)。KJ0044主要適用于交流供電的雙向可控硅或反并聯(lián)可控硅線路的交流相位控制。能由交流電網(wǎng)直接供電并無需外加同步信號(hào)、輸出變壓器和直流工作電源，并且能直接與可控硅控制極直接耦合觸發(fā)。其封裝圖和引腳功能4如圖4和表1表1 KJ004的引腳功能功 能輸出空鋸齒波形成-Vee(1k)空地同步輸入綜合比較空微分阻容封鎖調(diào)制輸出+Vcc引腳1 23 45 678910111213141516 KJ004觸發(fā)芯片具有鋸齒波形好，移相范圍寬，控制方式簡單，易于集中控制等優(yōu)點(diǎn)。我們通過熱

8、敏電阻來調(diào)節(jié)移相角度，觸發(fā)脈沖從第15腳發(fā)出，傳送給雙向晶閘管。5.2 觸發(fā)電路設(shè)計(jì)中需注意問題在觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)中個(gè)應(yīng)該注意以下兩點(diǎn)問題1：1.要保證觸發(fā)電路在熱敏電阻的控制下能夠準(zhǔn)確適時(shí)地發(fā)出觸發(fā)脈沖，并且觸發(fā)脈沖幅值和寬度能夠使雙向晶閘管可靠導(dǎo)通。2.觸發(fā)脈沖不應(yīng)超過晶閘管的額定參數(shù)。觸發(fā)電路應(yīng)該有抗干擾性能好、電氣隔離性能好的優(yōu)點(diǎn)。6 電路保護(hù)在電力電子電路中，除了電力電子器件參數(shù)選擇合適、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)良好外，采用合適的過電壓、過電流、du/dt保護(hù)和di/dt 保護(hù)也是必要的。在本方案中由于主電路中沒有電感存在，而過電壓保護(hù)類似于du/dt保護(hù)，所以我在設(shè)計(jì)保護(hù)電路中只考慮過電流保護(hù)和

9、du/dt保護(hù)(緩沖電路)。6.1 過流保護(hù)電力電子電路運(yùn)行不正?；蛘甙l(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)發(fā)生過電流。過電流可能會(huì)使晶閘管燒壞，所以我用快速熔斷器（和加熱電阻串聯(lián)）來保護(hù)電路，防止因?yàn)檫^電流而使晶閘管燒壞。其工作原理是：當(dāng)電流小于額定電流時(shí)，能正常流過電路；當(dāng)電流大于額定電流時(shí)，熔斷器會(huì)自動(dòng)熔斷，從而使電路斷路，不會(huì)使晶閘管燒壞。6.2 緩沖電路為了防止電路因各種原因所造成的過電壓，通常對(duì)電力電子器件采用緩沖電路來實(shí)施保護(hù)。一般緩沖電路專指關(guān)斷緩沖電路，即du/dt抑制電路5。我選擇反向阻斷式RC電路作為緩沖電路來保護(hù)主電路中的雙向晶閘管。因?yàn)殡娙輧蛇叺碾妷翰粫?huì)發(fā)生突變，所以雙向晶閘管兩端的電壓

10、不會(huì)突變而使得晶閘管因?yàn)檫^電壓而燒壞。緩沖電路如圖6：7 總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)的我設(shè)計(jì)的是基于交流調(diào)壓的電熱毯的無級(jí)調(diào)溫電路。它在電熱毯原有保暖功能的基礎(chǔ)上基本實(shí)現(xiàn)了無級(jí)調(diào)溫功能，并且經(jīng)論證該方案具有合理性、安全性經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)。通過這次課程設(shè)計(jì)，我加深了對(duì)電力電子技術(shù)的相關(guān)知識(shí)的了解，在平時(shí)理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上達(dá)到了應(yīng)用。鍛煉了自己的文獻(xiàn)檢索能力，通過大量的查閱資料，搜索與題目有關(guān)的信息，我了解到了電力電子技術(shù)滲透到了電學(xué)科的每個(gè)方面。增加了對(duì)電力電子技術(shù)的興趣。在課程設(shè)計(jì)的過程中我也深深的意識(shí)到自己在學(xué)科上的不足，學(xué)習(xí)不扎實(shí)。這要求我在以后的學(xué)習(xí)生活中再提高，關(guān)注學(xué)科前沿，培養(yǎng)興趣！遺憾的是由于時(shí)間以及條件的客觀原因，沒有實(shí)踐環(huán)節(jié)。最后感謝在設(shè)計(jì)中給我?guī)椭耐趵蠋熀屯瑢W(xué)！謝謝你們！參考文獻(xiàn)1 王兆安,黃俊.