单相交流调压调功课程设计 电力电子技术课程设计

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1、课程设计名称：课程设计名称： 电力电子技术课程设电力电子技术课程设 计计 题题 目：目： 单相交流调压调功课程设单相交流调压调功课程设 计计学 期：2015-2016 学年第 1 学期专 业： 自中职 班 级： 13-2 班 姓 名： 邢久天 学 号： 1326560210 指导教师 ： 王巍 辽宁工程技术大学 课程设计成绩评定表 评定 评定指标标准 合格不合格合理性正确性单元电路及整体设计方案创新性是否进行仿真或实践技术指标或性能符合设计要求仿真或实践有完成结果格式正确内容充实设计报告语言流畅评定标准标准说明：以上三大项指标中，每大项中有两小 项或三小项合格，视为总成绩合格。总成绩日期年 月

2、 日课程设计任务书课程设计任务书一、设计题目一、设计题目单相交流调压调功课程设计二、设计任务二、设计任务1 分析单相交流调压调功的原理2 交流调压电路波形分析3 设计方案4 分析结果三、设计计划三、设计计划电力电子技术课程设计共 1 周。第 1 天：选题，查资料；第 2 天：方案分析比较，确定设计方案；第 34 天：电路原理设计与电路仿真；第 5 天：编写整理设计报告书。四、设计要求四、设计要求1. 画出整体电路图。2. 对所设计的电路全部或部分进行仿真，使之达到设计任务要求。3. 写出符合设计格式要求的设计报告书。指导教师：王巍时 间：2015 年 12 月 23 日摘要把两个晶闸管反并联后

3、串联在交流电路中，通过晶闸管的控制就可以控制 交流电力。这种电路不改变交流电的频率，称为交流电力控制电路。交流调压 电路广泛应用于灯光控制及异步电动机软启动，也用于异步电动机调速。交流调功电路和交流调压电路的形式完全相同，只是控制方式不同，交流 调功电路不是在每个交流电源周期都是通过触发延迟角 对输出的电压波形进 行控制的，而是将负载与交流电源接通几个整周波，在断开几个整周波，通过 改变接通周波数和断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。交流调功电路通常用于电炉的温度控制，因其直接调节对象就是电路的平均输 出功率，所以称为交流调功电路。本设计主要是研究单相交流调压调功电路。关键词：反并联；

4、电力控制；触发角；目录前言 .1第一章 调压调功原理简介 2第二章 交流调压电路波形及相控特性分析 32.1 带电阻性负载 32.1.1 原理 .32.1.2 计算与分析 .32.2 带阻感性负载 42.2.1 原理分析 .42.2.2 计算与分析 .42.2.3 的情况5第三章 方案设计 73.1 主电路的设计 73.1.1 主电路图 .73.1.2 参数计算 .73.1.3 调功电路的设计 .83.2 触发电路的选择 83.2.1 选择 .83.2.2 触发电路封装形式 .93.3 保护电路的设计 93.3.1 原理 .93.3.2 计算 10第四章 个人总结 .11参考文献 12邢久天：

5、单相交流调压调功课程设计1前言交流-交流变流电路，即把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路。在 进行交流-交流变流时，可以改变相关的电压（电流） 、频率和相数等。交流-交 流变流电路可以分为直接方式和间接方式两种。而间接方式可以看做交流-直流 变换电路和直流-交流变换电路的组合，故交-交变流主要指直接方式。其中， 只改变电压、电流或对电路的通断进行控制，而不改变频率的电路称为交流电 力控制电路，改变频率的电路称为变频电路。采用相位控制的交流电力控制电 路，即交流调压电路；采用通断控制的交流电力控制电路，即交流调功电路和 交流无触点开关。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

6、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。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、易于设计制造。交流调功电路常用于电炉的温度控制，其直接调节对象是电路的平均输出 功率。像电炉温度这样的控制对象，其时间常数往往很大，没有必要对交流电 源的每个周期进行频繁的控制，只要以周波数为单位进行控制就足够了。通常 控制晶闸管导通的时刻都是在电源电压过零的时刻，这样，在交流电源接通期 间，负载电压电源都是正弦波，不对电网电压电流造成通常意义的谐波污染。邢久天：单相交流调压调功课程设计2第一章

7、调压调功原理简介把两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可以控 制交流输出。这种电路不改变交流电的频率，称为交流电力控制电路。在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制可以方便地调节输出电压的 有效值，这种电路称为交流调压电路。交流调功电路和交流调压电路的电路形式完全相同，只是控制方式不同。交流调功电路不是在每个交流电源周期都通过触发延迟角 对输出电压波 形进行控制，而是将负载与交流电源接通几个整周波，再断开几个整周波，通 过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。邢久天：单相交流调压调功课程设计3RO 图4-1u1uoioVT1VT2u1uoiouVTtO

8、tOtOt第二章 交流调压电路波形及相控特性分析2.1 带电阻性负载2.1.1 原理图 1 为电阻负载单相交流调压电路图及其波形。 图中的晶闸管 VT1 和 VT2 也可以用一个双向晶闸管 代替。在交流电源 u1 的正半周和负半周，分别对 VT1 和 VT2 的开通角 进行控制就可以调节输出电 压。正负半周 起始时刻（=0）均为电压过零时 刻，稳态时，正负半周的 相等。可以看出，负载电压波形是电源电压波形的一部分， 负载电流（也即电源电流）和负载电压的波形相同， 因此通过触发延迟角 的变化就可实现输出电压的 控制。2.1.2 计算与分析负载电压有效值：2 1111( 2sin)()sin22o

9、UUtdtU故移相范围为 0。=0 时，输出电压为最大， U0=U1。随着 的增 大，U0 降低，当 = 时，U0=0。负载电流有效值：o oUIR晶闸管电流有效值：2112sin11sin2()()()222TUtUIdtRR图 1 电阻负载单相交流调压电路及其波形邢久天：单相交流调压调功课程设计4R 湌 6 %2 O湌1湌oi u u O湌tt功率因数：0001 011sin22U IUP SU IU=0 时, 功率因数 =1, 增大,输入电流滞后于电压且畸变, 降低。2.2 带阻感性负载2.2.1 原理分析图 2 为带阻感负载的单相交流调压电路图及其 波形。设负载的阻抗角为 =arcta

10、n(wL / R)。如果用导 线把晶闸管完全短接，稳态时负载电流应是正弦波， 其相位滞后于电源电压 u1 的角度为 。在用晶闸 管控制时，由于只能通过出发延迟角 推迟晶闸管 的导通，所以晶闸管的触发脉冲应在电流过零点之 后，使负载电流更为滞后，而无法使其超前。为了 方便，把 =0 的时刻仍定义在电源电压过零的时 刻，显然，阻感负载下稳态时 的移相范围为 。但 时，电路并非不能工作，后面第三小节会分析此种情况。2.2.2 计算与分析当在 t= 时刻开通晶闸管 VT1，负 载电流应满足如下微分方程式和初始条 件：12sin|0o ootdiLRiUtdt i解方程得：tan12sin()sin()

11、toUiteZ 0201006014018020100图4-360/( )180140/( )= 9075 604530150图 2 阻感负载单相交流调压电路及其波形图 3 以 为参变量的 和 关系曲线邢久天：单相交流调压调功课程设计5cos)2cos(sin2)d()sin()sin(2 2112tg1 VT ZUtetZUItt式中，； 为晶闸管导通角。22()ZRL利用边界条件：时，可求得：t0oi tansin()sin()e 以 为参变量，利用上式可以把 和 的关系用图的一簇曲线来表示，如 图 3 所示。VT2 导通时，上述关系完同，只是 io 极性相反，相位差 180负载电压有效值

12、：2112sin1()()1sin2sin(22 )oUtUdtRU晶闸管电流有效值为： 负载电流有效值： To2II 12VTNVTZIIU邢久天：单相交流调压调功课程设计6设晶闸管电流的标么值为：VTI图 4 单相交流调压电路 为参变量时和 的关系曲线VTNI则可绘出和 的关系曲线，如图 4 所VTNI示。2.2.3 的情况如前图 3 所示， 越小， 越大； 继 续减小到 时，触发 VT1，则 VT1 的导 通时间将超过 。因为 VT1 提前导通，L 被过充电，放电时间延长， VT1 的导通角 超过 。触发 VT2 时， i0 尚未过零， VT1 仍导通， VT2 不通；i0过零后， VT

13、2 开通， VT2 导通角小于 ，过渡过程和带 R-L 负载的单相交流电路在 t = ()时合闸的过渡过程相同，i0 由两个分量 组成：正弦稳态分量、指数衰减分量。衰减过程中， VT1 导通时间渐短， VT2 的导通时间渐长，其稳态的工作情况和 = 时完全相同。 时工作波形如 图 5 所示。tttt图4-5OOOOu1iG1iG2ioiT1iT2图 4 时阻感负载交流调压电路工作波形邢久天：单相交流调压调功课程设计7邢久天：单相交流调压调功课程设计8第三章 方案设计3.1 主电路的设计3.1.1 主电路图电路为工频 50HZ,220V 交流电输入，负载为 R0.5，L2mH 的阻感负载。 故主

14、电路图如下图：3.1.2 参数计算22()0.8ZRL此单相交流调压电路的负载阻抗角为：250 0.002arctan()arctan()51.470.5L R由图 4 知，一定时，越小，越大，即越大。当时，VTNIVTI图 5 主电路图邢久天：单相交流调压调功课程设计9不变，为最大值 0.5。故可求出晶闸管电流有效值的最大值：VTNIVTI12194.4VTVTNUIIAZ晶闸管的额定电流为：(1.5 2)(1.5 2) 194.4185.7 247.71.571.57VT NIIA晶闸管承受的最大反向电压为：122220311.1UV所以考虑安全裕量，晶闸管的额定电压为：NU(23) 311.1622.16933.24V因此，依据以上参数选择晶闸管，比如，可以选用额定电压为 800V，额定 电流为 200A 的晶闸管。3.1.3 调功电路的设计以上的设计都是以交流调压为基础。交流调功电路与调压完全相同，只是 本次设计条件中调功电路带电阻性负载 R=4。故电路中应将阻感性负载改为 电阻性负载。参数计算时，调功电路是以周期为单位控制的。故在晶闸管导通的周期内=0。又有 Z=4，=0，此时仍为 0