晶闸管交流调压与调功电路设计

《晶闸管交流调压与调功电路设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《晶闸管交流调压与调功电路设计（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、辽 宁 工 业 大 学电力电子技术课程设计（论文） 题目：晶闸管交流调压与调功电路设计 院（系）： 工程技术学院 专业班级：学 号：学生姓名：指导教师： （签字） 起止时间：课程设计（论文）任务及评语教研院（系）：工程技术学院室： 电气教研室学号学生姓名专业班级课程设计（论文）晶闸管交流调压调功电路设计题目课程设计课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数（论文）实现功能任务设计晶闸管交流调压与调功电路应用于电炉温控、灯光调节、异步电动机的启动和调速等。设计任务1、方案的论证。2、主电路设计。3、控制电路设计。4、通过计算选择器 件的具体型号。5、分析系统不同负载下的电流、电压波形及相控特性。6

2、、绘制相关电路图。7、完成4000字左右说明书。要求1、1、文字在4000字左右。2、2、文中的理论分析与计算要正确。3、3、文中的图表工整、规范。4、元器件的选择符合要求。技术参数电源为工频380/220V，阻性负载R=10Q,输出电压在0220V连续可 调。采用单相交流调压与调功主电路。进度计划第1天：集中学习；第2天：收集资料；第3天：方案论证；第4天：主 电路设计；第5天：选择器件；第6天：控制电路设计；第7天：保护电 路设计；第8天：电路调试或仿真；第9天：总结并撰与说明书；第10 天：答辩.指导教师评语及 成绩平时：论文质量：答辩： 总成绩：指导教师签字： 年月曰注：成绩：平时20

3、% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要交流-交流变流电路，是把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路，应用 十分广泛。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。在每半个 周波内通过对晶闸管开通相位的控制，可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。交流调压电路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动 机的软启动也用于异步电动机调速。在电力系统中，这种电路还常用于对无功功率 的连续调节。此外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常采用交流调 压电路调节变压器一次电压。

4、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，这样的电路体积小、成本低、易于设计制造。关键词：晶闸管；交流调功；交流调压目录第1 章 绪论11.1 电力电子技术概况11.2 本文研究内容2第2 章 晶闸管交流调功与调压电路设计32.1 调压电路原理简介32.2 交流调压电路总体设计方案2.2.1 方案一电阻性负载2.2.2 方案二阻感性负载52.3 主电路的设计92.4 调功电路的设计102.5 触发电路的设计112.5.1 芯片介绍112.5.2 触发电路图132.6 保护电路的设计142.6.1 过电压的产生及过电压保护142.6.2 过电流的产生及过电流保护142.6.

5、3 计算152.6.4 保护电路图162.7 电阻炉负载过零控制特性分析17第3 章 仿真模型、仿真波形及其分析19第4 章 课程设计总结21参考文献22录23绪论1.1 电力电子技术概况电力电子学这一名词是 20世纪 60 年代出现的，“电力电子学”和“电力电 子技术”在内容上并没有很大的不同，只是分别从学术和工程技术这 2 个不同角度 来称呼。电力电子学可以用图 1 的倒三角形来描述，可以认为电力电子学由电力 学、电子学和控制理论这 3 个学科交叉而形成的。这一观点被全世界普遍接受。电力电子技术与电子学的关系是显而易见的。电子学可分为电子器件和电子 电路两大部分，它们分别与电力电子器件和电

6、力电子电路相对应。从电子和电力电 子的器件制造技术上进两者同根同源，从两种电路的分析方法上讲也是一致的，只 是两者应用的目的不同，前者用于电力变换，后者用于信息处理。电力电子技术广泛应用于电气工程中，这就是电力电子学和电力学的主要关 系。电力学就是电工科学或电气 3 工程，各种电力电子装置广泛应用于高压直流输 电以及高性能交、直流电源等电力系统和电气工程中，因此，把电力电子技术归于 电气工程学科。电力电子技术是电气工程学科中最为活跃的一个分支。电力电子技 术的不断进步大大地推动了电气工程实现现代化的进程。控制理论广泛用于电力电子技术中，它使电力电子装置和系统的性能日益优 越和完善，可以满足人们

7、的各种需求。电力电子技术可以看作弱电控制强电的技 术，是弱电和强电之间的接口。而控制理论则是实现这种接口的强有力的纽带。此 外，控制理论和自动化技术是密不可分的，而电力电子装置又是自动化技术的基础 元件和重要支撑技术。1.2 本文研究内容用晶闸管组成的交流电压控制电路，可以方便的调节输出电压有效值。可用 于电炉温控、灯光调节、异步电动机的启动和调速等，也可用作调节整流变压器一 次侧电压，其二次侧为低压大电流或高压小电流负载常用这种方法。采用这种方 法，可使变压器二次侧的整流装置避免采用二极管，只需要晶闸管，而且可控级仅 在一侧，从而简化结构，降低成本。交流调压器与常规的交流调压变压器相比，它

8、的体积和重量都要小得多。交流调压器的 输出仍是交流电压，它不是正弦波，其 谐波分量较大，功率因数也较低。第2 章晶闸管交流调压与调功电路设计2.1 调压原理简介交流调压电路是采用相位控制方式的交流电力控制电路，通常是将两个晶闸 管反并联后串联在每相交流电源与负载之间。在电源的每半个周期内触发一次晶闸 管，使之导通。与相控整流电路一样，通过控制晶闸管开通时所对应的相位，可以 方便的调节交流输出电压的有效值，从而达到交流调压的目的。其晶闸管可以利用 电源自然换相，无需强迫关掉电路，并可实现电压的平滑调节，系统响应速度较 快。其结构框图如下 2.1 所示：图2.1交流调压结构框图2.2交流调压电路总

9、体设计方案 根据项目设计的技术要求可以知道，方案可选用电阻性负载或阻感性负载。2.2.1 方案一电阻性负载采用电阻性负载，电路由电阻和两个晶闸管反并联组成。（1）原理分析图 2.2 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a进行控制就可以调节输出电压。正负半周a起始时刻（a=0）均 为电压过零时刻，稳态时，正负半周的a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 a 的变化就可实现输出电压的

10、控制。2.2 电阻负载单相交流调压电路及其波形2)计算与分析负载电压有效值(2-1)故移相范围为0anoa=0时，输出电压为最大，U0二U1。随着a的增 大,U0降低，当a = n时，U0=0。负载电流有效值：(2-2)晶闸管电流有效值：(2-3)功率因数：(2-4)a=0时，功率因数入=1, a增大,输入电流滞后于电压且畸变，入降低。2.2.2方案二阻感性负载采用阻感性负载，电路由电阻、电感和两个晶闸管反并联组成。(1)原理分析图2.3为带阻感负载的单相交流调压电路图及其波形。设负载的阻抗角为卑=arctan(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

11、 电压ul的角度为。在用晶闸管控制时，由于只能通过出发延迟角a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a=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a的移相范围为 W a Wn。但a时，电路并非不能 工作，后面第三小节会分析此种情况。图2.3阻感负载单相交流调压电路及其波形(2)计算与分析当在st二a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：(2-5)解方程得：(2-6)式中，9为晶闸管导通角。利用边界条件： 时，可求得:sin（o + # _卩）二更口口 一护）讪叩（27）以为参变量，

12、利用上式可以把a和e的关系用图的一簇曲线来表示，如 图2.4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：=I4- - sin- sin(2tr + 20)(28)图 2.4 以 a 为参变量的 e 和 a 关系曲线= zf晶闸管电流有效值为：cos负载电流有效值:(210)设晶闸管电流的标么值为:(2-11)则可绘出和a的关系曲线,如图2.5所示。a-tui浙门肿F 貯)-sin( -於址 坦炉图2.5单相交流调压电路为参变量时和a的关系曲线a的情况，如前图2.4所示，a越小越大；a继续减小到a 时，触发VT1,贝U VT1的导通时间将超过n。因为VT1提

13、前导通，L被过充电，放 电时间延长，VT1的导通角超过n。触发VT2时，i0尚未过零，VT1仍导通， VT2不通；iO过零后，VT2开通，VT2导通角小于n,过渡过程和带R-L负载的 单相交流电路在st = (a0)时合闸的过渡过程相同，iO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a=时完全相同a时工作波形如图2.6所 示。图2.6 a时阻感负载交流调压电路工作波形从方案一可以看出，随着a角的增大，UO逐渐减少。当a二n时，UO=O。因此，单相交流调压器对于电压负载，其电压可调范围为0U1,控制角a移相 范围为0n

14、。负载电流基波和各次谐波有效值是随着谐波次数n的增加，谐波含 量减少。从方案二可以看出，在电感负载时，要实现交流调压的目的，最小控制角 a=（负载功率因素角），所以a的移相范围为180。负载电流基波和各 次谐波有效值是随着谐波次数n的增加，谐波含量减少，并且阻感性负载电流谐波 相对少些。综合两种方案：电阻性负载和阻感性负载都具有调压功能，都能调压到设计 电压调压范围内，但是电阻性负载谐波电流含量要多些。当a相同时，阻感负载 阻抗角增大，谐波含量也有所减少。考虑到性能指标、输出电压的稳定性、对电网 的影响，所以选择方案二阻感性负载。2.3主电路设计电路为工频50HZ,220V交流电输入，负载为R=10Q, L = 2mH的阻感负载。故主电路图如下图：图2.7主电路图参数计算(应y =10(2-12)此单相交流调压电路的负载阻抗角为：畢-arctan() = arctan(2恋 k50x(LD02W)=359(2-13)由图2.5知，一定时，越小，越大，即arV九越大。当fZ 甲时，不变，为最大值0.5。故可求出晶闸管电流有效值的最大值:(2-14)晶闸管的额定电流为:仝二已上鱼1JF(1.5-2)x15.56TW= 1487-19,82.4晶闸管承受的最大反向电压为：V2t-x220-