亮度可连续调节灯光电路设计

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1、目录摘要II1设计背景12 方案确定 22.1方案一22.2方案二32.3方案三33方案设计44 硬件设计54.1变压器设计54.2单相交流调压电路54.2.1单相交流调压电路54.2.2灯泡参数的确定64.2.3 晶闸管参数的确定 65 集成触发电路86.心得与体会10参考文献 1 1摘要课程设计作为实践教学的一个重要环节，对提高学生的创新能力有着重要的作用。通 过这次课程设计，学生不仅能加强对理论知识的理解，而且提高了学生的动手能力，除此 之外，还提高了学生解决问题的能力。电力电子技术是 20 世纪后半叶诞生和发展的一门崭新的技术。可以预见，在21世纪 电力电子技术仍将以迅猛的速度发展。电

2、力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决 定性的作用。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）及异步电动机的软起 动，也用于异步电动机调速。在供电系统中，这种电路还常用于对无功功率的连续调节。交流调压电路可分为单相交流调压电路和三相交流调压电路。对亮度可连续调节灯光 电路，用单相交流调压电路就可实现。本次课程设计为单相交流调压电路设计，利用控制触发滞后角a的方法，控制输出电 压。晶闸管承受正向电压开始到触发点之间的电角度称为触发滞后角a。在有效移相范围 内改变触发滞后角，即能改变输出电压。有效移相范围随负载功率因数不同而不同，电阻 性负载最大，纯感性负载最小。关键词：单相交流

3、 交流调压 触发角 移相范围亮度可连续调节灯光电路设计1 设计背景在工业生产及日用电气设备中，有不少交流供电的设备采用控制交流电压来调节设备 的工作状态，如加热炉的温度、电源亮度、小型交流电机的转速等。这样就需要设计一种 交流调压电路来控制，其基本原理是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。在每一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。用在电热控制、交流电动机速 度控制、灯光控制和交流稳压器等场合。采用晶闸管作为开关元件的典型单相交流调压电 路如图 1所示。常用通断控制或相位控制方法来调节输出电压

4、。图 1-1 典型单相交流调压电路交流调压电路也广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软 起动，也用于异步电动机调速。在供用电系统中，这种电路还常用于对无功功率的连续调 节。此外，在高压小电流或低压大电流中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。 如采用晶闸管相控整流电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联，同时， 低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联。这都是十分不合理的。采用交流调压电路在 变压器一次侧调压，其电压电流值都不太大也不太小，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。2方案确定设计要求：设计亮度可连续调节的

5、灯光电路，输入220v单相交流电。要求采用交流调压电路; 负载（灯泡）要求0-60v交流电压，最大负载电流5A。2.1方案一直接采用单相交流调压电路-电阻负载，原理图如图2-1所示只要将电路中R换成灯泡，通过调节晶闸管触发角a来实现输出U0控制在0-60v,电 路图如图2-2所示。如果il最大值超过5A，可通过给灯泡并联一个某一阻值的电阻，从 而达到要求。但这种控制不够精确，一旦触发角a的控制超出了要求的60v，就可能造成 过流，烧毁器件。2.2方案二采用图2-1原理图，只不过这次是固定触发角a,使U0输出为60v，给灯泡串联一个 滑动变阻器（阻值很大），电路图如图2-3,通过调节R1的阻值实

6、现对灯泡电压的控制。 若电流较大，同上，给灯泡并联一个电阻，达到分流的作用。这样做的缺点是，R1不是理 想的电阻，可实现小于60v的电压控制，但不可能达到Ov，不能完全到达设计要求。图2-3滑动电阻器调亮度电路图2.3方案三在图2-2的基础上，加一个变压器在ul,使ul输入为60v，控制晶闸管触发角a在0-n之间，就能到达0-60v的要求。这样就能克服上面两个方案的缺陷。故可采用方案三来实现灯光亮度的可连续调节。3方案设计采用方案三进行电路设计，电路控制的总框图如图3-1所示。图3-1电路控制总框图电路一共有变压器、触发电路和单相交流调压电路三个主要部分组成，总电路图如图3-2所示。4硬件设计

7、4.1变压器设计变压器直接用单相变压器就可以了，使用变压器就是为了达到，设计要求的60v。根据公式Ni（i）U1为输入的220v单相交流电压;U 2为单相交流调压电压的输入电压60v。 可求出处1 =11，可另NL1 =110匝，Nl2 =30匝。NL 23变压器电路图如图4-1所示图4-1变压器电路图4.2单相交流调压电路4.2.1单相交流调压电路单相相控交流调压电路（电阻性负载）如图4-2所示，两个晶闸管反并联与负载串联,通过改变控制角来调节晶闸管的导通时间，进而起到调节负载电压有效值的作用。图4-2单相交流调压电路（电阻性负载）1兀一asin2a+一2n兀电源正半周VT1承受正向电压，在

8、3t=a时触发VT1导通，负载电压uo=u，由于是电阻 性负载，负载电流io二u/R，到st二n时，正半周结束，io=0, VT1关断。此后uo=0。在电 源负半周，VT2承受正向电压，st二n + a时VT2被触发导通，uo=u，s t=2n时，VT2关断。 负载电压的波形如图4-3。负载电压的有效值Uo为U0 =2L f (,2Usin0)2d(0) + 予 Q2Usint)2d(wt) = Ua兀+a随着控制角的增大，负载电压减小，控制角的移相范围为0an。由于是纯电阻负 载，负载电流瞬时值io与负载电压uo呈正比关系，负载电压有效值与负载电流有效值的关 系为：U0 = 10R4.2.2

9、灯泡参数的确定由于要求灯泡的电压要求0-60v,所以额定电压取60v。最大负载电流为5A,根据式（3） 可求得R=12 Q。4.2.3晶闸管参数的确定额定电压：U = (2 3)UTNm其中U = 60v ；m所以T= 120v 180v,取U = 150vTN TN额定电流I= (1.52)丄实T (AV )1.57I实了护卑罟）2d（t）=a乙：丄（1上+sin竺）R * 2兀2兀5)6)其中U1=60v, R取 12Q,a=0代入式(6)中可求得I实=5Ao则I二4.78 6.37A。取I二6AT ( AV )T ( AV )5集成触发电路图5-1为KJ004电路原理图。集成电路可靠性高

10、，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便。随着集成电路制作技 术的提高，晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，现已逐步取代分立式电路。目前国内常 用的有KJ系列和KC系列，两者生产厂家不同，但很相似。现在采用KJ004集成触发器。从图中可以看出，他与分离元件的锯齿波移相触发电路相似。可分为同步、锯齿波形成、2CZ02CRa510fl10kTVT23DK4移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。+ I5V+15VR7 30k1=1並 15k v6 ak -I5V2.2kte 15 1413 is n3DK42CZS2CRl0 SLODKJ0047Cl.047RRP1 6.0k-E201O - 15

11、V图5-1 KJ004电路原理图(一)基本设计特点：(1) 输出两路相位互差180度的移相脉冲，可以方便地构成全控桥式晶闸管触发器线路;(2) 输出负载能力大，移相性能好，正负半周脉冲相位均衡性好；(3) 移相范围宽，对同步电压要求低，有脉冲列调制输出端等功能与特点。（二）引脚排列如图5-2所示:1 234Vs67)KJ00411bz1k1bg图5-2 KJ004引脚图对于单相电路晶闸管的触发，可采用图5-3来实现，其工作原理：锯齿波的斜率决定于 外接电阻R6、RP1流出的充电电流和积分电容C2的取值，对于不同的移相控制电压，只要 改变权电阻R5和R7的比例、调节相应的偏移电压，同时调整锯齿波

12、斜率电位器，变可以在 不同的移相控制电压时获得整个移相范围内的移相。KJ004触发电路为正极性，即移相电 压增加，导通角增大。图中R8和C3形成微分电路，改变R8和C2的值，可获得不同的脉冲 输出，随着输入同步电压与8脚之间串联电阻R1取值的不同，其同步电压数值可取任意值。R8KJ04Ig二空L0|L2L3L4L5L6R7HII C3图5-3单相电路晶闸管触发电路6.心得与体会本次课程设计，我从中收益良多：首先，本次设计的主体是单相交流调压电路，通过调压来调节灯光亮度。首先，将高 电压通过变压器降到要求的电压值，这样更能方便地调压；然后，通过调节晶闸管的触发 角实现调压。设计方案不是一下就能定

13、出来的，首先是确定电路主体，然后是如何调整灯 光亮度。从而达到更方便、更安全地达到灯光亮度的连续调节。其次，在这次课程设计中，我了解了以前一知半解的东西，比如交流调压电路的原理、 作用等，有了深入的了解。第三，为了这次的课程设计，我重温了 proteus软件，对其操作更加的熟悉且熟练。第四，通过这次课设，我对课程设计的流程更加熟悉，过程中要学会如何去学习你没 有遇到过的东西，如何去调试过程中出现的问题，这些都是关键，并且要在此基础上不断 创新，这就是我们可是的目的与意义所在。第五，痛苦是必不可少的过程，但只要坚持，付出就会有收获，这样才能感受到成功 的喜悦。对我而言，知识上的收获很重要，精神上的满足也令我十分开心。挫折是一份财富， 经历是一份拥有，通过这次的课设，我真真正正的学习懂了书本上所没有的知识和宝贵的 经验。参考文献1 王兆安，黄俊.电力电子技术M. 4版.北京：机械工业出版社，20002 尹克宁.电力工程M.北京：中国电力出版社，2008赵良炳.现代电力电子技术基础M.北京：清华大学出版社，1995陈治明.电力电子器件基础M.北京：机械工业出版社，1992张立，赵永健.现代电力电子技术M.北京：科学出版社，1992丁道宏.电力电子技术M.北京：航空工业出版社，1992武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书