新版单向交换调压操纵灯光明度的设计.docx

单向交流调压控制灯光亮度的设计课程设计指导教师评定成绩表项目分值优秀(100x90)良好(90x80)中等(80x70)及格(70x60)不及格(x时，随着的增加而减小。上述电路在控制角为时，交流输出电压有效值U、负载电流有效值I、晶闸管电流有效值I分别为U=UI=2II= I式中，I为当=0时，负载电流的最大有效值，其值为I=为晶闸管有效值的标玄值，其值为=由上式可以看出，是及的函数下图给出了以负载阻抗角为参变量时，晶闸管电流标幺值与控制角的关系曲线。当、已知时，可由该曲线查出晶闸管电流标幺值，进而求出负载电流有效值I及晶闸管电流有效值I。（2）=情况当控制角=时，负载电流i的表达式中的第二项为零，相当于滞后电源电压角的纯正弦电流，此时导通角=180，即当正半周晶闸管T关断时，T恰好触发导通，负载电流i连续，该工况下两个晶闸管相当于两个二极管，或输入输出直接相连，输出电压及电流连续，无调压作用。(3) 情况在工况下，阻抗角相对较大，相当于负载的电感作用较强，使得负载电流严重滞后于电压，晶闸管的导通时间较长，此时式仍然适用，由于，公式右端小于0，只有当时左端才能小于0，因此，如图所示，如果用窄脉冲触发晶闸管，在时刻被触发导通，由于其导通角大于180，在负半周时刻为发出出发脉冲时，还未关断，因受反压不能导通,继续导通直到在时刻因电流过零关断时，的窄脉冲已撤除，仍然不能导通，直到下一周期再次被触发导通。这样就形成只有一个晶闸管反复通断的不正常情况，始终为单一方向，在电路中产生较大的直流分量；因此为了避免这种情况发生，应采用宽脉冲或脉冲列触发方式。综上所述，当单相交流调压电路带感性负载时，为了可靠、有效的工作，并实现调压的目的，应使控制角的移相范围保持在之间，同时为了避免出现直流分量，晶闸管的控制脉冲应采用宽脉冲或脉冲列触发。 三、方案论述晶闸管工作波形的变化可以使得电流发生变化，可采用电阻或电感串接在电路中来改变它的工作区域。在设计中，我们可以利用控制触发滞后角的方法,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。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。相控交流调压电路输出电压包含较多的谐波分量，当负载是电动机时，会使电动机产生脉动转矩和附加谐波损耗。另外它还会引起电源电压畸变。为减少对电源和负载的谐波影响，可在电源侧和负载侧分别加滤波网络。 四、器件的选择查阅资料可得，适合的元件如下：一套调光灯元件名称型号数量备注电阻5102电阻15K1电阻1k1电阻1001电位器50K1管脚三角形分布电容0.22uF/63V1非电解电容电容0.01uF/630V1非电解电容二极管IN40075稳压管IN4742A1晶闸管BT1361晶体管BT331BT35也可散热片不焊接的最小的1配螺丝螺母细导线1m同时，需要用作触发电路的KC05可控硅移向触发器。五、主电路的设计5.1 主电路的工作原理交流调光灯电路原理图 D1、D2、D3、D4 构成整流电路，它们与R、D6、D62CW5构成了控制电路，能够控制晶闸管导通。而R3和C2起到保护晶闸管的作用。假设晶闸管导通，则其正半周期为2-D1-VT1-D4-RL-1；其负半周期是 1-RL-D2-VT1-D3-2。在整个电路中控制角越小，负载灯泡RL越亮。在无控制电路的情况下，交流电源承受正向电压。单结晶体管触发电路导通时，经整流后流经R1-D5-R6-RP3-C1；晶闸管导通后，控制电路短路；改变RP3的值可以改变电容C的充放电速度的快慢。R越大，C充电时间越长。5.2 电路图设计如上图所示，RL为被控制的灯泡。并联在单向调压电路中，通过电压变化调节亮度。在电力电子电路中，除了电力电子器件参数选择合适、驱动电路设计良好外，采用合适的过电压、过电流、du/dt保护和di/dt 保护也是必要的。为了实现晶闸管的过电流保护，我们常常在设计电路中加入熔断器FU。它能针对晶闸管热容量小，过电流能力差的特点，有效地保护大功率半导体元件使其不被烧坏。其熔断时间小于20ms，能保证在晶闸管故障之前快融切断短路故障。查阅资料可得，熔的额定电压URN不小于线路正常工作电压的均方根值；快熔的额定电流IRN应按它所保护的元件实际流过的电流的均方根值来选择，而不是根据元件型号上标出的额定电流Ir(AV)来选择，一般应小于被保护晶闸管的额定有效值1.57 Ir(AV)。即可按下式选择： 1.57 Ir(AV)IRNITM (管子实际最大电流有效值)通过上述公式我们选择熔断器为RS3-80，额定电压为250V,电流10A的快速熔断器 。 六、触发电路的设计集成电路可靠性高，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。查阅资料可知，晶闸管触发电路的作用是产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要要的时刻有阻断转为导通。晶闸管触发电路应满足下列要求：1）触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通，对反电动势负载的变流器应采用宽脉冲或脉冲列触发； 2）触发脉冲应有足够的幅度，对户外寒冷场合，脉冲电流的幅度应增加为器件最大触发电流的3-5倍，脉冲前沿的陡度也许增加，一般需达1-2A/us；3）所提供的触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额，且在门极伏安特性的可靠触发区域之内；4）应有的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。分析上述情况，采用KC05可控硅移向触发器是比较理想的。KC05适用于双向可控硅或二只反向并联可控硅线路的交流相位控制；移相范围宽，控制方式简单，易于集中控制，有失交保护，输出电流大等优点。是交流调光、调压的理想电路。KC05的引脚如下图所示：主要技术数据如下：1、 电源电压：直流+15V 波动5%（10%时有功能）2、 电源电流：12mA3、 同步电压：10V（有效值）4、 移相范围：1705、 移相输入端偏置电流：10A6、 输出脉冲宽度：100S2mS（改变脉宽电容）7、 输出脉冲幅度:13V(1K负载)8、 最大输出能力:200mA(吸入脉冲电流)9、 输出管反压：BVceo 18V10、 正负半周脉冲相位不均衡度：311、使用环境温度：-10+70KC05触发芯片具有锯齿波形好，移相范围宽，控制方式简单，易于集中控制，有失交保护，输出电流大等优点，是交流调光，调压的理想电路。KC05电路也适用于作半控或全控桥式线路的相位控制。同步电压由KC05的15、16脚输入，在TP1点可以观测到锯齿波，RP1电位器调节锯齿波的斜率，Rp2电位器调节移相角度，触发脉冲从第9脚，经脉冲变压器输出。调节电位器RP1，观察锯齿波斜率是否变化，调节RP2，可以观察输出脉冲的移相范围如何变化单相交流调压触发电路原理图如图所示： 七、使用multisim的仿真七.使用multisim的仿真通过multisim可以做出上述主电路的仿真。仿真图如下：如图所示的单向调压电路，Q1，Q1组成互补型放大器，以构成晶闸管的触发电路。 220V交流电通过灯泡和经D1D4桥式整流，输出全波脉动电压，此电压经R2、R4、R5向电容C1充电，使Q2发射极电位不断升高。当高于其基极电压时，Q1、Q2即导通，晶闸管D5门极即获得触发脉冲，D5导通。此时，电容C1通过Q1、Q2及R4放电，正电源又重新通过R2、R4与R5向其充电。所以，通过调节电位器的阻值可以改变Q2发射极输出脉冲时间的前移或滞后，即改变晶闸管D5的导通角，亦即可调节灯光的亮度。在仿真中需注意的是，由于设计电路的时候未考虑谐波的影响，较小电压输出的时候，可能由于谐波较大的原因而影响仿真波形的准确度，波形会发生较严重的畸变。因此，本电路只适用于阻性负载的白炽灯调压。在实际运用中应随情况进行谐波的调整。八、小结电力电子在自动化专业的学习中，占据着重要的地位。电力电子技术的课程设计，对于我的自主学习能力和收集资料的能力都是必要的锻炼，加深了解了在自动化的学习过程中电力电子技术所起到的作用，同时对已经学到的知识得到了较深的巩固和提高。在课程设计过程中，查阅资料文献，使用检索平台，利用网络知识拓展视野，也是对能力的一个锻炼和提高。在阅读相关文献查阅需要的信息的同时，我得以了解了高校中所教授的知识在实际生活和科学研究中的作用，了解相关知识的最新研究方向和发展成果，掌握当前社会的发展信息和未来的趋势。此次课程设计，对我提高分析问题、设计方案、查阅资料、解决问题的能力是一个重要的实践。之前对于自己所学的知识，虽然已有一定的认知，但是单单会做题，会应付考试，而不清楚在实际中如何运用。在此次课程设计中，我清楚地了解到所学的知识就在自己的生活周围，每一个简单细小的部分都包含了巨大的知识量。而如何运用课本中的一切提高自己的动手设计能力，便是当今大学生最需要培养的能力。光掌握理论知识，在科学研究中是远远不够的。有效地解决问题的手段和别具一格的创新能力是现代的科研人才最需要的精神。对我们自己来说，在进入大四之前，通过这样的方式，对实际运用能力多加锻炼，无论是对将来的就业还是考研都是重要的环节。同时，此次课程设计使我学会了如何使用matlab以及multisim画电路图和进行电路仿真。在运用软件的过程中难免出现了各种各样的问题，虽然没能全部解决，不过我已经按照自己的设计做出了最理想的方案，并深刻认识到自己的知识有限，水平还有待提高，以后应该在怎样的方向上更加努力。同时，通过实际操作见识了仿真软件的强大功能和它在电路模拟中的作用。这对于曾经只是单纯钻研课本知识的人来说是一个崭新的平台。最后，我会更加努力地钻研专业知识，学会更多解决问题的方法，更加灵活的思维方式，和更多查阅文献浏览资料的手段，拓展自己的视野和知识面，在学习理论知识的同时不忘培养实际操作能力，争取在今后的学习中有一个飞跃。九、参考文献1 王兆安、黄俊. 电力电子技术（第四版）.北京:机械工业出版社，20062 黄俊，半导体变流技术，第四版，机械工业出版社，20023 王海震.家用调光台灯的电路分析.物理通报，2007（12）4 王云亮、电力电子技术.北京：电子工业出版社，20045 吴克.用可控硅台灯演示调压原理及分析.物理实验，2006