单相交流调压电路设计.doc

电力电子技术课程设计说明书
目 录

引言.........................................................................................................................2
1 电路设计任务及设计目的.................................................................................2
设计任务..................................................2
设计目的..........................................................................................................2
2 电路的设计.........................................................................................................2
反并联电路的设计....2
触发电路...........................................................................................................5
主电路........................................................................................6
混合反并联电路的设计...................................................................................3
触发电路............................................................................................................10
主电路...................................................12
3 电路仿真结果及结果分析...................................................................................4
反并联的仿真及结果分析.................................................................................4
混合反并联的仿真及结果分析......................9
4 设计总结及设计体会..........................................................................................20

参考文献.................................................................................................................22

引言：1 单相交流调压电路设计任务及设计目的
电路设计任务
1 进行设计方案的比较，并选定设计方案。
2 完成单元电路的设计和主要元器件的说明。
3 完成主电路的原理分析，各主要元器件的选择。
4 电路的仿真。
电路设计目的
电力电子技术是专业技术基础课，做课程设计的目的是为了使我们能利用所学的知识完成电路的设计、电路原件的选择、电路参数的计算。在完成设计后可以利用软件进行电路连接、参数设置、完成仿真，得出波形图并对波形图进行分析。通过利用各种途径查找所需信息及解决问题来提高个人的能力。加深对本部分知识的理解，为以后的学习打下良好的基础。
2 电路的设计
原理：单相交流调压电路是交流调压中最基本的电路，它由两只反并联的晶闸管组成，如图1所示。图中两只普通晶闸管VT1和VT2分别作正负周期的开关，当一个晶闸管导通时，它的管压降成为另一个晶闸管的反压使之阻断，使之电网实现自然换流。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。 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
1、题目要求设计一个单相晶闸管交流调压电路（反并联）（纯电阻负载）
1)电源电压：交流100V/50Hz； 2）输出功率：500W ； 3)移相范围：0°~180°.所以方案可选电阻性负载或阻感性负载。本电路采用单相交流调压器纯电阻负载，电路图及波形图如下图所示，在负载和交流电源间用两个反并联的晶闸管VT1，VT2相连。

单相晶闸管（反并联）交流调压原理图

2、题目要求设计一个单相晶闸管交流调压电路（混合反并联）（纯电阻负载）
1）电源电压：交流100V/50Hz；2）输出功率：500W；3）移相范围：0°～180°所以方案可选电阻性负载或阻感性负载。本电路采用单相交流调压器纯电阻负载，电路图和波形图如下图所示，在负载和交流电源间用反并联的方式将晶闸管VT1，和二极管VT2相连。

单向晶闸管（混合反并联）交流调压原理图
参数计算：
1) 晶闸管元件额定电压为√2U=√2*100=141.4v,取2.5倍电压安全储备，并考虑晶闸管额定电压系列取400v
2）输出功率S=500W即输出有功功率PR=500W
当ɑ=00时，PR=500W代入下列公式

R=20Ώ
3)晶闸管元件额定电流IT，Kf=IVT/Id

当ɑ=00时，IVT=U1/√2R=3.54A
IT=3.54/157=2.25 取两倍电流安全储备并考虑晶闸管元件额定电流系列取5A。
4 电路仿真结果及结果分析
4.1 反并联
单相调压主电路 
如果在交流电源和负载之间用两个晶闸管反并联后串联到交流电路中，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，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。这种电路还用干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。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；同样，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联，这都是十分不经济的。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。但这种交流调压电路控制方便，体积小、投资省计制造简单。因此广泛应用于需调温的工频加热、灯光调节及风机、泵类负载的异步电机调速等场合。图3．1所示的就是一种采用晶闸管为主开关元件的单相交流调压电路图，这种交流调压电路的主电路仅由一对反并联的晶闸管或一只双向晶闸管构成。

单相交流调压主电路

触发电路 
可控硅移相触发电路适用于单相、三相全控桥式供电装置中,作可控硅的双路脉冲移相触发。器件输出两路相差180度的移相脉冲,可以方便地构成全控桥式触发器线路。电路具有输出负载能力大、移相性能好、正负半周脉冲相位均衡性好、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。KJ004可控硅移相电路同步检测电路、锯齿波形成电路、偏形电压、移相电压及锯齿波电压综合比较放大电路和功率放大电路四部分组成。KJ004的引脚功能如下：

锯齿波的斜率决定于外接电阻R12、R13和积分电容C2的数值。对不同的移相控制电压只有改变权电阻R6、R2的比例,调节相应的偏移电压VP。同时调整锯齿波斜率电位器R13,可以使不同的移相控制电压获得整个移相范围。触发电路为正极性型,即移相电压增加,导通角增大。R3和C1形成微分电路,改变R3和C1的值,可获得不同的脉宽输出。其电路原理图如图所示：

触发电路原理图
主电路及触发电路原理图：

仿真模型搭建
4.1.1 交流电源参数设置

4.1.2仿真主电路

4.1.2.1 触发角为30°时波形
从上到下分别是交流电压110V/50Hz、T1触发脉冲、T2触发脉冲、负载电流和负载电压波形。其中T1和T2脉冲相差180°。

触发角为30°时波形
4.1.2.2 触发角为60°时波形
从上到下分别是交流电压110V/50Hz、T1触发脉冲、T2触发脉冲、负载电流和负载电压波形。其中T1和T2脉冲相差180°。

触发角为60°时波形
4.1.2.3 触发角为90°时波形
从上到下分别是交流电压110V/50Hz、T1触发脉冲、T2触发脉冲、负载电流和负载电压波形。其中T1和T2脉冲相差180°。

触发角为90°时波形
4.1.2.4 触发角为120°时波形
从上到下分别是交流电压110V/50Hz、T1触发脉冲、T2触发脉冲、负载电流和负载电压波形。其中T1和T2脉冲相差180°。

触发角为120°时波形
4.1.2.5 触发角为150°时波形
从上到下分别是交流电压110V/50Hz、T1触发脉冲、T2触发脉冲、负载电流和负载电压波形。其中T1和T2脉冲相差180°。

触发角为150°时波形

4.2 混合反并联 
如果在交流电源和负载之间用两个晶闸管反并联后串联到交流电路中，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，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。这种电路还用干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。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；同样，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联，这都是十分不经济的。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。但这种交流调压电路控制方便，体积小、投资省计制造简单。因此广泛应用于需调温的工频加热、灯光调节及风机、泵类负载的异步电机调速等场合。图3．1所示的就是一种采用晶闸管为主开关元件的单相交流调压电路图，这种交流调压电路的主电路仅由一只晶闸管和一只反并联的二极管管构成。

混合反并联单相交流调压主电路
触发电路 
可控硅移相触发电路适用于单相、三相全控桥式供电装置中,作可控硅的双路脉冲移相触发。器件输出两路相差180度的移相脉冲,可以方便地构成全控桥式触发器线路。电路具有输出负载能力大、移相性能好、正负半周脉冲相位均衡性好、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。KJ004可控硅移相电路同步检测电路、锯齿波形成电路、偏形电压、移相电压及锯齿波电压综合比较放大电路和功率放大电路四部分组成。KJ004的引脚功能如下：

锯齿波的斜率决定于外接电阻R12、R13和积分电容C2的数值。对不同的移相控制电压只有改变权电阻R6、R2的比例,调节相应的偏移电压VP。同时调整锯齿波斜率电位器R13,可以使不同的移相控制电压获得整个移相范围。触发电路为正极性型,即移相电压增加,导通角增大。R3和C1形成微分电路,改变R3和C1的值,可获得不同的脉宽输出。其电路原理图如图所示：

触发电路原理图
主电路及触发电路原理图：

仿真模型搭建
4.2.1 交流电源参数设置

4.2.2仿真主电路

4.2.2.1 触发角为30°时波形
从上到下分别是交流电压110V/50Hz、T1触发脉冲、T2触发脉冲、负载电流和负载电压波形。

触发角为30°时波形
触发角P1设置

4.2.2.2 触发角为60°时波形
从上到下分别是交流电压110V/50Hz、T1触发脉冲、T2触发脉冲、负载电流和负载电压波形。

触发角为60°时波形
触发角P1设置

4.2.2.3 触发角为90°时波形
从上到下分别是交流电压110V/50Hz、T1触发脉冲、T2触发脉冲、负载电流和负载电压波形。

触发角为90°时波形
触发角P1设置

4.2.2.4 触发角为120°时波形
从上到下分别是交流电压110V/50Hz、T1触发脉冲、T2触发脉冲、负载电流和负载电压波形。

触发角为120°时波形
触发角P1设置

4.2.2.5 触发角为150°时波形
从上到下分别是交流电压110V/50Hz、T1触发脉冲、T2触发脉冲、负载电流和负载电压波形。

触发角为150°时波形
触发角P1设置

设计总结及设计体会
通过本次电力电子技术课程设计，使我加深了对电力电子技术这门课程的理解由于在设计中有许多东西是之前所并不理解的东西，所以在设计之前是需要不断的进行资料的搜集，这使我们增强了自己进行在网络与书籍上寻找有用的资料的能力，并且经这些资料理解掌握将其运用。在设计的过程中也会遇到各种问题，使我们加强解决问题的能力。完成设计之后，我们在Matlab软件中对电路进行了连接与波形仿真，在连接的过程中通过遇到的一些问题不断对设计进行修改，使设计进一步完善。由于在之前对Matlab软件掌握的不够，所以在应用的过程中也遇到了一些除设计外的操作问题，本次的课程设计使我们对这个软件的应用有了很大进步，能够完整的应用软件连接电路、正确设置参数，仿真出所需要的波形图。在完成设计仿真后需要我们对课程设计进行总结，在这个过程中我们利用word文档对图与文字进行排版，增加我们对word文档的应用能力。
在这次课程设计中，我们的多方面的能力得到锻炼和加强，更加深刻的理解与掌握所学过的知识，为以后的工作学习打下了良好的基础。

参考文献
[1].王兆安.电力电子技术.机械工业出版社.2009
[2].李传琦.电力电子技术计算机仿真实验.电子工业出版社.2005
[3].洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真.机械工业出版社.2006
[4].钟炎平.电力电子电路设计.华中科技大学出版社.2010

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