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电力电子技术调光台灯的设计报告

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2020年4月19日
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目录

调光台灯的设计 2
1. 设计目的 2
2. 调光灯电路 3
3. 元器件选择 3
4. 元器件认识 4
4.1 单向晶闸管 4
4.1.1 单向晶闸管的工作特点： 4
4.1.2 单向晶闸管的主要参数 4
4.1.3 单向晶闸管简易检测 5
4.1.4触发电路 6
5 电路仿真 9
6 总结： 9
调光台灯的设计
1. 设计目的
电力电子技术是研究应用电力半导体开关器件实现电能的变换及控制的一门技术，又称为功率电子技术。它有4种电能转换方式：AC→DC，DC→AC，AC→AC，CD→DC。电力电子技术的创新已成为世界各国工业自动化控制和机电一体化领域竞争最激烈的阵地，各发达国家均在这一领域投入了大量的人力、物力和财力进行研发。
　 电力电子技术的作用及发展：
(1) 优化电能使用。
　 (2) 改造传统产业和发展机电一体化等新兴产业。
　(3) 电力电子技术高频化和变频技术的发展，将使机电设备突破 工频传统，向高频化方向发展。
　 (4) 电力电子智能化的进展，在一定程度上将信息处理与功率处理合一，使微电子技术与电力电子技术一体化，其发展有可能引起电子技术的重大改革。

2. 调光灯电路

各组成部分作用如下：
• 整流电路——将交流电变成单方向的脉动直流电。
• 触发电路——给晶闸管提供可控的触发脉冲信号。
• 晶闸管——根据触发信号出现的时刻（即触发延迟角α的大 小），实现可控导通，改变触发信号到来的时刻，就可改变灯泡两端交流电压的大小，从而控制灯泡的亮度。
3. 元器件选择
表1 调光台灯电路元件明细表

4. 元器件认识
4.1 单向晶闸管
4.1.1 单向晶闸管的工作特点：
1）单向晶闸管的导通条件是阳极与阴极间加正向电压，同时在门极与阴极间也加上正向电压。
2）晶闸管一旦导通后，门极即失去控制作用。要使导通后的晶闸管关断，可将阳极电压降低到一定程度或改变阳极电压的极性。
3）晶闸管具有以弱电控制强电的作用，即利用弱电信号（即触发信号）对门极的控制作用，就可使晶闸管导通去控制强电系统
4.1.2 单向晶闸管的主要参数
（1）断态重复峰值电压UDRM ：结温为额定值时，门极断开，允许重复加在晶闸管A、K间的正向峰值电压。
（2）反向重复峰值电压URRM ： 结温为额定值时，门极断开，允许重复加在晶闸管A、K间的反向峰值电压。
（3）通态平均电流IT(AV) ：在规定的环境温度和散热条件下，结温为额定值，允许经过的工频正弦半波电流的平均值。
（4）通态平均电压UT(AV) ：结温稳定，经过正弦半波额定的平均电流，晶闸管导通时，阳极A和阴极K间的电压平均值，习惯上称为导通时的管压降，一般为1V左右。
（5）维持电流IH ：在规定环境温度下，门极断开时，维持晶闸管继续导通所必须的最小电流。
4.1.3 单向晶闸管简易检测
1）极性的判断 将万用表置于“R×1k”或“R×100”挡，如果测得其中两个电极的正向电阻较小，而交换表笔后测得反向电阻很大，那么以阻值较小的一次为准，黑表笔所接的就是门极G，而红表笔所接的就是阴极K，剩下的电极便是阳极。
2）质量的判断 将万用表置于“R×10”挡，黑表笔接阳极，红表笔接阴极，指针应接近∞，如图1所示。当合上S时，表针应指很小的阻值，约为60～200Ω，表明单向晶闸管能触发导通；断开S，表针回不到∞，表明晶闸管是正常的（有些晶闸管因为维持电流较大，万用表的电流不足以维持它导通，当S断开后，表针会回到∞，也是正常的）。如果在S未合上时，阻值很小，或者在S合上时表针也不动，表明晶闸管质量太差或已击穿、断极。

4.1.4触发电路
单结晶体管等效电路图

(1)单结晶体管的基本特性
A、B1间的电压为：

式中，η称为分压比，其值一般在0.3～0.9之间。
(2)单结晶体管的导通条件是：
UE﹥η UBB + UD (UD为PN结的正向压降)
结论：只要改变UE的大小，就能够控制单结晶体管的导通与截至。从而获得从RB1输出的脉冲电压。
(3)单结晶体管触发电路

工作原理：
电源接通后，经过可调电阻RP和电阻R3给电容C充电，当电容充电电压UE上升到大于ηUBB + UD时，单结晶体管导通，C迅速放电，在R2上形成一个很窄的正脉冲。此 图7-21 单结晶体管触发电路时电容C两端的电压几乎为零。第一个周期过后，由于UCC继续经过RP和R3给电容C充电， 这样连续不断重复上述过程，从而获得晶闸管所需要的触发脉冲电压调光灯电路结构及工作过程

工作过程：
接通电源后，交流电经桥式整流后给单向晶闸管阳极提供正向电压，并经过R2、R3加在单结晶体管的基极上，同时经过电阻R1、RP和R4给电容器C充电，当C两端的电压大于单结晶体管的导通电压时，单结晶体管导通，给晶闸管提供一个触发脉冲信号，调节电位器RP，就能够改变单向晶闸管的触发延迟角α的大小，改变单结晶体管触发电路输出的触发脉冲的周期，从而即改变输出电压的大小，这样就能够改变灯泡的亮暗。
5 电路仿真

6 总结：
这次设计我们完成了对于设计的基本要求，但由于对一些元器件的了解甚少，一些地方的连接方式是参照典型连接方式的，或许不是本设计最为理想的连接方式！为此，我认识到基础知识十分重要，往后的应进一步努力巩固和理解基础知识和基本原理。
回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，能够说得是苦多于甜，可是能够学到很多很多的东西，同时不但能够巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。经过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，能够说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。