單相交流調(diào)壓課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　《電力電子變流技術(shù)課程設(shè)計(jì)》</p><p><b>　　學(xué)校：</b></p><p><b>　　系部：</b></p><p><b>　　專業(yè)：</b></p><p><b>　　指導(dǎo)老師：</b></p>&

2、lt;p><b>　　學(xué)生：</b></p><p><b>　　學(xué)號： </b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一、摘要……………………………………………………3</p><p>　　二、課程設(shè)計(jì)名稱：單相交流調(diào)壓電路………………3&l

3、t;/p><p>　　三、設(shè)計(jì)條件及設(shè)計(jì)要求…………………………………3</p><p>　　1．設(shè)計(jì)條件…………………………………………………………3</p><p>　　2．設(shè)計(jì)要求…………………………………………………………4</p><p>　　四、設(shè)計(jì)方案及論證……………………………………………4</p><p>

4、;　　1．主電路的設(shè)計(jì)……………………………………………………4</p><p>　　2．原理分析…………………………………………………………5</p><p>　　3 .計(jì)算與分析…………………………………………………………5</p><p>　　4. α<的情況…………………………………………………………6</p><p>　　五、

5、主電路的設(shè)計(jì)……………………………………………………7</p><p>　　1.主電路圖…………………………………………………………7</p><p>　　2.參數(shù)計(jì)算…………………………………………………………8</p><p>　　六、觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)………………………………………………9</p><p>　　1.晶閘管觸發(fā)電路滿足要求……

6、…………………………………10</p><p>　　2參數(shù)計(jì)算…………………………………………………………10</p><p>　　七、保護(hù)電路的設(shè)計(jì)……………………………………………12</p><p>　　1.晶閘管的過電壓保護(hù)……………………………………………13</p><p>　　2.晶閘管的過電流保護(hù)………………………………………

7、……14</p><p>　　八、課程設(shè)計(jì)體會(huì)與總結(jié)……………………………………15</p><p><b>　　一．摘要</b></p><p>　　電力電子線路的基本形式之一，即交流—交流變換電路，它是將一種形式的交流電能變換成另一種形式交流電能電路。在進(jìn)行交流—交流變換時(shí)，可以改變交流電的電壓、電流、頻率或相位等。</p>

8、<p>　　用晶閘管組成的交流電壓控制電路，可以方便的調(diào)節(jié)輸出電壓有效值?？捎糜陔姞t溫控、燈光調(diào)節(jié)、異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和調(diào)速等，也可用作調(diào)節(jié)整流變壓器一次側(cè)電壓，其二次側(cè)為低壓大電流或高壓小電流負(fù)載常用這種方法。采用這種方法，可使變壓器二次側(cè)的整流裝置避免采用晶閘管，只需要二極管，而且可控級僅在一側(cè)，從而簡化結(jié)構(gòu)，降低成本。交流調(diào)壓器與常規(guī)的交流調(diào)壓變壓器相比，它的體積和重量都要小得多。交流調(diào)壓器的 輸出仍是交流電壓，它不是正弦

9、波，其諧波分量較大，功率因數(shù)也較低。</p><p>　　二、課程設(shè)計(jì)名稱：單相交流調(diào)壓電路</p><p>　　在每半個(gè)周波內(nèi)通過對晶閘管開通相位的控制，可以方便的調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值，這種電路稱為交流調(diào)壓電路。</p><p>　　三、設(shè)計(jì)條件及設(shè)計(jì)要求</p><p><b>　　1設(shè)計(jì)條件：</b></p

10、><p>　　電網(wǎng)：220V，50Hz</p><p>　　負(fù)載：阻感負(fù)載，電阻和電感參數(shù)自定，阻抗角不要太大，可在10~30度之間</p><p>　　采用兩個(gè)晶閘管反向并聯(lián)結(jié)構(gòu)</p><p>　　采用單節(jié)晶體管簡易觸發(fā)電路，單節(jié)晶體管分壓比η=0.5~0.8之間自選</p><p>　　同步變壓器的參數(shù)自定</

11、p><p><b>　　2設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　?。?）根據(jù)設(shè)計(jì)條件計(jì)算晶閘管可能流過的最大有效電流，選擇晶閘管的額定電流。</p><p>　?。?）分析晶閘管可能承受到的最大正向、反向電壓，選擇晶閘管的額定電壓。</p><p>　　（3）計(jì)算負(fù)載阻抗角，得到控制角的實(shí)際移相范圍。</p>

12、<p>　?。?）為了保證調(diào)壓裝置能夠正常工作，應(yīng)使得控制角大于負(fù)載阻抗角，根據(jù)這個(gè)條件合理選擇觸發(fā)電路的自振蕩參數(shù)（電位器Re及電容C）。</p><p>　?。?）畫出完整的主電路圖。</p><p><b>　　四、設(shè)計(jì)方案及論證</b></p><p><b>　　1．主電路的設(shè)計(jì) </b></p&

13、gt;<p>　　采用阻感性負(fù)載，電路由電阻、電感和兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)組成。</p><p><b>　　2．原理分析</b></p><p>　　右圖為帶阻感負(fù)載的單相交流調(diào)壓電路圖及其波形。</p><p>　　設(shè)負(fù)載的阻抗角為=arctan(wL / R)。如果用導(dǎo)線把晶閘管完全短接，穩(wěn)態(tài)時(shí)負(fù)載電流應(yīng)是正弦波，其相位滯后于電源

14、電壓u1的角度為。在用晶閘管控制時(shí)，由于只能通過出發(fā)延遲角α推遲晶閘管的導(dǎo)通，所以晶閘管的觸發(fā)脈沖應(yīng)在電流過零點(diǎn)之后，使負(fù)載電流更為滯后，而無法使其超前。為了方便，把α=0的時(shí)刻仍定義在電源電壓過零的時(shí)刻，阻感負(fù)載下穩(wěn)態(tài)時(shí)α的移相范圍為 ≤ α ≤π。

15、 3 .計(jì)算與分析</p><p>　　當(dāng)在ωt=α?xí)r刻開通晶閘管VT1，負(fù)載電流應(yīng)滿足如下微分方程式和初始條件：</p><p><b>　　解方程得：</b></p><p>　　式中，；θ為晶閘管導(dǎo)通角。</p><p>　　利用邊界條件：時(shí)，可求得：<

16、/p><p>　　以為參變量，利用上式可以把α和θ的關(guān)系用圖的一簇曲線來表示，如右圖所示。VT2導(dǎo)通時(shí)，上述關(guān)系完同，只是io極性相反，相位差180°</p><p><b>　　負(fù)載電壓有效值：</b></p><p>　　晶閘管電流有效值為：</p><p><b>　　負(fù)載電流有效值： <

17、/b></p><p><b>　　4. α<的情況</b></p><p>　　已知，α越小，θ越大；α繼續(xù)減小到α<時(shí)，觸發(fā)VT1，則VT1的導(dǎo)通時(shí)間將超過π。因?yàn)閂T1提前導(dǎo)通，L被過充電，放電時(shí)間延長， VT1的導(dǎo)通角超過π。觸發(fā)VT2時(shí)， i0尚未過零， VT1仍導(dǎo)通， VT2不通；i0過零后， VT2開通， VT2導(dǎo)通角小于π，過渡過程和

18、帶R-L負(fù)載的單相交流電路在ωt = (α<)時(shí)合閘的過渡過程相同，i0由兩個(gè)分量組成：正弦穩(wěn)態(tài)分量、指數(shù)衰減分量。衰減過程中， VT1導(dǎo)通時(shí)間漸短， VT2的導(dǎo)通時(shí)間漸長，其穩(wěn)態(tài)的工作情況和α=時(shí)完全相同。α<時(shí)工作波形如右圖所示。 </p><p>　　在電感負(fù)載時(shí)，要實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓的目的，最小控制角α=（負(fù)載功率因素角），所以α的移相范圍為～180°。</p><p&

19、gt;<b>　　五．主電路的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1. 主電路圖</b></p><p>　　電路為工頻50HZ,220V交流電輸入，負(fù)載為R＝10Ω，L＝18.31MH的阻感負(fù)載。故主電路圖如下圖：</p><p><b>　　主電路圖</b></p><p

20、><b>　　2.參數(shù)計(jì)算</b></p><p><b>　　阻抗值:</b></p><p>　　單相交流調(diào)壓電路的負(fù)載阻抗角為： =30度</p><p>　　已知，一定時(shí)，越小，越大，即越大。當(dāng)時(shí)，不變，為最大值0.5。故可求出晶閘管電流有效值的最大值：</p><p>　　晶閘管的額

21、定電流為：</p><p>　　晶閘管承受的最大反向電壓為：</p><p>　　所以考慮安全裕量，晶閘管的額定電壓為：</p><p>　　因此，依據(jù)以上參數(shù)選擇晶閘管，可以選用額定電壓為800V，額定電流為20A的晶閘管。</p><p><b>　　六.觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>

22、;　　1晶閘管觸發(fā)電路滿足要求</p><p>　　晶閘管觸發(fā)電路的作用是產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶</p><p>　　閘管在需要要的時(shí)刻有阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)滿足下列要求：</p><p>　　觸發(fā)電路應(yīng)有足夠的功率，觸發(fā)脈沖的電流和電壓應(yīng)該大于晶閘管的要求的數(shù)值，并留有一定的余量</p><p>　　觸發(fā)脈沖的相位應(yīng)能

23、在規(guī)定范圍內(nèi)移動(dòng)</p><p>　　觸發(fā)脈沖與晶閘管的電源必須同步，兩者的頻率應(yīng)該相同，而且要有固定的相位關(guān)系，使每一個(gè)周期能在同樣的相位上觸發(fā)</p><p>　　觸發(fā)脈沖的波形需要符合要求，電感性負(fù)載，脈沖的寬度要寬些，一般達(dá)到50hz的18度，對于多個(gè)晶閘管的作串聯(lián)使用時(shí)，為改善電壓和均流，脈沖的前沿陡坡希望大于1A/us</p><p><b>

24、　　2參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　根據(jù)要求，我們設(shè)計(jì)單節(jié)管觸發(fā)電路，取單節(jié)晶體管分壓比η=0.5~0.8，,Ebb=20V，Rb1=Rb2=10K </p><p><b>　　所用公式： </b></p><p>　　假設(shè)二極管無管壓降，則要使單節(jié)晶體管導(dǎo)通，只需使電壓大于即可。當(dāng)Ue小于時(shí)，單節(jié)晶體管PN結(jié)處于反

25、偏狀態(tài)，只有小的漏電流。直到大于時(shí)，才使單節(jié)晶體管導(dǎo)通，這點(diǎn)電壓稱為峰點(diǎn)電壓Up，此時(shí)電流稱為峰點(diǎn)電流Ip,其中Up=0.8Ebb=16V, Ip=Up/Rb1=16/10000=1.6*A.</p><p>　　有負(fù)載區(qū)轉(zhuǎn)移到飽和區(qū)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為谷點(diǎn)，與谷點(diǎn)對應(yīng)的電壓和電流稱為谷點(diǎn)電壓和電流Uv和Iv 其中Uv=o.5Ebb=10V, Iv=Uv/Rb1=10/10000=1*A</p>&

26、lt;p>　　對于單節(jié)晶體管的自振蕩電路。設(shè)電源未接通時(shí)，電容C上的電壓為零。電源接通后，C經(jīng)過電阻Re充電，uc逐漸升高，當(dāng)uc的達(dá)到單節(jié)晶體管的峰值電壓Up時(shí)，單節(jié)晶體管導(dǎo)通，電容經(jīng)e、b1向R1放電，在R1上輸出一個(gè)脈沖電壓。當(dāng)電容放電至uc=Uv時(shí)，并趨向更低時(shí)，單節(jié)晶體管截止，R1上的脈沖截止。之后又導(dǎo)通，又截止，R1上的脈沖電壓按此規(guī)律變化。由于放電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于充電時(shí)間常數(shù)，故uc為鋸齒波。改變Re的大小可以改變C

27、充電的速度。</p><p>　　*由公式 設(shè)E=32V</p><p>　　得即 取Re=0.02</p><p>　　*由公式得出 取C=1</p><p>　　七． 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　相對于電機(jī)和繼電器，接觸器等控制器而言，電力電子器件承受過電流和過電壓的能力較差，短時(shí)間的過電流和過電壓

28、就會(huì)把器件損壞。但又不能完全根據(jù)裝置運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的暫時(shí)過電流和過電壓的數(shù)值來確定器件參數(shù)，必須充分發(fā)揮器件應(yīng)有的過載能力。因此，保護(hù)就成為提高電力電子裝置運(yùn)行可靠性必不可少的重要環(huán)節(jié)。</p><p>　　1 晶閘管的過電壓保護(hù)</p><p>　　所謂過壓保護(hù)，即指流過晶閘管兩端的電壓值超過晶閘管在正常工作時(shí)所能承受的最大峰值電壓Um都稱為過電壓，可采用閥側(cè)浪涌過電壓抑制RC電路來防

29、止電路過壓，其電路圖見下圖。如果電路中出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象，因C1兩端電壓不能發(fā)生突變，從而保護(hù)了晶閘管VT1、VT2達(dá)到電路過電壓保護(hù)的目的。</p><p>　　電容C的耐壓應(yīng)大于正常工作時(shí)晶閘管兩端電壓峰值的1.5倍。</p><p>　　電阻R一般取R=10~30Ω。在實(shí)際應(yīng)用中可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取表2</p><p>　　晶閘管額定電流1020100200

30、5001000</p><p>　　電容/μF0.10.150.250.512</p><p>　　電阻/Ω10080201052</p><p>　　由主電路的分析可知流過晶閘管的電流不超過10A，所以我們可以選擇RC電路中的R和C分別為100Ω、0.1uF 450V。</p><p>　　2 晶閘管的過電流保

31、護(hù)</p><p>　　熔斷器FU是最簡單有效的且應(yīng)用最普遍的過電流保護(hù)器件。針對晶閘管熱容量小、過電流能力差的特點(diǎn)，專門為保護(hù)大功率半導(dǎo)體變流元件而制造了快速熔斷器，簡稱快熔。其熔斷時(shí)間小于20ms，能保證在晶閘管損壞之前快熔切斷短路故障，達(dá)到保護(hù)晶閘管的目的（見下圖）。目前常用的快熔有：小容量RLS(螺旋式)系列、大容量RTK（插入式）系列、RS0（匯流排式）系列、RS3系列、RSF系列等。</p>

32、;<p>　　快熔斷的選擇：快熔的額定電壓URN不小于線路正常工作電壓的</p><p>　　均方根值；快熔的額定電流IRN應(yīng)按它所保護(hù)的元件實(shí)際流過的電流的均方根值來選擇，而不是根據(jù)元件型號上標(biāo)出的額定電流Ir(AV)來選擇，一般應(yīng)小于被保護(hù)晶閘管的額定有效值1.57 Ir(AV)。即可按下式選擇：</p><p>　　1.57 Ir(AV)≥IRN≥ITM (管子實(shí)際最大

33、電流有效值)</p><p>　　通過上述公式我們選擇熔斷器為RS3-80，額定電壓為250V,電流10A的快速熔斷器。</p><p>　　如上圖所示，R7、C3為阻容濾波器，R8、C4為晶閘管的過電壓保護(hù)，快速熔斷器是晶閘管的過電流保護(hù)。</p><p>　　八、 課程設(shè)計(jì)體會(huì)與總結(jié)</p><p>　　這次電力電子技術(shù)設(shè)計(jì)，讓我們有機(jī)

34、會(huì)將課堂上所學(xué)的理論知識</p><p>　　運(yùn)用到實(shí)際中。并通過對知識的綜合運(yùn)用，進(jìn)行必要的分析、比較。從而進(jìn)一步驗(yàn)證了所學(xué)的理論知識。同時(shí)，這次課程設(shè)計(jì)，還讓我知道了最重要的是心態(tài)，在剛開始會(huì)覺得困難，但是只要充滿信心，就肯定會(huì)完成的。其中很多電路圖的繪制包括公式的計(jì)算都要一步一步來，不能馬虎大意，更不能心浮氣躁。</p><p>　　通過電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，我加深了對課本專業(yè)知識的

35、理解，平常都是理論知識的學(xué)習(xí)，在此次課程設(shè)計(jì)過程中，我更進(jìn)一步地熟悉了單相交流調(diào)壓電路的原理和觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)。當(dāng)然，在這個(gè)過程</p><p>　　中我也遇到了困難，查閱資料，相互通過討論。我準(zhǔn)確地找出了我們的錯(cuò)誤并糾正了錯(cuò)誤，這更是我們的收獲，不但使我們進(jìn)一步提高了我們的實(shí)踐能力，也讓我們在以后的工作學(xué)習(xí)有了更大的信心。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合，從實(shí)踐