單相交流調(diào)壓電路課程設計

1、<p><b>　　電力電子</b></p><p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　題目: 單相交流調(diào)壓電路課程設計 </p><p>　　院 系： </p><p>　　專業(yè)班級： </p&g

2、t;<p>　　學 號： </p><p>　　學生姓名： </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　交流調(diào)壓電路廣泛用于燈光控制（如調(diào)光燈和舞臺燈光控制）及異步電動機的軟啟動，也用于異步電動機調(diào)速。在電力系統(tǒng)中，這種電路還常用于對無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。此外，在高電壓小電流或低電壓

3、大電流直流電源中，也常采用交流調(diào)壓電路調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。在這些電源中如采用晶閘管相控整流電路，高電壓小電流可控直流電源就需要很多晶閘管串聯(lián)；同樣，低電壓大電流直流電源需要很多晶閘管并聯(lián)。這都是十分不合理的。采用交流調(diào)壓電路在變壓器一次側(cè)調(diào)壓，其電壓、電流值都比較適中，在變壓器二次側(cè)只要用二極管整流就可以了。這樣的電路體積小、成本低、易于設計制造。單相交流調(diào)壓電路是對單相交流電的電壓進行調(diào)節(jié)的電路。用在電熱制、交流電動機速度控制、燈光控

4、制和交流穩(wěn)壓器等合。與自耦變壓器調(diào)壓方法相比，交流調(diào)壓電路控制簡便，調(diào)節(jié)速度快，裝置的重量輕、體積小，有色金屬耗也少。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1、電路設計的目的及任務1</p><p>　　1.1課程設計的目的與要求1</p><p>　　1.2課程設計的內(nèi)容1</p&

5、gt;<p>　　1.3仿真軟件的使用2</p><p>　　1.4設計方案選擇2</p><p>　　2、單相交流調(diào)壓主電路設計及分析3</p><p>　　2.1 電阻性負載3</p><p>　　2.1.1 電阻性負載的交流調(diào)壓器的原理分析3</p><p>　　2.1.2 結(jié)果分析6&

6、lt;/p><p><b>　　2.2阻感負載7</b></p><p>　　2.2.1電路結(jié)構(gòu)7</p><p>　　2.2.2工作原理8</p><p>　　2.2.3模型仿真圖8</p><p>　　3、單相交流調(diào)壓電路總結(jié)及體會10</p><p><b

7、>　　4.參考文獻11</b></p><p>　　1、電路設計的目的及任務</p><p>　　1.1課程設計的目的與要求</p><p>　　1進一步熟悉和掌握電力電子原器件的特性；</p><p>　　2進一步熟悉和掌握電力電子電路的拓撲結(jié)構(gòu)和工作原理；</p><p>　　3掌握電力電子電路

8、設計的基本方法和技術，掌握有關電路參數(shù)的計算方法；</p><p>　　4培養(yǎng)對電力電子電路的性能分析的能力；</p><p>　　5培養(yǎng)撰寫研究設計報告的能力。</p><p>　　通過對一個電力電子電路的初步設計，鞏固已學的電力電子技術課程的理論知識，提高綜合應用能力，為今后從事電力電子裝置的設計工作打下基礎。 </p><p

9、>　　1.2課程設計的內(nèi)容</p><p>　　1 主電路方案確定 </p><p>　　2 繪制電路原理圖、分析理論波形</p><p>　　3 器件額定參數(shù)的計算</p><p>　　4 建立仿真模型并進行仿真實驗</p><p><b>　　6 電路性能分析</b></p&g

10、t;<p>　　輸出波形、器件上波形、參數(shù)的變化、諧波分析、故障分析等</p><p>　　1.3仿真軟件的使用</p><p>　　1 MATLAB (推薦)</p><p>　　Simulink 是The Math Works公司的產(chǎn)品，可在MATLAB環(huán)境下建立系統(tǒng)框圖和仿真的模塊庫，其功能非常強大，可用于電力電子系統(tǒng)的仿真，模塊庫中提供了大量

11、的電力電子模型。</p><p>　　其具體使用方法和相關電力電子模型的建立、仿真等請參閱課程設計教材。</p><p><b>　　2 PSPICE</b></p><p>　　在電力電子系統(tǒng)中，需要應用大功率開關器件，因此對工程技術人員來說對所設計的電路最好能通過計算機分析和仿真，不斷修改和完善電路，這樣做的好處可避免元器件損耗，節(jié)省費用

12、，縮短設計周期，優(yōu)化電路設計。不過計算機分析和仿真只能作為一個工具，電路是否真正達到要求的性能指標，最終還必須通過實際試驗來檢驗。</p><p>　　PSPICE (PersonaI Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)是 Microsim 公司的產(chǎn)品，它能在PC機上工作。特點是精度高，圖形功能強，應用廣。</p><

13、;p>　　學生可選擇一種仿真工具進行本次課程設計。</p><p><b>　　1.4設計方案選擇</b></p><p>　　采用兩個普通晶閘管反向并聯(lián)設計單相交流調(diào)壓電路。</p><p>　　2、單相交流調(diào)壓主電路設計及分析</p><p>　　所謂交流調(diào)壓就是將兩個晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，在每半個周

14、波內(nèi)通過控制晶閘管開通相位，可以方便的調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值。交流調(diào)壓電路廣泛用于燈光控制及異步電動機的軟啟動，也用于異步電動機調(diào)速。此外，在高電壓小電流或低電壓大電流之流電源中，也常采用交流調(diào)壓電路調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。本次課程設計主要是研究單相交流調(diào)壓電路的設計。由于交流調(diào)壓電路的工作情況與負載的性質(zhì)有很大的關系，因此下面就反電勢電阻負載予以重點討論。</p><p><b>　　2.1 電阻性負載&l

15、t;/b></p><p>　　由于題目要求輸出電壓范圍為0～100V，所以方案可選電阻性負載或阻感性負載。本電路采用單相交流調(diào)壓器帶阻感負載時的電路圖如圖所示，在負載和交流電源間用兩個反并聯(lián)的晶閘管VT1，VT2相連。</p><p>　　2.1.1 電阻性負載的交流調(diào)壓器的原理分析</p><p>　　其晶閘管VT1和VT2反并聯(lián)連接，與負載電阻R串聯(lián)接到

16、交流電源上。當電源電壓U2正半周開始時刻觸發(fā)VT1，負半周開始時刻觸發(fā)VT2，形同一個無觸點開關。若正、負半周以同樣的移相角α觸發(fā)VT1和VT2，則負載電壓有效值隨α角而改變，實現(xiàn)了交流調(diào)壓。移相角為α時的輸出電壓u的波形，波形如圖所示。</p><p><b>　　建立模型仿真</b></p><p>　　根據(jù)原理圖用matalb軟件畫出正確的仿真電路圖，

17、 </p><p><b>　?。?）仿真參數(shù)設置</b></p><p>　　設置觸發(fā)脈沖α分別為0°、60°。</p><p><b>　　a=0,R=450</b></p><p>　　a=60,R=450</p><p>　　2.1.2 結(jié)果分

18、析</p><p>　　上面圖給出了分別為0度， 60度，時單相交流調(diào)壓電路的純電阻負載的電壓和電流的仿真波形。當晶閘管觸發(fā)控制角=0時，U=U2 ，負載兩端的電壓U和流過其電流的波形均為正弦波。當>0時，U、的波形為非正弦波，控制角從0~180度范圍改變時，輸出電壓有效值U從U2下降到0，控制角對輸出電壓U的移相可控區(qū)域是0---180度。把角等于0度、 30度， 60度，90度、150度和180度分別代

19、入下式</p><p><b>　　可得到</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　仿真波形可得到隨著角增大，負載兩端電壓U的波形的曲線部分的寬度越來越窄，則其有效值將不斷減小。</p><p>　　由此可知，理論分析與仿真結(jié)果是一致的。在Sim庫環(huán)境下利用電力系統(tǒng)模塊庫

20、中的電力電子器件組建單相交流調(diào)壓純電阻電路，并對電路進行相應的理論分析和仿真實驗。仿真實驗結(jié)果表明，通過控制角的大小，單相交流調(diào)壓電路能夠得到很好的調(diào)壓結(jié)果</p><p><b>　　2.2阻感負載</b></p><p>　　由于感性負載本身滯后于電壓一定角度，再加上相位控制產(chǎn)生的滯后，使得交流調(diào)壓電路在感性負載下大的工作情況更為復雜，其輸出電壓、電流波形與控制角

21、、負載阻抗角都有關系。其中負載阻抗角,相當于在電阻電感負載上加上純正弦交流電壓時，其電流滯后于電壓的角度為。為了更好的分析單相交流調(diào)壓電路在感性負載下的工作情況，此處分三種工況分別進行討論。</p><p><b>　　2.2.1電路結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　當負載為電感線圈、交流電動機或變壓器繞組時，這種負載稱為阻感性負載，電路圖</p>&l

22、t;p><b>　　2.2.2工作原理</b></p><p>　　工作情況與單相半波整流電路帶電阻性負載時相似。當電源電壓反向過零時，由于負載電感產(chǎn)生感應電動勢阻止電流變化，故電流不能立即為零，此時晶閘管導通角@的大小不但與控制角a有關，而且與負載阻抗角&arctgwl/r有關。兩只晶閘管門極的起始控制點分別定在電源電壓每個半周的起始點，a的最大變化范圍&<=a

23、<180度，正負半周有相同的a角</p><p>　　2.2.3模型仿真圖</p><p><b>　　2.2.4仿真圖</b></p><p>　　a=0,R=450,l=0.1H</p><p>　　a=60,R=450,l=0.1H</p><p>　　3、單相交流調(diào)壓電路總結(jié)及體會&

24、lt;/p><p>　　通過電力電子技術課程設計，我加深了對課本專業(yè)知識的理解，平常都是理論知識的學習，在此次課程設計中，真正做到了自己查閱資料、完成一個基本匯編程序的設計。在此次的設計過程中，我更進一步地熟悉了單相交流調(diào)壓電路的原理以及觸發(fā)電路的設計。當然，在這個過程中我也遇到了困難，通過查閱資料，相互討論，我準確地找出錯誤所在并及時糾正了，這也是我最大的收獲，使自己的實踐能力有了進一步的提高，讓我對以后的工作學習

25、有了更大的信心。通過這次課程設計使我懂得了只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，通過這次課程設計，把以前所學過的知識重新溫故，鞏固了所學的知識。</p><p><b>　　4.參考文獻

26、</b></p><p>　　[1] 電力電子電路的計算機仿真 陳建業(yè) 編著 北京 清華大學出版社 2003</p><p>　　[2] 電路和系統(tǒng)的仿真實踐 張占松 編著 北京 科技出版社 2000</p><p>　　[3] 電子電路CAD—基于OrCAD9.2賈新章 編著 西安 西安電子科技大

27、學出版社 2002</p><p>　　[4] Pspice 8.0電路設計實例精粹 高偉濤 編著 北京 國防工業(yè)出版社 2001</p><p>　　[5] MATLAB 電子仿真與應用 韓利竹 編著 北京 國防工業(yè)出版社</p><p>　　[6] 開關電源的原理與設計 張占松 編著 北京 電子