電力電子課程設(shè)計(jì)--晶閘管交流調(diào)壓與調(diào)功電路設(shè)計(jì)

1、<p>　　信息工程課程設(shè)計(jì)報(bào)告書</p><p>　　課 程 名 稱 電力電子技術(shù) </p><p>　　課程設(shè)計(jì)總評(píng)成績(jī) </p><p>　　學(xué)生姓名、學(xué) 號(hào) </p><p>　　學(xué) 生 專 業(yè)

2、班級(jí) 自動(dòng)化1092 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 姓名 </p><p>　　課程設(shè)計(jì)起止日期 2011.12.26--2011.12.30 </p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)基本要求</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)是工科

3、學(xué)生十分重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用先修課程的理論知識(shí)和專業(yè)技能，解決工程領(lǐng)域某一方面實(shí)際問(wèn)題的能力。課程設(shè)計(jì)報(bào)告是科學(xué)論文寫作的基礎(chǔ)，不僅可以培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的邏輯歸納能力、綜合分析能力和文字表達(dá)能力，也是規(guī)范課程設(shè)計(jì)教學(xué)要求、反映課程設(shè)計(jì)教學(xué)水平的重要依據(jù)。為了加強(qiáng)課程設(shè)計(jì)教學(xué)管理，提高課程設(shè)計(jì)教學(xué)質(zhì)量，特?cái)M定如下基本要求。</p><p>　　1. 課程設(shè)計(jì)教學(xué)一般可分為設(shè)計(jì)項(xiàng)目的選題、

4、項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案論證、項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果分析、答辯等4個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)有一定的考核要求和考核成績(jī)。</p><p>　　2. 課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的選題要符合本課程設(shè)計(jì)教學(xué)大綱的要求，該項(xiàng)目應(yīng)能突出學(xué)生實(shí)踐能力、設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；該項(xiàng)目有一定的實(shí)用性，且學(xué)生通過(guò)努力在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)是可以完成的。課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目名稱、目的及技術(shù)要求記錄于課程設(shè)計(jì)報(bào)告書一、二項(xiàng)中，課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目的選題考核成績(jī)占10%左右。</p>

5、<p>　　3. 項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案論證主要包括可行性設(shè)計(jì)方案論證、從可行性方案中確定最佳方案，實(shí)施最佳方案的軟件程序、硬件電路原理圖和PCB圖。項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案論證內(nèi)容記錄于課程設(shè)計(jì)報(bào)告書第三項(xiàng)中，項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案論證主要考核設(shè)計(jì)方案的正確性、可行性和創(chuàng)新性，考核成績(jī)占30%左右。</p><p>　　4. 項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果分析主要包括項(xiàng)目設(shè)計(jì)與制作結(jié)果的工藝水平，項(xiàng)目測(cè)試性能指標(biāo)的正確性和完整性，項(xiàng)目測(cè)試中出現(xiàn)故障或

6、錯(cuò)誤原因的分析和處理方法。項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果分析記錄于課程設(shè)計(jì)報(bào)告書第四項(xiàng)中，考核成績(jī)占25%左右。</p><p>　　5. 學(xué)生在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)認(rèn)真閱讀與本課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目相關(guān)的文獻(xiàn)，培養(yǎng)自己的閱讀興趣和習(xí)慣，借以啟發(fā)自己的思維，提高綜合分和理解能力。文獻(xiàn)閱讀摘要記錄于課程設(shè)計(jì)報(bào)告書第五項(xiàng)中，考核成績(jī)占10%左右。</p><p>　　6. 答辯是課程設(shè)計(jì)中十分重要的環(huán)節(jié)，由課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師向

7、答辯學(xué)生提出2～3個(gè)問(wèn)題，通過(guò)答辯可進(jìn)一步了解學(xué)生對(duì)課程設(shè)計(jì)中理論知識(shí)和實(shí)際技能掌握的程度，以及對(duì)問(wèn)題的理解、分析和判斷能力。答辯考核成績(jī)占25%左右。</p><p>　　7.學(xué)生應(yīng)在課程設(shè)計(jì)周內(nèi)認(rèn)真參加項(xiàng)目設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，按時(shí)完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告書交給課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)閱。課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師應(yīng)認(rèn)真指導(dǎo)學(xué)生課程設(shè)計(jì)全過(guò)程，認(rèn)真評(píng)閱學(xué)生的每一份課程設(shè)計(jì)報(bào)告，給出課程設(shè)計(jì)綜合評(píng)閱意見(jiàn)和每一個(gè)環(huán)節(jié)的評(píng)分成績(jī)（百分制），最后

8、將百分制評(píng)分成績(jī)轉(zhuǎn)換為五級(jí)分制（優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格）總評(píng)成績(jī)。</p><p>　　8. 課程設(shè)計(jì)報(bào)告書是實(shí)踐教學(xué)水平評(píng)估的重要資料，應(yīng)按課程、班級(jí)集成存檔交實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一管理。</p><p>　　一、課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目名稱</p><p>　　晶閘管交流調(diào)壓與調(diào)功電路設(shè)計(jì)</p><p>　　二、項(xiàng)目設(shè)計(jì)目的及技術(shù)要求</p>

9、;<p><b>　　設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　設(shè)計(jì)單相或三相交流調(diào)壓調(diào)功器的主電路及其控制保護(hù)電路。</p><p>　　技術(shù)要求及初始條件：</p><p>　　電源為工頻380/220V，阻性負(fù)載R＝4Ω,交流輸出0-220V可調(diào)。采用單相或三相交流調(diào)壓與調(diào)功主電路。</p><p>&l

10、t;b>　　設(shè)計(jì)任務(wù): </b></p><p>　　1.交流調(diào)壓與調(diào)功主電路的設(shè)計(jì)。</p><p>　　2. 觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)（如KJ004集成觸發(fā)器）。</p><p>　　3.分析系統(tǒng)不同負(fù)載下的電流、電壓波形及相控特性。</p><p>　　4.針對(duì)電阻爐負(fù)載分析系統(tǒng)的過(guò)零控制特性。</p><p

11、>　　5.提供電路圖紙一張。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求: </b></p><p>　　1．對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的先進(jìn)性、實(shí)用性和可行性進(jìn)行論證，說(shuō)明系統(tǒng)工作原理。</p><p>　　2. 畫出單元電路圖，說(shuō)明工作原理，給出系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算過(guò)程。</p><p>　　3. 對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析。</p&

12、gt;<p>　　3. 畫出整體電路原理圖，圖紙、元器件符號(hào)及文字符號(hào)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　4.課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書應(yīng)嚴(yán)格按統(tǒng)一格式打印，資料齊全，堅(jiān)決杜絕抄襲，雷同現(xiàn)象。</p><p>　　三、項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案論證(可行性方案、最佳方案、軟件程序、硬件電路原理圖和PCB圖)</p><p>　　1、調(diào)壓調(diào)功原理簡(jiǎn)介</p>&l

13、t;p>　　把兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，通過(guò)對(duì)晶閘管的控制就可以控制交流輸出。這種電路不改變交流電的頻率，稱為交流電力控制電路。</p><p>　　在每半個(gè)周波內(nèi)通過(guò)對(duì)晶閘管開通相位的控制可以方便地調(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>　　交流調(diào)功電路和交流調(diào)壓電路的電路形式完全相同，只是控制方式不同。</p><p>

14、　　交流調(diào)功電路不是在每個(gè)交流電源周期都通過(guò)觸發(fā)延遲角α對(duì)輸出電壓波形進(jìn)行控制，而是將負(fù)載與交流電源接通幾個(gè)整周波，再斷開幾個(gè)整周波，通過(guò)改變接通周波數(shù)與斷開周波數(shù)的比值來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的平均功率。</p><p><b>　　2、設(shè)計(jì)方案選擇 </b></p><p>　　2.1交流調(diào)壓電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的技術(shù)要求可

15、以知道，方案可選用電阻性負(fù)載或阻感性負(fù)載。</p><p>　　方案一：采用電阻性負(fù)載，電路由電阻和兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)組成。</p><p>　　2.1.1原理分析：</p><p>　　圖1為電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路圖及其波形。圖中的晶閘管VT1和VT2也可以用一個(gè)雙向晶閘管代替。在交流電源u1的正半周和負(fù)半周，分別對(duì)VT1和VT2的開通角α進(jìn)行控制就可以調(diào)節(jié)輸出電

16、壓。正負(fù)半周α起始時(shí)刻（α=0）均為電壓過(guò)零時(shí)刻，穩(wěn)態(tài)時(shí)，正負(fù)半周的α相等。可以看出，負(fù)載電壓波形是電源電壓波形的一部分，負(fù)載電流（也即電源電流）和負(fù)載電壓的波形相同，因此通過(guò)觸發(fā)延遲角α的變化就可實(shí)現(xiàn)輸出電壓的控制。</p><p>　　圖1 電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及其波形</p><p>　　2.1.2 計(jì)算與分析</p><p><b>　　負(fù)載電

17、壓有效值：</b></p><p>　　故移相范圍為0≤α≤π。α=0時(shí)，輸出電壓為最大， U0=U1。隨著α的增大，U0降低，當(dāng)α=π時(shí)，U0=0。</p><p><b>　　負(fù)載電流有效值：</b></p><p><b>　　晶閘管電流有效值：</b></p><p><b

18、>　　功率因數(shù)：</b></p><p>　　α=0時(shí), 功率因數(shù)λ=1, α增大,輸入電流滯后于電壓且畸變,λ降低。</p><p>　　方案二：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>　　2.2.1 原理分析</p><p>　　圖2為帶阻感負(fù)載的單相交流調(diào)壓電路圖及其波形。</p

19、><p>　　設(shè)負(fù)載的阻抗角為φ=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，其相位滯后于電源電壓u1的角度為φ。在用晶閘管控制時(shí)，由于只能通過(guò)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(guò)零點(diǎn)之后，使負(fù)載電流更為滯后，而無(wú)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(guò)零的時(shí)刻，顯然，阻感負(fù)載下穩(wěn)態(tài)時(shí)α的移相范圍為φ ≤ α ≤π。但α<φ時(shí)，電路并

20、非不能工作，后面第三小節(jié)會(huì)分析此種情況。 </p><p>　　圖2 阻感負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及其波形

21、</p><p>　　2.2.2 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：</p&

22、gt;<p>　　以φ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(lái)表示，如圖3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：圖3 以α為參變量的θ和α關(guān)系曲線</p><p><b&

23、gt;　　負(fù)載電流有效值： </b></p><p>　　設(shè)晶閘管電流的標(biāo)么值為：</p><p>　　則可繪出和α的關(guān)系曲線，如圖4所示。</p><p>　　圖4 單相交流調(diào)壓電路φ為參變量時(shí)和α的關(guān)系曲線</p><p>　　2.2.3 α<φ的情況</p><p>　　如前圖3所示，α越小，θ

24、越大；α繼續(xù)減小到α<φ時(shí)，觸發(fā)VT1，則VT1的導(dǎo)通時(shí)間將超過(guò)π。因?yàn)閂T1提前導(dǎo)通，L被過(guò)充電，放電時(shí)間延長(zhǎng)， VT1的導(dǎo)通角超過(guò)π。觸發(fā)VT2時(shí)， i0尚未過(guò)零， VT1仍導(dǎo)通， VT2不通；i0過(guò)零后， VT2開通， VT2導(dǎo)通角小于π，過(guò)渡過(guò)程和帶R-L負(fù)載的單相交流電路在ωt = (α<φ)時(shí)合閘的過(guò)渡過(guò)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(guò)程中， VT1導(dǎo)通時(shí)間漸短， VT2的導(dǎo)通時(shí)間漸

25、長(zhǎng)，其穩(wěn)態(tài)的工作情況和α=φ時(shí)完全相同。α<φ時(shí)工作波形如圖5所示。 </p><p>　　從方案一可以看出，隨著α角的增大，U0逐漸減少。當(dāng)α=π時(shí)，U0=0。因此，單相交流調(diào)壓器對(duì)于電壓負(fù)載，其電壓可調(diào)范圍為0～U1，控制角α移相范圍為0～π。負(fù)載電流基波和各次諧波有效值是隨著諧波次數(shù)ｎ的增加，諧波含量減少。</p><p>　　從方案二可以看出，在電感負(fù)載時(shí)，要實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓的

26、目的，最小控制角α=φ（負(fù)載功率因素角），所以α的移相范圍為φ～180°。負(fù)載電流基波和各次諧波有效值是隨著諧波次數(shù)n的增加，諧波含量減少，并且阻感性負(fù)載電流諧波相對(duì)少些。</p><p>　　綜合兩種方案：電阻性負(fù)載和阻感性負(fù)載都具有調(diào)壓功能，都能調(diào)壓到設(shè)計(jì)電壓調(diào)壓范圍內(nèi)，但是電阻性負(fù)載諧波電流含量要多些。當(dāng)α相同時(shí)，阻感負(fù)載阻抗角增大，諧波含量也有所減少。考慮到性能指標(biāo)、輸出電壓的穩(wěn)定性、對(duì)電網(wǎng)的影

27、響，所以選擇方案二阻感性負(fù)載。</p><p>　　3.1 主電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1 主電路圖</p><p>　　電路為工頻50HZ,220V交流電輸入，負(fù)載為R＝4Ω，L＝2mH的阻感負(fù)載。故主電路圖如下圖：</p><p><b>　　圖6 主電路圖</b></p><p&g

28、t;　　3.1.2 參數(shù)計(jì)算</p><p>　　此單相交流調(diào)壓電路的負(fù)載阻抗角為：</p><p>　　由圖4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>　　晶閘管的額定電流為：</p><p>　　晶閘管承受的最大反向電壓為：</p><p>　　

29、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，比如，可以選用額定電壓為800V，額定電流為200A的晶閘管。</p><p>　　3.2 觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 芯片介紹</p><p>　　觸發(fā)單元以前都是由分立元件構(gòu)成的，它的控制精度查，可靠性低，不便于維修，因此，觸發(fā)電

30、路集成化非常必要?？煽毓枰葡嘤|發(fā)器KJ004，與分立元件組成的觸發(fā)電路相比，具有移相線性好、移相范圍寬、溫漂小、可靠性高、相位不均衡度小等優(yōu)點(diǎn)。KJ004芯片其內(nèi)部原理圖如下：</p><p>　　圖7 KJ004內(nèi)部原理圖</p><p>　　該電路由同步檢測(cè)電路、鋸齒波形成電路、偏移電壓、移電壓綜合比較放大電路和功相率放大電路四部分組成。</p><p>　　K

31、J004封裝形式：</p><p>　　該電路采用雙列直插C—16白瓷和黑瓷兩種外殼封裝，外型尺寸按電子工業(yè)部部頒標(biāo)準(zhǔn)。《半導(dǎo)體集成電路外型尺寸》SJ1100—76</p><p>　　KJ004的管腳功能如表1所示。 圖8 KJ004封裝引腳圖</p><p>　　表1 KJ004的各管腳功能</p><p&

32、gt;　　3.2.2 觸發(fā)電路圖</p><p>　　由于交流調(diào)壓調(diào)功電路中只用到兩個(gè)晶閘管，而KJ004有兩個(gè)輸出口，故用一片KJ004即可。由KJ004的典型連接圖畫得此次觸發(fā)電路如下圖。</p><p>　　圖9 觸發(fā)單元接線圖</p><p>　　其中，同步串聯(lián)電阻R4的選擇按下式計(jì)算：</p><p>　　這里R4選用15KΩ。&l

33、t;/p><p><b>　　電路原理：</b></p><p>　　鋸齒波的斜率決定于外接R6、RW1流出的充電電流和積分C1的數(shù)值。對(duì)不同的移項(xiàng)控制V1，只有改變R1、R2的比例，調(diào)節(jié)相應(yīng)的偏移VP。同時(shí)調(diào)整鋸齒波斜率電位器RW1，可以使不同的移相控制電壓獲得整個(gè)范圍。觸發(fā)電路為正極性型，即移相電壓增加，導(dǎo)通角增大。R8和C2形成微分電路，改變R8和C2的值，可獲得不

34、同的脈寬輸出。KJ004的同步電壓為任意值。</p><p>　　3.3 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.3.1 原理</b></p><p>　　在電力電子電路中，除了電力電子器件參數(shù)選擇合適，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)良好外，采用合適的過(guò)電壓保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、du/dt保護(hù)和di/dt保護(hù)也是必要的。</p><p&g

35、t;　　過(guò)電壓的產(chǎn)生及過(guò)電壓保護(hù)：</p><p>　　電力電子裝置中可能發(fā)生的過(guò)電壓分為外因過(guò)電壓和內(nèi)因過(guò)電壓兩類。外因過(guò)電壓主要來(lái)自雷擊和系統(tǒng)中的操作過(guò)程等外部原因，包括：操作過(guò)電壓、雷擊過(guò)電壓；內(nèi)因過(guò)電壓主要來(lái)自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過(guò)程，包括：換相過(guò)電壓、關(guān)斷過(guò)電壓。</p><p>　　過(guò)壓保護(hù)的基本原則是：根據(jù)電路中過(guò)壓產(chǎn)生的不同部位，加入不同的附加電路，當(dāng)達(dá)到—定過(guò)壓值時(shí)

36、，自動(dòng)開通附加電路，使過(guò)壓通過(guò)附加電路形成通路，消耗過(guò)壓儲(chǔ)存的電磁能量，從而使過(guò)壓的能量不會(huì)加到主開關(guān)器件上，保護(hù)了電力電子器件。保護(hù)電路形式很多。</p><p>　　這里主要考慮晶閘管在實(shí)際應(yīng)用中一般會(huì)承受的換相過(guò)電壓，故可用阻容保護(hù)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)。當(dāng)電路中出現(xiàn)電壓尖峰時(shí)，電容兩端電壓不能突發(fā)的特性，可以有效地</p><p>　　抑制電路中的過(guò)壓。與電容串聯(lián)的電阻能消耗掉部分過(guò)壓

37、 圖10 阻容保護(hù)電路</p><p>　　能量，同時(shí)抑制電路中的電感與電容產(chǎn)生振蕩。阻容保護(hù)電路如圖10所示。</p><p>　　過(guò)電流的產(chǎn)生及過(guò)電流保護(hù)：</p><p>　　引起過(guò)流的原因：當(dāng)電力電子變換器內(nèi)部某一器件擊穿或短路、觸發(fā)電路或控制電路發(fā)生故障、出現(xiàn)過(guò)載、直流側(cè)短路、可逆?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生環(huán)流或逆變失敗，以及交流電源電壓過(guò)高或過(guò)低、缺相等，均可

38、引起變換器內(nèi)元件的電流超過(guò)正常工作電流，即出現(xiàn)過(guò)流。由于電力電子器件的電流過(guò)載能力比一般電氣設(shè)備差得多，因此，必須對(duì)變換器進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^(guò)流保護(hù)。常見(jiàn)的過(guò)電流保護(hù)電路有如下一些形式。</p><p>　　圖11 過(guò)電流各種保護(hù)措施及配置位置</p><p>　　變換器的過(guò)流一般主要分為兩類：過(guò)載過(guò)流和短路過(guò)流。在晶閘管變換器中，快速熔斷器是應(yīng)用最普遍的過(guò)流保護(hù)措施，可用于交流側(cè)、直流側(cè)和裝置主

39、電路中。其中交流側(cè)接快速熔斷器能對(duì)晶閘管元件短路及直流側(cè)短路起保護(hù)作用，但要求正常工作時(shí)，快速熔斷器電流定額要大于晶閘管的電流定額，這樣對(duì)元件的短路故障所起的保護(hù)作用較差。直流側(cè)接快速熔斷器只對(duì)負(fù)載短路起保護(hù)作用，對(duì)元件無(wú)保護(hù)作用。只有晶閘管直接串接快速熔斷器才對(duì)元件的保護(hù)作用最好，因?yàn)樗鼈兞鬟^(guò)同—個(gè)電流。因而被廣泛使用。</p><p><b>　　3.3.2 計(jì)算</b></p&g

40、t;<p><b>　　阻容保護(hù)電路參數(shù)：</b></p><p>　　RC阻容保護(hù)電路參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值來(lái)選擇。電容C的選擇為：</p><p><b>　　電阻一般取40Ω。</b></p><p>　　快速熔斷器的選用原則：</p><p>　　和普通熔斷器一樣要考慮快速熔斷器的額定

41、電壓應(yīng)大于線路正常工作電壓有效值，熔</p><p>　　斷器(安裝熔體的外殼)的額定電流應(yīng)大于或等于熔體額定電流值。此外，快速熔斷器熔體的額定電流是指電流有效值，而晶閘管額定電流是指通態(tài)電流平均值，其有效值為1.57。故選用時(shí)要求：</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　—晶閘管通態(tài)電流平均值，—快速熔斷器的熔體額定

42、電流。</p><p>　　算得1.57。所以選取額定電流大于等于194.4A的快速熔斷器。</p><p>　　3.3.3 保護(hù)電路圖</p><p>　　將快速熔斷器和RC阻容保護(hù)電路放入電路中：</p><p><b>　　圖12 保護(hù)電路圖</b></p><p>　　4、電阻爐負(fù)載過(guò)零控

43、制特性分析</p><p>　　當(dāng)負(fù)載為電阻爐的時(shí)候，由于電爐的溫度是控制對(duì)象，其時(shí)間常數(shù)往往很大，沒(méi)有必要對(duì)交流電源的每一個(gè)周期進(jìn)行頻繁的調(diào)制，只要以周波數(shù)為單位進(jìn)行控制就足夠了。通?？刂凭чl管導(dǎo)通的時(shí)刻都是在電源電壓過(guò)零的時(shí)刻，即過(guò)零調(diào)功控制。這樣，在交流電源接通期間，負(fù)載電源電壓都是正弦波，因此不對(duì)電網(wǎng)電壓電流造成通常意義上的諧波污染,不會(huì)產(chǎn)生各種高次諧波污染電網(wǎng)。</p><p>

44、<b>　　原理分析：</b></p><p>　　令控制周期為M倍電源周期，晶閘管在前N個(gè)周期導(dǎo)通，后M—N個(gè)周期關(guān)斷。當(dāng)M=3、N=2時(shí)的電路波形如圖13所示。</p><p>　　負(fù)載電壓和負(fù)載電流（也即電源電流）的重復(fù)周期為M倍電源周期。 </p><p>　　在負(fù)載為電阻時(shí)，負(fù)載電流波形

45、和負(fù)載電壓波形相同。以控制周期為基準(zhǔn)，對(duì)圖13的波形進(jìn)行傅里葉分析，可以得到圖14所示電流頻譜圖。圖中In為n次諧波有效值，Ion為導(dǎo)通時(shí)電路電流幅值。</p><p>　　從圖14的電流頻譜圖可以看出，如果以電源周期為基準(zhǔn)，電流中不含整數(shù)倍頻率的諧波，但含有非整數(shù)倍頻率的諧波，而且在電源頻率附近，非整數(shù)倍頻率諧波的含量較大。</p><p><b>　　5、調(diào)功電路的設(shè)計(jì)<

46、;/b></p><p>　　以上的設(shè)計(jì)都是以交流調(diào)壓為基礎(chǔ)。交流調(diào)功電路與調(diào)壓完全相同，只是本次設(shè)計(jì)條件中調(diào)功電路帶電阻性負(fù)載R=4Ω。故電路中應(yīng)將阻感性負(fù)載改為電阻性負(fù)載。</p><p>　　參數(shù)計(jì)算時(shí)，調(diào)功電路是以周期為單位控制的。故在晶閘管導(dǎo)通的周期內(nèi)=0。又有Z=4Ω，=0，此時(shí)仍為0.5，故：</p><p>　　晶閘管的額定電流為：</p

47、><p>　　而晶閘管承受的最大反向電壓同調(diào)壓電路相同，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，比如，可以選用額定電壓為800V，額定電流為40A的晶閘管。</p><p>　　四、項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果分析（分析試驗(yàn)過(guò)程中獲得的數(shù)據(jù)、波形、現(xiàn)象或問(wèn)題的正確性和必然性，分析產(chǎn)生不正確結(jié)果的原因和處理方法）</p>&

48、lt;p>　　仿真模型、仿真波形及其分析</p><p>　　由于proteus中不包含KJ004此元器件，故采用其它方法仿真。用MATLAB中的Simulink，不涉及具體的元器件型號(hào)的選用，仿真簡(jiǎn)單。</p><p>　　現(xiàn)用Simulink仿真單相交流調(diào)壓電路。交流電源、兩個(gè)晶閘管反向并聯(lián)、阻感性負(fù)載即構(gòu)成了主電路，再給兩個(gè)晶閘管分別提供觸發(fā)脈沖。為了觀察波形，在電源兩端、負(fù)載

49、兩端加上電壓表，主電路中接入電流表，再將各表的輸出導(dǎo)入示波器，同時(shí)還要觀察兩個(gè)觸發(fā)脈沖的波形。</p><p><b>　　仿真連線圖如下：</b></p><p>　　圖15 MATLAB仿真連線圖</p><p>　　仿真前，要設(shè)定好元器件的參數(shù)。將題目條件中交流調(diào)壓電路阻感負(fù)載的阻抗代入，交流電源的頻率設(shè)為50HZ，觸發(fā)脈沖的頻率要和電源

50、一樣，故設(shè)其周期為0.02s，幅值設(shè)為12，脈沖寬度設(shè)為5％，這里設(shè)觸發(fā)時(shí)間一個(gè)為0.005s，一個(gè)為0.015s，即觸發(fā)角α為90°。其仿真波形如圖16所示。根據(jù)示波器輸入端口的順序，波形圖分別表示：電源電壓、負(fù)載電壓、負(fù)載電流、正相觸發(fā)脈沖、負(fù)相觸發(fā)脈沖。</p><p>　　五、參考文摘（相關(guān)文摘不少于5篇，記錄每篇文獻(xiàn)的作者姓名.文獻(xiàn)名稱.文獻(xiàn)發(fā)行城市：文獻(xiàn)出版社，出版年；文獻(xiàn)內(nèi)容摘要, 每篇不

51、少于100字）</p><p>　　[1]《電力電子技術(shù)》王兆安，劉進(jìn)軍主編。第5版，機(jī)械工業(yè)出版社，2009.5</p><p>　　內(nèi)容簡(jiǎn)介：本書是在高等教育機(jī)電類規(guī)劃教材《電力電子變流技術(shù)（第３版）》基礎(chǔ)上修訂而成的第4版，是“九五”國(guó)家級(jí)重點(diǎn)教材，也是教育部批準(zhǔn)的“面向21世紀(jì)課程教材”。本書主要內(nèi)容包括：各種電力電子器件；整流電路、直流斬波電路、交流電力控制和交交變頻電路、逆變電

52、路以及組合變流電路；PWM控制技術(shù)、軟開關(guān)技術(shù)等。本書對(duì)電力電子技術(shù)的內(nèi)容進(jìn)行了精選，并體現(xiàn)了最新發(fā)展。</p><p>　　[2]《電力電子技術(shù)》王云亮主編。第2版，電子工業(yè)出版社，2009.8</p><p>　　內(nèi)容簡(jiǎn)介：該書主要包括：電力電子器件、交流-直流變換器、交流-交流變換器、直流-直流變換器、直流-交流-交流變換器和MATLAB在電力電子技術(shù)中的仿真應(yīng)用等，對(duì)讀者了解和掌握

53、變換特性，特別是設(shè)計(jì)新型變換器具有重要的作用。</p><p>　　[3]《常用晶閘管觸發(fā)器集成電路及應(yīng)用》李宏編著?？茖W(xué)出版社，2011.1</p><p>　　內(nèi)容簡(jiǎn)介：本書是“高科實(shí)用電力電子技術(shù)叢書”之一。該書詳細(xì)介紹了各種常用晶閘管觸發(fā)器集成電路及其使用技術(shù)，內(nèi)容包括常用晶閘管觸發(fā)器集成電路的型號(hào)、引腳排列、參數(shù)限制、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理、應(yīng)用舉例及典型工作波形等，列舉并細(xì)致分析了

54、多個(gè)已批量投入工程實(shí)際中應(yīng)用的典型電力電子變流系統(tǒng)專用控制板實(shí)例。</p><p>　　[4]《現(xiàn)代電力電子技術(shù)基礎(chǔ)》趙良炳主編。清華大學(xué)出版社，1999</p><p>　　內(nèi)容簡(jiǎn)介：本書介紹了電力電子器件的工作原理，以自關(guān)斷器件及其電路為主，論述了AC．DC、DC—DC、DC—AC、AC—AC變換電路的工作原理，補(bǔ)充介紹了電力電子技術(shù)的一些最新研究成果，如軟開關(guān)技術(shù)、功率因子校正技術(shù)和

55、電路建模等，并介紹了幾種實(shí)際的應(yīng)用電路。</p><p>　　[5]《MATLAB/SIMULINK實(shí)用教程》張化光主編。人民郵電出版社，2009.3</p><p>　　內(nèi)容簡(jiǎn)介：該書通過(guò)大量的實(shí)例，系統(tǒng)介紹了MATLAB的使用技巧和編程方法。全書共分9章，主要內(nèi)容包括MATLAB語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí)，數(shù)組、矩陣及其運(yùn)算，MATLAB程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，MATLAB求解數(shù)學(xué)問(wèn)題，MATLAB的圖視化功