電力電子課程設計---單相交流調壓電路

1、<p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　課程設計名稱： 電力電子技術 </p><p>　　課程設計題目： 單相交流調壓電路 </p><p>　　班 級： 電氣0902班 </p><p>　　姓

2、 名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　指 導 教 師： </p><p>　　時 間： 2011年06 月 </p><p><b>　　目 錄</b>

3、;</p><p>　　第一章前言…………………………………………………………………………2</p><p>　　第二章單相調壓電路設計任務及要求……………………………………………3</p><p>　　2．1 設計任務及要求…………………………………………………………3</p><p>　　2．2 設計方案選擇…………………………………

4、…………………………3</p><p>　　第三章單向調壓電路單元電路的設計和主要元器件說明………………………5</p><p>　　3. 1 單元電路的設計…………………………………………………………5</p><p>　　3.1.1主電路的設計……………………………………………………………5</p><p>　　3. 2 主要元器件說明

5、及功能模塊……………………………………………5</p><p>　　第四章 驅動電路的設計……………………………………………………………6</p><p>　　4. 1 晶閘管對觸發(fā)電路的要求………………………………………………6</p><p>　　4.1.1觸發(fā)信號的種類……………………………………………………6</p><p>　　4.

6、1.2觸發(fā)電路的要求……………………………………………………6</p><p>　　4. 2 觸發(fā)電路…………………………………………………………………7</p><p>　　4.2.1單結晶體管的工作原理……………………………………………7</p><p>　　4.2.2單結晶體管觸發(fā)電路………………………………………………9</p><p&g

7、t;　　4.2.3單結晶體管自激震蕩電路…………………………………………9</p><p>　　4.2.4同步電源……………………………………………………………10</p><p>　　第五章 保護電路的設計…………………………………………………………11 </p><p>　　5.1過電壓保護……………………………………………………………12</p>

8、<p>　　5.2過電流保護……………………………………………………………13</p><p>　　第六章 單相調壓電路主電路的原理分析和各主要元器件的選擇……………14</p><p>　　6．1 主電路原理分析………………………………………………………14</p><p>　　6．2 各主要元器件的選擇…………………………………………………17<

9、;/p><p>　　6.3元器列表………………………………………………………………18 </p><p><b>　　仿真軟件</b></p><p>　　7.1仿真軟件的介紹………………………………………………………19</p><p>　　7.2仿真模型、仿真波形及其分析………………………………………20

10、 </p><p>　　第八章 心得體會…………………………………………………………………23附錄</p><p>　　參考文獻……………………………………………………………………24</p><p><b>　　第一章 前 言</b></p><p>　　交

11、流變換電路是指把交流電能的參數(shù)（幅值、頻率、相位）加以轉變的電路。根據(jù)變換參數(shù)的不同，交流變換電路可分為交流電力控制電路和交-交變頻電路。通過控制晶閘管在每一個電源周期內導通角的大小（相位控制）來調節(jié)輸出電壓的大小，可實現(xiàn)交流調壓。它主要由調壓電路、控制電路組成。</p><p>　　根據(jù)結構的不同，交流調壓電路有單相電壓控制器和三相電壓控制器兩種。單相交流調壓電路根據(jù)負載性質的不同分為電阻性負載和阻感性負載，電

12、阻性負載的控制角的移向范圍為0～π，阻感性負載的控制角的移向范圍為φ～1800。</p><p>　　隨著電力電子的飛速發(fā)展，交流調壓電路廣泛應用于電爐的溫度控制、燈光調節(jié)、異步電動機軟起動和調速等場合，也可以用作調節(jié)整流變壓器一次電壓。對調壓輸出波形質量主要是諧波含量要低。</p><p>　　第二章 單相調壓電路設計任務及要求</p><p>　　2.1 設計

13、任務及要求</p><p><b>　　（1）設計任務：</b></p><p>　　1、根據(jù)課題正確選擇電路形式；</p><p>　　2、繪制完整電氣原理圖（包括主要電氣控制部分）；</p><p>　　3、詳細介紹整體電路和各功能部件工作原理并計算各元器件值；</p><p>　?。?）設計

14、要求： 1 負載要求： 負載為感性負載,L=700mH,R=500歐姆。</p><p>　　2 技術要求： (1) 電網(wǎng)供電電壓為單相220V。(2) 電網(wǎng)電壓波動為+5%－-10%。 (3) 輸出電壓為0～100V。</p><p>　　2.2 設計方案選擇</p><p>　　由于題目要求輸出電壓范圍為0～100V，所以方案可選用電阻性負載或阻感性負

15、載。</p><p>　　方案一：采用電阻性負載，電路由電阻和兩個晶閘管反并聯(lián)組成，負載電壓有效值</p><p>　　式中，U1為輸入交流電壓的有效值?？梢钥闯?，隨著α角的增大，U0逐漸減少。當α=π時，U0=0。因此，單相交流調壓器對于電壓負載，其電壓可調范圍為0～U1，控制角α移相范圍為0～π。負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>

16、<p>　　方案二：采用阻感性負載，電路由電阻、電感和兩個晶閘管反并聯(lián)組成，負載電壓有效值隨α角的增大，U0逐漸增大。在電</p><p>　　感負載時，要實現(xiàn)交流調壓的目的，則最小控制角α=φ（負載功率因素角），所以α的移相范圍為φ～1800。負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，并且阻感性負載電流諧波相對少些。</p><p>　　綜合兩種方案：電

17、阻性負載和阻感性負載都具有調壓功能，都能調壓到設計電壓調壓范圍內，但是電阻性負載諧波電流含量要多些，當α相同時，阻感負載阻抗角增大，諧波含量也有所減少?？紤]到性能指標、輸出電壓的穩(wěn)定性、對電網(wǎng)的影響，所以選擇方案二阻感性負載。</p><p>　　單相調壓電路單元電路的設計和主要元器件說明</p><p>　　3.1單元電路的設計</p><p>　　3.1.1

18、主電路的設計</p><p>　　電路采用單相交流調壓器帶阻感負載時的電路圖如圖3.1所示，在負載和交流電源間用兩個反并聯(lián)的晶閘管T1、T2相連。</p><p>　　圖3.1 帶阻感負載單相交流調壓電路 </p><p>　　3.2 主要元器件說明及功能模塊</p><p>　　電路采用交流電源供電

19、，T1、T2為兩個反并聯(lián)的晶閘管，R為電阻，L為電感。</p><p>　　輸入電網(wǎng)電壓，通過主電路的控制交流輸出，驅動電路控制電力電子器件的通斷。原理框圖如圖2—1所示。</p><p>　　本次設計中，總體電路由驅動電路和以電力電子器件為核心的主電路構成，由負載輸出。主電路主要是兩個反并聯(lián)的晶閘管串聯(lián)在交流電路中，通過對晶閘管的控制根據(jù)方案分析結果，電路采用阻感性負載</p>

20、;<p>　　圖2—1 原理框圖</p><p>　　第四章 驅動電路的設計</p><p>　　4.1 晶閘管對觸發(fā)電路的要求</p><p>　　4.1.1 觸發(fā)信號的種類：</p><p>　　晶閘管由關斷到開通，必須具備兩個外部條件：第一是承受足夠的正向電壓；第二是門極與陰極之間加一適當正向電壓、電流信號(觸發(fā)信號)

21、。門極觸發(fā)信號有直流信號、交流信號和脈沖信號三種基本形式。 (a) 直流信號： 在晶閘管加適當?shù)年枠O正向電壓的情況下，在晶閘管門極與陰極間加適當?shù)闹绷麟妷?，則晶閘管將被觸發(fā)導通。這種觸發(fā)方式在實際中應用極少。因為晶閘管在其導通后就不需要門極信號繼續(xù)存在。若采用直流觸發(fā)信號將使晶閘管門極損耗增加，有可能超過門極功耗；在晶閘管反向電壓時，門極直流電壓將使反向漏電流增加，也有可能造成晶閘管的損壞。 (b) 交流信號：在晶閘

22、管門極與陰極間加入交流電壓，當交流電壓uc=ut時，晶閘管導通。ut是保證晶閘管可靠觸發(fā)所需的最小門極電壓值，改變u。值，可改變觸發(fā)延遲角α。這種觸發(fā)形式也存在許多缺點，如：在溫度變化和交流電壓幅值波動時，觸發(fā)延遲角不穩(wěn)定，可通過交流電壓u。值來調節(jié)，調節(jié)的變化范圍較小(00≤α≤900)。 (c)脈沖信號：在晶閘管門極觸發(fā)電路中使用脈沖信號，不僅便于控制脈沖出現(xiàn)時刻，降低晶閘管門極功耗，還可以通過變壓器的雙繞組或多繞組輸<

23、;/p><p>　　4.1.2 觸發(fā)電路的要求：</p><p>　　晶閘管門極觸發(fā)信號由觸發(fā)電路提供，由于晶閘管電路種類很多，如整流、逆變、交流調壓、變頻等；所帶負載的性質也不相同，如電阻性負載、電阻—電感性負載、反電勢負載等。僅管不同的情況對觸發(fā)電路的要求也不同，但其基本要求卻是相同的，具體如下： (a)觸發(fā)信號應有足夠的功率(觸發(fā)電壓、觸發(fā)電流) 這些指標在產品樣本中

24、均已標明，由于晶閘管元件門極參數(shù)分散性大，且</p><p>　　觸發(fā)電壓、電流值受溫度影響會發(fā)生變化。例如元件溫度為100℃時觸發(fā)電流、電壓值比在室溫時低2-3倍；元件溫度為-400c時，觸發(fā)電流、電壓值比在室溫時高2-3倍。為了使元件在各種工作條件下都能可靠地觸發(fā)，可參考元件出廠的試驗數(shù)據(jù)或產品目錄，設計觸發(fā)電路的輸出電壓、電流值，并留有一定的裕量。一般可取兩倍左右的觸發(fā)電流裕量，而觸發(fā)電壓按觸發(fā)電流大小來決

25、定，但應注意不要超過晶閘管門極允許的峰值功率和平均功率極限值?！　?(b)觸發(fā)脈沖信號應有一定的寬度：　　 普通晶閘管的導通時間一般為6μs，故觸發(fā)脈沖的寬度至少應有6 μs以上，對于電感性負載，由于電感會抑制電流的上升，觸發(fā)脈沖的寬度應更大一些，通常為0.5～1ms，否則在脈沖終止時主電路電流還未上升到晶閘管的掣住電流時，此時將使晶閘管無法導通而重新恢復關斷狀態(tài)。</p><p><b>　　4

26、.2 觸發(fā)電路</b></p><p>　　4.2.1單結晶體管的工作原理：</p><p>　　單結晶體管原理單結晶體管（簡稱UJT）又稱基極二極管，它是一種只有PN結和兩個電阻接觸電極的半導體器件，它的基片為條狀的高阻N型硅片，兩端分別用歐姆接觸引出兩個基極b1和b2。在硅片中間略偏b2一側用合金法制作一個P區(qū)作為發(fā)射極e。其結構，符號和等效電路如圖4.1所示。</p

27、><p>　　圖4.1 單結晶體管結構、符號、等效電路</p><p>　?。?）單結晶體管的特性：</p><p>　　從圖4.1（c）中可以看出，兩基極b1和b2之間的電阻稱為基極電阻。</p><p>　　Rbb=rb1+rb2·········&#

28、183;······················（4.1）</p><p>　　式中：Rb1——第一基極與發(fā)射結之間的電阻，其數(shù)值隨發(fā)射極電流ie而變化，rb2為第二基極與發(fā)射結之間的電阻，其

29、數(shù)值與ie無關；發(fā)射結是PN結，與二極管等效。</p><p>　　若在兩面三刀基極b2，b1間加上正電壓Vbb，則A點電壓為：</p><p>　　VA=[rb1/（rb1+rb2）]vbb=（rb1/rbb）vbb=ηVbb·············

30、3;···（4.2）</p><p>　　式中：η——稱為分壓比，其值一般在0.3—0.85之間，如果發(fā)射極電壓VE由零逐漸增加，就可測得單結晶體管的伏安特性，見圖4.2</p><p>　　圖4.2 單結晶體管的伏安特性</p><p>　?。╝）當Ve〈ηVbb時，發(fā)射結處于反向偏置，管子截止，發(fā)射極只有很小的漏電流Iceo。&l

31、t;/p><p>　?。╞）當Ve≥ηVbb+VD VD為二極管正向壓降（約為0.7V），PN結正向導通，Ie顯著增加，rb1阻值迅速減小，Ve相應下降，這種電壓隨電流增加反而下降的特性，稱為負阻特性。管子由截止區(qū)進入負阻區(qū)的臨界P稱為峰點，與其對應的發(fā)射極電壓和電流，分別稱為峰點電壓Ip和峰點電流Ip。Ip是正向漏電流，它是使單結晶體管導通所需的最小電流，顯然Vp=ηVbb。</p><p>

32、;　?。╟）隨著發(fā)射極電流Ie的不斷上升，Ve不斷下降，降到V點后，Ve不再下降了，這點V稱為谷點，與其對應的發(fā)射極電壓和電流，稱為谷點電壓Vv和谷點電流Iv。</p><p>　?。╠）過了V后，發(fā)射極與第一基極間半導體內的載流子達到了飽和狀態(tài)，所以uc繼續(xù)增加時，ie便緩慢的上升，顯然Vv是維持單結晶體管導通的最小發(fā)射極電壓，如果Ve〈Vv，管子重新截止。</p><p>　　(2)單

33、結晶體管的主要參數(shù)：</p><p>　　（a）基極間電阻Rbb發(fā)射極開路時，基極b1，b2之間的電阻，一般為2-10</p><p>　　千歐，其數(shù)值隨溫度的上升而增大。</p><p>　　（b）分壓比η由管子內部結構決定的參數(shù)，一般為0.3--0.85。</p><p>　?。╟）eb1間反向電壓Vcb1 b2開路，在額定反向電壓Vcb

34、2下，基極b1與發(fā)射極e之間的反向耐壓。</p><p>　　（d）反向電流Ieo b1開路，在額定反向電壓Vcb2下，eb2間的反向電流。</p><p>　?。╡）發(fā)射極飽和壓降Veo在最大發(fā)射極額定電流時，eb1間的壓降。</p><p>　?。╢）峰點電流Ip單結晶體管剛開始導通時，發(fā)射極電壓為峰點電壓時的發(fā)射極電流。</p><p>

35、;　　4.2.2 單結晶體管觸發(fā)電路</p><p>　　由單結晶體管構成的觸發(fā)電路具有簡單、可靠、抗干擾能力強、溫度補償性能好，脈沖前沿徒等優(yōu)點，在容量小的晶閘管裝置中得到了廣泛應用。他由自激震蕩、同步電源、移相、脈沖形成等部分組成，電路圖如4.3（a）所示</p><p>　　圖4.3 單結晶體管觸發(fā)電路及波形</p><p>　　圖4.3 單晶體觸發(fā)電路<

36、;/p><p>　　4.2.3 單結晶體管自激震蕩電路：</p><p>　　利用單結晶體管的負阻特性與RC電路的充放電可組成自激振蕩電路，產生頻率可變的脈沖。</p><p>　　從圖4.3（a）可知，經(jīng)D1-D2整流后的直流電源UZ一路徑R2、R1加在單結晶體管兩個基極b1、b2之間，另一路通過Re對電容C充電，發(fā)射極電壓ue=uc按指數(shù)規(guī)律上升。Uc剛沖點到大于峰

37、點轉折電壓Up的瞬間，管子e-b1間的電阻突然變小，開始導通。電容C開始通過管子e-b1迅速向R1放電，由于放電回路電阻很小，故放電時間很短。隨著電容C放電，電壓Ue小于一定值，管子BT又由導通轉入截止，然后電源又重新對電容C充電，上述過程不斷重復。在電容上形成鋸齒波震蕩電壓，在R1上得到一系列前沿很陡的觸發(fā)尖脈沖us， 如圖4.3（b）所示，其震蕩頻率為:</p><p>　　f=1/T=1/ReCLn(1/1

38、-η) ························(4.3)</p><p>　　式中η=0.3～0.9是單結晶體管的分壓比。即調節(jié)Re，可調節(jié)振蕩頻率。</p&g

39、t;<p>　　4.2.4同步電源:</p><p>　　步電壓又變壓器TB獲得，而同步變壓器與主電路接至同一電源，故同步電壓于主電壓同相位、同頻率。同步電壓經(jīng)橋式整流、穩(wěn)壓管DZ削波為梯形波uDZ,而削波后的最大值UZ既是同步信號,又是觸發(fā)電路電源.當UDZ過零時,電容C經(jīng)e-b1、R1迅速放電到零電壓.這就是說,每半周開始,電容C都從零開始充電,進而保證每周期觸發(fā)電路送出第一個脈沖距離過零的時刻

40、(即控制角α)一致,實現(xiàn)同步。</p><p><b>　　4.2.5移相控制</b></p><p>　　當Re增大時，單結晶體管發(fā)射極充電到峰點電壓Up的時間增大，第一個脈沖出現(xiàn)的時刻推遲，即控制角α增大，實現(xiàn)了移相。</p><p><b>　　4.2.6脈沖輸出</b></p><p>　　

41、觸發(fā)脈沖ug由Ｒ1直接取出，這種方法簡單、經(jīng)濟，但觸發(fā)電路與主電路有直接的電聯(lián)系，不安全。對于晶閘管串聯(lián)接法的全控橋電路無法工作。所以一般采</p><p><b>　　用脈沖變壓器輸出。</b></p><p>　　第五章 保護電路的設計</p><p>　　較之電工產品，電力電子器件承受過壓、過流的能力要弱得多，極短時間的過壓和過電流就會

42、導致器件永久性的損壞。因此電力子電路中過壓和過流的保護裝置是必不可少的，有時還要采取多重的保護措施。</p><p>　　5.1過電壓的產生與保護</p><p>　　電力電子裝置可能的過電壓有外因過電壓和內因過電壓兩種。外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程（由分閘、合閘等開關操作引起）等。內因過電壓主要來自電力電子裝置內部器件的開關過程，它包括：</p><p&g

43、t;　　(a) 換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結束后不能立刻恢復阻斷，因而有較大的反向電流流過，當恢復了阻斷能力時，該反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感應出過電壓。</p><p>　　(b) 關斷過電壓：全控型器件關斷時，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應出的過電壓。</p><p>　　圖5.1所示是電力電子系統(tǒng)中常用的過電壓保護方案。圖中交流電源

44、經(jīng)交流斷路器S送入變壓器T。當雷電過電壓從電網(wǎng)竄入時，避雷器F將對地放電，防止雷電進入變壓器。C為靜電感應過電壓抑制電容，當交流斷路器合閘時，過電壓經(jīng)C耦合到變壓器T的二次側，C將靜電感應過電壓對地短路，保護了后面的電力電子器件不受操作過電壓的沖擊，RC1是過電壓抑制環(huán)節(jié)，當變壓器T二次側出現(xiàn)過電壓時，過電壓對C1充電，由于電容上的電壓不能突變，所以RC1能抑制過電壓。RC2也是過電壓抑制環(huán)節(jié)，電路上出現(xiàn)過電壓時，二極管導通，對C2充電

45、，過電壓消失后，C2對R充電，二極管不導通，放電電流不會送入電網(wǎng)，實現(xiàn)了系統(tǒng)的過壓保護。</p><p>　　圖中F避雷器、D變壓器靜電屏蔽層、C靜電感應過電壓抑制電容、RC1閥側浪涌過電壓抑制用RC電路、RC2閥側浪涌過電壓抑制用反向阻斷式RC電路、RV壓敏電阻過電壓抑制器、RC3閥器件換相過電壓抑制用RC電路、RC4直流側RC抑制電路、RCD閥器件關斷過電壓抑制用RCD電路、電力電子裝置可視具體情況只采用其中

46、的幾種。其中RC3和RCD為抑制內因過電壓的措施，屬于緩沖電路范疇外因過電壓抑制措施中，RC過電壓抑制電路最為常見，典型</p><p>　　聯(lián)結方式見圖5.2RC過電壓抑制電路可接于供電變壓器的兩側（供電網(wǎng)一側稱網(wǎng)側，電力電子電路一側稱閥側），或電力電子電路的直流側。大容量電力電子裝置可采用圖5.3所示的反向阻斷式RC電路。</p><p>　　圖5.1過電壓抑制措施及配置位置</

47、p><p>　　圖5.2 RC過電壓抑制電路聯(lián)結方式</p><p>　　圖5.3反向阻斷式過電壓抑制用RC電路</p><p>　　5.2 過電流的產生與保護</p><p>　　過電流——過載和短路兩種情況產生：</p><p>　　保護措施如圖5.4所示：</p><p>　　通常，電力電子系

48、統(tǒng)同時采用電子電路，快速熔斷器、斷路器和過電流繼電器等幾種過電流保護措施提高保護的可靠性和合理性。圖5.4所示是電力電子系統(tǒng)中常用的過流保護方案。由于過電流包括過載和短路兩種情況，圖中電子電路作為第一保護措施，快速熔斷器僅作為過流時部分區(qū)段的保護，當發(fā)生過流時，電子保護電路發(fā)出觸發(fā)信號使SCR導通，電路短接，則熔斷器快速熔斷，切斷供電電源。斷路器整定在電子電路動作之后實現(xiàn)保護，過電流繼電器整定在過載時動作。無論是快速熔斷器還是斷路器，其

49、動作電流值一般遠小于電子保護電路的動作電流整定值，其延遲的動作時間則應根據(jù)實際應用情況決定。</p><p>　　現(xiàn)在許多全控器件的集成驅動電路中能夠自身檢測過流狀態(tài)而封鎖驅動信號，實現(xiàn)過流保護。</p><p>　　圖5.4過電流保護措施及配置位置</p><p>　　第六章單相調壓電路主電路的原理分析和各主要元器件的選擇</p><p>

50、;　　6.1 主電路原理分析</p><p>　　單相交流調壓器的主電路是在負載和交流電源間用兩個反并聯(lián)的晶閘管T1、T2相連。當電源電壓處于正半周時，觸發(fā)T1導通，電壓的正半周施加到負載上；當電源電壓處于負半周時，觸發(fā)T2導通，電壓的負半周便施加到負載上。電壓過零時，交替觸發(fā)T1、T2，則電源電壓全部加到負載。如果關段T1、T2，電源電壓便不能加到負載上。因此T1、T2構成無觸點交流開關。電路通過控制晶閘管在每

51、一個電源周期內導通角的大小（相位控制）來調節(jié)輸出電壓的大小。</p><p>　　當電源電壓反向過零時，負載電感產生感應電動勢阻止電流的變化，故電流不能立即為零,此時,晶閘管導通角θ的大小不但與控制角α有關,而且與負載阻抗角φ有關.一個晶閘導通時,其負載電流i0的表達式為············

52、·················(6.1)</p><p>　　式中， </p><p>　　·········

53、;··························(6.2)</p><p>　　······

54、;······························ (6.3)</p><p>　　另一個晶閘管導通時，

55、情況完全相同，只是i0相差1800，其負載電流波形如圖6.1所示。</p><p>　　下面分α>φ、α=φ和α<φ三種情況來討論調壓電路的工作。</p><p>　　1、α>ф，導通角θ?1800，正負半波電流斷續(xù)。 α愈大，θ愈小，波形斷續(xù)愈嚴重。 </p><p>　　負載電壓的有效值、晶閘管電流平均值、電流有效值以及負載電流有效值分別為&l

56、t;/p><p>　　···…………(6.4) </p><p>　　············(6.5)</p><p>　　&#

57、183;·············(6.6)</p><p>　　··················&#

58、183;·····················(6.7)</p><p><b>　　2、α =ф</b></p><p><b>　　由<

59、/b></p><p>　　·······························(6.8)

60、</p><p><b>　　可得：</b></p><p><b>　　θ=1800</b></p><p>　　此時，晶閘管輪流導通，相當于晶閘管被短接。負載電流處于連續(xù)狀態(tài)，為完全的正弦波。 </p><p>　　3、α<θ θ>1800</p><p&

61、gt;　　(1） 如果采用窄脈沖觸發(fā)，當T1的電流下降為零時，T2的門級脈沖已經(jīng)消失而無法導通。到第二個工作周期，T1又重復第一周期工作，如圖6.2所示。這樣就出現(xiàn)了先觸發(fā)的一只晶閘管導通，而另一只管子不能導通的失控現(xiàn)象?；芈分袑⒊霈F(xiàn)很大的直流電流分量，無法維持電路的正常工作。</p><p>　　(2）采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)，以保證T1管電流下降到零時，T2管的觸發(fā)脈沖信號還未消失，T2可以在T1導通后接著導通

62、，但T2的初始導通角α+θ-π>φ,所以使第二個晶閘管的導通角φ<π 。即可使兩個晶閘管的導通角θ=1800達到平衡。解決失控現(xiàn)象。</p><p>　　根據(jù)上面的分析，當α≤φ時并采用寬脈沖觸發(fā)，負載電壓、電流總是完整的正弦波。改變控制角α,負載電壓、電流的有效值不變，即電路失去交流調壓的作用。在電感負載時，要實現(xiàn)交流調壓的目的，則最小控制角α=φ（負載的功率因素角），所以α的移相范圍為φ～1800

63、。</p><p>　　圖6.1 帶阻感負載單相交流調壓電路</p><p>　　圖6.2 載脈沖觸發(fā)時的工作波形 </p><p><b>　　各主要元器件的選擇</b></p><p><b>　　主電路晶閘管的選擇</b></p><p><b

64、>　　角頻率ω： </b></p><p>　　ω=2πf ····························(

65、6.9)</p><p><b>　　= </b></p><p>　　=314(rad/s)</p><p><b>　　負載阻抗z:</b></p><p>　　··········&

66、#183;··········(6.10)</p><p><b>　　=546.18</b></p><p><b>　　負載阻抗角： </b></p><p>　　····

67、3;·················(6.11)</p><p>　　負載兩端的最大電壓為：</p><p>　　U=100V········

68、;·······················(6.12)</p><p>　　流過負載的最大電流為：</p><p>　　···

69、············(6.13)</p><p>　　流過晶閘管電流的有效值為:</p><p>　　··············

70、;········(6.14)</p><p>　　加到晶閘管的兩端最大電壓為</p><p>　　·················(6.1

71、5)</p><p>　　根據(jù)晶閘管選擇原理:</p><p>　　額定電壓值比實際正常工作時的最大電壓啊2~3倍,晶閘管的額定電壓為晶閘管正常工作時流過晶閘管有效電流.</p><p>　　晶閘管的額定電壓為:</p><p>　　·········&

72、#183;·········(6.16）</p><p>　　晶閘管的額定電流為:</p><p>　　················

73、83;·······(6.17)</p><p>　　所以選擇的晶閘管型號為KP2-8</p><p>　　6.3 主電路元器件列表</p><p><b>　　第七章 仿真實驗</b></p><p>　　5.1　仿真軟件的介紹</p>

74、<p>　　Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖

75、形用戶接口(GUI) ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結果。</p><p>　　5.2仿真模型、仿真波形及其分析</p><p>　?。?） 阻感負載下穩(wěn)態(tài)式α的移相范圍應為φ≤α≤π。</p><p>　　取α=60。 電路波形如圖5-1</p><p>&l

76、t;b>　　圖5-1電路波形</b></p><p>　　波形分析：在α=60的時候方波脈沖觸發(fā)上面的晶閘管導通，此時電路開始</p><p>　　導通，負載電流電流由零開始逐漸增大，在負載電壓過零后一段時間電流衰減為零。再經(jīng)過一小段時間下面的晶閘管被觸發(fā)導通，電流反向逐漸增大至峰值，然后再衰減至零。負載電壓在晶閘管被觸發(fā)導通的時侯跟隨電源電壓，當電源電壓過零時，由于存在

77、電感，負載電壓也過零，直到晶閘管兩端反向截止，負載電流為零，負載電壓也為零。當負載通過電流時，負載電壓再次跟隨電源電壓變化。</p><p>　　α=90度時波形如下電路波形圖5-2</p><p><b>　　圖5-2電路波形</b></p><p>　　此波形分析與α=60度時類似。</p><p>　?。?）取α=

78、180度，波形如下圖5-3</p><p><b>　　圖5-3 波形</b></p><p>　　此時電流為理想的正弦波，負載電壓也為正弦波且超前負載電流φ角，由此可得阻感負載下穩(wěn)態(tài)時α的移相范圍為φ≤α≤π。</p><p>　　如上所述，阻感負載時α的移相范圍為φ≤α≤π。但是α＜φ=8.5°時，并非電路不能工作，仿真波形如下圖

79、5-4所示。</p><p><b>　　圖5-4 仿真波形</b></p><p>　　當φ＜α＜π時，ＶＴ１和ＶＴ２的導通角均小于π，且如圖所示，α越小，θ越大；α＝φ時，θ＝π。當α繼續(xù)減少，例如在０≤α＜φ的某一時刻觸發(fā)ＶＴ１，則ＶＴ１導通時間將超過π，到ωｔ＝π＋α時刻觸發(fā)ＶＴ２，負載電流尚未過零，ＶＴ１仍在導通，ＶＴ２不會立即開通。直到負載電流過零后，如Ｖ

80、Ｔ２觸發(fā)脈沖有足夠的寬度而尚未消失，ＶＴ２就會開通。因為α＜φ，ＶＴ１提前開通，負載Ｌ被過充電，其放電時間也將延長，使得ＶＴ１結束導電時刻大于π＋φ，并使ＶＴ２推遲開通，ＶＴ２的導通角當然小于π。吃時ωｔ的范圍不再是α≤ωｔ≤α＋θ，而是擴展到α≤ωｔ≤∞，因為這種情況下I0已不存在斷流區(qū)，其過渡過程和帶Ｒ－Ｌ負載的單相交流電路完全相同。可以看出，I0由兩個分量組成，第一項為正弦穩(wěn)態(tài)分量，第二項為指數(shù)衰減分量。在指數(shù)分量的衰減過程中，Ｖ

81、Ｔ１的導通時間逐漸縮短，ＶＴ２的導通時間逐漸延長。當指數(shù)分量衰減到零后，ＶＴ１和ＶＴ２的導通時間都趨近到π，其穩(wěn)態(tài)的工作情況好α＝φ時完全相同。 </p><p>　　第八章 心得體會</p><p>　　這次的課程設計是我收獲最大的一次，雖然中途遇到了不少困難，但還是被我逐步解決了。每次做課程設計我都感覺比較棘手，因為它不單是要求你單純地完成一個題目，而是要求你對所學的知識都要弄懂

82、，并且能將其貫穿起來，是綜合性比較強的，盡管如此，我還是迎難而上了，首先把設計任務搞清，不能盲目地去做，你連任務都不清楚從何做起呢，接下來就是找相關資料，我每天除了上圖書館就是在網(wǎng)上找資料，然后對資料進行整理，找資料說起來好像很簡單，但真正做起來是需要耐心的，不是你所找的就一定是有用的，所以這個過程中要花費一些時間做看似無用功的事，其實不盡然，這其中也拓展了你的知識面。</p><p>　　通過這次課程設計我對于

83、文檔的編排格式有了一定的掌握，這對于以后的畢業(yè)設計及工作需要都有很大的幫助，在完成課程設計的同時我也在復習一遍電力電子這門課程，把以前一些沒弄懂的問題這次弄明白了一部分，當然沒有全部?？傊?，這次的課程設計帶給我的收獲是沒有預料到的，我也從中體會到了學習的快樂，當你每次解決了一個問題后，那種愉悅的心情是無法比擬的，你會覺得此刻世界上就你最幸福。</p><p>　　當然每次的課程設計都離不開老師平時的耐心教導，沒有

84、他們灌輸給我們的知識，我們根本就無從動手，是老師的教導和我們自己的努力才能一次次地順利完成課程設計。</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　浣喜明，姚為正.電力電子技術.北京：高等教育出版社，2004</p><p><b&