相控式单相交流调压电路设计
相控式交流调压电路
R
Uo
Io
图 2-37 单相交流调压电路
1. 电阻性负载
电源正半周 VT1 承受正向电压,在ωt=α时触发 VT1 导通,负载电压 uo=u,由于是电 阻性负载,负载电流 io= u/R,到ωt=π时,正半周结束,io=0,VT1 关断。此后 uo=0。在电 源负半周,VT2 承受正向电压,ωt=π+α时 VT2 被触发导通,uo=u,ωt=2π时,VT2 关断。 负载电压的波形如图 2-38。负载电压的有效值 Uo 为
VT1
VT2
R
u
L
Uo
Io
图 2-39 带电感性负载的单相调压电路
图 2-40 电感性负载的电压和电流波形 要想精确地了解 io 的变化规律和获得导通角的精确数值,也必须通过求解电路的微分方 程,任何一个晶闸管导通时电路的微分方程与单相半波电路一致,如式(2.9),微分方程的
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Uo = IoR
(2.44)
电源侧的视在功率 S 为
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S = UIo
电源输出的有功功率(即负载消耗的功率)P 为
P =UoIo
功率因数为
(2.45) (2.46)
λ = P = 1 sin 2α + π − α
制角有关。因此可以单独对某相进行分析。该电路的缺点是电源和负载都必须引出中线,而
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负载不平衡时中线的电流可能会很大。
(a)
(b)
(c)
单相交流调压电路
项目一单相交流调压电路一、单相交流调压电路(电阻性负载)(1)原理图单相交流调压电路,它用两只反并联的普通晶闸管或一只双向晶闸管与负载电阻R串联组成的电路,如图1-1。
如图1-1(2)工作原理.以反并联电路为例进行分析,正半周a时刻触发VT1管,负半周a时刻触发VT2管,输出电压波形为正负半周缺角相同的正弦波(3)建立模型仿真根据原理图用matalb软件画出正确的仿真电路图,如图1-2。
如图1-2仿真参数,算法(solver)ode15s,相对误差(relativetolerance)1e-3,开始时间0结束时间0.05s,如图1-3。
图1-3第一个脉冲参数,振幅3V,周期0.02,占空比20%,时相延迟30/180*0.01如图1-4 第二个脉冲参数,振幅3V,周期0.02,占空比20%,时相延迟30/180*0.01+0.01如图1-4图1-4图1-5 电源参数,频率50hz,电压220v,如图1-6图1-6 晶闸管参数,如图1-7(4)仿真参数设置设置触发脉冲α分别为30°、60、90、120°。
与其产生的相应波形分别如图1-8、图1-9、图1-10、图1-11。
在波形图中第一列波为晶闸管电流波形,第二列波为晶闸管电压波形,第三列波为负载电流波形,第四列波为负载电压波形图1-8图1-9图1-10图1-11(4)小结在电源电压正半波(0~π区间),晶闸管Ug1承受正向电压,在ωt=α处触发晶闸管,晶闸管开始导通,形成负载电流Id,负载上有输出电压和电流。
在ωt=π时刻,U2=0,电源电压自然过零,晶闸管电流小于维持电流而关断,负载电流为0。
在电源电压负半波(π~2π区间),晶闸管Ug2承受正向电压,在wt=a+180度处触发晶闸管Ug2,Ug2导通,而Ug1受反向电压,晶闸管不导通直到电压电源U2的下个周期的正半波,脉冲在ωt=2π+α处又触发Ug1晶闸管,晶闸管再次被触发导通,输出电压和电流有加在负载上,如此不断反复。
单相交流调压电路设计.
1 概述电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。
通常所用的电力有交流和直流两种,从公用电网直接得到的电力是交流,从蓄电池和干电池得到的电力是直流。
从这些电源得到的电力往往不能直接满足要求,需进行电力变换。
电力变换通常可分为四大类,即交流变直流(AC-DC)、直流变交流(DC-AC)、直流变直流(DC-DC)、交流边交流(AC-AC)。
交流变直流称为整流,直流变交流成为逆变,直流变直流称为斩波,交流变交流可以是电压或电力的变换,称作交流电力控制,是把一种形式的交流变成另一种形式的交流的电路在进行交流-交流变流时,可以改变相关的电压(电流)、频率和相数等。
把两个晶闸管反并联后串连在交流电路中,通过对晶闸管的控制就可以控制交流输出。
这种电路不改变交流电的频率,称为交流电力控制电路。
在每半个周波内通过对晶闸管的开通相位的控制,可以方便地调节输出电压的有效值,这种电路称为交流调压电路。
交流调压电路广泛用于灯光控制(如调光台灯和舞台灯光控制)及异步电动机的软启动,也用于异步电动机调速。
在电力系统中,这种电路还常用于对无功功率的连续调节。
此外,在高电压小电流或低电压大电流直流电源中,也常采用交流调压电路调节变压器一次侧电压。
在这些电源中如采用晶闸管相控整流电路,高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联;同样,低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联。
这都是十分不合理的。
采用交流调压电路在变压器一次侧调压,其电压、电流值都比较适中,在变压器二次侧只要用二极管整流可以了。
这样的电路体积小、成本低、易于制造。
2 主电路设计及分析所谓交流调压就是将两个晶闸管反并联后串联在交流电路中,在每半个周波内通过控制晶闸管开通相位,可以方便的调节输出电压的有效值。
交流调压电路广泛用于灯光控制及异步电动机的软启动,也用于异步电动机调速。
此外,在高电压小电流或低电压大电流之流电源中,也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。
单相交流调压及调功电路课程设计方案
姓名学号年级专业系(院)指导教师一、引言较流-交流变流电路,即把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路。
在进行交流-交流变流时,可以改变相关的电压(电流)、频率和相数等。
交流-交流变流电路可以分为直接方式(无中间直流环节方式)和间接方式(有中间直流环节方式)两种。
而间接方式可以看做交流-直流变换电路和直流-交流变换电路的组合,故交-交变流主要指直接方式。
其中,只改变电压、电流或对电路的通断进行控制,而不改变频率的电路称为交流电力控制电路,改变频率的电路称为变频电路。
采用相位控制的交流电力控制电路,即交流调压电路;采用通断控制的交流电力控制电路,即交流调功电路和交流无触点开关。
交流调压电路广泛用于灯光控制(如调光台灯和舞台灯光控制)及异步电动机的软启动也用于异步电动机调速。
在电力系统中,这种电路还常用于对无功功率的连续调节。
此外,在高电压小电流或低电压大电流直流电源中,也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。
在这些电源中如果采用晶闸管相控整流电路,高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联,低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联,十分不合理。
采用交流调压电路在变压器一次侧调压,其电压、电流值都比较适中,在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了。
这样的电路体积小、成本低、易于设计制造。
其分为单相和三相交流调压电路,前者是后者基础,这里只讨论单相问题。
交流调功电路常用于电炉的温度控制,其直接调节对象是电路的平均输出功率。
像电炉温度这样的控制对象,其时间常数往往很大,没有必要对交流电源的每个周期进行频繁的控制,只要以周波数为单位进行控制就足够了。
通常控制晶闸管导通的时刻都是在电源电压过零的时刻,这样,在交流电源接通期间,负载电压电源都是正弦波,不对电网电压电流造成通常意义的谐波污染。
RO图4-1u 1u oi o VT 1VT 2u 1u o i o u V TωtO ωtO ωtO ωt三、设计方案选择及论证3.1 带电阻性负载 3.1.1 原理图1为电阻负载单相交流调压电路图及其波形。
单相交流调压电路设计(Design of single phase AC voltage regulator circuit)
单相交流调压电路设计(Design of single phase AC voltageregulator circuit)DOC documents may experience poor browsing on the WAP side. It is recommended that you first select TXT, or download the source file to the local view.Design of single phase AC voltage regulating circuit, design of single-phase AC voltage regulating circuit, AC voltage regulating circuit1 design objectives and requirements analysisThe design of a single-phase AC voltage regulator circuit requires a trigger angle of 45 degrees. The back EMF load is E=40 volts and the input is AC U2=210 volts. There are no LB and LB two of.L is large enough, C analysis of large enough requirements: 1. single-phase AC voltage design, main circuit principle; 2. trigger circuit design, analysis of sequence and phase of each switch trigger; 3. protection circuit, overcurrent protection, overvoltage protection principle and setting analysis; the calculation of 4. parameters (including the trigger angle, average output voltage, average output current, output active power calculation, output waveform analysis, determine the rated parameters of the device can add their own analysis parameters); from the above design requirements of the system can be divided into four parts: the AC voltage main circuit, trigger circuit design protection circuit design and related calculation and waveform analysis part. Here are a detailed introduction.2 the design selection adopts two common thyristor reverse parallel design single-phase AC voltage regulating circuit3 single-phase AC voltage regulation main circuit design and analysisAC voltage regulation means that the two thyristors are connected in series in an AC circuit after they are connected in parallel. In each half cycle, the effective value of the output voltage can be adjusted conveniently by controlling the phase of the thyristor. AC voltage regulating circuit is widely used in light control and asynchronous motor soft start, also used in asynchronous motor speed regulation. In addition, in the high voltage, small current or low voltage, high current power supply, AC voltage regulation circuit is often used to adjust the primary voltage of the transformer. The course design is mainly to study the design of single-phase AC voltage regulation circuit. Because the working condition of AC voltage regulating circuit is closely related to the nature of the load, the anti EMF and resistance load are discussed below.OneFigure 1 and Figure 2 are respectively the back EMF, the resistance load, the single-phase AC voltage regulation circuit and the waveform. The thyristors VT1 and VT2 in the picture can also be replaced by a bidirectional thyristor. The output voltage can be adjusted by controlling the phase shift control angle of the VT1 and VT2 in the positive half and half half cycles of the AC power U2.Fig. 1 single phase AC voltage regulation circuit with back EMFresistance loadFig. 2 waveform of input and output voltage and currentThe positive and negative half cycle alpha start times (alpha =0) are voltage zero crossing times. At t = Alpha Omega, applying trigger pulse to VT1, when VT1 positive bias is turned on, the load voltage waveform and power supply voltage waveform in the same; omega = Pi T, power supply voltage zero, due to a resistive load, current is zero, VT1 turned off. stayWhen Omega t = Pi + alpha, a trigger pulse is applied to the VT2, and the waveform of the load voltage is shifted when the VT2 is biased forwardThe same as the supply voltage waveform; at Omega t = 2 pi, the power supply voltage is zero, and the VT2 is turned off naturally. When the power supply voltage reverse zero, because of the back EMF load prevents current changes, so the current can not be immediately to zero, the thyristor conduction angle size, not only related to the control angle, but also related with the load impedance angle. The initial control points of gate gates of two thyristors are set at the starting point of each half of the supply voltage respectively. When the steady-state is equal to the positive and negative half weeks, the load voltage waveform is part of the supply voltage waveform, and the waveform of the load current (the supply current) is similar to that of the load voltage.4 trigger circuit designTwoThe thyristor trigger circuit is used to generate gate trigger pulses that meet the requirements and to ensure that the thyristor is switched off to conduction at the desired time. Broadly speaking, thyristor trigger circuit often includes a phase control circuit of the trigger time of the control, but here refers to pulse amplification and output. The thyristor trigger circuit shall meet the following requirements: 1) the width of pulse should ensure reliable thyristor conduction of the converter, back EMF load should be used in pulse width or pulse trigger; 2) trigger sufficient amplitude, on cold outdoor occasions, amplitude of pulse current should be increased to 3-5 times the maximum trigger current, pulse steepness may increase, the general should be 1-2A/us; 3) provided the trigger pulse voltage, current and power should not exceed the thyristor gate and the gate of the quota, the volt ampere characteristics of reliable trigger area; 4) electrical isolation of anti-jamming, stability and temperature the main circuit and the. According to the above requirements analysis, the KC05 phase shift trigger is used to design the trigger circuit.KCO5 silicon controlled phase shift trigger is suitable for AC phase control of bidirectional thyristor or two reverse parallel thyristor. The KC05 pin diagram is shown in figure 3:Figure 3 KC05 pin diagramKC05 trigger chip has the advantages of good sawtooth waveform, wide range of phase shift, simple control mode, easycentralized control, loss of protection, high output current and so on. It is an ideal circuit for AC dimming and voltage regulation. The KC05 circuit is also suitable for phase control of semi controlled or fully controlled bridge lines. Synchronous voltage from 15, 16 feet KC05 input, TP1 can be observed in the sawtooth wave, RP1 potentiometer to adjust the slope of the sawtooth, Rp2 potentiometer to adjust the phase angle, the trigger pulses from the pulse transformer output of ninth feet. Adjust potentiometer RP1, observe sawtooth slope change, adjust RP2, can observe the output pulse phase shift range, how to change the single-phase AC voltage trigger circuit diagram, as shown in figure 4:ThreeFig. 4 Schematic diagram of single phase AC voltage regulating trigger circuit5 protection circuit designIn the power electronic circuit, besides the choice of the parameters of the power electronic device and the design of the drive circuit, proper overvoltage, overcurrent, du/dt protection and di/dt protection are also necessary. 1 over voltage generation and over-voltage protection, the possible overvoltage in power electronic devices is divided into two categories: external factor, over voltage and internal overvoltage. Be mainly from overvoltage reasons, external lightning in the system operation process includes: 1) operating voltage: the overvoltage caused by separate switch, switching operation, fast switch off DC electromagneticprocess often caused by overvoltage in operation.Four2) lightning overvoltage: overvoltage caused by lightning stroke. The switching process, Internal Overvoltage mainly from internal devices of power electronic device includes: 1) commutation overvoltage due to thyristor full controlled devices or anti parallel after not immediately restore blocking diode in phase change after the end of the reverse current flow through the larger, so that the residual carrier recovery, when the restore the blocking capability, reverse current decreases sharply, so the current mutation due to inductance in the two ends of the thyristor full controlled devices or between anode and cathode with diode anti parallel overvoltage. 2) turn off overvoltage: the full controlled device works at higher frequencies. When the device is turned off, the voltage across the device is induced by the inductance of the line inductance due to the rapid decrease of the forward current. According to the different parts of the overvoltage protection circuit overvoltage protection circuit is generated, adding different, when reaching certain voltage, automatically open circuit protection, overvoltage protection circuit formed by the pathway of electromagnetic energy consumption, overvoltage storage, so that the energy is not added to the main switching device Overvoltage on protection of power electronic devices. In order to achieve the protection effect, the resistance capacitance protection circuit can be used. When the capacitor is connected in the loop, when the voltage spike voltage occurs in the circuit, the voltage at both ends of the capacitor can not be mutated, and the overvoltage in the circuit can beeffectively suppressed. A resistor connected in series with the capacitor can consume part of the overvoltage energy, while suppressing the inductance and capacitance in the circuit to oscillate. The overvoltage protection circuit is shown in figure 5.Figure 5 RC resistance capacitance overvoltage protection circuit2 over current protection. Excessive current may occur when the power electronics circuit is not operating properly or when a fault occurs. When the device breakdown or short circuit, trigger circuit or control circuit failure, overload, short circuit, reversible DC transmission system produces circulation or inverter failure, and AC power supply voltage is too high or too low, the lack of equal, can cause the flow. Since the current overload capacity of power electronic devices is relatively poor, it is necessary to carry out over-current protection for converters. Fast fuse is the most effective and widely used over-current protection method in power electronic devices.FiveFig. 6 overcurrent protection circuitThe overcurrent protection circuit as shown in Figure 6, the AC side connected fast fuse tube protection short circuit element short circuit and DC side of thyristor, but normal operation, fast fuse current rating is greater than the current of the thyristor protection effect of this poor quota, thecomponents of the short circuit fault. The DC side quick fuse only protects the short circuit from the load and has no protective effect on the component. Only thyristor directly connected to a fast fuse is the best protection for components because they flow through the same current and are widely used. As the first electronic circuit protection fuse protection only as part of the section of short circuit, DC fast circuit breaker setting protection in electronic circuit, overcurrent relay operating in overload.Parameter setting and calculation of 6 phase AC voltage regulation circuit1) parameter setting of single-phase AC voltage regulator: the trigger angle is 45 degrees, the back EMF load is E=40 volts, and the input is AC U2=210 volts. There are two cases of LB and no LB. The L is large enough and the C is large enough. 2) single-phase AC voltage regulator converter circuit analysis: in the single-phase AC voltage regulator circuit diagram, thyristor VT1 and VT2 can also be replaced by a bidirectional thyristor. The output voltage can be adjusted by controlling the turn-on angle of VT1 and VT2 in the positive half and negative half cycles of the AC power U2. The starting time (=0) of positive and negative half cycles is zero crossing time. In the steady state, it should be equal to the positive and negative half weeks. It can be seen that the load voltage waveform is part of the voltage waveform of the power supply, and the waveform of the load current is the same as the load voltage. 3) output average voltage, current and output active power calculation, first set resistance value R = 100, divided into LB and no LB two cases analysis. When there is no leakagesense LB, when the opening angle is set as alpha, the effective value of the load voltage is U0, the effective current value of the load current is I0, the RMS current of the thyristor current is IVT, and the power factor of the circuit is lambda. According to the formula, the following results are obtained:= U01 PI + alpha formula (2U2 sin T 2 D (omega) = Alpha PI Omega T) =201.87VI0 = U0, =2.02A, R(1)(2)SixIVT=1 PI + alpha 2U2 sin WT (2) d (WT) = 2 pi alpha 1.43A formula RLambda = P, U0I0, =0.961 = S, U 2, I0(3)(4)When the leakage inductance is considered, there is alwaysleakage in the transformer windings LB. Because the inductance is a hindrance to the current change, the inductance current can not be mutated, so the commutation process can not be completed instantaneously, but will last for some time. The influence of leakage inductance LB on the related parameters in the commutation process is analyzed below. In the commutation process, the instantaneous value of the output voltage isUd = Ua + LBDik, Dik, Ua + Ub = Ub = LB = DT DT 2(5)It can be seen that in commutation process, the rectifier voltage U D is the average value of the two thyristors with the corresponding two phase voltages simultaneously. Compared with the transformer leakage inductance, the U D is reduced by one piece each time, which leads to the average reduction of U D, and reduces the number of U D. This is called the phase change voltage drop. (6)Ud = X, B, IdPIWhere XB=w LB. XB converts the leakage inductance of the LB transformer to the two term leakage reactance. At the same time, we can obtain the change of overlap angle gamma, which can be obtained by the lower form.Cos alpha cos (alpha + lambda) =IdXB 2U 2(7)The change law of the change phase overlap angle with other parameters is as follows: when Id is bigger, the gamma is bigger; when XB is bigger, the gamma is bigger; when alpha <=90 degrees, the alpha is smaller, then the gamma is bigger. The influence of leakage inductance on the circuit is analyzed as follows: (1) the phase change overlap angle and the average output voltage of rectifier Ud are decreased. (2) the working state of the rectifier circuit is increased (3) the di/dt of the thyristor is reduced, which is beneficial to the safe opening of the thyristor. Sometimes artificial input line reactors are used to suppress the thyristor di/d t. (4) when the commutation occurs, the thyristor voltage gap occurs, resulting in a positive du/dt, which may cause the thyristor to mislead. Therefore, an absorption circuit must be added.Seven(5) commutation causes the voltage of the grid to become a source of interference.Harmonic analysis of 7 single-phase AC voltage regulating circuitThe load voltage and load current of single phase AC voltageregulating circuit are not sinusoidal wave, and contain a large amount of harmonic. Taking the resistive load as an example, the harmonic analysis of the load voltage U0 is made. Since the positive and negative half wave of the wave is symmetrical, there is no DC component or even harmonic.8 design summary and experienceThe power electronic technology curriculum design, so that we have the opportunity to learn the theoretical knowledge used in the classroom in practice. And through the comprehensive utilization of knowledge, the necessary analysis, comparison. And further verify the theoretical knowledge. At the same time, the curriculum design for our future study to lay the foundation. Guide us in the future study, many brains at the same time, should be good at finding and solving problems. The curriculum design, but also let me know, the most important thing is mentality, you get the title will feel difficult, but as long as full of confidence, will certainly be completed. Through the power electronic technology curriculum design, textbook for me to deepen the understanding of professional knowledge, usually is the theory of knowledge, in the curriculum design, truly design their own access to information, to complete a basic assembler. In the design process,I am more familiar with the principle of single-phase AC voltage regulator circuit and the design of trigger circuit. Of course, in this process, I also encountered difficulties, discuss each other through access to information, I accurately identify the errors and corrected in time, this is my biggest harvest, so that their practical ability has been further improved, let mehave more confidence in the future study and work. Through this curriculum design that I only theoretical knowledge is not enough to understand, only the theory knowledge and practice combined, draw conclusions from theory, the ability to improve their practical ability and independent thinking. In the design process will inevitably encounter various problems, and found his shortcomings in the design process, the previously learned knowledge to understand deeply enough, enough to grasp firmly, through the curriculum design, the previously learned knowledge of the new review and consolidate what they have learned knowledge.Eight7 referencesWang Yunliang [1]. The power electronic technology. Beijing: Electronic Industry Press, 2004. [2] Zhao Liangbing modern power electronics technology. Beijing: Tsinghua University press, 1999 [3] Huang Jun, Wang Zhaoan. Power electronic converter technology. Beijing: Mechanical Industry Press, 2001.[4] Wang Zhaoan, Huang Jun of power electronic technology. Beijing: Mechanical Industry Press, 2000.. Zhou Kening [5] power electronic technology. Beijing: Mechanical Industry Press, 2004NineOne。
单相交流调压电路的设计
目录摘要................................................................................................... - 1 -一、设计条件..................................................................................... - 1 -二、设计任务..................................................................................... - 1 -三、设计要求..................................................................................... - 2 -四、调压电路相关元件和参数的选定 ............................................ - 2 -4.1 晶闸管的选择···············- 3 -4.2 控制角移相范围的计算···········- 4 -4.3 触发电路自振荡f及电位器R,电容器C的选择·- 7 -五、调压电路的设计 ........................................................................ - 7 -5.1主电路的设计················- 7 -5.2触发电路的设计···············- 8 -六、设计总结..................................................................................... - 9 -参考文献........................................................................................... - 10 -摘要用晶闸管组成的交流调压控制电路,可以方便地调节输出电压的有效值。
单相交流调压电路课程设计
设计收获:对单相交流调压电路有了更深入的理解和掌握
电路设计:考虑电路的稳定性和可靠性
控制策略:优化控制策略,提高系统的响应速度和稳定性
仿真验证:增加仿真验证的准确性和可靠性
实验验证:加强实验验证,提高设计的实用性和可靠性
创新性:提高设计的创新性和实用性,增加设计的竞争力
团队合作:加强团队合作,提高设计的效率和质量
单相交流调压电路可以调节电压,满足不同设备的需求。
单相交流调压电路可以降低电力系统的损耗,提高能源利用效率。
单相交流调压电路在电机控制中的应用广泛,如家用电器、工业设备等。
单相交流调压电路可以实现对电机的转速、转矩、功率等参数的精确控制。
单相交流调压电路可以提高电机的工作效率,降低能耗。
单相交流调压电路可以延长电机的使用寿命,提高设备的可靠性。
电路设计问题:确保电路设计正确,避免短路、断路等问题
电源问题:确保电源稳定,避免电压波动、电源故障等问题
调试问题:确保调试步骤正确,避免误操作、参数设置错误等问题
故障排除:遇到故障时,根据故障现象进行排查,找出问题所在并解决
单相交流调压电路可以提高电力系统的稳定性和可靠性。
单相交流调压电路在电力系统中的应用广泛,如家用电器、工业设备等。
确定设计目标:实现单相交流调压电路的功能
确定设计要求:满足性能指标、安全性、可靠性等要求
确定设计方法:选择合适的电路拓扑、元器件、控制策略等
确定设计步骤:需求分析、方案设计、仿真验证、硬件实现等
单相交流调压电路的拓扑结构设计实例
单相交流调压电路的拓扑结构选择原则
单相交流调压电路的常见拓扑结构
单相交流调压电路的基本结构
电源提供交流电,变压器将交流电转换为所需的电压,整流器将交流电转换为直流电,滤波器滤除直流电中的交流成分,稳压器稳定直流电的电压。
单相交流调压电路设计
目录引言 (2)1电路设计任务及设计目的 (2)设计任务 (2)设计目的 (2)2 电路的设计 (2)反并联电路的设计 (2)触发电路 (5)主电路 (6)混合反并联电路的设计 (3)触发电路 (10)主电路 (12)3 电路仿真结果及结果分析 (4)反并联的仿真及结果分析 (4)混合反并联的仿真及结果分析 (9)4 设计总结及设计体会 (20)参考文献 (22)引言: 1 单相交流调压电路设计任务及设计目的电路设计任务1 进行设计方案的比较,并选定设计方案。
2完成单元电路的设计和主要元器件的说明。
3完成主电路的原理分析,各主要元器件的选择。
4电路的仿真。
电路设计目的电力电子技术是专业技术基础课,做课程设计的目的是为了使我们能利用所学的知识完成电路的设计、电路原件的选择、电路参数的计算。
在完成设计后可以利用软件进行电路连接、参数设置、完成仿真,得出波形图并对波形图进行分析。
通过利用各种途径查找所需信息及解决问题来提高个人的能力。
加深对本部分知识的理解,为以后的学习打下良好的基础。
2 电路的设计原理:单相交流调压电路是交流调压中最基本的电路,它由两只反并联的晶闸管组成,如图1所示。
图中两只普通晶闸管VT1 和VT2 分别作正负周期的开关,当一个晶闸管导通时,它的管压降成为另一个晶闸管的反压使之阻断,使之电网实现自然换流。
u1 的正半周和负半周,分别对VT1 和VT2 的开通角a 进行控制就可以调节输出电压,正负半周a 起始时刻(a =0)均为电压过零时刻,稳态时,正负半周的a 相等。
负载电压波形是电源电压波形的一部分,负载电流(也即电源电流)和负载电压的波形相同1、题目要求设计一个单相晶闸管交流调压电路(反并联)(纯电阻负载)1)电源电压:交流100V/50Hz ;2)输出功率:500W ;3)移相范围:0°~180° 所以方案可选电阻性负载或阻感性负载。
本电路采用单相交流调压器纯电阻负载,电路图及波形图如下图所示,在负载和交流电源间用两个反并联的晶闸管VT1 ,VT2 相连。
单相交流调压电路2000W--电力电子技术-课程设计论文
各部分电路的作用 (2)电路与变压器变比的设计参数计算2.8 设计总结1、按课程设计指导书提供的课题, 根据第下表给出的基本要求及参数独立完成设计, 方案的经济技术论证。
2、主电路设计。
3、通过计算选择整流器件的具体型号。
4、确定变压器变比及容量。
5、确定平波电抗器。
7、触发电路设计或选择。
第1章课程设计内容将一种交流电能转换为另一种交流电能的过程称为交流-交流变换过程, 凡能实现这种变换的电路为交流变换电路。
对单相交流电的电压进行调节的电路。
用在电热控制、交流电动机速度控制、灯光控制和交流稳压器等场合。
与自耦变压器调压方法相比, 交流调压电路控制方便, 调节速度快, 装置的重量轻、体积小, 有色金属消耗也少。
结构原理简单。
该方案是由变压器、触发电路、整流器、以及一些电路构成的, 为一台电阻炉提供电源。
输入的电压为单相交流220V, 经电路变换后, 为连续可调的交流电。
2.2 各部分电路作用220V交流输入部分作用: 为电路提供电源, 主要是市电输入。
调压环节的作用: 将交流220V电源经过变压器、整流器等电路转换为连续可调的交流电输出。
触发电路部分作用: 为主电路提供触发信号。
输出连续可调的交流电源部分作用: 为电阻炉提供电源。
发电路与变压器变比的设计闸管触发电路的作用是产生符合要求的门极触发脉冲, 保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通。
晶闸管触发电路应满足下列要求:1) 触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通, 对感性和反电动势负载的变流器应采用宽脉冲或脉冲列触发, 对变流器的起动、双星形带平衡电抗器电路的触发脉冲应宽于30o, 三相全控桥式电路应采用宽于60o 或采用相隔60o 的双窄脉冲。
2) 触发脉冲应有足够的幅度, 对户外寒冷场合, 脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发电流的3~5倍, 脉冲前沿的陡度也需增加, 一般需达1~2A/μs 。
3) 所提供的触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额, 且在门极伏安特性的可靠触发区域之内。
单相交流调压电路设计
1 概述电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。
通常所用的电力有交流和直流两种,从公用电网直接得到的电力是交流,从蓄电池和干电池得到的电力是直流。
从这些电源得到的电力往往不能直接满足要求,需进行电力变换。
电力变换通常可分为四大类,即交流变直流(AC-DC)、直流变交流(DC-AC)、直流变直流(DC-DC)、交流边交流(AC-AC)。
交流变直流称为整流,直流变交流成为逆变,直流变直流称为斩波,交流变交流可以是电压或电力的变换,称作交流电力控制,是把一种形式的交流变成另一种形式的交流的电路在进行交流-交流变流时,可以改变相关的电压(电流)、频率和相数等。
把两个晶闸管反并联后串连在交流电路中,通过对晶闸管的控制就可以控制交流输出。
这种电路不改变交流电的频率,称为交流电力控制电路。
在每半个周波内通过对晶闸管的开通相位的控制,可以方便地调节输出电压的有效值,这种电路称为交流调压电路。
交流调压电路广泛用于灯光控制(如调光台灯和舞台灯光控制)及异步电动机的软启动,也用于异步电动机调速。
在电力系统中,这种电路还常用于对无功功率的连续调节。
此外,在高电压小电流或低电压大电流直流电源中,也常采用交流调压电路调节变压器一次侧电压。
在这些电源中如采用晶闸管相控整流电路,高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联;同样,低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联。
这都是十分不合理的。
采用交流调压电路在变压器一次侧调压,其电压、电流值都比较适中,在变压器二次侧只要用二极管整流可以了。
这样的电路体积小、成本低、易于制造。
2 主电路设计及分析所谓交流调压就是将两个晶闸管反并联后串联在交流电路中,在每半个周波内通过控制晶闸管开通相位,可以方便的调节输出电压的有效值。
交流调压电路广泛用于灯光控制及异步电动机的软启动,也用于异步电动机调速。
此外,在高电压小电流或低电压大电流之流电源中,也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。
单相交流调压系统的设计
单相交流调压系统的设计摘要:对单相交流调压系统的设计与自藕变压器调压方法相比,交流调压电路控制方便,调节速度快,装置的重量轻、体积小,有色金属消耗也少。
基于此,本文主要对单相交流调压系统的设计进行分析与探讨,以供同仁参考。
关键字:单相交流调压系统;设计分析一、前言电力电子线路的基本形式之一,即交流一交流变换电路,它是将一种形式的交流电能变换成另一种形式交流电能电路。
在进行交流一交流变换时,可以改变交流电的电压、电流、频率或相位等。
其中,只改变电压、电流而而不改变交流频率的电路成为交流交流电力控制电路,包括交流调压电路,交流调功电路,交流电力电子开关等;在改变电压电流的同时,不需要该变其频率的交流一交流变频电路成为交交变频电路,即直接把一种频率的交流变频变换成另一种频率或可变的交流。
因此,也称为直接变频电路。
另外,还有一种交直交变频电路。
先将交流整流成直流,再将直流经无缘逆变电路变换成频率可变的交流电能,这种带有中间直流环节的变频电路也称为间接变频电路。
用晶闸管组成的交流电压控制电路,可以方便的调节输出电压有效值。
可用于电炉温控、灯光调节、异步电动机的启动和调速等,也可用作调节整流变压器一次侧电压,其二次侧为低压大电流或高压小电流负载常用这种方法。
采用这种方法,可使变压器二次侧的整流装置避免采用晶闸管,只需要二极管,而且可控级仅在一侧,从而简化结构,降低成本。
交流调压器与常规的交流调压变压器相比,它的体积和重量都要小得多。
交流调压器的输出仍是交流电压,它不是正弦波,其谐波分量较大,功率因数也较低。
二、单相交流调压调压系统设计(1)单相交流调压系统总体框图。
主电路以IGBT作为开关器件,采用单相Buck型斩波调压。
通过对输出电压电流进行实时采样。
利用调压模块对采样电压电流进行计算,经过滤波、放大处理后,再电压/电流采集电路,得到电压电流对应的数字量,送入ARM微处理器。
利用模糊PID算法对采样结果对应的数字信号进行计算。
单相交流调压电路
uu0oD1DUUnUGm1NuNmssmi isinsnininnnsttts[iDnU[(Nnm2c11ssinins)tcsoinns][((1cct
)] si)nt n s
n
单相电路 按输出相数分
三相电路 半控型电路 按变流器件分 全控型电路
相控式电路、相频控制电路 按控制方式分
斩控式电路、斩频控制电路
6.1 单相交流调压电路
一、单相交流调压电路的理想模型
1、电路:
内阻为零
理想电源:电压波形无畸变
ui U m sin st
无损耗 理想开关: 无惯性
6.1 单相交流调压电路(续8)
这种控制要求器件开关时间变化小,器件驱动信号准确以及附加相应 的缓冲电路。在无缓冲电路的理想条件下, Ts和Tp的开关时间必须保持始 终一致,否则便会导致共态导通或共态关断,而这是不允许的,因为一旦 产生共态导通,电源沿Ts和Tp短路;相反,若出现共态关断,则负载电流 会将瞬间切断,在感性负载下,器件将会因关断过电压被击穿。附加缓冲 电路是一种有效的方法,由于采用单器件型电路,可以采用单极性缓冲电 路。由图c)可见若电路出现共态导通,电源沿两支缓流LK短路,若电路 出现断态(设此前是Ts导通而Tp关断),由于关断缓冲电路的存在,原先 流经器件Ts的电流,在Ts关断时将改向Cs流过,从而保证负载电流连续, 避免由于共态关断所引起的关断电压。
i]n[(snin[(cc s)t)tn
]
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令令uuo011=DUDNUmsminsωint:s输t:入输信入号信的频号率的分频量率,分uo量1的,幅u值01的为幅Uo值1m=为DUU0N1mm DUm
改变D,可以改变输出电压的u01分量,实现了调压目的。
实验三·单相交流调压电路
实验(三):单相交流调压电路实验一、实验目的(1)加深理解单相交流调压电路的工作原理。
(2)加深理解单相交流调压电路带电感性负载对脉冲及移相范围的要求。
二、预习内容要点(1) 熟悉实验电路(包括主电路、触发控制电路)。
(2) 按实验电路要求matlab仿真,用示波器观察移相控制信号α的情况。
(3) 主电路接电阻负载,用示波器观察不同α角时输出电压和晶闸管两端的电压波形,并用电压表测出输出电压的有效值。
为使读数便利,可取α为30°、60°、90°进行观察和分析(4) 主电路改接电阻电感负载,在不同控制角α和不同负载阻抗角θ情况下用示波器观察和记录负载电压和电流的波形。
(5) 特别注意观察上述α<θ情况下出现较大的直流分量,此时L 固定,加大R直至消除直流分量。
三、实验仿真模型图1.1 单相交流调压阻感性电路四、实验内容及步骤1.对单相交流调压带电阻性负载的运行情况进行仿真并记录分析改变脉冲延迟角时的波形(至少3组)。
(1)器件的查找以下器件均是在MATLAB R2017b环境下查找的,其他版本类似。
有些常用的器件比如示波器、脉冲信号等可以在库下的Sinks、Sources中查找;其他一些器件可以搜索查找(3)参数设置1.双击交流电源把电压设置为220V,频率为50Hz;2.双击脉冲把周期设为0.02s,占空比设为80%,延迟角设为30度,60度,,90度,由于属性里的单位为秒,故把其转换为秒即,(30/360)*0.02;3.双击负载把电阻设为10Ω;4.双击示波器把Number of axes设为6;仿真波形及分析当α=30°时,当α=60°时,当α=90°时,2.对单相交流调压电路带阻感性负载的运行情况进行仿真并记录分析改变脉冲延迟角时的波形(至少3组)。
参数设置双击负载把电阻设为10Ω;电感为0.01H;其余参数不变。
当α=30°时,当α=60°时,当α=90°时,五、实验总结1、在交流调压电路中,当负载为阻性时,输出电压的有效值随相控角增大而减小。
单相交流调压电路
图1 电路图(截图)θαφ图3 与、之间的关系曲线(截图)φ0θo为参变量,当=0时代表电阻性负载,此时=180-α≤θθoαφθα某一特定角度,则当时,=180 ,当>时,随着的增加而减小。
图4 晶闸管电流标幺值与控制角的关系曲线(截图)α当、已知时,可由该曲线查出晶闸管电流标幺值,进而求出负载电流αφ有效值I 及晶闸管电流有效值I 。
0T(2)=情况αφ当控制角=时,负载电流i 的表达式中的第二项为零,相当于滞后电源αφ0电压角的纯正弦电流,此时导通角=180,即当正半周晶闸管T 关断时,T φθ01恰好触发导通,负载电流i 连续,该工况下两个晶闸管相当于两个二极管,或20输入输出直接相连,输出电压及电流连续,无调压作用。
图5 =情况下的输出波形αφ(3) 情况φα<在工况下,阻抗角相对较大,相当于负载的电感作用较强,使得负φα<φ载电流严重滞后于电压,晶闸管的导通时间较长,此时式仍然适用,由于,φα<公式右端小于0,只有当时左端才能小于0,因此,o 180)(>-+φαθo 180>θ如图所示,如果用窄脉冲触发晶闸管,在时刻被触发导通,由于其导α=wt 1T 通角大于180,在负半周时刻为发出出发脉冲时,还未关断,o )(πα+=wt 2T 1T 因受反压不能导通,继续导通直到在时刻因电流过零关断时,2T 1T )(πα+=wt 1T 的窄脉冲已撤除,仍然不能导通,直到下一周期再次被触发导通。
2T 2G u 2T 1T 这样就形成只有一个晶闸管反复通断的不正常情况,始终为单一方向,在电0i 路中产生较大的直流分量;因此为了避免这种情况发生,应采用宽脉冲或脉冲列触发方式。
图6 窄脉冲触发方式(截图)二、建模仿真1.建立一个仿真模型的新文件。
在 MATLAB 的菜单栏上点击 File ,选择 New ,再在弹出菜单中选择 Model ,这时出现一个空白的仿真平台,在这个平台上可以绘制电路的仿真模型。
单相交流调压电路
sin(n
1)
n
1
1
sin(n
1)
(n 3,5,7....)
n次谐波电压幅值:
Unm an2 bn2
n次谐波电压有效值:
Unrms
1 2
an2 bn2
(n 1,3,5,7,...)
单相交流调压电路
阻感负载
晶闸管的触发控制方式与电
阻负载时相同,由于电感的
作用,晶闸管的导通角不仅
控现象
当负载为感性时,由于电
压、电流相位不同,则由于
工作波形示意
特点:
感性负载电流滞后,电 压过零点附近,电感电 流方向与电压方向反向, 此时开关组的切换也造 成电流的断续。因此, 为防止过电压还需要采 取其他措施,如使用缓 冲电路、电压电流过零 检测等,这是互补控制 方式的不足之处。
单相交流调压电路
常用控制模式
非互补控制
在ui正半周,用VT1进行斩波控制,VT2、VT3一直施加控 制信号导通,提供续流通道,VT4始终处于断态。
在ui负半周,用VT2进行斩波控制, VT1、VT4一直施加控制 信号导通,提供续流通道,VT3总处于断态。
单相交流调压电路
工作波形示意
在非互补控制方式中,不 会出现电源短路和负载 断流情况。
当负载为感性时,由于 电压、电流相位不同, 出现输出电压失真现象。
单相交流调压电路
非互补控制阻感负载波形失
电力电子技术
单相交流调压电路
相控单相交流调压
电阻性负载
图中两只反并联接的晶 闸管也可由一只双向晶 闸管来替代
晶闸管的自然换流点为 电压过零时刻
正半周VT1具备导通条件 负半周VT2具备导通条件
α移相范围:0~
单相交流调压电路的设计
摘要交流调压电路广泛用于灯光控制(如调光灯和舞台灯光控制)及异步电动机的软启动,也用于异步电动机调速。
在电力系统中,这种电路还常用于对无功功率的连续调节。
此外,在高电压小电流或低电压大电流直流电源中,也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。
在这些电源中如采用晶闸管相控整流电路,高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联;同样,低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联。
这都是十分不合理的。
采用交流调压电路在变压器一次侧调压,其电压、电流值都比较适中,在变压器二次侧只要用二极管整流就这样的电路体积小、成本低、易于设计制造。
单相交流调压电路是对单相交流电的电压进行调节的电路。
用在电热制、交流电动机速度控制、灯光控制和交流稳压器等合。
与自耦变压器调压方法相比,交流调压电路控制简便,调节速度快,装置的重量轻、体积小,有色金属耗也少关键词:交流;调压;电动机调速;电力系统;变压器;ABSTRACTAc voltage circuit is widely used in lighting control (such as dimmer and stage lighting control) and asynchronous motor, also used in the soft start-up induction motor drive. In the power system, the circuit is also often used to reactive power of continuous adjustment. In addition, in high voltage and low voltage, current, or small current dc power supply, often also adopt ac voltage transformer voltage regulating circuit. In these power such as using thyristor rectifier circuit control of high voltage, low current controlled dc power needs many thyristor series, Similarly, low voltage dc current needs many thyristor parallel. This is very reasonable. Adopt ac voltage transformer voltage circuit in the side, the voltage and current are moderate, as in transformer with diode rectifier side. This circuit, small volume, low cost, easy to design and manufacture.Single-phase ac voltage circuit of single-phase ac voltage is to adjust the circuit. Used in electric heating system, ac motor speed control, lighting control and ac stabilizer etc. Since the voltage transformer with decoupling method, exchange regulating circuit control and speed regulation, the device, light weight, small size, non-ferrous metal consumption is lessKey words: communication; Voltage regulation; Motor drive; Power system; Transformer;目录1 单相交流调压电路设计目的及务 (5)1.1设计目的 (5)1.2设计要求及分析 (5)1.3 设计方案选择 (5)2 单相交流调压主电路设计及分析 (5)2.1电阻负载 (6)2.1.1建立模型仿真 (6)2.1.2仿真参数设置 (6)2.1.3结果分析 (10)2.2阻负载感 (11)3 触发电路 (16)4 保护电路 (18)4.1保护电路设计 (18)4.2过电压的产生及过电压保护 (18)4.3晶闸管过电流保护 (19)5 总电路图 (21)6 单相交流调压电路参数设定与计算 (21)6.1单相交流调压变流器参数设定 (21)6.2单相交流调压变流器电路分析 (21)6.3输出平均电压、电流及输出有功功率 (22)7 总结与体会 (24)参考文献 (25)致谢 (26)附录 (27)1单相交流调压电路设计目的及任务1.1设计目的电力电子技术是专业技术基础课,做课程设计是为了让我们运用学过的电路原理的知识,独立进行查找资料、选择方案、设计电路、撰写报告、制作电路等,进一步加深对变流电路基本原理的理解,提高运用基本技能的能力,为今后的学习和工作打下良好的基础,同时也锻炼了自己的实践能力。
单相交流调压电路的设计
单相交流调压电路的设计单相交流调压电路是一种用于将交流电转换为可控的直流电的电路。
它通常被应用在一些需要稳定的直流电源的场合,如电子设备、通信设备等。
本文将介绍单相交流调压电路的设计原理和步骤,并且具体以整流电路、滤波电路和稳压电路为例进行讲解。
首先,我们需要了解一些关键的基础知识。
在交流电中,电压的大小和方向会随时间的推移而不断变化,通常表示为正弦波形状。
而直流电则是电压和电流一直保持不变的。
单相交流调压电路的任务就是将输入的交流电转换成稳定的直流电,其中关键的步骤包括整流、滤波和稳压。
整流器是单相交流调压电路的第一步。
它通过将交流电中的部分波形进行剪切,只保留正半周或负半周的波形。
最常见的整流电路是单相半波整流电路和单相全波整流电路。
在单相半波整流电路中,只有交流电的正半周波形被保留下来,而负半周波形则被消除。
而在单相全波整流电路中,整个正弦波形都被保留下来。
接下来是滤波电路的设计。
滤波电路用于将整流后的电流进行平滑,以去除剩余的交流成分,得到更稳定的直流电。
滤波电路通常由电容器和电感组成。
电容器将电流平滑化,而电感则可帮助去除电压中的高频成分。
不同滤波电路的特点和应用需求有所不同,常用的滤波电路有LC滤波电路和LCL滤波电路。
最后一步是稳压电路的设计。
稳压电路用于保持输出电压在一个设定的范围内,即使输入电压和负载的变化。
常用的稳压电路包括电压稳定器和开关稳压电路。
电压稳定器是通过调整输出电压中的电流来实现的,开关稳压电路则是通过快速开关电流来调整电压并保持其稳定。
在进行单相交流调压电路的设计时,需要根据实际的应用需求来选择合适的整流电路、滤波电路和稳压电路。
在设计过程中,还需要考虑到输入电压的范围、负载变化、输出电压的稳定性等因素。
此外,还需要进行电路参数的计算和分析,以确保电路可以正常工作。
总结起来,单相交流调压电路的设计包括整流、滤波和稳压三个关键步骤。
通过合理选择和设计这些电路,可以将交流电转换为稳定的直流电,并满足特定应用的需求。
单相交流调压电路PPT课件
(c)脉冲信号: 在晶闸管门极触发电路中使用脉冲信号,不仅便于
控制脉冲出现时刻,降低晶闸管门极功耗,还可以通过变 压器的双绕组或多绕组输出,实现信号的隔离输出。因此, 触发信号多采用脉冲形式。
二 触发电路的要求
(a)触发信号应有足够的功率(触发电压、触发电流) (b)触发脉冲信号应有一定的宽度
第二节 触发电路
• 综合两种方案:电阻性负载和阻感性负载 都具有调压功能,都能调压到设计电压调 压范围内,但是电阻性负载谐波电流含量 要多些,当α相同时,阻感负载阻抗角增大, 谐波含量也有所减少。考虑到性能指标、 输出电压的稳定性、对电网的影响,所以 选择方案二阻感性负载。
单元电路的设计
电路采用单相交流调压器带阻感负载时的电路图如4.1所示, 在负载和交流电源间用两个反并联的晶闸管T1、T2相连。
并联的二极管在换相结束后不能立刻恢复阻断,因
而有较大的反向电流流过,当恢复了阻断能力时,
该反向电流急剧减小,会由线路电感在器件两端感
应出过电压。
•
(b) 关断过电压:全控型器件关断时,正向
电流迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过
电压。
S F
T
C
D
RC1 RC2
SDC
LB
M
U
RV RC3 RC4
第一节 过电压的产生与保护 第二节 过电流的产生与保护
第一节 过电压的产生与保护
•
电力电子装置可能的过电压有外因过电压和内
因过电压两种。外因过电压主要来自雷击和系统中
的操作过程(由分闸、合闸等开关操作引起)等。
内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关
过程,它包括:
•
(a) 换相过电压:晶闸管或与全控型器件反
单相交流调压电路设计
单相交流调压电路设计稳压二极管电路是最简单和常见的单相交流调压电路。
它由稳压二极管、电阻和电容组成。
稳压二极管是一种特殊的二极管,具有稳定的电压特性。
通过选择适当的稳压二极管,可以实现不同的输出电压。
稳压二极管将高压输入电压降低到稳定的输出电压,并且在电压波动时能够保持输出电压不变。
电阻和电容则用于过滤输入电压的噪声和脉动。
变压器调压电路是另一种常见的单相交流调压电路。
它由变压器、开关元件、控制电路和滤波电路组成。
变压器通过改变输入电压的变比来调节输出电压。
开关元件根据控制电路的信号周期性地开关,通过改变开关时间比例来控制输出电压的大小。
滤波电路用于过滤电压中的脉动和噪声,以获得稳定的输出电压。
电子管调压电路是一种通过调节电子管工作状态来控制输出电压的调压电路。
它通常由电子管、电源电路和控制电路组成。
电子管通过调整灯丝电流、阳极电压或阴极电流等参数,改变电子管内部的工作状态,从而实现输出电压的调节。
控制电路用于检测输出电压,并根据需要调节电子管的工作状态。
电子管调压电路具有调节范围广、反应速度快等优点,适用于对输出电压要求较高的应用场合。
单相交流调压电路的设计需要考虑多个因素,包括负载要求、电源电压范围、输出电压精度、稳定性要求等。
在设计过程中,需要根据具体的需求选择合适的调压电路,并合理选择元器件,进行电路分析和仿真,确保电路的稳定性和可靠性。
同时,还需要进行电路的标定和校准,以确保输出电压的准确性和稳定性。
在实际应用中,单相交流调压电路广泛应用于电子设备、仪器仪表、通信设备等领域。
它可以提供稳定可靠的电源,为这些设备的正常运行提供保障。
同时,它还可以提供精确控制的电源,满足不同设备对电压的要求,提高设备的性能和可靠性。
总之,单相交流调压电路是一种重要的电气设备,用于将交流电压进行调节,以满足特定的需求。
它通过选择适当的调压电路和合理设计电路参数,可以实现稳定可靠的输出电压。
在实际应用中,需要根据具体需求选择合适的调压电路,并对电路进行分析和仿真,以确保电路的稳定性和可靠性。
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集美大学电力电子课程设计报告题目:相控式单相交流调压电路设计姓名:学号:学院:专业班级:指导教师:时间:2015年6月19日目录:0 概述-------------------------------------------------------------11 设计的目的-------------------------------------------------------12 设计的任务及要求-------------------------------------------------22.1 设计任务--------------------------------------------------- 22.2 设计要求--------------------------------------------------- 23主电路总体方案设计------------------------------------------------ 23.1 总体方案设计思路--------------------------------------------23.2 主电路工作原理----------------------------------------------33.2.1 主电路工作情况分析------------------------------------33.2.2 负载电流分析------------------------------------------43.3 主电路参数计算及元器件选择----------------------------------63.3.1 主电路参数计算----------------------------------------63.3.2 主电路元器件的选型------------------------------------73.3.3 芯片的详细介绍----------------------------------------84 基于MATLAB/Simulink的仿真设计-----------------------------------94.1 仿真模型建立------------------------------------------------94.2 仿真参数设置及仿真结果-------------------------------------104.3 仿真波形分析-----------------------------------------------125 实际电路设计----------------------------------------------------125.1 总电路设计-------------------------------------------------125.2 触发控制电路设计-------------------------------------------135.3 保护电路的设计---------------------------------------------14设计总结-----------------------------------------------------------15参考文献-----------------------------------------------------------150 概述交流调压电路在广泛应用于生活生产当中,生活中小到调光台灯,大到舞台灯光控制,生产中异步电动机的启动与调速,电力系统中无功功率的连续调节,直流电源中调节变压器一次侧电压等。
单相交流调压电源中,调压和稳压是最基本的要求。
目前基本的调压器类型有以下三种:机械式调压器机械式调压器是由电动机带动碳刷来实现输出调压。
机械式调压器的输出波形较好,但体积、重量大,动态性能差。
磁饱和式调压器磁饱和式调压器是通过控制主电路中电感的饱和程度,以改变电抗值以及电抗电压,从而实现输出调压。
磁饱和式调压器具有一定的动态输出性能,但输出电压可调围小,体积、重量较大。
电子式调压器电子式调压器是采用电力电子开关器件的控制来实现输出调压。
电子式调压器具有较好的输出波形及动态响应性能,体积小,重量轻等优点,是目前应用较广泛的调压方式。
1课程设计的目的本课程设计是电气工程及其自动化专业重要的实践教学环节之一。
本课程设计的任务是培养学生综合运用《电力电子技术》、《电子技术》所学知识分析解决工程实际问题。
使学生加深理解电力电子变换电路的基本原理及其在工程实际中的应用;掌握电力电子变换主电路的选型及参数计算方法;掌握电力电子器件和装置的控制电路设计方法;为今后从事与电力电子技术相关的科学研究工作打下良好的基础。
2 课程设计的任务及要求2.1设计任务相控式单相交流调压电路设计2.2设计要求(1)输入信号为电网电压,U=220V,f=50Hz,输出负载为阻感负载,R=50Ω,感抗=35Ω。
(2)设计出系统结构图,并用MATLAB/Simulink对单相交流调压进行仿真。
(3)设计出单相交流调压主电路和控制电路、保护电路等。
3 主电路总体方案设计3.1 总体方案设计思路本系统设计方案基本思路是:采用两个反向并联的晶闸管作为开关器件,负载为阻感负载组成的主电路,以及控制晶闸管导通的触发电路,其系统原理方框图如图3.1。
3.2 主电路工作原理3.2.1 主电路工作情况分析主电路如图3.2.1所示,由两个反向并联的晶闸管T1、T2,负载电感L 和电阻R 组成。
图3.1 系统原理方框图触发电路交流输入主电路阻感负载输出图3.2.1 主电路(1)晶闸管触发控制角(延迟触发角)φα=时如图3.2.1(a )所示,当控制角φα=,即αω=t 时T1开始导电,0s T1i i i ==从零上升,T1导电180º后在παω+=t 时0i i i 0s T1===,与此同时,T2被触发导通,0s T2i i i ==从零上升,T4导电180º后在παω2t +=时0i i i 0s T2===。
因此,T1、T2的触发控制角φα=时,T1、T2依序轮流导电180º(导电角θ=180º),0υ、0i(2)φα〈时如图3.2.1(a )所示,如果把T1、T2的触发信号的起点从φω=t 提前,即在φαω〈'=t 时开始触发T1,在φπαπω+〈'+=t 时开始触发T2。
在φαω〈'=t 时,由于0s i i =仍是负电流,即T2仍在导通,故此时的触发电流并不能使T1立即导电,直到φω=t 时,0i i i 0s T2===,如果这时T1还有触发电流,才能开通T1。
因此,RL 负载、φα〈时,如果要使电压控制器能起到相控作用正常工作,触发信号必须是宽脉冲。
如果0=α,则宽脉冲应该超过φ,此时虽然φα〈,但与φα=时一样,输出电压电流波形都是完整的正弦波。
图3.2.1(a )(3)φα〉时如图3.2.1(b)所示,如果晶闸管的控制角α从φω=t 推迟,φα〉,在φω=t 时T2i 已为零,但此刻T1触发脉冲尚未到达,因此在T1被触发开通之前一段时期中0i i 0s ==,电流断流。
待αω=t (φα〉)时T1才被触发开通,0s T1i i i ==从零上升,T1i 上升到最大值m i 后逐渐减小,并在απω+=t 之前就衰减到零,即导电角πθ〈。
在απω+=t 时,触发T2导通,在一个周期中T1、T2轮流导电θ(πθ〈)角,因此负载电压0υ为正负对称的不完整正弦波,负载电流T2T10i i i +=为正负对称的非正弦电流。
3.2.2 负载电流分析(1)φα≤时,θ=180º,即0υ、0i 为图3.2.1(a )所示正弦波,T1、T2导电角θ=180º:2sin O S S v v V tω==图3.2.1(b)图3.2.2(a) 导通角θ与控制角α的关系曲线(以负载阻抗角φ为参变量)2)SS O V i i t ωϕ==-22()Z L R ω=+arctan L R ωφ⎛⎫=⎪⎝⎭(2)φα〉时,0υ为图3.2.1(b )所示的部分正弦波曲线,而0i 则为断流的非正弦波,半周中的导电角θ<180º:1012sin T S S T di v v V t Ri Ldt ω==⋅=+1()12)sin()]t a tg S T V i t a e ωϕωϕϕ--=---/sin()sin()tg a a e θφθφφ-+-=-tan sin tan()cos e θϕθαϕθ--=-(3)由(1)、(2)可求出负载阻抗角φ一定时导通角θ与触发控制角α的关系()αθf =,如图3.2.2(a )所示:由图3.2.2(a)可以看出:RLarctanωφ=,φα≤时,θ=180º,φα〉时,θ<180º。
(4)φα〉时非正弦负载电压有效值Vo 、负载电流有效值Io 、晶闸管电流有效值TI分别为:OSVV==O TI===TI=若取晶闸管电流TI的基准值为ZV2s,则TI的相对值为*/T T TI I I===可画出以φ为参变量,*TI与触发控制角α的函数关系,如图3.2.2(b)所示:45︒060︒75︒180︒160︒140︒120︒0.10.20.30.350.40.5*TIαφ︒=45φ︒=60φ︒=75φ︒=90φ︒=90︒图3.2.2(b)晶闸管电流的标么值*TI与控制角α的关系曲线3.3 主电路参数计算及元器件选择3.3.1主电路参数计算(1)α控制角围:(2)min αα=时,最大电流有效值0I 为:()[][]A6.3213550220L R V 2221220≈+=+=I ω(3) 最大功率(min αα=时):W 6486.350RI P 220max =⨯== (4)功率因数 818.06.3220648S P PF ≈⨯== (5)电感大小:由35fL 2L ==πω得 mH 5.11150235f 235L ≈⨯⨯==ππ 3.3.2 主电路元器件的选型(1)开关管的选择可选用VMOSFET 开关管。
它是具有输入阻抗高(≥108W )、驱动电流小(0.1uA 左右)、耐高压(最高可耐压1200V )、工作电流大(1.5A~100A )、输o355035arctan R Larctan min ≈===ωφαπα=m ax出功率高(1~250W )、跨导的线性好、开关速度快等优良特性。
φα≥时晶闸管电流最大有效值T I 为:()()()A 55.22I t d e -sin --t sin Z V 221I 02tg -t -2s T ≈=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎰+θααφαωωφαφωπ 因为输入电压为220V 的交流电,根据计算结果,故可以选用14A/500V 的N 沟道开关管IRFP450LC 。