电力电子技术课程设计论文

广西科技大学

普通本科课程设计说明书

课程名称电力电子技术

课题名称单相交流调压电路设计

学院职业技术教育学院

专业电气工程及其自动化

班级

学号

姓名

指导教师林春兰老师

2016年 7 月 6 日

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可以了。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。

本次实验的题目是单相交流调压电路的设计，主要是设计出主电路和触发电路，通过触发电路触发主电路中的反并联的晶闸管来控制负载电压电流。触发电路产生的触发脉冲的延迟角也是可以调节的，通过对它的调节来达到对输出控制的目的。在MΑTLΑB 中连接好总电路图，用示波器观察输出结果，直观方便。MΑTLΑB这一功能强大的软件给我们带来了很多方便，让我们对于设计电路的结果分析更加清晰明确。

关键词：交流；调压；MATLAB；示波器

第1章绪论 (4)

1.1 电力电子技术概述 (4)

1.2 设计方案选择 (4)

第2章单相交流调压主电路设计及分析 (5)

2.1 电阻性负载 (5)

2.1.1 电阻性的交流调压器的原理分析 (6)

2.1.2 结果分析 (9)

2.2 阻感负载 (10)

2.2.1 电路结构 (10)

2.2.2 工作原理 (11)

2.2.3 模拟仿真图 (11)

2.2.4 模拟仿真图 (11)

2.3 数据分析与原件型号的选择 (12)

2.4 保护电路设计 (13)

2.5 单相交流调压电路设计总电路图 (14)

第3章触发电路设计 (15)

第4章课程设计结论 (16)

第1章绪论

1.1 电力电子技术概述

电力电子技术已迅速发展成为一门独立的技术和科学领域，它是利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科，电力电子技术包括电力电子器件，变流电路和控制电路三部分，是电力，电子，控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科。随着科学技术的发展，电力电子技术与现代控制理论，材料科学，电机工程，微电子技术等诸多领域密切相关，已逐步发展成为一门多学科相互渗透的综合性技术学科。

电力电子技术本身是大功率的点击数并以半导体为基本材料，近代新型电力电子器件中大量应用了微电子学的技术，其主体-电力电子电路吸收了电子学的理论基础，根据器件的特点和电能转换的要求，又开发出许多电能转换电路。这些电路中还包括各种控制，触发，保护，显示，信息处理，继电接触等二次回路及外围电路。利用这些电路，根据应用对象的不同，组成了各种用途的整机，称为电力电子装置。这些电子系统的体积，重量，效率，性能等各方面指标不断提高，它使电力电子技术发展到一个更新的阶段，与此同时，电力电子器件，电力电子电路和电力电子装置的计算机仿真技术也不断发展。

历经整流器时代，逆变器时代和变频器时代的发展，电力电子技术日臻成熟。当前电力电子技术作为节能，节材，自动化，智能化和机电一体化的基础，正朝着技术高频化，硬件结构模块化，控制技术数字化，产品性能绿色化发展。当前，电力电子技术作为电工技术中的新技术，对未来输电性能将产生重大影响。在我国，电力电子技术产业是一个年轻但极具发展前途的产业，以电力半导体器件及变频技术为核心的电力电子行业必将有着更为光明的前景。本次设计单相交流调压在生活中同样有着广泛的应用，如舞台的灯光调节，工频，感应加热，交流电机的调压调速等，其具有控制方便，调节速度快等优点，具有很大的发展空间。

1.2 设计方案选择

采用两个普通晶闸管反向并联设计单相交流调压电路

第2章 单相交流调压主电路设计及分析

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。本次课程设计主要是研究单相交流调压电路的设计。由于交流调压电路的工作情况与负载的性质有很大的关系，因此下面就反电势电阻负载予以重点讨论。

2.1 电阻性负载

由于题目要求输出电压范围为0～220V ，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带阻感负载时的电路图如图2-1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。 在电阻负载时，晶闸管的导通角只与控制角α有关，正负半周起始时刻（α=0）的时刻均为电压过零时刻，在稳态状况下，应使正负半周的α相等控制角的移相范围应是0≤α≤π，对脉冲触发的要求除了要保证与电源同步外，脉冲本身的宽度也要保证晶闸管能够导通。根据题目要求取最小导通角为20～30º左右。

VT

1R

图2-1

2.1.1 电阻性负载的交流调压器的原理分析

其晶闸管VT1和VT2反并联连接，与负载电阻R串联接到交流电源上。当电源电压U2正半周开始时刻触发VT1，负半周开始时刻触发VT2，形同一个无触点开关。若正、负半周以同样的移相角α触发VT1和VT2，则负载电压有效值随α角而改变，实现了交流调压。移相角为α时的输出电压u的波形，波形如图2-2所示。

图2-2输入输出电压及电流波形图