影剧院白炽灯调光电路

电力电子技术

课程设计(论文) 影剧院白炽灯调光电路

院（系）名称电子与信息工程学院专业班级电子信息工程

学号*********

学生姓名热孜瓦姑丽.库尼都斯指导教师

起止时间：2015.12.21—2015.12.31

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：电子与信息工程学院教研室：电子信息工程

摘要

影剧院白炽灯调光电路是单相交流调压电路的一种，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，交流调压电路控制便，调节速度快，装置的重量轻、体积小，有色金属耗也少。在电路中只具有单一的交流电压，在电路中产生的电流，电压都以一定的频率随时间变化。比如在单个线圈的发电机中（即只有一个线圈在磁场中转动）。

单相交流调压电路是电力电子线路的基本形式之一，即交流—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—交流变换时，可以改变交流电的电压、电流、频率或相位等。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。

关键词：单相交流调压电路；灯光调节；交流—交流变换电路货物；

目录

第1章绪论 (1)

1.1影剧院白炽灯调光电路概况 (1)

1.2本文设计内容 (1)

第2章影剧院白炽灯调光电路总体设计方案 (2)

2.1影剧院白炽灯调光电路总体设计方案 (2)

第3章影剧院白炽灯调光电路设计 (3)

3.1具体电路设计 (3)

3.1.1主电路设计 (3)

3.1.2控制电路设计 (4)

3.1.3保护电路设计 (6)

3.2 元器件型号选择 (8)

3.2.1参数计算与选择 (8)

第4章系统仿真 (11)

4.1Matlab仿真模型建立 (11)

4.2Matlab仿真波形及数据分析 (12)

第5章总结 (16)

参考文献 (17)

附录I (18)

附录II (19)

第1章绪论

1.1影剧院白炽灯调光电路概况

影剧院白炽灯调光电路是交流—交流变换电路的一种，是电力电子线路的基本形式之一，即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—交流变换时，可以改变交流电的电压、电流、频率或相位等。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。影剧院即采用这种方法调节灯光。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。

1.2本文设计内容

本文是基于单相交流调压电路来研究影剧院白炽灯调光电路，通过网络和书籍收集资料提出了本文的经济技术论证，并设计了主电路，通过方案给定的数据计算分析选择出电气元件的具体型号，主电路设计后设计触发电路，之后设计总体的电路图，最后利用matlab仿真验证电路是否准确。

第2章影剧院白炽灯调光电路总体设计方案

2.1影剧院白炽灯调光电路总体设计方案

输出电压范围为220V，所以方案选白炽灯代替电阻性负载或阻感性负载。在交流电U的正半周和附半周，分别为VT1和VT2的触发延迟角α进行控制就可以调节输出电源1

压。正半周和附半周α起始时刻过零时刻。在稳态情况下，应使正半周和附半周的α相等。可以看出，负载电流和负载电压的波形相同，因此α的变化就可实现输出电压的控制。本电路采用单相交流调压器带白炽灯负载时的电路图如图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。

图1.1 白炽灯负载单相交流调压电路

第3章影剧院白炽灯调光电路设计

3.1具体电路设计

3.1.1主电路设计

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。图3.1、图3.2分别为反电势电阻负载单相交流调压电路图及其波形。图中的晶闸管VT1和VT2也可以用一个双向晶闸管代替。在交流电源U2的正半周和负半周，分别对VT1和VT2的移相控制角进行控制就可以调节输出电压。

图3.1 白炽灯负载单相交流调压电路

图3.2白炽灯负载单相交流调压电路波形

正、负半周α起始时刻（α=0），均为电压过零时刻。在αω=t 时，对VT1 施加触发脉冲，当VT1正向偏置而导通时，负载电压波形与电源电压波形相同；在 时，电源电压过零，因电阻性负载，电流也为零，VT1自然关断。在απω+=t 时，对VT2施加触发脉冲，当VT2正向偏置而导通时，负载电压波形与电源电压波形相同；在πω2=t 时，电源电压过零，VT2自然关断。

当电源电压反向过零时，由于反电动势负载阻止电流变化，故电流不能立即为零，此时晶闸管导通角θ的大小，不但与控制角α有关，而且与负载阻抗角φ有关。两只晶闸管门极的起始控制点分别定在电源电压每个半周的起始点。稳态时，正负半周的相等，负载电压波形是电源电压波形的一部分，负载电流（电源电流）和负载电压的波形相似。

3.1.2控制电路设计

晶闸管由关断到开通，必须具备两个外部条件：第一是承受足够的正向电压；第二是门极与阴极之间加一适当正向电压、电流信号(触发信号)。门极触发信号有直流信号、交流信号和脉冲信号三种基本形式。

1.直流信号：

在晶闸管加适当的阳极正向电压的情况下，在晶闸管门极与阴极间加适当的直流电压，则晶闸管将被触发导通。这种触发方式在实际中应用极少。因为晶闸管在其导通后就不需要门极信号继续存在。若采用直流触发信号将使晶闸管门极损耗增加，有可能超过门极功耗；在晶闸管反向电压时，门极直流电压将使反向漏电流增加，也有可能造成晶闸管的损坏。

2.交流信号：

在晶闸管门极与阴极间加入交流电压，当交流电压uc=ut 时，晶闸管导通。ut 是保证晶闸管可靠触发所需的最小门极电压值，改变u 。值，可改变触发延迟角α。这种触发形式也存在许多缺点，如：在温度变化和交流电压幅值波动时，触发延迟角不稳定，可通过交流电压u 。值来调节，调节的变化范围较小(00≤α≤900)。

3.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。

触发电路设计：

晶闸管触发电路的作用是产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要要的时刻有阻断转为导通。广义上讲，晶闸管触发电路往往还包括对其触发时刻进行控制的相位控制电路，但这里专指脉冲的放大和输出环节。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，对反电动势负载的变流器应采用宽脉冲或脉冲列触发；