5号电力电子课设任务书斩控式单相交流调压电路设计05

湖南工程学院应用技术学院课程设计任务书

课程名称：电力电子技术

题目：斩控式单相交流调压电源设计

专业班级：电气1186

学生姓名：邹泽熙学号: 24 指导老师：刘星平蔡斌军李祥来等审批：谢卫才

任务书下达日期2014年5 月12日

设计完成日期2014年5月23 日

目录

第1章概述 (5)

1.1 交流调压在生活中的应用 (5)

1.2 关于单向调压器 (5)

1.3 关于本课题 (6)

第２章设计总体思路 (7)

2.1 系统总体方案确定 (7)

2.2 交流斩波调压的基本原理 (11)

第3章主电路设计与分析 (12)

3.1 主要技术条件及要求 (12)

3.2 开关器件的选择 (12)

3.3 主电路计算及元器件参数选型 (12)

3.4 主电路结构设计 (13)

3.5 主电路保护设计 (14)

第4章单元控制电路设计 (15)

4.1 主控制芯片的详细说明及介绍 (15)

4.11 芯片的选择 (15)

4.12 芯片的详细介绍 (15)

4.13芯片的工作原理 (17)

4.2 驱动电路设计 (18)

4.3 过零检测及续流触发电路 (18)

4.4 控制保护电路设计 (20)

第7章总结与体会 (21)

第6章附录 (21)

附录A 参考文件 (23)

第1章概述

1.1交流调压在生活中的应用

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）及异步电动机的软起动，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，也常用交流高压电路调节变压器一次电压。因此交流调压电路广泛存在于农村、轻工业、家用电器等小功率传动领域以及电力机车供电系统。

1.2关于单向调压器

对于单相交流电源，调压和稳压是最为普遍的要求。目前能够实现这一要求的调压器有下面三种：

磁饱和式调压器该调压器通过控制主电路中电感的饱和程度，以改变电抗值以及其上的电压，实现对输出电压的调节。这种调压器具有一定的动态性能，但输出电压的调节范围小，体积和重量较大。

机械式调压器机械式调压器由电动机带动碳刷实现输出电压的调节。这种调压器输出波形较好，但体积、重量大，动态性能差。

电子式调压器这种调压器采用电力电子器件实现。目前有晶闸管调压器和逆变式调压器两种。晶闸管调压器采用的是相控方式，因此其输出波形差；逆变式调压器采用的是斩波控制方式，其输出波形和动态响应较好。

从上面可知，逆变式电子调压器具有最好的性能。逆变式电子调压器的结构不仅具有调压、稳压的能力，而且还可以实现频率的变换。它是通过AC/DC/AC变换实现的。具有中间直流环节和储能电容，不过，变换效率低是它的不足。

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。

1.3关于本课题

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。

本文提出采用ICBT的斩控式交流调压器。斩控式调压的原理图如图如图1.3所示

图 1.3 斩控式交流调压电路

第２章设计总体思路

2.1系统总体方案确定

交流调压的控制方式有三种：1磁饱和式调压器；2机械式调压器；3电子式调压器。整周波控制调压——适用于负载热时间常数较大的电热控制系统。电子式调压器这种调压器采用电力电子器件实现。目前有晶闸管凋压器和逆变式调压器两种。晶闸管调压器采用的是相控方式，因此其输出波形差；逆变式调压器采用的是斩波控制方式，其输出波形和动态响应较好。晶闸管导通时间与关断时间之比，使交流开关在某几个周波连续导通，某几个周波连续关断，如此反复循环地运行，其输出电压的波形如图2.1所示。

图2.1 周波控制的电压波形

改变导通的周波数和控制周期的周波数之比即可改变输出电压。为了提高输出电压的分辨率，必须增加控制周期的周波数。为了减少对周围通信设备的干扰，晶闸管在电源电压过零时开始导通。

在负载容量很大时，开关的通断将引起对电网的冲击，产生由控制周期决定的分数次谐波，这些分数次谐波引起电网电压闪变。这是其缺陷。

相位控制调压——利用控制触发滞后角α的方法,控制输出电压。晶闸管承受正向电压开始到触发点之间的电角度称为触发滞后角α。在有效移相范围内改变触发滞后角，即能改变输出电压。有效移相范围随负载功率因数不同而不同，电阻性负载最大,纯感性负载最小。图2.2是阻性负载时相控方式的交流调压电路的输出电压波形。相控交流调压电路输出电压包含较多的谐波分量，当负载是电动机时，会使电动机产生脉动转矩和附加谐波损耗。另外它还会引起电源电压畸变。为减少对电源和负载的谐波影响，可在电源侧和负载侧分别加滤波网络。

图2.2 相位控制的输出电压波形

斩波控制调压——使开关在一个电源周期中多次通断，将输入电压切成几个小段，用改变小段的宽度或开关通断的周期来调节输出电压。斩控调压电路输出电压的质量较高,对电源的影响也较小。

图2.3是斩波控制的交流调压电路的输出电压波形。

在斩波控制的交流调压电路中，为了在感性负载下提供续流通路，

除了串联的双向开关S

1外，还须与负载并联一只双向开关S

2

。当

开关 S

1导通，S

2

关断时，输出电压等于输入电压；开关S

1

关断，

S

2

导通时,输出电压为零。控制开关导通时间与关断时间之比即能

控制交流调压器的输出电压。开关 S

1、S

2

动作的频率称斩波频率。

斩波频率越高,输出电压中的谐波电压频率越高,滤波较容易。当斩波频率不是输入电源频率的整数倍时，输

出电压中会产生分数次谐波。当斩波频率较低时，分数次谐波较大，对负载产生恶劣的影响。将斩波信号与电源电压锁相，可消除分数次谐波。斩波控制的交流调压电路的功率开关元件必须采用功率晶体管或其他自关断元件，所以成本较高。

图2.3 斩波控制调压电路的输出电压波形

图2.4 斩控式交流调压电路