单相调压电路课程设计

课程设计说明书题目:单相交流调压电路课程设计院系：理学院专业班级：信计09-1学号：学生姓名：指导教师：2012年6月28日2安徽理工大学课程设计（论文）任务书理学院院系电气工程教研室学号学生姓名专业（班级）1设计题目单相交流调压电路设计设计技术参数设计一个单相交流调压电路，要求给出1.单相交流调压主电路设计，原理说明；2．触发电路设计，每个开关器件触发次序与相位分析；3．保护电路设计，过电流保护，过电压保护原理分析；4．参数设定与计算设计要求每个同学各做一份设计，同学之间可以相互讨论，但不得抄袭，不得直接从网上下载现成的设计报告。设计报告包括目录、摘要、关键词、正文、总结、参考文献等。工作量结束时每人提交设计报告一份（4000～5000字、A4纸张，10～12页。另外附加封面、任务书和成绩评定表左侧装订）、完整电路图一张（8K纸、装订在最后）。工作计划19周星期一上午上课，布置设计任务；星期四下午汇报设计方案，教师具体介绍设计思路。20周星期一上午集体辅导，星期四交设计报告。其余每天下午4：00——5：00答疑；地点：电气楼312。参考资料1.王兆安，黄俊主编．电力电子技木．第四版．北京：机械工业出版社，2004年1月2．王云亮主编．电力电子技术．第一版．北京：电子工业出版社，2004年8月3.相关电子档参考文献。指导教师签字教研室主任签字2012年5月20日3安徽理工大学课程设计（论文）成绩评定表指导教师评语：成绩：指导教师：年月日4摘要这次基础强化训练主要究单相交流调压电路的设计。电力电子线路的基本形—式交流电能电路。在进行交流—用于电炉温控、灯光调节、异步电动机的启动和调速等。交流调压器与常规的交输出仍是交流色金属消耗也少。关键词：交流；调压；电动机调速；电力系统；变压器；5目录一、电路设计的目的及任务....................................................................61.1设计目的........................................................................................61.2设计要求及分析............................................................................61.3电路设计任务...............................................................................61.4设计方案选择...............................................................................7二．单相交流调压主电路设计及分析..................................................72.1电阻性负载...................................................................................72.1.1电阻性负载的交流调压器的原理分析..............................82.1.2结果分析............................................................................112.2阻感负载......................................................................................122.2.1电路结构.............................................................................132.2.2工作原理.............................................................................132.2.3模型仿真图.........................................................................142.2.4仿真图.................................................................................14四、单相交流电压电路设计总电路图................................................16五、单相交流调压电路总结及体会......................................................17参考文献...................................................................................................176单相交流调压电路一、电路设计的目的及任务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。1.2设计要求及分析设计一个单相交流调压电路，要求触发角为45度.反电势负载E=40伏，输入交流U2=210伏。分有LB和没有LB两种情况分析.L足够大，C足够大1.单相交流调压主电路设计，原理说明；2．触发电路设计，每个开关器件触发次序与相位分析；3．保护电路设计，过电流保护，过电压保护原理分析；4．参数设定与计算(包括触发角的选择，输出平均电压，输出平均电流，输出有功功率计算，输出波形分析，器件额定参数确定等可自己添加分析的参数)；由以上要求可知该系统设计可分为四个部分：交流调压主电路设计、触发电路设计、保护电路设计及相关计算和波形分析部分。下面分别做详细的介绍。1.3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。74驱动电路的设计。5电路的仿真。1.4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。二．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0～100V，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。图2-182.1.1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（1）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2-3，9图2-3（2）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2-4、图2-5、图2-6、图2-7。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2-4晶闸管电流波形10图2-5晶闸管电压波形图2-6负载电流波形11图2-7负载电压波形2.1.2结果分析上面图2-4---图2-7给出了分别为0度、30度，60度，90度、150度和180度时单相交流调压电路的纯电阻负载的电压和电流的仿真波形。当晶闸管触发控制角=0时，U=U2，负载两端的电压U和流过其电流LRI的波形均为正弦波。当0时，U、LRI的波形为非正弦波，控制角从0~180度范围改变时，输出电压有效值U从U2下降到0，控制角对输出电压U的移相可控区域是0---180度。把角等于0度、30度，60度，90度、150度和180度分别代入下式2sinsin2212221UtdtUU12可得到0U22021210sinUUU30U=265432621299.0)2sin(6UUU23243232126090.0)2sin(3UUUU221222129071.00)2sin(2UUUU2212125212150671.00)2sin(125UUUU000)2sin(2212180UUU图2-4-----图2-7的仿真波形，可得到随着角增大，负载两端电压U的波形的曲线部分的宽度越来越窄，则其有效值将不断减小。由此可知，理论分析与仿真结果是一致的。在Sim库环境下利用电力系统模块库中的电力电子器件组建单相交流调压纯电阻电路，并对电路进行相应的理论分析和仿真实验。仿真实验结果表明，通过控制角的大小，单相交流调压电路能够得到很好的调压结果2.2阻感负载由于感性负载本身滞后于电压一定角度，再加上相位控制产生的滞后，使得交流调压电路在感性负载下大的工作情况更为复杂，其输出电压、电流波形与控制角、负载阻抗角都有关系。其中负载阻抗角)arctan(RwL,相当于在电阻电感负载上加上纯正弦交流电压时，其电流滞后于电压的角度为。为了更好的分析单相交流调压电路在感性负载下的工作情况，此处分,,三13种工况分别进行讨论。2.2.1电路结构当负载为电感线圈、交流电动机或变压器绕组时，这种负载称为阻感性负载，电路图如图2-8图2-82.2.2工作原理工作情况与单相半波整流电路带电阻性负载时相似。当电源电压反向过零时，由于负载电感产生感应电动势阻止电流变化，故电流不能立即为零，此时晶闸管导通角@的大小不但与控制角a有关，而且与负载阻抗角&arctgwl/r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，a的最大变化范围&=a180度，正负半周有相同的a角142.2.3模型仿真图图2-92.2.4仿真图图2-1015三、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；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加为器件最大触发电流的3-5倍，脉冲前沿的陡度也许增加，一般需达1-2A/us；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；4）应有的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。根据以上要求分析，采用KC05移相触发器进行触发电路的设计。KC05可控硅移相触发器适用于双向可控硅或两只反向并联可控硅的交流相位控制。KC0