影剧院白炽灯调光电路

辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：影剧院白炽灯调光电路院（系）：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：起止时间：2014-12-29至2015-1-9本科生课程设计（论文）II课程设计（论文）任务及评语院（系）：新能源学院教研室：电气注：成绩：平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算学号42学生姓名专业班级课程设计（论文）题目影剧院白炽灯调光电路课程设计（论文）任务课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数实现功能影剧院在入场、退场及中间时刻对照明的亮度有不同的要求，利用晶闸管调节交流电压，从而改变白炽灯的亮度，满足观众的视觉要求。设计任务1、方案的经济技术论证。2、主电路设计。3、通过计算选择电气元件的具体型号。4、若采用隔离变压器，确定变压器变比及容量。5、触发电路设计或选择。6、绘制相关电路图。7、进行matlab仿真。要求1、完成4000字左右说明书。2、文中的理论分析与计算要正确。3、文中的图表工整、规范。4、元器件的选择符合要求。技术参数1、交流电源：单相220V。2、输出交流电压Ud在0～220V连续可调。3、输出电流最大值20A。4、电阻阻负载，即100只100W白炽灯。5、根据实际工作情况，最小控制角取20～300左右。进度计划第1天：集中学习；第2天：收集资料；第3天：方案论证；第4天：主电路设计；第5天：选择器件；第6天：触发电路设计；第7天：保护电路设计；第8天：系统调试或仿真；第9天：进行matlab仿真、总结并撰写说明书；第10天：答辩指导教师评语及成绩平时：论文质量：答辩：总成绩：指导教师签字：年月日本科生课程设计（论文）III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—交流变换电路本科生课程设计（论文）IV目录第1章绪论..........................................................11.1电力电子技术概况.............................................11.2本文设计内容.................................................1第2章影剧院白炽灯调光电路设计......................................22.1影剧院白炽灯调光电路总体设计方案.............................22.2具体电路设计.................................................22.2.1主电路设计.............................................22.2.2控制电路设计...........................................42.2.3保护电路设计...........................................72.3元器件型号选择...............................................82.3.1参数计算与选择.........................................82.4系统仿真....................................................102.4.1MATLAB仿真软件简介...................................102.4.2MATLAB仿真模型建立...................................112.4.3MATLAB仿真波形及数据分析.............................12第3章课程设计总结.................................................17参考文献............................................................18本科生课程设计（论文）1第1章绪论1.1电力电子技术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。本科生课程设计（论文）2第2章影剧院白炽灯调光电路设计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。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白炽灯负载单相交流调压电路2.2具体电路设计2.2.1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1、图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本科生课程设计（论文）3图1白炽灯负载单相交流调压电路图2白炽灯负载单相交流调压电路波形正、负半周起始时刻（=0），均为电压过零时刻。在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2t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的大小，不但与控制角有关，而且与负载阻抗角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。本科生课程设计（论文）42.2.2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；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。本科生课程设计（论文）5由于交流调压调功电路中只用到两个晶闸管，而KJ004有两个输出口，故用一片KJ004即可。由KJ004的典型连接图画得此次触发电路如下图。图5触发单元接线图其中，同步串联电阻R4的选择按下式计算：这里R4选用15KΩ。电路原理：锯齿波的斜率决定于外接R6、RW1流出的充电电流和积分C1的数值。对不同的移项控制V1，只有改变R1、R2的比例，调节相应的偏移VP。同时调整锯齿波斜率电位器RW1，可以使不同的移相控制电压获得整个范围。触发电路为正极性型，即移相电压增加，导通角增大。R8和C2形成微分电路，改变R8和C2的值，可获得不同的脉宽输出。KJ004的同步电压为任意值。430()1000100010000~150002~32~3R同步电压本科生课程设计（论文）62.2.3保护电路设计在电力电子电路中，除了电力电子器件参数选择合适，驱动电路设计良好外，采用合适的过电压保护、过电流保护、du/dt保护和di/dt保护也是必要的。1)过电压的产生及过电压保护：电力电子装置中可能发生的过电压分为外因过电压和内因过电压两类。外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外部原因，包括：操作过电压、雷击过电压；内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程，包括：换相过电压、关断过电压。过压保护的基本原则是：根据电路中过压产生的不同部位，加入不同的附加电路，当达到—定过压值时，自动开通附加电路，使过压通过附加电路形成通路，消耗过压储存的电磁能量，从而使过压的能量不会加到主开关器件上，保护了电力电子器件。保护电路形式很多。这里主要考虑晶闸管在实际应用中一般会承受的换相过电压，故可用阻容保护电路来实现