单项交流调压电路(2000W)

XXXX大学电力电子技术课程设计（论文）题目：单相交流调压电路（2000W）院（系）：专业班级：电气学号：学生姓名：指导教师：起止时间：本科生课程设计（论文）I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%以百分制计算学号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目单相交流调压电路（2000W）课程设计（论文）任务课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数实现功能利用晶闸管构成交流调压电路，对电加热设备、白炽灯、卤钨灯、电风扇灯等进行平滑的调温、调光、调速。设计任务1、方案的经济技术论证。2、主电路设计。3、通过计算选择器件的具体型号。4、触发电路设计。5、绘制相关电路图。6、进行matlab仿真。7、完成设计说明书。要求1、文字在4000字左右。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、输出电压在0～220V连续可调。3、输出电流最大值10A。4、负载为电阻负载或阻感负载。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：电路仿真；第9天：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）II摘要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]1[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。和整流电路一样，单相交流调压电路的工作情况也和负载性质有很大的关系，因此可以分为以下几类：电阻负载、阻感负载。这需要我们对于单项交流调压电路的谐波分析和对斩控式交流调压电路的理解，我们可以进行相位控制调压和斩波控制调压。前者是利用控制触发滞后角α的方法，控制输出电压。晶闸管]2[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，纯电阻性负载最小。后者是将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。由于市场的发展以及人们的需要，并且我们面对这个日益能源枯竭的社会，我们需要对交流与交流的转化进行更加人性化的处理，使在不影响电能质量的前提下，对用交流电的幅值进行合适并且合理的调整，既节约了资源又满足人们的需要。因此，我们对单项交流调压电路进行了解并加以学习。在课本的基础上学到更多相关方面的知识，增加我们对电力的理解，并且加强我们合理经济的应用电能的意识，使电力的发展更加应用我们人类的生存与发展]3[。关键词：单项交流电；调节；交流稳压；频率本科生课程设计（论文）III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.................................................2第2章单项交流调压电路设计..........................................32.1单项交流调压电路总体设计方案.................................32.2具体电路设计.................................................42.2.1主电路设计.............................................52.2.2保护电路设计...........................错误!未定义书签。2.3元器件型号选择...............................................62.3.1单项交流调压电路参数计算...............................82.3.2单项交流调压电路参数选择...............................82.4系统仿真.....................................................92.4.1单项交流调压电路仿真软件简介...........................92.4.2单项交流调压电路仿真模型建立..........................102.4.3单项交流调压电路仿真波形及数据分析....................11第3章课程设计总结.................................................12参考文献............................................................13本科生课程设计（论文）1第1章绪论1.1电力电子技术概况随着科学技术和生产力的不断发展，电力系统规模的不断扩大，现代电力系统超常规的发展已经对电力规划和设计提出更高的要求。现如今电力电子技术的应用范围十分广泛。它不仅用于一般工业，也广泛用于交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统]4[等，在照明、空调等家用电器及其他领域中也有着广泛的应用。在工业方面，我们工业中大量应用各种交直流电动机。直流电动机有良好的调速性能，为其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。因为电力电子技术的发展，使得变频技术有了飞跃性的突破，使得交流电动机的调速性能已经达到了直流电动机的水平，所以交流调速逐渐大量应用到各个工业发展中。电力电子技术应用在工业方面很广，不仅用于电化学工业还应用于冶金工业，为人们的生产生活提供很大帮助。在交通运输方面，由于电气机车中的直流机车采用整流]5[装置，交流机车采用变频方式，并且在磁悬浮列车中，电力电子技术更是一项关键的技术。几乎除了电动机传动外，车辆中的各种辅助电源也都离不开电力电子技术。在飞机、船舶在高速发展的同时，由于要求不同的电源与驱动，所以这也与电力电子技术有很大的密切性。最为重要的是与电力系统的发展密切相关，不仅在无功补偿和抑制谐波上有重要的意义，并且在直流输电中，长距离输电、大容量输电时有很大的优势，因为其发电端和受电端的整流阀与逆变阀]6[都是利用电力电子器件装置。并且电力电子器件还具有防止电网瞬时停电、瞬时电压跌落、闪变等，用来进行电能质量的控制，以改善电能。在电子装置用电方面，由于通信设备中的程控交换机所用的直流电源以前都是用晶闸管整流电源，现在已经换成了全控器件的高频开关电源。并且在大型计算机中也用到了电力电子技术，因为他们的工作电源以及微型计算机内部的供电系统都是采用高频开关电源的，高频开关电源体积小、重量轻、效率高，现在早已经取代了线性电源。尤为重要的是有些计算机是不可以断电的，所以出现了不间断电源这就更需要电力电子技术]7[的使用了。因此，电力电子技术在用电方面起到了控制的作用，给我们的生活提供了极大的方便。本科生课程设计（论文）2在其他方面，几乎所有的领域都离不开电力电子技术的应用。如家用电器方面，通过利用电力电子技术是的电能得到了很大的利用，“节能灯”正在逐步的取代着白炽灯和荧光灯。从传统的水利、火力发电到现如今的核能发电，随着控制能量的越来越大与电力电子器件的功率的利用越来越大，所需要的电力电子器件的水平也就越来越高，包括人类对于外太空的探索，使得一代又一代研究电力电子技术的人才与科研工作者不断的开发出新的技术，为人类的进步作出了卓越的贡献。总之，电力电子技术应用十分广泛，并且这还在节能方面取得了十分显著的效果，故又被称为节能技术]8[。1.2本文设计内容根据任务书内容，单项交流调压电路利用于对于电压大小的改变，电力电子技术的发展及应用情况，交流调压电路的一般结构是按照一定的规律控制交流开关的通断。按单相交流调压电路的控制方式有周波控制调压、相位控制调压和斩波控制调压。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。其中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。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。。但是，在负载容量很大时，开关的通断将引起对电网]9[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。对单相交流电的电压进行调节的电路。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。和整流电路一样，单相交流调压电路的工作情况也和负载性质有很大的关系，因此可以分为以下几类：电阻负载、阻感负载。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，纯电阻性负载最小。后者是将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。本科生课程设计（论文）3第2章单项交流电路设计2.1单项交流电路总体设计方案图2-1单项交流调压电路总设计图通过对单项交流调压设计图的了解，我们明白最主要的是单项交流调压电路的晶闸管的位置，晶闸管可以用二极管]10[代替，然后就是通过接滑动变阻器来调节电压的大小以满足仿真的要求。本科生课程设计（论文）42.2单项交流单路具体电路设计图2-2单相交流调压主电路原理图由主电路图我们可知，对于家庭用电的三相电源输出进行调压，通过1VT与4VT的导通，是交流源的输出变成直流；又通过滑动变阻器的改变进行单项交流调压，已达到我们所需要的目的。在主电路设计图中我们通过对两个可控晶闸管的门电路导通与否控制来实现单项交流，滑动变阻器]11[和晶闸管门级电路相连，做到可开关与可控制功率大小的目的。本科生课程设计（论文）52.2.1主电路设计在上图中晶闸管1VT与2VT也可以用双向晶闸管代替。在电源U的正半周内，晶闸管V承受正向电压，当t时触发V使其导通则负载上得到缺α角的正弦半波电压。我们可以改变不同的α角的大小来改变触发角，已到达控制调压电路的目的。当电源电压为0时，V管电流下降为0而关断，在电源电压U的负半周，V晶闸管承受正向电压。同理，在电源电压U的正半周，V晶闸管承受反向电压，所以电路的保护设计相当重要。当t时，触发V使其导通，则负载上得到缺α角的正弦负半波]12[电压，改变α角大小，就改变了输出电压有效值大小，负载电压电压有效值的计算表达式是：…………………（2.2.1）（1）负载电流有效值2sin21RURUIoo…………………………………（2.2.2）（2）晶闸管电流有效值………………（2.2.3）（3）电路功率因数…………（2.2.4）2sin21dsin21121oUttUU)22sin1(21sin221121RUtdRtUIT2sin211oo1ooUUIUIUSP本科生课程设计（论文）6由图和公式可以看出α移项范围从0到π，α=0时，相当于晶闸管一直接通，门电路无作用。输出电压为最大值，随着α的增大，U降低，直到α=π时，U=0。此外，α=0时，功率因数λ=1。随着α的增大，输入电流落后于电压并且发生畸变，λ也随之降低。（4）单相交流调压电路谐波分析]13[由主电路图可以看出，负载电压和负载电流均不是正弦波，含