单相交流调压电路的课程设计讲解

1电力电子技术课程设计说明书单相交流调压电路的设计院、部：电气与信息工程学院学生姓名：李啸龙指导教师：肖文英职称副教授专业：自动化班级：1101班完成时间：2014年5月2摘要交流调压电路广泛用于灯光控制（如调光灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软启动，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，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。在这些电源中如采用晶闸管相控整流电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联；同样，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联。这都是十分不合理的。采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压、电流值都比较适中，在变压器二次侧只要用二极管整流就这样的电路体积小、成本低、易于设计制造。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，交流调压电路控制简便，调节速度快，装置的重量轻、体积小，有色金属耗也少关键词：交流；调压；电动机调速；电力系统；变压器；ABSTRACT3Acvoltagecircuitiswidelyusedinlightingcontrol(suchasdimmerandstagelightingcontrol)andasynchronousmotor,alsousedinthesoftstart-upinductionmotordrive.Inthepowersystem,thecircuitisalsooftenusedtoreactivepowerofcontinuousadjustment.Inaddition,inhighvoltageandlowvoltage,current,orsmallcurrentdcpowersupply,oftenalsoadoptacvoltagetransformervoltageregulatingcircuit.Inthesepowersuchasusingthyristorrectifiercircuitcontrolofhighvoltage,lowcurrentcontrolleddcpowerneedsmanythyristorseries,Similarly,lowvoltagedccurrentneedsmanythyristorparallel.Thisisveryreasonable.Adoptacvoltagetransformervoltagecircuitintheside,thevoltageandcurrentaremoderate,asintransformerwithdioderectifierside.Thiscircuit,smallvolume,lowcost,easytodesignandmanufacture.Single-phaseacvoltagecircuitofsingle-phaseacvoltageistoadjustthecircuit.Usedinelectricheatingsystem,acmotorspeedcontrol,lightingcontrolandacstabilizeretc.Sincethevoltagetransformerwithdecouplingmethod,exchangeregulatingcircuitcontrolandspeedregulation,thedevice,lightweight,smallsize,non-ferrousmetalconsumptionislessKeywords:communication;Voltageregulation;Motordrive;Powersystem;Transformer;4目录1单相交流调压电路设计目的及务······························51．1设计目的··············································51.2设计要求及分析·······································51.3设计方案选择········································52单相交流调压主电路设计及分析······························52.1电阻负载···············································62.1.1建立模型仿真·······································62.1.2仿真参数设置·······································62.1.3结果分析··········································102.2阻负载感············································113触发电路·················································164保护电路·················································184.1保护电路设计········································184.2过电压的产生及过电压保护····························184.3晶闸管过电流保护····································195总电路图·················································216单相交流调压电路参数设定与计算···························216.1单相交流调压变流器参数设定··························216.2单相交流调压变流器电路分析··························216.3输出平均电压、电流及输出有功功率····················227总结与体会···············································24参考文献···················································25致谢·······················································26附录·······················································271单相交流调压电路设计目的及任务51.1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设计方案选择本课程设计方法：采用两个普通晶闸管反向并联设计单相交流调压电路。2．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6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电阻负载图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。图1反电势电阻负载单相交流调压电路图图2输入输出电压及电流波形图2.1.1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2-3，2.1.2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。7图3matlab电阻负载仿真图40°时，单相交流调压电路波形8图530°时，单相交流调压电路波形图660°时，单相交流调压电路波形9图790°时，单相交流调压电路波形图8150°时，单相交流调压电路波形10图9180°时，单相交流调压电路波形2.1.3结果分析上面图5---图10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2sinsin2212221UtdtUU可求得：0U22021210sinUUU30U=265432621299.0)2sin(6UUU1123243232126090.0)2sin(3UUUU221222129071.00)2sin(2UUUU2212125212150671.00)2sin(125UUUU000)2sin(2212180UUU观察图5-----图10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,,三种工况分别进行讨论。（1）情况12图10阻感负载电路图图11阻感负载工作波形图上图所示为单相反并联交流调压电路带感性负载时的电路图，以及在控制角触发导通时的输出波形图，同电阻负载一样，在iu的正半周角时，iT触发导通，输出电压ou等于电源电压，电流波形oi从0开始上升。由于是感性负载，电流o