过零触发交流稳压电源电路

课程设计名称：电力电子课程设计题目：过零触发交流稳压电源电路院系:学生班级：学号：学生姓名:指导教师：-1-目录引言-----------------------------------------------------------21晶闸管过零触发电路-----------------------------------------.31.1移相触发电路和过零触发电路的比较--------------------------------------31.2过零触发电路的结构形式------------------------------------------------42交流稳压电源电路--------------------------------------------52.1交流稳压电源的介绍----------------------------------------------------52.2交流稳压电源的基本结构------------------------------------------------63过零触发交流稳压电源电路总体设计----------------------------73.1原理分析--------------------------------------------------------------73.2电气原理图------------------------------------------------------------84结论-------------------------------------------------------9参考文献------------------------------------------------------10-2-引言随着高新技术的发展，越来越多的高精密负载对输入电源，特别是对交流输入电源的稳压精度要求越来越高。但是，由于电力供求矛盾的存在，市电电网电压的波动较大，不能满足高精密负载的要求，需要在市电电网与负载之间增设一台高稳压精度的宽稳压范围的交流稳压电源。能为负载提供稳定交流电源的电子装置。又称交流稳压器。有关交流稳压电源的参数及质量指标可参见直流稳压电源。各种电子设备要求有比较稳定的交流电源供电，特别是当计算机技术应用到各个领域后，采用由交流电网直接供电而不采取任何措施的方式已不能满足需要。过零触发是在设定时间间隔内，改变晶闸管导通的周波数来实现电压或功率的控制。既能实现调压，又能保持输出正弦波波形的完整，这是过零触发电路的最初思路。过零触发交流稳压电源目前已广泛应用于工业自动化，成套设备、数控机床、轻纺、医疗、宾馆、广播电视、通讯设备等各种需要电压稳定的场合。以上使用场合如配接计算机远程通讯接口，还可实现远端对电源稳压器的遥控、遥信和遥测。本设计利用晶闸管过零触发,对传统的交流稳压电源进行了改进,性能照以往的稳压电源有了很大的提高。-3-1晶闸管过零触发电路1.1移相触发电路和过零触发电路的比较移相触发在交流调压领域，尤其是应用于交、直流电机的电力拖动系统的交、直流调压电路，多采用移相触发电路，即使触发脉冲相对同步脉冲来说，产生一个相对延迟角，延迟量越大，晶闸管的导通角越小，输出电压越低。电路的实质是调整或控制触发脉冲出现的时刻，若使移相触发脉冲在电网周波的“峰顶位置”出现，晶闸管在电网电压过零点后的T2、T4时刻开通，电网电压的正弦波被“削掉一半”，输出电压的有效值为电源电压的一半。移相触发的结果，使完整的正弦波被“部分砍掉”，形成“缺口波”，此种波形中谐波分量最大，富含奇、偶次（多种频率值的）谐波，易使电网中产生浪涌电压（电流）分量，造成对电网的污染、易对周围电气设备造成干扰。我们可称为这种控制方式为“削波控制”，输出电压频率仍为50Hz，电压（电流）的连续性，还算不错。图1-1移相触发与过零触发的波形比较过零触发在电压过零时给晶闸管以触发脉冲，使晶闸管工作状态始终处于全导通或全阻断，这种工作方式称为过零触发。交流过零触发开关电路就是利用过零触发方式来控制晶闸管导通与关断。它被用来实现在设定的周期范围内，将电路接通几个周波，然后断开几个周波，通过改变晶闸管在设定周期内通断时间的比例，达到调节负载两端交流电压，即负载功率的目的。既能实现调压，又能保持输出正弦波波形的完整，这是过零触发电路的最初思路。实现方法：①触发脉冲总是在电网过零点附近送出，使晶闸管在电网过零后即行输出，在整个-4-电网周波内“完全开通”，电路输出为完整的正弦波形。②用门限控制信号来控制晶闸管的导通时间，即控制流过晶闸管周波数的多少，当使控制信号高、低电平时间比T1：T2=1：1时，晶闸管一半时间处于关断，一半时间处于开通，电源中的完整周波有一半为晶闸管所输出，输出电压的有效值也为电源电压的一半。③过零电路的触发脉冲，是由同步脉冲，不经移相，即直接触发晶闸管的，但取得的同步脉冲往往较“窄”，需要展宽处理，才能可靠触发晶闸管。过零触发电路，晶闸管输出波形为完整的正弦波，晶闸管从过零点开始导通，然后在过零点自生关断，晶闸管承受的电流、电压冲击较小，输出电压的谐波分量少，不污染电网和造成干扰，这是其优点。这种控制方式可称之为“通、断控制”，输出为全压→输出电压为0→输出为全压→输出电压为0→……，输出电压（电流）的连续性很差，电源的通断频率，取决于门限控制信号的变化，因而适用范围更窄，仅适用于阻性负载，如电阻加热恒温控制等，不宜用于控制电力拖动系统。1.2过零触发电路的结构形式在一些需要频繁起停或工作场所特殊出于安全考虑，不允许产生接触器开断时的火花，常采用晶闸管功率器件，来代替接触器，用作电机起停控制，这种电路被称作无触点开关，在控制上非常简单。用继电器KA控制晶闸管的开、断，KA触点闭合时，产生由晶闸管阳极经D、R限流和限向元件，流入晶闸管栅、阴极的触发电流回路，晶闸管开通，KA触点断开，晶闸管截止。假设能精确地控制KA在电网电压过零时接通，则晶图1-2无触点交流开关的主要形式图1-3过零电路的基本电路构成图1-3过零电路的基本电路构成-5-闸管开通时冲击电流最小，即成为过零触发控制电路。实际电路中，因继电器KA的滞后动作（电磁/机械转换动作过程），对其闭合时间，很难进行精准的控制，若换用电子器件代替KA，控制电路能在适当时刻发送触发脉冲，即能实现真正的过零触发控制。晶闸管过零触发电路，主要由同步信号电路、门限控制信号电路、触发电路等几部分组成。同步信号电路用于采样电网过零信号，形成电网过零脉冲信号，有些电路是直接将同步脉冲用于触发脉冲，有些电路是经展宽处理，变为触发脉冲；门限控制信号电路，是触发脉冲的“可控通道”，控制流通脉冲数，也即时控制晶闸管的导通脉波数，达到过零调压控制的目的。另外，故障发生时，保护电路应送出一个“触发脉冲封锁”信号，使主电路晶闸管全部关断。图1-4过零触发电路2交流稳压电源电路2.1交流稳压电源的介绍能为负载提供稳定交流电源的电子装置。又称交流稳压器。由于市电供电压因各种原因而不稳定，特别是有些供电场所电压波动幅度很大，从而影响用电设备的正常工作，还可能造成用电设备损坏，而交流稳压器是一种能够使用电设备的工作电压基本稳定的稳压设备。在一些小功率的单相用电设备中，往往要求供电电压稳定才能很好地工作，但往往市电电压都存在着10%的波动，有时还超过此波动值。为此就需要一个交流稳压器对这些设备提供稳定的供电电压。按电源使用环境不同分类可分为两类,单相交流稳压器,三相交流稳压器,按调压方式不同分类可分为三类,电子感应式油式稳压器,干式接触式调压稳压器(直接调压稳压器和补偿式调压稳压器),干式无触点调压式稳压器(一般是带补偿的稳压器)。-6-2.2交流稳压电源的基本结构交流稳压器种类固然很多，主回路工作原理有所不同，但基本上(交流参数稳压器例外)基本都是输入开关取样电路,控制电路,电压调节装置，输出保护装置,驱动装置，显示器及及组成,其基本工作原理框图如下:图2-1交流稳压器框图①、输入开关：作为稳压器输入工作开关，一般都采用有限流保护的空气开关式小型断路开关，它能对稳压器和用电设备起到保护作用。②、电压调节装置：是一种可以调节输出电压的装置,它能将输出电压升高或降低是稳压器最主要的部件。③、取样电路：它对稳压器输出电压和电流进行检测，将输出电压变化的情况给传送给控制电路。④、驱动装置：由于控制电路的控制电信号较弱,所以需要用驱动装置来进行功率放大和转换。⑤、驱动保护装置：一种连通和断开稳压器的输出的装置，一般常用继电器或接触器或保险器等。⑥、控制电路：它将取样的电路检测型号进行分析,当输出电压偏高时，则向驱动装置发送将电压降低的控制信号，则驱动装置将驱动电压调节装置将输出电压调低，当输出电压偏低时，则向驱动装置发送将电压升高的控制信号，则驱动装置将驱动电压调节装置将输出电压调高，而使输出电压稳定达到稳定输出的目的。交流稳压电源目前已广泛应用于工业自动化，成套设备、数控机床、轻纺、医疗、宾馆、广播电视、通讯设备等各种需要电压稳定的场合。以上使用场合如配接计算机远程通讯接口，还可实现远端对电源稳压器的遥控、遥信和遥测。-7-3过零触发交流稳压电源电路总体设计3.1原理分析为了提高电子交流稳压管的效率和功率，提出了可控硅过零触发交流稳压管。性能：电网电压在165V到240V之间变化时，输出电压可在195V到230V之间变化。原理：如图3-1，电网电压经变压器B2隔离降压后，有二极管VD1～VD4组成的桥式整流器整流后分成三路。第一路供给三极管V2和V5的基极作零触发分配器的过零同步信号。第二路经过二极管VD5和电容C1，稳压管DW1、DW2和电位器W1，并在电位器上去的反映电网电压变化的取样电压E，由E去控制双向可控硅触发信号的分配电路。第三路经过二极管VD9和电容C2滤波后，经电阻R1和稳压管DW4稳压，供给稳压的直流电压。选用较高的整流电压和较大的限流降压电阻R1，可以使电网电压降到最低值时还能得到稳定的输出电压。同步的100Hz信号经过电阻R4、R5和R9、R10分压供给三极管V2和V5基极电压。由于分压电阻的阻值很小，电压有较高，所以V2和V1及V4和V5在大部分时间内都是饱和导通的，只有在信号电压为零的瞬间不导通，或V1和V4输出触发信号就是和电源同步的过零触发信号，V3、V6是控制V1、V4的零触发信号不能同时输出的分配器。否则就会使两个双向可控硅VT1和VT2同时导通而短路，造成损坏。V6的导通与否决定于V7和V8组成的电路。该电路的工作状态决定于电位器W1上的电压E，而E又决定于电网电压。当电网电压又最低值向上升高时，取样电压E也逐渐上升，当E升高到大于稳压管DW3的击穿电压时，V8由截止变为导通，V7由导通变为截止，使V6导通。由于V6的导通，一方面V3截止，VD6正向导通而关闭V1的零触发信号。另一方面又使VD8由正向导通变为承受反向电压而打开V4和V5的零触发信号输出，是输出电压由自耦电压器升压状态转换成自由电网电压直接输出状态。当电网电压由最高向下降低时，其过程则相反，输出电压在某值时将突然由电网直接供电状态转变为由自耦变压器升压供电。这种切换过程在半个周波内即可完成。3.2电气原理图-8-112233445566DDCCBBAATitleNumberRevisionSizeBDate:2010-12-19SheetofFile:C:\DOCUMENTSANDSETTINGS\..\可控性硅零触发交流稳压器.SCHDOCDrawnBy:1KR25.1KR35.1KR45.1KR61KR75.1KR85.1R95.1KR115.1KR125.1R13R1R1422KR1522KR161KR101KR52CW22JDW42CW1DW2V8V7V6V5V4V3V2VIDW1VD9VD8VD7VD6VD5VT1VT2500uFC3500uFC210uFC1B2B1S?S?S?S?接电网