电力电子技术-大作业

《电力电子技术大作业》作业题目：灯光控制电路姓名：刘大勇班级：电气12-04班学号：11053416同组人：付晨平12053429程润泽12053427中国石油大学（华东）日期：2014年12月13日得分：摘要本篇论文主要是对基于电力电子技术，模拟电子技术和数字电子技术来进行设计的灯光控制电电路进行详细的说明。包括其设计思路，工作原理和功能应用，以及所使用的主要元器件和电路。在整篇论文中，对于元器件和电路形式作了比较详细地介绍，具体说明了其工作原理，基本应用和发展前景。最后表达了对于本次课程设计的收获和感悟。关键词：亮度调节；定时；色调搭配；三相桥式整流；W7805稳压芯片；NE555定时器；双向晶闸管；电容；发光二极管；目录第一章引言……………………………………………………………………………………………………..21.1课题设计的背景和意义……………………………………………………………………..21.2课题的设计思路、工作原理与功能应用………………………………………….2第二章主要电路和元件的介绍………………………………………………………………………32.1三相桥式全控整流电路……………………………………………………………………..32.2电力电容器的特性、作用及运行中的问题………………………………………42.3二极管工作原理及主要应用……………………………………………………………..72.4发光二极管的工作原理及应用………………………………………………………….82.5W7805稳压器……………………………………………………………………………………..92.6555定时器的基本组成和工作原理…………………………………………………..102.7双向晶闸管原理及其交流开关应用………………………………………………….12第三章收获与感悟………………………………………………………………………………………..14第一章引言1.1课题设计的背景和意义照明主要包含天然采光和人工照明这两个方面。电气照明就是指为了进行人工照明通过各种设施而把电能转变为光能。从大的方面来说，我国虽然地域辽阔、资源总量丰富，但是由于人口基数大、资源利用率相对发达国家较低，因次我国的资源同样面临着巨大问题和挑战。而目前我国的电能主要来源于火力发电，只有少部分电能是来源于太阳能发电、风能发电、潮汐发电等，因此节能问题迫不容缓；而从小的方面来说，电气照明节能设计有利于减少企业和家庭的电费开支。1.2课题的设计思路、工作原理与功能应用设计思路：经过电力电子这门课程的学习，对于电力变换电路，有了比较清晰地认识，在本次设计过程中，运用了三相桥式整流电路。有三相桥式整流电路加上变压器可以得到合适的直流电，作为一些芯片和小功率用电器的供电电源。利用不同颜色发光二极管的串联和并联，可以有效地调节一定范围内的光环境。通过利用稳压芯片可以得到幅值和波形符合要求的电压，为NE555定时器供电。有定时器和其他组合元件搭配而成的定时电路，可通过双向晶闸管实现对主电路的控制，定时时间长度大概在几小时左右，因此可以对各种用电器实现定时控制，通过将灯泡或日光灯与滑动变阻器串联可实现灯光亮度的无极调节。工作原理及应用：本次电路的设计是基于电力电子技术中的变压和整流来进行的。通过变压器和三相桥式整流加电容滤波电路，初步获得可以为控制电路供电的电压比较稳定的直流电源。接下来通过使滑动变阻器和发光二极管来实现对发光二极管的亮度的调节，通过多组不同颜色的发光二极管和滑动变阻器的并联以及并联在发光二极管两端的开关，可以实现调节不同发光二级光的亮度以及亮灭，使其相互搭配来实现对室内光环境的全面调节，达到用户所期望的效果。除此之外，发光二极管位置的布置，也可以进行合理调整，可以通过不同的设置位置，摆放成不同的形状，例如心形，月亮等来达到传情达意的目的，情侣首选。在之后的电路里，加入了由W7805芯片和其他元件共同组成的稳压电路，可以将前边经整流滤波得到的电压波形进行高度的稳定，变成一条直线，为之后的NE555定时器提供稳定的电压。接下来是由NE555芯片和其他元件组合而成的定时器，通过调节滑动变阻器和适当选择电容的大小，可以实现不同时间长度的定时需求。定时器的输出接到了双向晶闸管，作为触发脉冲，使其导通。双向晶闸管串联在主电路上，控制主电路的断开和闭合，即灯泡的亮灭，与灯泡串联的滑动变阻器，用来调节灯光的亮度。由定时电路和双向晶闸管的相互配合可以实现灯泡的定时亮灭。除了对灯泡进行定时操作外，还可以利用定时电路对其他用电设备实现定时操作，例如电热毯的定时充电和电风扇的定时等。由日光灯和发光二极管相互配合，对光的调节和利用有更高的效率，可以在功能和智能化程度提高的同时实现节约电能的作用。第二章主要电路及元器件的介绍2.1三相桥式全整流电路三相桥式全控整流电路原理图如图1所示[1]。在图1中该电路是由变压器、共阴极组(VT1，VT3，VT5)、共阳极组(VT4，VT6，VT2)以及负载连接而成，其中变压器一次侧接成三角形，目的是避免3次谐波流入电网，二次侧接成星形可得到零线。由于电路采用了六个晶闸管，晶闸管为半控器件，需要设计触发电路才能使它们导通。电路正常工作时，每个时刻需两个晶闸管导通，一个为共阴极组，另外一个为共阳极组的。本电路的采用的是双脉冲触发方式，以确保前一个晶闸管导通。六个晶闸管的脉冲按照VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6的顺序依次导通，相位依次差60°。在满足触发条件的情况下，共阳极组中处于通态的晶闸管对应正得最多的相电压，共阴极组中处于通态的晶闸管对应负得最多的相电压。输出整流电压Ud则为两相电压之差。根据晶闸管的工作情况，故将波形中的一个周期等分成六段，每段60°。三相桥式全控整流电路，通过控制触发角a的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小。为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按触发角α的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。晶闸管相控电路，习惯称为触发电路。晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。晶闸管具有下面的特性：1）当晶闸管承受反向电压时，无论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通2）晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。3）晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何变化，晶闸管都保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。4）晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。根据晶闸管的这种特性，通过控制晶闸管的导通和关断时刻，就能控制整流电路的触发角的大小。在整流电路合闸启动过程中或电流断续时，为确保电路的正常工作，需保证同时导通的2个晶闸管均有触发脉冲。在触发某个晶闸管的同时，给序号紧前的一个晶闸管补发脉冲。即用两个窄脉冲代替宽脉冲，两个窄脉冲的前沿相差60o，脉宽一般为20o~30o，称为双脉冲触发。双脉冲电路较复杂，但要求的触发电路输出功率小。2.2电力电容器的特性、作用及运行中的问题1）电力电容器的特性从电容器的结构上看，最简单的电容器是由两端的极板和中间的绝缘电介质（包括空气）构成的。通电后，极板带电，形成电压（电势差），但是由于中间的绝缘物质，所以整个电容器是不导电的。不过，这样的情况是在没有超过电容器的临界电压（击穿电压）的前提条件下的。我们知道，任何物质都是相对绝缘的，当物质两端的电压加大到一定程度后，物质是都可以导电的，我们称这个电压叫击穿电压。电容也不例外，电容被击穿后，就不是绝缘体了。不过在中学阶段，这样的电压在电路中是见不到的，所以都是在击穿电压以下工作的，可以被当做绝缘体看。但是，在交流电路中，因为电流的方向是随时间成一定的函数关系变化的。而电容器充放电的过程是有时间的，这个时候，在极板间形成变化的电场，而这个电场也是随时间变化的函数。实际上，电流是通过场的形式在电容器间通过的。2）电力电容器的作用串联电容器的作用|电厂锅炉、汽轮机、电气、水处理等热电行业技术交流串联电容器串接在线路中，其作用如下：（一）提高线路末端电压串接在线路中的电容器，利用其容抗xc补偿线路的感抗xl，使线路的电压降落减少，从而提高线路末端（受电端）的电压，一般可将线路末端电压最大可提高10%～20%。|电厂锅炉、汽轮机、电气、水处理等热电行业技术交流)（二）降低受电端电压波当线路受电端接有变化很大的冲击负荷（如电弧炉、电焊机、电气轨道等）时，串联电容器能消除电压的剧烈波动。这是因为串联电容器在线路中对电压降落的补偿作用是随通过电容器的负荷而变化的，具有随负荷的变化而瞬时调节的性能，能自动维持负荷端（受电端）的电压值。（三）提高线路输电能力由于线路串入了电容器的补偿电抗xc，线路的电压降落和功率损耗减少，相应地提高了线路的输送容量。（四）改善了系统潮流分布在闭合网络中的某些线路上串接一些电容器，部分地改变了线路电抗，使电流按指定的线路流动，以达到功率经济分布的目的。（五）提高系统的稳定性线路串入电容器后，提高了线路的输电能力，这本身就提高了系统的静稳定。当线路故障被部分切除时（如双回路被切除一回、但回路单相接地切除一相），系统等效电抗急剧增加，此时，将串联电容器进行强行补偿，即短时强行改变电容器串、并联数量，临时增加容抗xc，使系统总的等效电抗减少，提高了输送的极限功率，从而提高系统的动稳定3）电力电容器运行中应注意的问题（一）环境温度电容器周围环境的温度不可太高，也不可太低。如果环境温度太高，电容工作时所产生的热就散不出去；而如果环境温度太低，电容器内的油就可能会冻结，容易电击穿。按电容器有关技术条件规定，电容器的工作环境温度一般以40℃为上限。我国大部分地区的气温都在这个温度以下，所以通常不必采用专门的降温设施。如果电容器附近存在着某种热源，有可能使室温上升到40℃以上，这时就应采取通风降温措施，否则应立即切除电容器。电容器环境温度的下限应根据电容器中介质的种类和性质来决定。YY型电容器中的介质是矿物油，即使是在-45℃以下，也不会冻结，所以规定-40℃为其环境温度的下限。而YL型电容器中的介质就比较容易冻结，所以环境温度必须高于-20℃，我国北方地区不宜在冬季使用这种电容器。(除非把它安置在室内，并采取加温措施)（二）工作温度电容器工作时，其内部介质的温度应低于65℃，最高不得超过70℃，否则会引起热击穿，或是引起鼓肚现象。电容器外壳的温度是在介质温度与环境温度之间，一般为50~60℃，不得超过60℃。为了监视电容器的温度，可用桐油石灰温度计的探头粘贴在电容器外壳大面中间三分之二高度处，或是使用熔点为50~60℃的试温蜡片。（三）工作电压电容器对电压十分敏感，因电容器的损耗与电压平方成正比，过电压会使电容器发热严重，电容器绝缘会加速老化，寿命缩短，甚至电击穿。电网电压一般应低于电容器本身的额定电压，最高不得超过其额定电压10%，但应注意:最高工作电压和最高工作温度不可同时出现。因此，当工作电压为1.1倍额定电压时，必须采取降温措施。（四）工作电流与谐波问题当电容器安装工作于含有磁饱和稳压器、大型整流器和电弧炉等“谐波源”的电网上时，交流电中就会出现高次谐波。对于n次谐波而言，电容器的电抗将是基波时的1/n，因此，谐波对电流的影响是很厉害的。谐波的这种电流对电容器非常有害，极容易使电容器击穿引起相间短路。考虑谐波的存在，故规定电容器的工作电流不得超过额定电流的1.3倍。必要时，应在电容器上串联适当的感性电抗，以限制谐波电流。（五）合闸时的弧光问题某些电容器组特别是高压电容器在合闸并网时，因合闸涌流很大，在开关上或变流器上会出现弧光。碰到这种情形时，应调整电容器组的电容值或更换变流器，对高压电容器可采用串电抗器加以消除。（六）运行中的放电声问题电容器在运行时，一般是没有声音的，但有时会例外。造成声音的原因大致有以下几种：①套管放电。电容器的套管为装配式者