单相电风扇无级调速电路

辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：单相电风扇无级调速电路院（系）：电气工程学院专业班级：电气094学号：090303111学生姓名：姜佩君指导教师：（签字）起止时间：2011-12-26至2011-01-06本科生课程设计（论文）III课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：电气注：成绩：平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算学号090303111学生姓名姜佩君专业班级电气094课程设计（论文）题目单相电风扇无级调速电路课程设计（论文）任务课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数实现功能利用晶闸管构成交流调压电路，调节电风扇电动机电压，从而改变电风扇的转速，可实现无级变速，满足人们对电风扇风速的不同要求，且此调速装置寿命长。设计任务与要求1、方案的经济技术论证。2、主电路设计。3、通过计算选择整流器件的具体型号。4、触发电路设计5、绘制相关电路图6、保护电路设计7、电路调试或仿真8、完成4000字左右说明书。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1A。4、负载为100W电风扇。5、根据实际工作情况，最小控制角取20～300左右。。工作计划第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：电路调试或仿真；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）IV摘要随着科技的发展，技术的进步，人类在许多领域已取得较大的成功，并且成功的使用这些技术为人类的生活所服务。本课设在电力电子的发展基础上，运用晶闸管的特点以及与其相关的触发电路和保护电路的相关知识，在考虑到实际应用中注重的经济性和可控性以及器件的选择等方面的相关知识，设计了单相电风扇无级调速电路的方案，同时也分别设计了主电路、触发电路以及保护电路等电路的方案，同时运用工程技术中较多使用的matlab软件进行相关的电路调试或仿真，并结合设计的技术参数要求，给出一个较合理的设计方案，以完成利用晶闸管构成交流调压电路，调节电风扇电动机电压，从而改变电风扇的转速，可实现无级变速的功能，满足人们对电风扇风速的不同要求，从而实现满足人们需要的电路设计方案。关键词：晶闸管；晶闸管的触发与保护；器件选取；电路调试与系统仿真本科生课程设计（论文）V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.................................................3第2章单相电风扇无级调速电路设计....................................42.1单相电风扇无级调速电路总体设计方案...........................42.2具体电路设计.................................................52.2.1主电路设计............................................................................................52.2.2控制设计................................................................................................82.2.3保护电路设计......................................................................................102.3元器件型号选择..............................................112.4系统调试或仿真、数据分析....................................12第3章课程设计总结.................................................15参考文献............................................................16本科生课程设计（论文）1第1章绪论1.1电力电子技术概况电力电子技术是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。电力电子技术分为电力电子器件制造技术和交流技术（整流，逆变，斩波，变频，变相等）两个分支。现已成为电气工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课，在培养该专业人才中占有重要地位。电力电子学（PowerElectronics）这一名称是在上世纪60年代出现的。1974年，美国的W.Newell对电力电子学进行了描述，认为它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而形成的。这一观点被全世界普遍接受。“电力电子学”和“电力电子技术”是分别从学术和工程技术2个不同的角度来称呼的一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出的第一个晶闸管为标志的，电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管和晶闸管变流技术的发展而确立的。此前就已经有用于电力变换的电子技术，所以晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前或黎明时期。70年代后期以门极可关断晶闸管（GTO），电力双极型晶体管（BJT），电力场效应管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件全速发展（全控型器件的特点是通过对门极既栅极或基极的控制既可以使其开通又可以使其关断），使电力电子技术的面貌焕然一新进入了新的发展阶段。80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT可看作MOSFET和BJT的复合）为代表的复合型器件集驱动功率小，开关速度快，通态压降小，在流能力大于一身，性能优越使之成为现代电力电子技术的主导器件。为了使电力电子装置的结构紧凑，体积减小，常常把若干个电力电子器件及必要的辅助器件做成模块的形式，后来又把驱动，控制，保护电路和功率器件集成在一起，构成功率集成电路（PIC）。目前PIC的功率都还较小但这代表了电力电子技术发展的一个重要方向。利用电力电子器件实现工业规模电能变换的技术，有时也称为功率电子技术。一般情况下，它是将一种形式的工业电能转换成另一种形式的工业电本科生课程设计（论文）2能。例如，将交流电能变换成直流电能或将直流电能变换成交流电能；将工频电源变换为设备所需频率的电源；在正常交流电源中断时，用逆变器（见电力变流器）将蓄电池的直流电能变换成工频交流电能。应用电力电子技术还能实现非电能与电能之间的转换。例如，利用太阳电池将太阳辐射能转换成电能。与电子技术不同，电力电子技术变换的电能是作为能源而不是作为信息传感的载体。因此人们关注的是所能转换的电功率。电力电子技术是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科。因它本身是大功率的电技术，又大多是为应用强电的工业服务的，故常将它归属于电工类。电力电子技术的内容主要包括电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置及其系统。电力电子器件以半导体为基本材料，最常用的材料为单晶硅；它的理论基础为半导体物理学；它的工艺技术为半导体器件工艺。近代新型电力电子器件中大量应用了微电子学的技术。电力电子电路吸收了电子学的理论基础，根据器件的特点和电能转换的要求，又开发出许多电能转换电路。这些电路中还包括各种控制、触发、保护、显示、信息处理、继电接触等二次回路及外围电路。利用这些电路，根据应用对象的不同，组成了各种用途的整机，称为电力电子装置。这些装置常与负载、配套设备等组成一个系统。电子学、电工学、自动控制、信号检测处理等技术常在这些装置及其系统中大量应用。从20世纪50年代中到70年代末，以大功率硅二极管、双极型功率晶体管和晶闸管应用为基础（尤其是晶闸管）的电力电子技术发展比较成熟。70年代末以来，两个方面的发展对电力电子技术引起了巨大的冲击。其一为微机的发展对电力电子装置的控制系统、故障检测、信息处理等起了重大作用,今后还将继续发展;其二为微电子技术、光纤技术等渗透到电力电子器件中，开发出更多的新一代电力电子器件。其中除普通晶闸管向更大容量（6500伏、3500安）发展外，门极可关断晶闸管(GTO)电压已达4500伏，电流已达2500～3000安；双极型晶体管也向着更大容量发展，80年代中后期其工业产品最高电压达1400伏，最大电流达400安,工作频率比晶闸管高得多,采用达林顿结构时电流增益可达75～200。随着光纤技术的发展，美国和日本于1981～1982年间相继研制成光控晶闸管并用于直流输电系统。这种光控管与电触发的晶闸管相比，简化了触发电路，提高了绝缘水平和抗干扰能力，可使变流设备向小型、轻量方向发展，既降低了造价，又提高运行的可靠性。同时，场控电力电子器件也得到发展，如功率场效应晶体管(powerMOSFET)和功率静电感应晶体管(SIT)已达千伏级和数十至数百安级的电压、电流等级，中小容量的工作频率可达兆赫级。由场控和双极型合成的新本科生课程设计（论文）3一代电力电子器件，如绝缘栅双极型晶体管（IGT或IGBT）和MOS控制晶闸管（MCT）也正在兴起,容量也已相当大。这些新器件均具有门极关断能力，且工作频率可以大大提高，使电力电子电路更加简单，使电力电子装置的体积、重量、效率、性能等各方面指标不断提高，它将使电力电子技术发展到一个更新的阶段。与此同时，电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置的计算机模拟和仿真技术也在不断发展。1.2本文研究内容本课设研究的内容是单相电风扇无级调速电路。根据电力电子技术的相关知识与要求，利用晶闸管构成的单相交流调压电路，来调节电风扇电动机电压，从而改变电风扇的转速，即可实现无级调速的要求。具体研究内容可分为以下部分：1、单相电风扇无级调速电路总体设计方案的经济技术论证。2、单相电风扇无级调速电路主电路设计及各部分简要说明。3、触发电路的设计，每个晶闸管触发的顺序及相位分析。4、保护电路的设计，过电压保护，过电流保护的分析5、通过计算选择器件的具体型号。6、绘制相关电路图。7、电路调试或系统的仿真与图像分析。由以上要求可以具体将此装置设计分为以下四个部分：主电路的设计、触发电路设计、保护电路设计，系统参数的计算和仿真分析。下面分别作详细介绍。本科生课程设计（论文）4第2章单相电风扇无级调速电路设计2.1单相电风扇无级调速电路总体设计方案利用晶闸管构成交流调压电路，调节电风扇电动机电压，从而改变电风扇的转速，可实现无极变速，满足人们对电风扇风速的不同要求。在考虑到电路还应满足易操作实用、经济实惠、可靠性强等诸多因素的情况下，设计出如图2.1所示的电路。图2.1单相电风扇无级调速电路总电路图本科生课程设计（论文）5该电路图由中间的带阻容吸收的过压保护电路和带熔断器的过流保护电路作为交流调压主电路的保护电路，上下两个电路为相同的触发脉冲为锯齿波的触发电路作为整个电路的触发电路。通过触发电路的触发脉冲，使得晶闸管的开通时刻可以得以进行人为的控制，并根据使用者的需要进行调控。而交流调压主电路则是根据触发角的大小调节输出电压的大小，从而控制电风扇的转速，达到满足使用者的需要，并根据使用者的要求对电风扇的转速进行具体的调控。而过压过流保护电路具有对电力电子器件的保护左右，以及对整体电路的保护作用，使得电路能够较好的工作。2.2具体电路设计2.2.1主电路设计单相电风扇无级调速