电力电子变流技术课程设计-单相交流调压电路的设计-精品

郑州航空工业管理学院

电力电子变流技术

课程设计

2008级电气工程及其自动化专业班级

题目单相交流调压电路的设计

姓名学号

指导教师职称

二О一一年六月廿二日

目录

一设计条件 (2)

二设计任务 (2)

三设计要求 (2)

四相关元件及参数的选定 (3)

4.1 晶闸管选型 (3)

4.2 控制角移相范围的计算 (4)

4.3 触发电路自振荡频率f及电位器e R电容器C的选择 (5)

五电路图 (5)

5.1 主电路 (5)

5.2 触发电路 (6)

六设计总结 (7)

七参考文献 (9)

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内容摘要

用晶闸管组成的交流调压控制电路，可以方便地调节输出电压的有效值。单相交流电的调压与自耦变压器调压相比，交流调压电路控制方便，调节速度快，装置重量轻、体积小，有色金属消耗也少。可用于灯光调节、交流稳压器，异步电动机降压软启动和调压调速等，也可以用作调节变压器一次侧电压。用晶闸管一次侧调压，省去了效率低下的调压变压器，有利于简化结构、降低成本和提高可靠性。

一、设计条件

1、电网：220V，50Hz

2、负载：阻感负载，电阻和电感参数自定，阻抗角不要太大，可在

10～30度之间

3、采用两个晶闸管反向并联结构

4、采用单节晶体管简易触发电路，单节晶体管分压比 =0.5～0.8

之间自选

5、同步变压器的参数自定

二、设计任务

1、晶闸管的选型

2、控制角移相范围的计算

3、触发电路自振荡频率的选择：电位器R e及电容C的参数选择（见

教材第2章第4节）

4、主电路图的设计：包括触发电路及主电路

三、设计要求

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- 3 - 1、根据设计条件计算晶闸管可能流过的最大有效电流，选择晶闸管的额定电流。

2、分析晶闸管可能承受到的最大正向、反向电压，选择晶闸管的额定电压。

3、计算负载阻抗角，得到控制角的实际移相范围。

4、为了保证调压装置能够正常工作，应使得控制角大于负载阻抗角，根据这个条件合理选择触发电路的自振荡参数（电位器R e 及电容C ）。

5、画出完整的主电路图。

四、调压电路相关元件和参数的选定

取阻抗角18?O =，负载电阻100R =Ω。 由tan L

R ω?=，2314f rad s ωπ==可得，0.103L H =

所以 10032.3Z R j L j ω=+=+Ω

4.1晶闸管选型

（1）晶闸管承受的正反压

1，最大反

向电压为1，

1=311V ，取安全裕量值为3，则N U =933V ；

- 4 -

（2） 晶闸管可能流过的最大有效电流

当180,οθα?==可得到TN I 的上限值（P102），用标么值表示为

11

2

2

221

1

22sin ()()sin ()()0.5TN I t d t t d t αθ

φπ

π

π

α

φ

ωθωωφω++????=-=-=????????

??由此可以得到流过晶闸管的最大电流有效值为

1

0.5 4.6T I A Z

=

?= （其中33.8Z R j L ω=+=Ω） 考虑到安全裕量， 4.6

2.0 5.861.57

T I A =?

= 查课本P12表1-1选定通态平均电流为10A 的晶闸管，其相关参数见下表

其门极参数查课本P13表1-4，相关参数如下表

4.2控制角移相范围的计算

对于阻感性负载其控制角α，导通角θ，阻抗角?三者有关系如下：

()()tan sin sin e

θ

?

αθ?α?-

+-=-；

对此式有如下讨论：

当α?>时，?<180θ，正负半波电流断续，α越大，θ越小，此时负电

- 5 - 流既不连续，又非正弦。

当α?=时，由上式可以算出每个晶闸管的导通角?=180θ，此时每个晶闸管轮流导通?180，负载电流处于连续状态，输出完整的正弦波。 当α?<时，此时分两种情况，一种情况是门极窄脉冲触发，此时电路中会形成单相半波整流现象，会形成很大的直流分量，无法维持电路的正常工作；另一种情况是门极用宽脉冲或脉冲列触发，这种情况下电路的工作情况和两只晶闸管被短接时一样，也就是电路在α?=的工作状态。

根据以上分析，当α?<时电路失去交流调压的作用，所以在感性负载时为了达到交流调压的目的控制角α的实际移相范围为0180?α≤≤，所以电路中α的范围为0018180α≤≤。

4.3触发电路自振荡频率f 及电位器e

R 电容器C 的选择 触发电路在t ωα=时产生触发脉冲，又0018180α≤≤，2f ωπ=，取

060α=，则有10.00333=

300

t s =； 即自振荡触发电路的周期1300T s =，所以自振荡触发电路的频率为 ()11ln 11e f T R C η==-，

取0.5η=，则

1=0.0048300ln 2

e R C F =Ω? 取e 48,100uF R K C =Ω=

五、调压电路的设计

1主电路的设计

对于交流调压电路主电路负载为阻感负载时，电路图如下

（2）触发电路的设计

晶闸管触发电路应满足下列要求：触发脉冲应有足够的频率，触发脉冲的电压和电流应大于晶闸管要求的值，并留有一定的裕量。触发脉冲的相位应能够在规定范围内移动。触发脉冲与晶闸管主电路路电源必须同步，两者频率应该相同而且要有固定的相位关系，使每一周期都能在同样的相位上触发。触发脉冲的波形要符合要求。

根据题目所给定的设计条件，选择单结晶体管简易触发电路如下图所示，其中变压器的变比应选为11:1

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将两电路中的u1点相接就得到完整的电路,如下图所示

六、设计总结

1．设计结论

交流调压电路是采用相位控制方式的交流电力控制电路，通常是将两个晶闸管反并联后串联在每相交流电源与负载之间。在电源的每半个周期内触发一次晶闸管，使之导通。与相控整流电路一样，通过控制晶闸管开通时所对应的相位，可以方便的调节交流输出电压的有效值，从而达到交流调压的目的。其晶闸管可以利用电源自然换相，无需强迫关掉电路，并可实现电压的平滑调节，系统响应速度较快，但它也存在深控时功率因数较低，易产生高次谐波等缺点。

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。交流

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调压电路主要应用在电热控制、交流电动机速度控制、交流稳压器等场合，主要有灯光调节（如调光台灯、舞台灯光控制等），温度调节（如工频加热、感应加热、需控制的家用电器等），泵及风机等异步电动机的软起动，交流电机的调压调速（如纺织、造纸、冶金等领域的调压调速），随电机负载大小自动调压（对于起动机等有较长时间空载或轻载的负荷，自动调压可以节省电能），变压器初级调压（在高压小电流或低压大电流直流电源中，如采用晶闸管相孔整流电路，需要很多晶闸管串联或并联，若采用交流调压电路在变压器初级调压。其电压电流值都比较合理，在变压器次级只要用二极管整流即可，从而达到减少体积、减低成本的目的）。

2设计体会

通过电力电子技术课程设计，我加深了对课本专业知识的理解，平常都是理论知识的学习，在此次课程设计中，真正做到了自己查阅资料、完成一个基本汇编程序的设计。在此次的设计过程中，我更进一步地熟悉了单相交流调压电路的原理以及触发电路的设计。当然，在这个过程中我也遇到了困难，通过查阅资料，相互讨论，我准确地找出错误所在并及时纠正了，这也是我最大的收获，使自己的实践能力有了进一步的提高，让我对以后的工作学习有了更大的信心。通过这次课程设计使我懂得了只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过

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的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计，把以前所学过的知识重新温故，巩固了所学的知识。由于所学知识有限，难免会有些不足之处，请老师体谅。

七、参考文献

1 王文郁编．电力电子技术应用电路．北京：机械工业出版社

2 石新春编．电力电子技术．北京：中国电力出版社，

3 粟书贤等编著．电力电子技术实验．北京：机械工业出版社

4 黄俊，王兆安编. 电力电子变流技术. 西安交通大学.

5 贺益康，潘再平编．电力电子技术．北京：科学出版社，

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1vgl.html