单相交流调压电路（1000W）电力电子技术 课程设计（论文）

单相交流调压电路（1000W）电力电子技术 课程设计（） 电力电子技术 课程设计(论文) 题目:单相交流调压电路(1000W) 院(系): 电气工程学院 专业班级: 学 号: 学生姓名: 指导教师签字: 教师职称: 起止时间:09-7-6至09-7-12 课程设计(论文)任务及评语 院(系):电气工程学院 教研室:电气 学 号 学生姓名 专业班级 课程设计 (论文)单相交流调压电路(1000W) 题目 将单相220V交流电转换为连续可调的交流电，为1台电阻炉供电。 一、技术要求 1、输入单相交流220V电源。 2、输出电压U在0,220V连续可调。 d 3、输出最大功率1000W。 课 程 二、设计任务 设 计 )1、的经济技术论证。 论 2、主电路设计。 文 )3、通过计算选择整流器件的具体型号。 任 务4、设计合适的触发电路。 5、绘制主电路图。 6、课程设计总结 指 导 教 师 评 语 及 成 绩 平时考核: 设计质量: 论文格式: 总成绩: 指导教师签字: 年 月 日 目 录 第1章 课程设计方案 .................................................... 1 1.1概述 .............................................................. 1 1.2 系统总体结构 ..................................................... 1 第2章 课程设计内容 .................................................... 3 2.1 ............................................................... 3 2.2 ................................................................ 5 2.3 .................................................................. 7 2.4 .................................................................. 8 第3章 课程设计总结 .................................................... 9 参考文献 ............................................................... 9 ............................................................................................................................................. 10 第一章 课程设计方案 1.1交流调压电路概述 把两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可以控制交流电力。这种电路不改变交流电的频率，称为交流电力控制电路。在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，可以方便的调节输出电压的有效值，这种电路称为交流调压电路。交流调压电路可分为单相交流调压电路和三相交流调压电路。单相交流调压电路是后者的基础，和整流电路一样，交流调压电路的工作情况也和负载性质有着很大的关系，因此分别对电阻负载和阻感负载分别予以讨论。 1.2 系统总体结构 将一种交流电能转换为另一种交流电能的过程称为交流-交流变换过程，凡能实现这种变换的电路为交流变换电路。对单相交流电的电压进行调节的电路。用在电热控制、交流电动机速度控制、灯光控制和交流稳压器等场合。与自耦变压器调压方法相比，交流调压电路控制方便，调节速度快，装置的重量轻、体积小，有色金属消耗也少。结构原理简单。该方案是由变压器、触发电路、整流器、以及一些电路构成的，为一台电阻炉提供电源。输入的电压为单相交流220V，经电路变换后，为连续可调的交流电。下图为系统总体结构框图。 220V交流输入 输出连续可调的交 交流调压环节 流电 触发电路 图1 系统结构框图 图1中的220V为交流市电输入，经过调压环节的变压器等电路转换为连续可调的交流电，输出连续可调的交流电源部分作用:为电阻炉提供电源。 1 第2章 课程设计内容 2.1 单相交流调压电路工作情况与负载性质的关系 2.1.1电阻性负载 V1 V2uouR 图2.1 电阻负载单相交流调压电路 图2.1为电阻负载单相交流调压电路图。图中晶闸管VT1和VT2也可以用一个双向晶闸管代替。在交流电源U1的正半周和负半周，分别对VT1和VT2的开通角电源α进行控制就可以调节输出电压。正负半周α起始时刻(α=0)均为电压过零时刻。在稳态情况下，应使正负半周的α相等。可以看出负载电压波形是电源电压波形的一部分，负载电流(也是电源电流)和负载电压的波形相同。 上述电路在开通角为α时，负载电压有效值U0、负载电流有效值I0、晶闸管电流有效值IT和电路的功率因数分别为: 负载电压有效值 (4-1) 负载电流有效值 (4-2) 晶闸管电流有效值 (4-3) 2 功率因数 ,; (4-4) 从图2.1及上式中可以看出，输出电压与, 的关系:移相范围为0?, ?π。, =0时U=U，最大，,的增大，U降低，, =π时，U=0。λ与, 的o1oo关系:, =0时，λ=1，, 增大，输入电流滞后于电压且畸变，λ降低 u的正半周内，晶闸管V承受正向电压，当ωt,α时，触发V使其导通，则负载上11 得到缺α角的正弦半波电压， 当电源电压过零时，V管电流下降为零而关断。在电源电压1 u的负半周，V晶闸管承受正向电压，当ωt,π，α时，触发V使其导通，则负载上又得22 到缺α角的 正弦负半波电压。持续这样的控制， 在负载电阻上便得到每半波缺α角的正弦电压。改变α角的大小，便改变了输出电压有效值的大小。随着α角的增大，U逐渐减小; 当αo,π时，U,0。因此，单相交流调压器对于电阻性负载， 其电压的输出调节范围为0,U， o 控制角α的移相范围为0,π。 2.12阻感负载 电路图及其波形如图2.2所示 图2.3阻感负载单相交流调压电路及其波形 3 阻感负载下稳态时的移相范围为φ《α《π。当VT2导通时，只是I0的极性相反，且相相差180? 晶闸管的导通角θ的大小，不但与控制角有关，而且与负载阻抗角有关。一个晶闸管导通时，其负载电流i的表达式为 o ,,,,,t,，60?30?180 15?,45?75?1,2290?2,Z,[R，(L)]140 ,L,arctan,R120) / (?,80 40 04080120140180 , / ? 图2.4单相交流调压电路以φ为参变量的α和θ的关系曲线 当ωt,α，θ时，i,0。将此条件代入可求得导通角θ与控制角α、负载阻抗角φ之间o 的定量关系表达式为 ,,tan,sin(,，,,,),sin(,,,)e 针对交流调压器，其导通角θ?180?，再根据上式可绘出θ,f(α，φ)曲线，单相交流调压电路以φ为参变量时θ与α的关系。 下面分别就α,φ、α,φ、α,φ三种情况来讨论调压电路的工作情况。(1) 当α,φ时， 由式可以判断出导通角θ,180?, 正负半波电流断续。α越大，θ越小，波形断续愈严重。 (2) 当α,φ时， 由式可以计算出每个晶闸管的导通角θ,180?。此时，每个晶闸管轮流导通180?，相当于两个晶闸管轮流被短接， 负载电流处于连续状态，输出完整的正弦波。 (3) 当α,φ时， 电源接通后，在电源的正半周，如果先触发V， 则可判断出它的1 导通角θ,180?。 如果采用窄脉冲触发，当V的电流下降为零而关断时，V的门极脉冲 12 4 已经消失，V无法导通。到了下一周期，V又被触发导通重复上一周期的工作， 结果形成21 单向半波整流现象， 如图6-5所示，回路中出现很大的直流电流分量，无法维持电路的正常工作。解决上述失控现象的办法是:采用宽脉冲或脉冲列触发， 以保证V管电流下1降到零时，V管的触发脉冲信号还未消失， V可在V电流为零关断后接着导通。 但V的2212初始触发控制角α，θ-π,φ，即V的导通角θ,180?。从第二周开始，由于V的关断22时刻向后移，因此V的导通角逐渐减小，V的导通角逐渐增大，直到两个晶闸管的导通角12 θ,180?时达到平衡。 根据以上分析，当α?φ并采用宽脉冲触发时，负载电压、电流总是完整的正弦波， 改变控制角α，负载电压、电流的有效值不变，即电路失去交流调压作用。在感性负载时，要实现交流调压的目的，则最小控制角α,φ(负载的功率因素角)，所以α的移相范围为φ,180?。 2.2单相交流调压触发电路的选择 闸管触发电路的作用是产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通。 晶闸管触发电路应满足下列要求: 1)触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通，对感性和反电动势负载的变流器应采用宽脉冲或脉冲列触发，对变流器的起动、双星形带平衡电抗器电路的触发脉冲应宽于30o，三相全控桥式电路应采用宽于60o或采用相隔60o的双窄脉冲。 2)触发脉冲应有足够的幅度，对户外寒冷场合，脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发电流的3~5倍，脉冲前沿的陡度也需增加，一般需达1~2A/μs。 3)所提供的触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额，且在门极伏安特性的可靠触发区域之内。 4)应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。 5 +15V~220V R31K R45.1KVKVT1TL?2CP1213141R524K710212 2CP12*4IC 5568D1~D4 R1SCR45KS50A2KR62CP126951R2 15KC2C10.010.047 2CW60~36V 图2.5触发电路的设计 如图2.3所示，556和VT1、C1等组成了一个变形的单稳触发器，另外556和R3、R4、 C2等组成一个可控多谐振荡器，利用单稳的延时性进行相移，利用振荡器产生系列脉冲输出，触发SCR，即使负载为变压器的二次回路等感性负载，也能使SCR在各种导通角下输出波形十分对称的交流电压。为了同步，由D1~D4、DW1、R1组成的同步电压，将交流同步电压变为幅度为12V的梯形电压，在梯形电压过零时，使单稳电路进入暂稳态。移相控制信号Vx加至VT1的b极，VT1可按照信号幅度的高低改变C1的充电速率，改变达到阙值电平的时间，从而达到自动控制移相角度。5脚输出的暂稳脉冲加至多谐振荡器的8、12脚，控制振荡器的起振和停振，使之在9脚有系列脉冲。振荡器的频率f=1.44/(R1+R4)C2,改变其时间常数，可改变系列脉冲的频率，图示参数的振荡频率约为5kHZ。该电路的移相控制信号电压Vk在0~2V;移相范围》170?;输出脉冲幅度为10V;正负半周相位不均衡度《1?。 2.3变压器变比的计算: 当1000W全桥软开关电源采用PQ50/50芯片时先给出主功率变压器原边绕组的圈数计算公式和计算过程。考虑到UC3875的最佳工作频率，又因为采用了高频开关特性良好的MOSFET功率管，所以选取开关频率为100KHZ。 首先根据功率容量Ap乘积公式来进行估算。为了多留些余地，可再减小主功率变压器的最大工作磁通密度Bm=1000GS,由计算式得到: 6 661000*10Pt*10Ap=Ae*Aq=Pt*10==5.56 32,fBm,KmKc2*0.9*100*10*1000*2*0.5*1 当最大磁通密度选用1500GS时，功率容量降低到3.7。若开关频率降低到50KHZ，则功率容量乘机增大一倍约11.12，余量就小了。 2 PQ50/50铁氧体磁芯的有效中心柱截面积为Ae=3.1416cm它的磁芯窗口面积为Aq= 24.18 cm,因此PQ50/50的功率容量乘积为: Ap=Ae*Aq=3.1416*418=13.2 可见，在开关频率为100KHZ时，采用PQ50/50铁氧体磁芯做1000W主功率变压器，它的功率容量是合理的。 再来计算原边绕组的匝数值: 88Vinmax*10314*10,27.15 Np== 34fBmAe4*100*10*1000*3.1416 2.4晶闸管的选择 ,Ud=220V时，不计控制角余量按=0º计算 ,34由Ud=2U2得 Ud 2,34U2==94V 取120V tetU =(2~3)U 6=(2~3)U2 6，=(2~3)120V =588~882 V te取U为700V ,d,当=60时，流过每个晶闸管的电流有效值为: 1/3,d,t= 1/3，=60A=35A ,t ,t(AV)1,57晶闸管额定电流= 7 35 1,57= =23A ,f,t(AV),73取=1，考虑2倍裕量:取50A ,d当=3A时 1/3,d,t= 1/3，=3A ,73=1A ,t ,t(AV)1,57= = 1.1A ,t(AV)考虑2倍裕量:取5A ,t(AV),按要求表明应取=0º来选择晶闸管。即=50A 所以晶闸管型号为KP50—7。 2.6 实际实现电路及工作原理 理想条件下单相调压电路假设主电路功率器件具有理想功能，实际上这种器件是 不不存在的，因此必须根据电路的特点和器件的实际性能来组构电路。 8 uo ,i01 U01是U0的基波分量，i01是i0的基波分量;i01与u01将产生 Ø 的滞后角。在过零点附近出现;i01与u01不同相问题。在ax,[0，?]，u>0,u1>0,而i<0,电流为负值，由于T1恒通T2横断，u=ui无斩波。出现了失控现象，即;u01的控制信号不能实现斩波。 2.5总体电路图及其波形图 电阻炉 9 图3.1总体电路图及波形图 如图2.3所示，556和VT1、C1等组成了一个变形的单稳触发器，另外556和R3、R4 、C2等组成一个可控多谐振荡器，利用单稳的延时性进行相移，利用振荡器产生系列脉冲输出，触发SCR，即使负载为变压器的二次回路等感性负载，也能使SCR在各种导通角下输出波形十分对称的交流电压。为了同步，由D1~D4、DW1、R1组成的同步检测电压，将交流同步电压变为幅度为12V的梯形电压，在梯形电压过零时，使单稳电路进入暂稳态。移相控制信号Vx加至VT1的b极，VT1可按照信号幅度的高低改变C1的充电速率，改变达到阙值电平的时间，从而达到自动控制移相角度。5脚输出的暂稳脉冲加至多谐振荡器的8、12脚，控制振荡器的起振和停振，使之在9脚有系列脉冲。振荡器的频率f=1.44/(R1+R4)C2,改变其时间常数，可改变系列脉冲的频率，图示参数的振荡频率约为5kHZ。该电路的移相控制信号电压Vk在0~2V;移相范围》170?;输出脉冲幅度为10V;正负半周相位不均衡度《1?。 10 11 参考文献 [1] 王兆安.电力电子技术.第四版.北京:机械工业出版社,2003 [2] [3] [4] [5] 12 辽宁工学院课程设计(论文)管理规定 2005-10-18 教务处 一、课程设计,论文,的目的 课程设计,论文,是学生理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次专业训练。通过课程设计,论文,使学生获得以下几方面能力，为毕业设计,论文,打基础。 1、进一步巩固和加深学生所学的专业理论知识，培养学生设计、计算、绘图、计算机应用、文献查阅、报告撰写等基本技能, 2、培养学生独立分析和解决工程实际问题的能力, 3、培养学生的团队协作精神、创新意识、严肃认真的治学态度和严谨求实的工作作风。 二、课程设计,论文,大纲及指导书 院,系,、教研室应根据教学制定相应的课程设计,论文,大纲，课程设计,论文,大纲一般应包括以下几部分内容:课程设计,论文,的目的及要求、时间安排,开设学期及具体时间安排,、说明书要求等。 课程设计,论文,指导书一般应包括以下几部分内容:课程设计,论文,的目的、要求、内容、完成步骤、基本格式规范要求、考核、参考资料等。 三、课程设计,论文,的选题 1、课程设计,论文,题目应根据课程相关内容并依据课程设计,论文,大纲拟定，选题应具有一定的综合性并能发挥学生的创造性，难度和份量要适当，使学生经过努力能在规定的时间内完成。 2、注重理论联系实际，优先选择与生产、科研、实验室建设等密切相关，具有实际应用价值的题目。 3、课程设计,论文,题目须经教研室、院,系,审定。 四、课程设计,论文,的指导 1、指导课程设计,论文,的教师一般应具有中级或中级以上专业技术职称，并具有一定的实践教学经验及科研工作能力。 2、每名教师指导学生人数一般不应超过20人。 3、指导教师必须对所指导的课程设计,论文,题目进行预设计，提前一周做好相应的准备工作。 4、课程设计,论文,开始后，指导教师要向学生下达任务书，提出具体要求，指导学生确定方案。 5、课程设计,论文,过程中，指导教师每天到位并做具体指导，及时发现和解决问题， 13 督促和检查课程设计,论文,的进度和质量。 6、课程设计,论文,期间，严格控制指导教师出差。确因工作需要必须出差时，须经院,系,主管领导批准，并事先向学生布置好任务，落实他人代为指导，保证课程设计,论文,正常进行。 五、课程设计,论文,的成绩评定 1、指导教师应认真审阅学生的报告，写出评语，评定成绩。课程设计,论文,的成绩按优、良、中、及格、不及格五级分评定。优秀比例一般不应超过20%，优良比例一般不应超过60%。 2、课程设计,论文,成绩评定参考标准 ?优秀:按设计,论文,任务要求圆满完成规定任务,综合运用知识能力和动手能力强，方案合理，计算、分析正确，成果质量高,态度认真，独立工作能力强，有独到见解，水平较高，并具有良好的团队协作精神。 设计,论文,报告条理清晰、论述充分、文字通顺、图纸图表规范、符合设计,论文,报告文本格式要求。 答辩过程中，思路清晰、论点正确、对题目理解深入，问题回答正确。 ?良好:按设计,论文,任务要求完成规定任务,综合运用知识能力和动手能力较强，方案合理，计算、分析基本正确，成果质量较高,态度认真，有一定的独立工作能力，并具有较好的团队协作精神。 设计,论文,报告条理清晰、论述正确、文字通顺、图纸图表较为规范、符合设计,论文,报告文本格式要求。 答辩过程中，思路清晰、论点基本正确、对题目理解较深入，主要问题回答基本正确。 ?中等:按设计,论文,任务要求完成规定任务,能够在一定程度上综合运用所学知识，但有所欠缺，有一定的动手能力，方案基本合理，计算、分析基本正确，成果质量一般,态度较为认真，独立工作能力较差，有一定的团队协作精神。 设计,论文,报告条理基本清晰、论述基本正确、文字通顺、图纸图表基本规范、符合设计,论文,报告文本格式要求。 答辩过程中，思路比较清晰、分析不够深入、主要问题回答基本正确。 ?及格:在指导教师及同学的帮助下，能按期完成规定任务,综合运用所学知识能力 14 及实践动手能力较差，方案基本合理，计算、分析有错误，成果质量一般,态度一般，独立工作能力差。 设计,论文,报告条理不够清晰、论述不够充分但没有原则性错误、文字基本通顺、图纸图表不够规范、符合设计,论文,报告文本格式要求。 答辩过程中，分析较为肤浅，主要问题经启发能回答。 ?不及格:有下列情形之一者为不及格: 1、未能按期完成规定任务。 2、抄袭他人的设计,论文,成果。 3、不能综合运用所学知识，动手能力差，方案存在原则性错误，计算、分析错误较多。 4、设计,论文,报告条理不清、论述有原则性错误、图纸图表不规范、质量很差。 5、答辩过程中，主要问题阐述不清，对设计,论文,内容缺乏了解，概念模糊，问题基本回答不出。 六、课程设计,论文,的组织管理 课程设计,论文,环节在教学计划中一般应安排独立的教学周进行，在教务处的统一领导下，由各院,系,具体负责组织安排。 1、教务处负责协调与课程设计,论文,有关的各种资源,负责制定和完善与课程设计,论文,环节有关的各项,宏观上监督和检查课程设计,论文,的进展情况及完成质量,做好综合性工作总结，组织经验交流。 2、各院,系,组织教研室根据教学计划、课程教学大纲的要求，制定相应的课程设计,论文,大纲及指导书,协调与课程设计,论文,有关的院,系,内各种资源,审定题目及指导教师,具体组织和管理课程设计,论文,环节，检查课程设计,论文,的进展情况及完成质量,设计结束后，写出书面总结报告并报送教务处。 3、各教研室具体制定与本教研室有关的课程设计,论文,大纲及指导书，组织教师审定题目及设计任务,配合教务处、院,系,做好各项检查工作,组织课程设计,论文,答辩工作,做好资料的存档及保管工作,课程设计,论文,的保管期限应不少于3年,优秀课程设计,论文,应长期保管。 4、指导教师按时提交成绩，及时向教研室汇报相关情况。 七、课程设计,论文,报告的内容及其文本格式 15 1、课程设计,论文,报告要求用A4纸排版，单面打印，并装订成册，内容包括: ?封面,包括题目、院系、专业班级、学生学号、学生姓名、指导教师姓名、职称、 起止时间等, ?设计(论文)任务及评语 ?目录 ?正文,设计计算说明书、研究报告、研究论文等, ?参考文献 2、课程设计,论文,正文参考字数:2000字周数。 ×3、封面格式 4、设计,论文,任务及评语格式 5、目录格式 ?标题“目录”,三号、黑体、居中, ?章标题,四号字、黑体、居左, ?节标题,小四号子、宋体, ?页码,小四号子、宋体、居右, 6、正文格式 ?页边距:上2.5cm，下2.5cm，左2.5cm，右2cm，页眉1.5cm，页脚1.75cm， 左侧装订, ?字体:章标题，四号字、黑体、居左,节标题，小四号子、宋体,正文文字，小四 号字、宋体, ?行距:1.5倍行距, ?页码:底部居中，五号, 7、参考文献格式 ?标题:“参考文献”，小四，黑体，居中。 ?示例:,五号宋体, 16 期刊类:[序号]作者1,作者2,……作者n.文章名.期刊名,版本,.出版年,卷次,期次,:页次. 图书类:[序号]作者1,作者2,……作者n.书名.版本.出版地:出版社，出版年:页次. 八、本规定自公布之日起开始执行，由教务处负责解释。 17