1、各專業全套優秀畢業設計圖紙目 錄1引言12 單相交流調壓的目的23 主電路的設計與分析33.1 主電路設計33.2 工作情況分析53.2.1 電阻負載工作情況分析53.2.2 阻感負載工作情況分析54 觸發電路94.1 觸發電路的選擇94.2 觸發電路的工作原理94.3 集成塊的電參數及引腳功能104.3.1 kc05的電參數104.3.2 kc05的引腳功能115 保護電路125.1 晶閘管的過電壓保護125.2 晶閘管的過電流保護126 結論147 心得體會15參考文獻16單相交流調壓電路的設計1引言電力電子線路的基本形式之一，即交流交流變換電路，它是將一種形式的交流電能變換成另一種形式交

2、流電能電路。在進行交流交流變換時，可以改變交流電的電壓、電流、頻率或相位等。其中，只改變電壓、電流而而不改變交流頻率的電路成為交流交流電力控制電路，包括交流調壓電路，交流調功電路，交流電力電子開關等；在改變電壓電流的同時，不需要該變其頻率的交流交流變頻電路成為交交變頻電路，即直接把一種頻率的交流變頻變換成另一種頻率或可變的交流。因此，也稱為直接變頻電路。另外，還有一種交直交變頻電路。先將交流整流成直流，再將直流經無緣逆變電路變換成頻率可變的交流電能，這種帶有中間直流環節的變頻電路也稱為間接變頻電路。用晶閘管組成的交流電壓控制電路，可以方便的調節輸出電壓有效值。可用于電爐溫控、燈光調節、異步電動

3、機的啟動和調速等，也可用作調節整流變壓器一次側電壓，其二次側為低壓大電流或高壓小電流負載常用這種方法。采用這種方法，可使變壓器二次側的整流裝置避免采用晶閘管，只需要二極管，而且可控級僅在一側，從而簡化結構，降低成本。交流調壓器與常規的交流調壓變壓器相比，它的體積和重量都要小得多。交流調壓器的輸出仍是交流電壓，它不是正弦波，其諧波分量較大，功率因數也較低。2 單相交流調壓的目的交流電力控制電路是指通過晶閘管等電力電子器件對輸入輸出之間的交流電能進行變換與控制的電路形式，其常用的控制方式有四種：相位控制、周期控制、通斷控制、斬波控制。根據不同的控制方式可以將交流電力控制系統分為以下幾種基本類型：交

4、流調壓電路、交流調功電路、交流電力電子開關、交流斬波調壓電路上述四種交流電力控制系統中，交流調壓電路應用最為廣泛。交流調壓電路是采用相位控制方式的交流電力控制電路，通常是將兩個晶閘管反并聯后串聯在每相交流電源與負載之間。在電源的每半個周期內觸發一次晶閘管，使之導通。與相控整流電路一樣，通過控制晶閘管開通時所對應的相位，可以方便的調節交流輸出電壓的有效值，從而達到交流調壓的目的。其晶閘管可以利用電源自然換相，無需強迫關掉電路，并可實現電壓的平滑調節，系統響應速度較快，但它也存在深控時功率因數較低，易產生高次諧波等缺點。 單相交流調壓電路是對單相交流電的電壓進行調節的電路。交流調壓電路主要應用在電

5、熱控制、交流電動機速度控制、交流穩壓器等場合，主要有燈光調節（如調光臺燈、舞臺燈光控制等），溫度調節（如工頻加熱、感應加熱、需控制的家用電器等），泵及風機等異步電動機的軟起動，交流電機的調壓調速（如紡織、造紙、冶金等領域的調壓調速），隨電機負載大小自動調壓（對于起動機等有較長時間空載或輕載的負荷，自動調壓可以節省電能），變壓器初級調壓（在高壓小電流或低壓大電流直流電源中，如采用晶閘管相孔整流電路，需要很多晶閘管串聯或并聯，若采用交流調壓電路在變壓器初級調壓。其電壓電流值都比較合理，在變壓器次級只要用二極管整流即可，從而達到減少體積、減低成本的目的）。與自耦變壓器調壓方法相比，交流調壓電路控制方

6、便，調節速度快，裝置的重量輕、體積小，有色金屬消耗也少。3 主電路的設計與分析3.1 主電路設計采用兩個晶閘管反向并聯設計單相交流調壓電路。電阻負載(a)主電路(b)工作波形圖2-1 電阻負載時的主電路與工作波形阻感負載(a)主電路(b)工作波形圖2-2 阻感負載時的主電路與工作波形3.2 工作情況分析和整流電路一樣，交流調壓電路的工作情況也和負載性質有很大的關系，因此分別予以討論。3.2.1 電阻負載工作情況分析當負載為純電阻負載時，圖2-1(a)中t1和t2也可以用一個雙向晶閘管代替。在交流電源的正半周角時，t1觸發導通，輸出電壓等于電源電壓，電流波形從0開始上升。在交流電源的負半周角時，

7、t2觸發導通，工作原理與正半周相同，其工作波形如圖2-1(b)所示。3.2.2 阻感負載工作情況分析交流調壓電路可以帶電阻性負載，也可以帶電感性負載，如感應電動機或其它電阻電感混合負載等。由于感性負載本身滯后于電壓一定角度，再加上相位控制產生的滯后，使得交流調壓電路在感性負載下大的工作情況更為復雜，其輸出電壓、電流波形與控制角、負載阻抗角都有關系。其中負載阻抗角,相當于在電阻電感負載上加上純正弦交流電壓時，其電流滯后于電壓的角度為。為了更好的分析單相交流調壓電路在感性負載下的工作情況，此處分三種工作情況分別進行討論。（1）時圖2-2(a)所示為單相反并聯交流調壓電路帶感性負載時的電路圖，以及在

8、控制角觸發導通時的輸出波形圖，同電阻負載一樣，在的正半周角時，觸發導通，輸出電壓等于電源電壓，電流波形從0開始上升。由于是感性負載，電流滯后于電壓，當電壓達到過零點時電流不為0，之后繼續下降，輸出電壓出現負值，直到電流下降到0時，自然關斷，輸出電壓等于0，正半周結束，期間電流從0開始上升到再次下降到0這段區間稱為導通角。由后面的分析可知，在工況下，因此在脈沖到來之前已關斷，正負電流不連續。在電源的負半周導通，工作原理與正半周相同，在斷續期間，晶閘管兩端電壓波形如圖2-2(b)所示。為了分析負載電流的表達式及導通角與、之間的關系，假設電壓坐標原點如圖2-2所示，在時刻晶閘管t導通，負載電流i應滿

9、足方程l=sin其初始條件為 i|=0,解該方程，可以得出負載電流i在區間內的表達式為i=.當=時，i=0，代入上式得，可求出與、之間的關系為sin（-）=sin（-）e利用上式，可以把與、之間的關系用圖2-3的一簇曲線來表示。圖2-3 與、之間的關系曲線圖中以為參變量，當=0時代表電阻性負載，此時=180-；若為某一特定角度，則當 時，=180，當時，隨著的增加而減小。上述電路在控制角為時，交流輸出電壓有效值u、負載電流有效值i、晶閘管電流有效值i分別為u=ui=2ii= i式中，i為當=0時，負載電流的最大有效值，其值為i=為晶閘管有效值的標幺值，其值為=由上式可以看出，是及的函數。圖2-

10、4給出了以負載阻抗角為參變量時，晶閘管電流標幺值與控制角的關系曲線。圖2-4 為參變量時，晶閘管電流標幺值與的關系曲線當、已知時，可由該曲線查出晶閘管電流標幺值，進而求出負載電流有效值i及晶閘管電流有效值i。（2）=時當控制角=時，負載電流i的表達式中的第二項為零，相當于滯后電源電壓角的純正弦電流，此時導通角=180，即當正半周晶閘管t關斷時，t2恰好觸發導通，負載電流i連續，該工況下兩個晶閘管相當于兩個二極管，或輸入輸出直接相連，輸出電壓及電流連續，無調壓作用。圖2-5 =工況下的輸出波形(3) 時在工況下，阻抗角相對較大，相當于負載的電感作用較強，使得負載電流嚴重滯后于電壓，晶閘管的導通時

11、間較長，此時式仍然適用，由于，公式右端小于0，只有當時左端才能小于0，因此，如圖所示，如果用窄脈沖觸發晶閘管，在時刻被觸發導通，由于其導通角大于180，在負半周時刻為發出出發脈沖時，還未關斷，因受反壓不能導通,繼續導通直到在時刻因電流過零關斷時，的窄脈沖已撤除，仍然不能導通，直到下一周期再次被觸發導通。這樣就形成只有一個晶閘管反復通斷的不正常情況，始終為單一方向，在電路中產生較大的直流分量。因此為了避免這種情況發生，應采用寬脈沖或脈沖列觸發方式。圖2-6 窄脈沖觸發方式綜上所述，當單相交流調壓電路帶感性負載時，為了可靠、有效的工作，并實現調壓的目的，應使控制角的移相范圍保持在之間，同時為了避免

12、出現直流分量，晶閘管的控制脈沖應采用寬脈沖或脈沖列觸發。 4 觸發電路晶閘管觸發電路的作用是產生符合要求的門極觸發脈沖，保證晶閘管在需要要的時刻有阻斷轉為導通。晶閘管觸發電路應滿足下列要求：1）觸發脈沖的寬度應保證晶閘管可靠導通，對反電動勢負載的變流器應采用寬脈沖或脈沖列觸發； 2）觸發脈沖應有足夠的幅度，對戶外寒冷場合，脈沖電流的幅度應增加為器件最大觸發電流的3-5倍，脈沖前沿的陡度也許增加，一般需達1-2a/us；3）所提供的觸發脈沖應不超過晶閘管門極的電壓、電流和功率定額，且在門極伏安特性的可靠觸發區域之內；4）應有的抗干擾性能、溫度穩定性及與主電路電氣隔離。4.1 觸發電路的選擇采用k

13、c05晶閘管移相觸發器，該觸發器適用于雙向晶閘管或兩只反向并聯晶閘管電路的交流相位控制，具有鋸齒波線性好，移相范圍寬，控制方式簡單，易于集中控制，有失交保護，輸出電流大等優點，是交流調壓電路的理想電路。4.2 觸發電路的工作原理圖3-1 kc05晶閘管移相觸發器內部電路原理圖圖3-1是kc05晶閘管移相觸發器內部電路原理圖。v1、v2組成同步檢測電路，當同步檢測電壓過零時v1、v2截止，從而使v3、v4、v5導通，v4導通，使v11基極被短接，v11截止，v5對外接電容c1充電到8v左右。同步電壓過零結束時，v1、v2導通，v3、v4、v5恢復截止，c1電容經v6恒流放電，形成線性下降的鋸齒波

14、，鋸齒波的斜率由5#端的外接鋸齒波斜率電位器rp1調節。鋸齒波送至v8與6#端引入v9的移相控制電壓uc進行比較放大，當ucub時，v10、v11導通，v12截止，v13、v14導通，輸出脈沖。v4是失交保護輸出，保證了移相電壓與鋸齒波失交時晶閘管仍保持全導通。各點波形圖3-2所示。圖3-2 晶閘管的工作波形4.3 集成塊的電參數及引腳功能4.3.1 kc05的電參數電源電壓：外接直流電壓+15v，允許波動5(10功能正常)。電源電流：l2ma。同步電壓：l0v。同步輸入端允許最大同步電流：3ma(有效值)。移相范圍：l70(同步電壓30v，同步輸入電阻10k)。移相輸入端偏置電流l0a。鋸齒

15、波幅度：78.5v。輸出脈沖：a脈沖寬度：l00s2 ms(通過改變脈寬阻容元件達到)。b脈沖幅度：13v。c最大輸出能力：200ma(吸收脈沖電流)。d輸出反壓：bvceol8v(測試條件：ie=100a允許使用環境溫度：-l070。4.3.2 kc05的引腳功能kc05的引腳功能如表3-1。表3-1 kc05的引腳功能功能空失交端同步輸出鋸齒波形成鋸齒波形成綜合比較地擴展端輸出微分阻容空失交端微分阻容空同步輸入+vcc引腳號123456789101112131415165 保護電路相對于電機和繼電器，接觸器等控制器而言，電力電子器件承受過電流和過電壓的能力較差，短時間的過電流和過電壓就會把

16、器件損壞。但又不能完全根據裝置運行時可能出現的暫時過電流和過電壓的數值來確定器件參數，必須充分發揮器件應有的過載能力。因此，保護就成為提高電力電子裝置運行可靠性必不可少的重要環節。5.1 晶閘管的過電壓保護所謂過壓保護，即指流過晶閘管兩端的電壓值超過晶閘管在正常工作時所能承受的最大峰值電壓um都稱為過電壓，可采用閥側浪涌過電壓抑制rc電路來防止電路過壓，其電路圖見圖4-1 。如果電路中出現過電壓現象，因c1兩端電壓不能發生突變，從而保護了晶閘管vt1、vt2達到電路過電壓保護的目的。 電容c的耐壓應大于正常工作時晶閘管兩端電壓峰值的1.5倍。電阻r一般取r=1030。在實際應用中可按經驗數據選

17、取表4-1。表4-1晶閘管額定電流/a10201002005001000電容/f0.10.150.250.512電阻/10080201052由主電路的分析可知流過晶閘管的電流不超過10a，所以我們可以選擇rc電路的r和c分為100、0.1uf、450v。圖4-1 過電壓保護電路 圖4-2 過電流保護電路5.2 晶閘管的過電流保護 熔斷器fu是最簡單有效的且應用最普遍的過電流保護器件。針對晶閘管熱容量小、過電流能力差的特點，專門為保護大功率半導體變流元件而制造了快速熔斷器，簡稱快熔。其熔斷時間小于20ms，能保證在晶閘管損壞之前快熔切斷短路故障，達到保護晶閘管的目的（見圖4-2）。目前常用的快熔

18、有：小容量rls(螺旋式)系列、大容量rtk（插入式）系列、rs0（匯流排式）系列、rs3系列、rsf系列等。 快熔斷的選擇：快熔的額定電壓urn不小于線路正常工作電壓的均方根值；快熔的額定電流irn應按它所保護的元件實際流過的電流的均方根值來選擇，而不是根據元件型號上標出的額定電流ir(av)來選擇，一般應小于被保護晶閘管的額定有效值1.57 ir(av)。即可按下式選擇： 1.57 ir(av)irnitm (管子實際最大電流有效值)通過上述公式我們選擇熔斷器為rs3-80，額定電壓為250v，電流10a的快速熔斷器。圖4-3 單相交流調壓電路總電路圖 如圖4-3所示，r7、c3為阻容濾波

19、器，r8、c4為晶閘管的過電壓保護，快速熔斷器是晶閘管的過電流保護。6 結論本課程設計是單相交流調壓電路的設計。在每半個周波內通過對晶閘管開通相位的控制，可以方便的調節輸出電壓的有效值，這種電路稱為交流調壓電路。單相交流調壓電路是對單相交流電的電壓進行調節的電路。和整流電路一樣，交流調壓電路的工作情況也和負載性質有很大的關系。由于感性負載本身滯后于電壓一定角度，再加上相位控制產生的滯后，使得交流調壓電路在感性負載下大的工作情況更為復雜，其輸出電壓、電流波形與控制角、負載阻抗角都有關系。單相交流調壓電路的負載電壓和負載電流均不是正弦波，含有大量諧波。主電路的工作需要觸發脈沖。晶閘管觸發電路的作用是產生符合要求的門極觸發脈沖，保證晶閘管在需要要的時刻有阻斷轉為導通。在電力電子電路中，除了電力電子器件參數選擇合適、驅動電路設計良好外，采用合適的過電壓、過電流、du/dt保護和di/dt 保護也是必要的。7 心得體會這次電力電子技術課程設計，讓我們有機會將課堂上所學的理論知識運用到實際中。并通過對知識的綜合利用，進行必要的分析，比較。從而進一步驗證了所學