1、成績南京工程學院課程設計說明2013年12月南京目單相交流調壓電路仿真程名稱電力電子技術課程設計（系、部、中心）康尼學院K電氣K電氣111謝輝2401120332013.12.162013.12.27工程實踐中心8321陳剛課程設計說明成績目單相交流調壓電路仿真 程名稱電力電子技術課程設計（系、部、中心）康尼學院K電氣K電氣111王宇2401120312013.12.162013.12.27工程實踐中心8321陳剛課程設計單相交流調壓電路仿真的設計一、課程設計目的單相交流調壓電路廣泛應用于燈光控制（如調光臺燈和舞臺燈光控制）及異步電動機的軟啟 動，也用于異步電動機的調速。學會用 MATLAB對

2、單相交流電路進行仿真，有助于我們學好 ACAC變換電路的相關知識，也為之后的三相交流調壓電路的學習打下基礎。二、仿真對象單相交流調壓電路三、工作原理1、單相交流調壓電路工作原理1、圖（1）為純電阻負載的單相調壓電路。圖中晶閘管VT1和VT2反并聯連接與負載電阻R串聯接到交流電源U2上。當電源電壓正半周開始時出發 VT1,負半周開始時觸發VT2,形同一時，觸發導通VT1,導通角為1 =;在負半周t +時，觸發導通VT2,導通角為個無觸點開關，允許頻繁操作，因為無電弧，壽命特長。在交流電源的正半周），若負載端電壓U為下圖所示斜線波形。這時負載電壓 U為正弦波的一部分，寬度為（正負半周以同樣的移相角

3、觸發VT1和VTZ貝U負載電壓U的寬度會發生變化，那么負載電壓有效值也將隨角而改變，從而實現交流調壓。O-IFJiisitIJR it(tX圖（1）單相交流調壓純電阻負載原理圖及波形圖R電感L串聯組成主電路。2、單相交流調壓電路（阻-感性負載）電路圖如圖2所示。它用兩只反并聯的普通晶閘管或 一只雙向晶閘管與負載電阻圖2.單相交流調壓電路（阻-感性負載）電路圖當電源電壓U2在正半周時，晶閘管VT1承受正向電壓，但是沒有觸發脈沖晶閘管 VT1 沒有導通，在a時刻來了一個觸發脈沖，晶閘管 VT1導通，晶閘管VT2在電源電壓是正半周時 承受反向電壓截止，當電源電壓反向過零時，由于負載電感產生感應電動勢

4、阻止電流變化，故 電流不能馬上為零，隨著電源電流下降過零進入負半周，電路中的電感儲存的能量釋放完畢, 電流到零，晶閘管VT1關斷。當電源電壓U2在負半周時，晶閘管 VT2承受正向電壓，但是沒有觸發脈沖晶閘管VT2沒有導通，在n + a時刻來了一個觸發脈沖，晶閘管VT2導通，晶閘管VT1在電源電壓是負半周時承受反向電壓截止，當電源電壓反向過零時，由于負載電感產生感應電動勢阻止電流變化， 故電流不能馬上為零，隨著電源電流下降過零進入負半周， 電路中的電感儲存的能量釋放完畢, 電流到零，晶閘管VT2關斷。四、主電路設計說明1純電阻負載參數選定設輸入電源Ui為110V，頻率為50HZ,負載電阻R取10

5、歐.由Uvtmax= 血Ui=155.6V，考慮2到3倍的裕量，為311到466Vlvtmax=7.8A考慮1.5到2倍的裕量，為11到15A根據Uvtmax和Ivtmax我們初步選擇了 philips公司的BT138-600和ST-意法半導體公司的 BTA12-600CW的雙向晶閘管，考慮到這倆個芯片雖然度可以打到性能要求， 但是BTA12-600CW 經濟性和性價比比BT138-600更合理些，所以我們就選擇 BTA12-600CW，參考價格0.6元/個。2、阻感性負載參數設定設輸入電源Ui為110V，頻率為50HZ,負載電阻R取10歐，L取20mh, 由© =arcta nW%

6、32.13a =© =32.13。時，Sin (a +0 - ©) =0 即0 =180°由Uvtmax= V2 Ui=155.6V，考慮2到3倍的裕量，為311到466VIvtmax= d sin cos (2)Os=6.59A考慮2到3倍的裕量，為10A到13A根據Uvtmax和Ivtmax我們初步選擇了意大利意法半導體公司的 BTA10-600BW和深圳市金盛 源電子公司的S4015L，在性能差不多的情況下，由于 BTA10-600BW的芯片性能好，價格也比 較有優勢，所以選擇了 BTA10-600BW，參考價格為1.3元/個.3、主電路仿真電路如下FlIU

7、打Thk!初鼻I*Hl31_ LC-FTTUgul仿真結果1)純電阻(為了使圖像更加直觀在仿真時，主電路中電壓取220V，電阻0.5歐)'廠、a=0度時，單相交流調壓電路的仿真波形=60度時，單相交流調壓電路的仿真波形=90度時，單相交流調壓電路的仿真波形=150度時，單相交流調壓電路的仿真波形上面圖給出了 分別為0度、60度、90度、150度時單相交流調壓電路的純電阻負載的電 壓和電流的仿真波形。當晶閘管觸發控制角=0時，U=U，負載兩端的電壓U和流過其電流Irl的波形均為正弦波。當0時，U、Irl的波形為非正弦波，控制角 從0180度范圍改變時，輸出電壓有效值課程設計U從L2下降到

8、0,控制角 對輸出電壓U的移相可控區域是0-180度。把 角等于0度、60 度，90度、150度分別代入下式U J- V2L2Sin t d t uJsinZ可分別求得 U=Ui，0.9Ui,0.71 Ui ,0.671 “觀察圖（3）圖（8）的仿真波形，可得到隨著角增大，負載兩端電壓U的波形的曲線 部分的寬度越來越窄，則其有效值將不斷減小。由此可知，理論分析與仿真結果是一致的。a =0度，單相交流調壓電路的仿真波形2、阻感性（為了使圖像更加直觀在仿真時，主電路中電壓取220V，電感2mH，電阻0.5 歐）課程設計=60度時，單相交流調壓電路的仿真波形=90度時，單相交流調壓電路的仿真波形課程

9、設計=150度時，單相交流調壓電路的仿真波形單相交流調壓電路用兩只反并聯的普通晶閘管或一只雙向晶閘管與負載電阻R電感L串聯組成主電路，因為比電阻性負載多了一個電感，在感應電動勢的作用下，輸出的電壓都延遲了一段。課程設計五、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。廣義上講，晶閘管觸發電路往往還包括對其觸發9© 青 EZ 一 O0KCOJS時刻進行控制的相位控制電路，但這里專指脈沖的放大和輸出 環節。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

10、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）所提供的觸要求分析，采用KC05移相觸發器進行觸發電路的設計。 KC05控硅移相觸發器適用于雙向可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;控硅或兩只反向并聯可控硅的交流相位控制。KC05引腳圖如上圖所示:課程設計KC05 觸發芯片具有鋸齒波形好， 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，是交流調光，調壓的理想電路。KC05fe路也適用于作半控或全控橋式線路的相位控制。同步電壓由

11、KC05勺15、16腳輸入，在TP1點可以觀測到鋸齒波，RP電位器調節鋸 齒波的斜率，Rp2電位器調節移相角度，觸發脈沖從第9腳，經脈沖變壓器輸出。調節電位器RP1, 觀察鋸齒波斜率是否變化，調節RP2可以觀察輸出脈沖的移相范圍如何變化單相交流調壓觸發 電路原理圖如圖所示。六、保護電路在電力電子電路中，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。1 過電壓的產生及過電壓保護電力電子裝置中可能發生的過電壓分為外因過電壓和內應過電壓兩類。外應過電壓主要來 自雷擊和系統中的操作過程等外部原因，包括：1）操作過電壓：由分閘、合

12、閘等開關操作引起的過電壓，快速直流開關的切斷等經常性操作中的電磁過程引起的過壓。2）雷擊過電壓：由雷擊引起的過電壓。內因過電壓主要來自電力電子裝置內部器件的開關過程，包括：1）換相過電壓：由于晶閘管或者全控器件反并聯的續流二極管在換相結束后不能立刻恢復阻斷能力，因而有較大的反向電流流過，使殘存的載流子恢復，當其恢復了阻斷能力時，反向 電流急劇減小，這樣的電流突變會因線路電感而在晶閘管陰陽極之間或與續流二極管反并聯的 全控型器件兩端產生過電壓。2）關斷過電壓：全控型器件在較高的頻率下工作，當器件關斷時，因正向電流的迅速降低而由線路電感在器件兩端感應出的過電壓。過壓保護要根據電路中過壓產生的不同部

13、位， 加入不同的保護電路， 當達到定電壓值時， 自動開通保護電路，使過壓通過保護電路形成通路，消耗過壓儲存的電磁能量，從而使過壓的 能量不會加到主開關器件上，保護了電力電子器件。為了達到保護效果，可以使用阻容保護電路來實現。將電容并聯在回路中，當電路中出現 電壓尖峰電壓時，電容兩端電壓不能突變的特性，可以有效地抑制電路中的過壓。與電容串聯 的電阻能消耗掉部分過壓能量，同時抑制電路中的電感與電容產生振蕩，過電壓保護電路如圖5 所示。圖5 RC阻容過電壓保護電路圖2過電流保護當電力電子電路運行不正常或者發生故障時，可能會發生過電流。當器件擊穿或短路、觸發電路或控制電路發生故障、出現過載、直流側短路

14、、可逆傳動系統產生環流或逆變失敗，以及交流電源電壓過高或過低、缺相等，均可引起過流。由于電力電子器件的電流過載能力相對較差，必須對變換器進行適當的過流保護。采用快速熔斷器是電力電子裝置中最有效、應用最廣的一種的過流保護措施。變壓器電沆互感器1電流檢饑劭柞電流蘊定值快速；g斷蟄變流器旨沆恃速熔斷帶關電銘卜T觸發電路 電子保扒fn路6過電流保護電路圖過電流保護電路如圖6所示，其中交流側接快速熔斷器能對晶閘管元件短路及直流側短路起保護作用，但要求正常工作時，快速熔斷器電流定額 要大于晶閘管的電流定額，這樣對元件的短路故障所起的保護作用較差。直流側接快速熔斷器 只對負載短路起保護作用，對元件無保護作用

15、。只有晶閘管直接串接快速熔斷器才對元件的保 護作用最好，因為它們流過同一個電流.因而被廣泛使用。電子電路作為第一保護措施，快熔 僅作為短路時的部分區段的保護，直流快速斷路器整定在電子電路動作之后實現保護，過電流 繼電器整定在過載時動作。七、設計小結與體會在這次電力電子技術課程設計，我們在陳老師的指導下學習了如何用 MATLAB 軟件對單 相交流調壓電路進行仿真， 通過在軟件上的模擬測試進一步驗證了所學的先關理論知識。 同時， 這次課程設計也為我們以后的學習打下基礎。通過電力電子技術課程設計，我們對課本專業知識的理解更加深刻了，平常都是理論知識 的學習，在此次課程設計中，我們真正做到了自己查閱資料、完成一個基本電力電子電路的仿 真。在此次的設計過程中，我更進一步地熟悉了單相交流調壓電路的原理以及觸發電路、保護 電路的仿真設