【正文】 ...................8 結(jié)果分析.......................................................11 5 單相交流電壓電路設(shè)計(jì)總電路圖...................................12 總 結(jié).........................................................13 參考文獻(xiàn).........................................................14 單相交流調(diào)壓電路的設(shè)計(jì) 單相交流調(diào)壓電路設(shè)計(jì)任務(wù)及設(shè)計(jì)目的 電路設(shè)計(jì)任務(wù) 進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的比較，并選定設(shè)計(jì)方案。2 完成單元電路的設(shè)計(jì)和主要元器件的說明。3 完成主電路的原理分析，各主要元器件的選擇。4 驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)。5 電路的仿真。 電路設(shè)計(jì)目的電力電子技術(shù)是專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，做課程設(shè)計(jì)是為了讓我們運(yùn)用學(xué)過的電路原理的知識，獨(dú)立進(jìn)行查找資料，選擇方案，設(shè)計(jì)電路，撰寫報(bào)告，制作電路等，進(jìn)一步加深對變流電路基本原理的理解，提高運(yùn)用基本技能的能力，為今后的學(xué)習(xí)和工作打下良好的基礎(chǔ)，同時也鍛煉了自己的實(shí)踐能力。其晶閘管VT1和VT2反并聯(lián)連接，與負(fù)載電阻R串聯(lián)接到交流電源上。當(dāng)電源電壓U2正半周開始時刻觸發(fā)VT1，負(fù)半周開始時刻觸發(fā)VT2，形同一個無觸點(diǎn)開關(guān)。若正、負(fù)半周以同樣的移相角α觸發(fā)VT1和VT2，則負(fù)載電壓有效值隨α角而改變，實(shí)現(xiàn)了交流調(diào)壓。移相角為α?xí)r的輸出電壓u的波形，如圖11所示。圖11A 電阻性負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及波形圖 主電路的原理分析所謂交流調(diào)壓就是將兩個晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，在每半個周波內(nèi)通過控制晶閘管開通相位，可以方便的調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值。交流調(diào)壓電路廣泛用于燈光控制及異步電動機(jī)的軟啟動，也用于異步電動機(jī)調(diào)速。此外，在高電壓小電流或低 單相交流調(diào)壓電路的設(shè)計(jì)電壓大電流之流電源中，也常采用交流調(diào)壓電路調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。本次課程設(shè)計(jì)主要是研究單相交流調(diào)壓電路的設(shè)計(jì)。由于交流調(diào)壓電路的工作情況與負(fù)載的性質(zhì)有很大的關(guān)系，本次實(shí)驗(yàn)對阻感負(fù)載予以重點(diǎn)討論。圖中的2個晶閘管也可以用一個雙向晶閘管代替。在交流電源u1的正半周和負(fù)半周，分別對2個晶閘管的移相控制角進(jìn)行控制就可以調(diào)節(jié)輸出電壓。單相交流調(diào)壓電路的主電路圖如下圖圖11B 單相交流調(diào)壓主電路主電路中所用到得器件比較少，主要是200V單相交流電源，2個反并聯(lián)的晶閘管，還有一個阻感負(fù)載。其中2反并聯(lián)的晶閘管可用一個雙相晶閘管代替，阻感負(fù)載可以用一個電阻和一個電感串聯(lián)，也可以用一個串聯(lián)諧振代替2個反并聯(lián)的晶閘管。晶閘管的選擇： 選擇正反向電壓可控硅在門極無信號，控制電流Ig為0時，在陽(A)一一陰(K)極之間加(J2)處于反向偏置，所以，器件呈高阻抗?fàn)顟B(tài)，稱為正向阻斷狀態(tài)，若增大UAK而達(dá)到一定值VBO，可控硅由阻斷突然轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，這個VBO值稱為正向轉(zhuǎn)折電壓，這種導(dǎo)通是非正常導(dǎo)通，會減短器件的壽命。所以必須選擇足夠正向重復(fù)阻斷峰值電壓(VDRM)。在陽一一陰極之間加上反向電壓時，器件的第一和第三PN結(jié)(J1和J3)處于反向偏置，呈阻斷狀態(tài)。當(dāng)加大反向電壓達(dá)到一定值VRB時可控硅的反向從阻斷突然轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，此時是反向擊穿，器件會被損壞。而且VBO和VRB值隨電壓的重復(fù)施加而變小。在感性負(fù)載的情況下，如磁選設(shè)備的整流裝置。在關(guān)斷的時候會產(chǎn)生很高的電壓(∈=Ldi/dt)，如果電路上未有良好的吸收回路，此電壓將會損壞可控硅器件。因此，器件也必須有足夠的反向耐壓VRRM?？煽毓柙谧兞髌?如電機(jī)車)中工作時，必須能夠以電源頻率重復(fù)地經(jīng)受一定的過電壓而不影響其工作，所以正反向峰值電壓參數(shù)VDRM、VRRM應(yīng)保證在正常使用電壓峰值的23倍以上，考慮到一些可能會出現(xiàn)的浪涌電壓因素，在選擇代用參數(shù)的時候,只能向高一檔的參數(shù)選取。選擇額定工作電流參數(shù)可控硅的額定電流是在一定條件的最大通態(tài)平均電流IT，即在環(huán)境溫度為+40℃和規(guī)定冷卻條件，器件在阻性負(fù)載的單相工頻正弦半波，導(dǎo)通角不少于l70℃的電路中，單相交流調(diào)壓電路的設(shè)計(jì)當(dāng)穩(wěn)定的額定結(jié)溫時所允許的最大通態(tài)平均電流。而一般變流器工作時，各臂的可控硅有不均流因素。可控硅在多數(shù)的情況也不可能在170℃導(dǎo)通角上工作，通常是少于這一角度。這樣就必須選用可控硅的額定電流稍大一些。選擇門極(控制級)參數(shù)可控硅門極施加控制信號使它由阻斷變成導(dǎo)通需經(jīng)歷一段時間，這段時問稱開通時間tgt，它是由延遲時間td和上升時間tx組成，tr是從門極電流脈沖前沿的某一規(guī)定起(比如門極電流上升到終值的90％時起)到通態(tài)陽極電流IA達(dá)到終值的10％那瞬為止的時間隔，tr是陽極電流從l0％上升到90％所經(jīng)歷的時間?？梢婇_通時間tgt與可控硅門極的可觸發(fā)電壓、電流有關(guān)，與可控硅結(jié)溫，開通前陽極電壓、開通后陽極電流有關(guān)，普通可控硅的tgt10μs以下。在外電路回路電感較大時可達(dá)幾十甚至幾百μs以上(陽極電流的上升慢)。在選用可控硅時，特別是在有串并聯(lián)使用時，應(yīng)盡量選擇門極觸發(fā)特征接近的可控硅用在同一設(shè)備上，特別是用在同一臂的串或并聯(lián)位置上。這樣可以提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性和使用壽命。如果觸發(fā)特性相差太大的可控硅在串聯(lián)運(yùn)行時將引起正向電壓無法平均分配，使tgt較長的可控硅管受損，并聯(lián)運(yùn)行時tgt較短的可控硅管將分配更大的電流而受損，這對可控硅器件是不利的。所以同一臂上串或并聯(lián)的可控硅觸發(fā)電壓、觸發(fā)電流要盡量一致，也就是配對使用。在不允許可控硅有受干擾而誤導(dǎo)通的設(shè)備中，如電機(jī)調(diào)速等，可選擇門極觸發(fā)電壓、電流稍大一些的管子(如可觸發(fā)電壓VGT2V,可觸發(fā)電流IGT：150mA)以保證不出現(xiàn)誤導(dǎo)通，在觸發(fā)脈沖功率強(qiáng)的電路中也可選擇觸發(fā)電壓、電流稍大一點(diǎn)的管。在磁選礦設(shè)備中，特別是舊的窄脈沖觸發(fā)電路中，可選擇一些VG、IG低一些的管子，如VGT可控硅在陽極電流減少為0以后，如果馬上就加上正向陽極電壓，即使無門極信號，它也會再次導(dǎo)通，假如在再次加上正向陽極電壓之前使器件承受一定時間的反向偏置電壓，也不會誤導(dǎo)通，這說明可控硅關(guān)斷后需要一定的時間恢復(fù)其阻斷能力。從電流過O到器件能阻斷重加正向電壓的瞬間為止的最小時聞間隔是可控硅的關(guān)斷時間tg，由反向恢復(fù)時間t和門極恢復(fù)時間t構(gòu)成，普通可控硅的tg約150200μs，通常能滿足一般工頻下變流器的使用，但在大感性負(fù)載的情況下可作一些選擇。在中頻逆轉(zhuǎn)應(yīng)用，如中頻裝置、電機(jī)車斬波器，變頻調(diào)速等情況中使用，一定要對關(guān)斷時間參數(shù)作選擇，一般快速可控硅(即kk型晶閘管)的關(guān)斷時間在1050μs，其工作頻率可達(dá)到1K4KHZ；中速可控硅(即KPK型晶閘管)的關(guān)斷時間在60100μs，其工作頻率可達(dá)幾百至lKHZ，即電機(jī)車的變頻頻率。晶閘管工作原理 單相交流調(diào)壓電路的設(shè)計(jì)晶閘管由四層半導(dǎo)體（PNPN2）組成，形成三個結(jié)J1（P1N1）、J2（N1P2）、J3（P2N2），并分別從PPN2 引入A、G、K 三個電極，(左)所示。由于具有擴(kuò)散工藝，（下）所示的兩個晶閘管T1（P1N1P2）和（N1P2N2）組成的等效電路。圖12晶閘管原理圖 設(shè)計(jì)方案及選擇由于題目要求輸出電壓范圍為0～100V，所以方案可選電阻性負(fù)載或阻感性負(fù)載。本電路采用單相交流調(diào)壓器帶阻感負(fù)載時的電路圖如圖21所示，在負(fù)載和交流電源間用兩個反并聯(lián)的晶閘管VT1，VT2相連。圖21 電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路 單相交流調(diào)壓電路的設(shè)計(jì) 主電路的設(shè)計(jì)所謂交流調(diào)壓就是將兩個晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，在每半個周波內(nèi)通過控制晶閘管開通相位，可以方便的調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值。交流調(diào)壓電路廣泛用于燈光控制及異步電動機(jī)的軟啟動，也用于異步電動機(jī)調(diào)速。此外，在高電壓小電流或低電壓大電流之流電源中，也常采用交流調(diào)壓電路調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。本次課程設(shè)計(jì)主要是 單相交流調(diào)壓電路的設(shè)計(jì)研究單相交流調(diào)壓電路的設(shè)計(jì)。由于交流調(diào)壓電路的工作情況與負(fù)載的性質(zhì)有很大的關(guān)系，因此下面就反電勢電阻負(fù)載予以重點(diǎn)討論。圖31分別為反電勢電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路圖及其波形。圖中的晶閘管VT1和VT2也可以用一個雙向晶閘管代替。在交流電源U2的正半周和負(fù)半周，分別對VT1和VT2的移相控制角 進(jìn)行控制就可以調(diào)節(jié)輸出電壓圖31工作波形圖正負(fù)半周a起始時刻（a=0），均為電壓過零時刻。在wt=a時，對VT1施加觸發(fā)脈沖，當(dāng)VT1正向偏置而導(dǎo)通時，負(fù)載電壓波形與電源電壓波形相同；在wt=p時，電源電壓過零，因電阻性負(fù)載，電流也為零，VT1自然關(guān)斷。在wt=p+a時，對VT2施加觸發(fā)脈沖，當(dāng)VT2正向偏置而導(dǎo)通時，負(fù)載電壓波形與電源電壓波形相同；在wt=2p時，電源電壓過零，VT2自然關(guān)斷。當(dāng)電源電壓反向過零時，由于反電動勢負(fù)載阻止電流變化，故電流不能立即為零，此時晶閘管導(dǎo)通角q的大小，不但與控制角a有關(guān)，而且與負(fù)載阻抗角f有關(guān)。兩只晶閘管門極的起始控制點(diǎn)分別定在電源電壓每個半周的起始點(diǎn)。穩(wěn)態(tài)時，正負(fù)半周的相等，負(fù)載電壓波形是電源電壓波形的一部分，負(fù)載電流（電源電流）和負(fù)載電壓的波形相似。 控制電路的設(shè)計(jì)晶閘管由關(guān)斷到開通，必須具備兩個外部條件：第一是承受足夠的正向電壓；第二是門極與陰極之間加一適當(dāng)正向電壓、電流信號(觸發(fā)信號)。門極觸發(fā)信號有直流信號、交流信號和脈沖信號三種基本形式。直流信號：在晶閘管加適當(dāng)?shù)年枠O正向電壓的情況下，在晶閘管門極與陰極間加適當(dāng)?shù)闹绷麟妴蜗嘟涣髡{(diào)壓電路的設(shè)計(jì)壓，則晶閘管將被觸發(fā)導(dǎo)通。這種觸發(fā)方式在實(shí)際中應(yīng)用極少。因?yàn)榫чl管在其導(dǎo)通后就不需要門極信號繼續(xù)存在。若采用直流觸發(fā)信號將使晶閘管門極損耗增加，有可能超過門極功耗；在晶閘管反向電壓時，門極直流電壓將使反向漏電流增加，也有可能造成晶閘管的損壞。交流信號：在晶閘管門極與陰極間加入交流電壓，當(dāng)交流電壓uc