电力电子课程设计--晶闸管交流调压与调功电路设计_精品.doc

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电力电子课程设计--晶闸管交流调压与调功电路设计_精品

信息工程课程设计报告书 课 程 名 称 电力电子技术 课程设计总评成绩 学生姓名、学 号 学 生 专 业 班级 自动化1092 指 导 教 师 姓名 课程设计起止日期 2011.12.26--2011.12.30 课程设计基本要求 课程设计是工科学生十分重要的实践教学环节,通过课程设计,培养学生综合运用先修课程的理论知识和专业技能,解决工程领域某一方面实际问题的能力。课程设计报告是科学论文写作的基础可以培养和训练学生的逻辑归纳能力、综合分析能力和文字表达能力报告报告报告报告报告报告报告/220V,阻性负载R=4Ω,交流输出0-220V可调。采用单相或三相交流调压与调功主电路。 设计任务: 1.交流调压与调功主电路的设计。 2. 触发电路的设计(如KJ004集成触发器)。 3.分析系统不同负载下的电流、电压波形及相控特性。 4.针对电阻炉负载分析系统的过零控制特性。 5.提供电路图纸一张。 设计要求: 1.对系统设计方案的先进性、实用性和可行性进行论证,说明系统工作原理。 2. 画出单元电路图,说明工作原理,给出系统参数计算过程。 3. 对项目设计结果进行分析。 3. 画出整体电路原理图,图纸、元器件符号及文字符号符合国家标准。 4.课程设计说明书应严格按统一格式打印,资料齐全,坚决杜绝抄袭,雷同现象。 三、项目设计方案论证(可行性方案、最佳方案、软件程序、硬件电路原理图和PCB图 ) 1、调压调功原理简介 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输出。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地调节输出电压的有效值,这种电路称为交流调压电路。 交流调功电路和交流调压电路的电路形式完全相同,只是控制方式不同。 交流调功电路不是在每个交流电源周期都通过触发延迟角α对输出电压波形进行控制,而是将负载与交流电源接通几个整周波,再断开几个整周波,通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。 2、设计方案选择 2.1交流调压电路的设计 根据项目设计的技术要求可以知道,方案可选用电阻性负载或阻感性负载。 方案一:采用电阻性负载,电路由电阻和两个晶闸管反并联组成。 2.1.1原理分析: 图1为电阻负载单相交流调压电路图及其波形。图中的晶闸管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,稳态时,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(也即电源电流)和负载电压的波形相同,因此通过触发延迟角α的变化就可实现输出电压的控制。 图1 电阻负载单相交流调压电路及其波形 2.1.2 计算与分析 负载电压有效值: 故移相范围为0≤α≤π。α=0时,输出电压为最大, U0=U1。随着α的增大,U0降低,当α=π时,U0=0。 负载电流有效值: 晶闸管电流有效值: 功率因数: α=0时, 功率因数λ=1, α增大,输入电流滞后于电压且畸变,λ降低。 方案二:采用阻感性负载,电路由电阻、电感和两个晶闸管反并联组成。 2.2.1 原理分析 图2为带阻感负载的单相交流调压电路图及其波形。 设负载的阻抗角为φ=arctan(wL / R)。如果用导线把晶闸管完全短接,稳态时负载电流应是正弦波,其相位滞后于电源电压u1的角度为φ。在用晶闸管控制时,由于只能通过出发延迟角α推迟晶闸管的导通,所以晶闸管的触发脉冲应在电流过零点之后,使负载电流更为滞后,而无法使其超前。为了方便,把α=0的时刻仍定义在电源电压过零的时刻,显然,阻感负载下稳态时α的移相范围为φ ≤ α ≤π。但αφ时,电路并非不能工作,后面第三小节会分析此种情况。 图2 阻感负载单相交流调压电路及其波形 2.2.2 计算与分析 当在ωt=α时刻开通晶闸管VT1,负载电流应满足如下微分方程式和初始条件: 解方程得: 式中,;

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