单相交流调压电路设计.docx
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1、1 设计目的和要求分析设计一个单相交流调压电路,要求触发角为 45 度. 反电势负载 E=40 伏,输 入交流 U2 =210 伏。分有 LB 和没有 LB 两种情况分析. L 足够大,C 足够大要求分析:1. 单相交流调压主电路设计,原理说明;2触发电路设计,每个开关器件触发次序与相位分析;3保护电路设计,过电流保护,过电压保护原理分析;4参数设定与计算( 包括触发角的选择,输出平均电压,输出平均电流,输 出有功功率计算,输出波形分析,器件额定参数确定等可自己添加分析的参数) ;由以上要求可知该系统设计可分为四个部分:交流调压主电路设计、触发电 路设计、保护电路设计及相关计算和波形分析部分。
2、下面分别做详细的介绍。2 设计方案选择 采用两个普通晶闸管反向并联设计单相交流调压电路3 单相交流调压主电路设计及分析所谓交流调压就是将两个晶闸管反并联后串联在交流电路中,在每半个周波 内通过控制晶闸管开通相位,可以方便的调节输出电压的有效值。交流调压电路 广泛用于灯光控制及异步电动机的软启动,也用于异步电动机调速。此外,在高 电压小电流或低电压大电流之流电源中,也常采用交流调压电路调节变压器一次 电压。本次课程设计主要是研究单相交流调压电路的设计。由于交流调压电路的 工作情况与负载的性质有很大的关系,因此下面就反电势电阻负载予以重点讨 论。1图 1、图 2 分别为反电势电阻负载单相交流调压电
3、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 U2 的正半周和负半 周,分别对 VT1 和 VT2 的移相控制角 进行控制就可以调节输出电压。 图 1 反 电 势 电 阻 负 载 单 相 交 流 调 压 电 路 图图 2 输 入 输 出 电 压 及 电 流 波 形 图正、负半周 起始时刻( =0),均为电压过零时刻。在 t 时,对 VT1 施加触发脉冲,当 VT1 正向偏置而导通时,负载电压波形与电源电压波形相同; 在 t 时,电源电压过零,因电阻性负载,电流也为零,VT1 自然关断。在t时,对 VT2 施加触发脉冲,当 VT2 正向偏置而导通时,负载
4、电压波形与电源电压波形相同;在t2时,电源电压过零,VT2 自然关断。当电源电压反向过零时,由于反电动势负载阻止电流变化,故电流不能立即 为零,此时晶闸管导通角的大小,不但与控制角有关,而且与负载阻抗角 有关。两只晶闸管门极的起始控制点分别定在电源电压每个半周的起始点。稳态 时,正负半周的相等,负载电压波形是电源电压波形的一部分,负载电流(电源 电流)和负载电压的波形相似。4 触发电路设计2晶闸管触发电路的作用是产生符合要求的门极触发脉冲,保证晶闸管在需要要的时刻有阻断转为导通。广义上讲,晶闸管触发电路往往还包括对其触发时刻 进行控制的相位控制电路,但这里专指脉冲的放大和输出环节。晶闸管触发电
5、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,对反电动势负载 的变流器应采用宽脉冲或脉冲列触发; 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加为器件最大触发电流的 3- 5 倍,脉冲前沿的陡度也许增加,一般需达 1- 2A/us ;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)应有的抗干 扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。根据以上要求分析,采用 KC05 移相触发器进行触发电路的设计。KCO5 可控 硅移相触发器适用于双向可控硅或两只反向并联可控硅的交流相位控制。KC05 引脚图如图 3 所示:
6、图 3 KC 05 引 脚 图KC05触发芯片具有锯齿波形好,移相范围宽,控制方式简单,易于集中控制, 有失交保护,输出电流大等优点,是交流调光,调压的理想电路。KC05电路也适 用于作半控或全控桥式线路的相位控制。同步电压由KC05的15、16脚输入,在TP1 点可以观测到锯齿波,RP1电位器调节锯齿波的斜率,Rp2电位器调节移相角度, 触发脉冲从第9脚,经脉冲变压器输出。调节电位器RP1,观察锯齿波斜率是否变 化,调节RP2,可以观察输出脉冲的移相范围如何变化单相交流调压触发电路原 理图如图4所示:3图 4 单 相 交 流 调 压 触 发 电 路 原 理 图5 保护电路设计在电力电子电路中
7、,除了电力电子器件参数选择合适、驱动电路设计良好外, 采用合适的过电压、过电流、du/dt 保护和 di/dt 保护也是必要的。1 过电压的产生及过电压保护 电力电子装置中可能发生的过电压分为外因过电压和内应过电压两类。外应过电压主要来自雷击和系统中的操作过程等外部原因,包括: 1)操作过电压:由分闸、合闸等开关操作引起的过电压,快速直流开关的切断等经常性操作中的电磁过程引起的过压。42)雷击过电压:由雷击引起的过电压。内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程,包括: 1)换相过电压:由于晶闸管或者全控器件反并联的续流二极管在换相结束后不能立刻恢复阻断能力,因而有较大的反向电流流过,使
8、残存的载流子恢复, 当其恢复了阻断能力时,反向电流急剧减小,这样的电流突变会因线路电感而在 晶闸管阴阳极之间或与续流二极管反并联的全控型器件两端产生过电压。2)关断过电压:全控型器件在较高的频率下工作,当器件关断时,因正向 电流的迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。过压保护要根据电路中过压产生的不同部位,加入不同的保护电路,当达到定电压值时,自动开通保护电路,使过压通过保护电路形成通路,消耗过压储 存的电磁能量,从而使过压的能量不会加到主开关器件上,保护了电力电子器件。为了达到保护效果,可以使用阻容保护电路来实现。将电容并联在回路中, 当电路中出现电压尖峰电压时,电容两端电压不能突变
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