单相交流调压电路的设计

《电力电子变流技术》 课程设计说明书

题 目：单相交流调压电路的设计 姓 名： 学 号： 指导教师：

二О 年 月 日

一.设计任务书简介

1.1设计题目：单相交流调压电路的设计 1.2设计条件：

(1)电网：220V，50Hz

(2)负载：阻感负载，电阻和电感参数自定，阻抗角不要太大，可在10~30度之间

(3)采用两个晶闸管反向并联结构

(4)采用单节晶体管简易触发电路，单节晶体管分压比η=0.5~0.8之间自选 (5)同步变压器的参数自定

1.3设计任务：

(1)晶闸管的选型。 (2)控制角移相范围的计算。

(3)触发电路自振荡频率的选择：电位器Re及电容C的参数选择 (4)主电路图的设计：包括触发电路及主电路

1.4具体要求：

(1)根据设计条件计算晶闸管可能流过的最大有效电流，选择晶闸管的额定电流。 (2)分析晶闸管可能承受到的最大正向、反向电压，选择晶闸管的额定电压。 (3)计算负载阻抗角，得到控制角的实际移相范围。

(4)为了保证调压装置能够正常工作，应使得控制角大于负载阻抗角，根据这个条件合理选择触发电路的自振荡参数（电位器Re及电容C）。 (5)画出完整的主电路图。

二.设计内容 2.1设计方案简介

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。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。图1、图2分别阻感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

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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。

VT1i0L

u1VT2u0R 图1 阻感负载单相交流调压电路

u1

wt

iiG1

wt

G2i0wt

u0wtwt

图2阻感负载单相交流调压电、压电流波形

2.2控制角移相范围的计算

（1）两只晶闸管门极的起始控制点应分别定在电源电压每个半周的起始点，的最大范围是0，正、负半周有相同的角。在一个晶闸管导电时，它的压降成为另一晶闸管的反向电压而使其截止。于是在一个晶闸管导电时，电路工作情况和单相半波整流时相同，其波形如图2。另一晶闸管导通时，情况完全相同，只是i0相位相差1800

（2）控制角，导通角与负载阻抗角之间的关系为

2

tgsin()sin()e

（3）当时，由上式可以算出每个晶闸管的导通角180，此时每个晶闸管轮流导通180，相当于两个晶闸管轮流被短接，负载电流处于连续状态，输出完整的正弦波，不具有调压效果。

当时，180，正负半波电流断续，越大，越小，波形断续越严重，选择合适的角，可以实现调压效果。

当时，180，电路中会形成单相半波整流现象，会形成很大的直流分量，无法维持电路的正常工作。

（4）根据以上分析，当并采用宽脉冲触发时，负载电压电流总是完整的正弦波，改变控制角，负载电流电压的有效值不会随之改变，故电路失去交流调压的作用，所以在感性负载时为了达到交流调压的目的控制角的实际移相范围为。

2.3负载电抗及电阻的选择

1L取定电阻值R9,电感值L14mH，由ZR2L22 , tg1 ,

R得

1ZR2L2210，26.10



即负载阻抗角为26.10；同时可知控制角的实际移相范围为，即

26.101800

2.3晶闸管的参数计算及选择

2.3.1晶闸管的额定电流计算及选择

根据设计条件计算晶闸管可能流过的最大有效电流，选择晶闸管的额定电流,

用标么值求晶闸管可能流过的最大有效电流，并计及180,可得到ITN的上限值，即

11I[sin2(t)d(t)]2[180sin2(t)d(t)]2=0.5 TN

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故流过晶闸管的最大电流有效值为

I22ITNU0.5220V=15.56A, TZ110考虑到晶闸管的过流情况，其额定电流留有一定的余量，一般取其正常电流值的1.5～2倍，在本设计中取2倍，所以晶闸管的额定电流为

15.56IIN=2×T219.83A

1.571.57可以取晶闸管的额定电流IN20A

2.3.2晶闸管的额定电压的计算及选择

计算晶闸管可能承受到的最大正向、反向电压，选择晶闸管的额定电压： 在单相调压电路中，晶闸管可能承受的最大正、反压为2U1。

考虑到晶闸管的过流情况，其额定电压留有一定的余量，一般取其正常电压值的2～3倍，在本设计中取2.5倍，所以晶闸管的额定电流为

UN2.52U12.52220V777.8V可以取晶闸管的额定电压UN800V

综上所述，选择额定电流为IN20A，额定电压为UN800V的晶闸管。

三．晶闸管触发电路的设计

3.1单结晶体管简易触发电路图的选择

(1)单结晶体管简易触发电路如图3所示

图3单

VD1结晶体

uu12RuVD2z管简易

euVSbb1触发电路

s2

C

4

(2)单结晶体管的脉冲输出波形如图4所示

uuuzswtcuwtb1wt图4单结晶体管的脉冲输出波形

3.2触发电路图及其波形说明

（1）单结晶体管的分压比0.6

（2）设计的主回路为单相交流调压电路，晶闸管VT1和VT2门极的起始控制点应分别定在电源电压每个半周期的起始点，正、负半周有相同的角。为了使VT1和VT2每次导电的控制角都相同并固定下来，触发脉冲必须在电源电压过零后滞后角出现。触发脉冲与电源电压的相位配合需要同步。采用变压器一次侧接主电路电源，二次侧经整流、稳压削波，得到梯形波，作为触发电路电源，也作为同步信号。当主电路的电压过零点时，触发电路的电压也过零，单结晶管的的Ebb也降到零，满足电容C放电完毕，在下一个半波从零开始充电以起到同步作用。从波形图中还可以看到，每半周中电容充放电不止一次，晶闸管由第一个脉冲触发导通，后面的脉冲是不起作用的，所以说第一个脉冲是很关键的。 改变Re，就可以改变电容充电速度，达到改变角的目的。图4给出改变Re后，

UC、Ub1和Ud波形。

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3.3触发电路的参数说明

3.3.1触发电路振荡频率f的计算

由于控制角的移相范围,可得移相范围26.101800， 可取300，由 t2ft，300 可以得出

11Ttsf6003.3.2电位器Re及电容器C的计算

因为f1T11RCln()e1，0.6，代入数据可得

RC1.8210-3

e选择稳压二极管VS的额定电压为5V,由于二极管VD1、VD2的削峰使得

uz、

us都是梯形波。

选择电源同步变压器变比n22:1，则同步变压器二次侧电压u210V,经

过VD1、电阻上产生的压降作用，完全可以使稳压二极管VS两VD2的削峰作用，端的电压达到5V。

四．主电路图的设计

4.1完整的主电路图

如图5

6

VD1uu12RuVD2zVT1euVSb1sVT2RbC2L图5单相交流调压触发电路主电路图

4.2300时的负载电压、电流输出波形

如图6

uu10wti0wt图6

300时的负载电压、电流输出波形

五．设计总结

这次电力电子技术课程设计，让我们有机会将课堂上所学的理论知识运用到实际中。并通过对知识的综合利用，进行必要的分析，比较。从而进一步验证了

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所学的理论知识。同时，这次课程设计也为我们以后的学习打下基础。指导我们在以后的学习，多动脑的同时，要善于自己去发现并解决问题。这次的课程设计，还让我知道了最重要的是心态，在你拿到题目时会觉得困难，但是只要充满信心，就肯定会完成的。

通过电力电子技术课程设计，我加深了对课本专业知识的理解，平常都是理论知识的学习，在此次课程设计中，真正做到了自己查阅资料、完成一个基本汇编程序的设计。在此次的设计过程中，我更进一步地熟悉了单相交流调压电路的原理以及触发电路的设计。当然，在这个过程中我也遇到了困难，通过查阅资料，相互讨论，我准确地找出错误所在并及时纠正了，这也是我最大的收获，使自己的实践能力有了进一步的提高，让我对以后的工作学习有了更大的信心。通过这次课程设计使我懂得了只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计，把以前所学过的知识重新温故，巩固了所学的知识。

六．参考资料

[1] 王兆安.电力电子变流技术[M] .第三版.北京：机械工业出版社，2003.1

[2] 黄俊.电力电子技术.第四版.北京：机械工业出版社，2007.6 [3] 王兆安，刘进军.电力电子技术[M].第五版.北京：机械工业出版社，2011年

[4] 刘胜利.现代高频开关电源实用技术[M].电子工业出版社，2001.9 [4] 叶慧贞.开关稳压电源[M].北京：国防工业出版社

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