閘流體單相交流調壓調功電路課程設計

2022-06-06 14:09:05 字數 3603 閱讀 6479

交流-交流變流電路,即把一種形式的交流變成另一種形式交流的電路。在進行交流-交流變流時,可以改變相關的電壓(電流)、頻率和相數等。交流-交流變流電路可以分為直接方式(無中間直流環節方式)和間接方式(有中間直流環節方式)兩種。

而間接方式可以看做交流-直流變換電路和直流-交流變換電路的組合,故交-交變流主要指直接方式。其中,只改變電壓、電流或對電路的通斷進行控制,而不改變頻率的電路稱為交流電力控制電路,改變頻率的電路稱為變頻電路。採用相位控制的交流電力控制電路,即交流調壓電路;採用通斷控制的交流電力控制電路,即交流調功電路和交流無觸點開關。

交流調壓電路廣泛用於燈光控制(如調光檯燈和舞台燈光控制)及非同步電動機的軟啟動也用於非同步電動機調速。在電力系統中,這種電路還常用於對無功功率的連續調節。此外,在高電壓小電流或低電壓大電流直流電源中,也常採用交流調壓電路調節變壓器一次電壓。

在這些電源中如果採用閘流體相控整流電路,高電壓小電流可控直流電源就需要很多閘流體串聯,低電壓大電流直流電源需要很多閘流體併聯,十分不合理。採用交流調壓電路在變壓器一次側調壓,其電壓、電流值都比較適中,在變壓器二次側只要用二極體整流就可以了。這樣的電路體積小、成本低、易於設計製造。

其分為單相和三相交流調壓電路,前者是後者基礎,這裡只討論單相問題。

交流調功電路常用於電爐的溫度控制,其直接調節物件是電路的平均輸出功率。像電爐溫度這樣的控制物件,其時間常數往往很大,沒有必要對交流電源的每個週期進行頻繁的控制,只要以周波數為單位進行控制就足夠了。通常控制閘流體導通的時刻都是在電源電壓過零的時刻,這樣,在交流電源接通期間,負載電壓電源都是正弦波,不對電網電壓電流造成通常意義的諧波汙染。

把兩個閘流體反併聯後串聯在交流電路中,通過對閘流體的控制就可以控制交流輸出。這種電路不改變交流電的頻率,稱為交流電力控制電路。

在每半個周波內通過對閘流體開通相位的控制可以方便地調節輸出電壓的有效值,這種電路稱為交流調壓電路。

交流調功電路和交流調壓電路的電路形式完全相同,只是控制方式不同。

交流調功電路不是在每個交流電源週期都通過觸發延遲角α對輸出電壓波形進行控制,而是將負載與交流電源接通幾個整周波,再斷開幾個整周波,通過改變接通周波數與斷開周波數的比值來調節負載所消耗的平均功率。

圖1為電阻負載單相交流調壓電路圖及其波形。圖中的閘流體vt1和vt2也可以用乙個雙向閘流體代替。在交流電源u1的正半周和負半周,分別對vt1和vt2的開通角α進行控制就可以調節輸出電壓。

正負半周α起始時刻(α=0)均為電壓過零時刻,穩態時,正負半周的α相等。可以看出,負載電壓波形是電源電壓波形的一部分,負載電流(也即電源電流)和負載電壓的波形相同,因此通過觸發延遲角α的變化就可實現輸出電壓的控制圖1 電阻負載單相交流調壓電路及其波形

負載電壓有效值:

故移相範圍為0≤α≤π。α=0時,輸出電壓為最大, u0=u1。隨著α的增大,u0降低,當α=π時,u0=0。

負載電流有效值:

閘流體電流有效值:

功率因數:

α=0時, 功率因數λ=1, α增大,輸入電流滯後於電壓且畸變,λ降低。

圖2為帶阻感負載的單相交流調壓電路圖及其波形。

設負載的阻抗角為φ=arctan(wl / r)。如果用導線把閘流體完全短接,穩態時負載電流應是正弦波,其相位滯後於電源電壓u1的角度為φ。在用閘流體控制時,由於只能通過出發延遲角α推遲閘流體的導通,所以閘流體的觸發脈衝應在電流過零點之後,使負載電流更為滯後,而無法使其超前。

為了方便,把α=0的時刻仍定義在電源電壓過零的時刻,顯然,阻感負載下穩態時α的移相範圍為φ ≤ α ≤π。但α<φ時,電路並非不能工作,後面第三小節會分析此種情況圖2 阻感負載單相交流調壓電路及其波形

當在ωt=α時刻開通閘流體vt1,負載電流應滿足如下微分方程序和初始條件:

解方程得:

式中,;θ為閘流體導通角。

利用邊界條件:時,可求得:

以φ為參變數,利用上式可以把α和θ的關係用圖的一簇曲線來表示,如圖3所示。vt2導通時,上述關係完同,只是io極性相反,相位差180°

負載電壓有效值:

閘流體電流有效值為圖3 以α為參變數的θ和α關係曲線

負載電流有效值:

設閘流體電流的標麼值為:

則可繪出和α的關係曲線,如圖4所示。

圖4 單相交流調壓電路φ為參變數時和α的關係曲線

如前圖3所示,α越小,θ越大;α繼續減小到α<φ時,觸發vt1,則vt1的導通時間將超過π。因為vt1提前導通,l被過充電,放電時間延長, vt1的導通角超過π。觸發vt2時, i0尚未過零, vt1仍導通, vt2不通;i0過零後, vt2開通, vt2導通角小於π,過渡過程和帶r-l負載的單相交流電路在ωt = (α<φ)時合閘的過渡過程相同,i0由兩個分量組成:

正弦穩態分量、指數衰減分量。衰減過程中, vt1導通時間漸短, vt2的導通時間漸長,其穩態的工作情況和α=φ時完全相同。α<φ時工作波形如圖5所示圖5 α<φ時阻感負載交流調壓電路工作波形

電路為工頻50hz,220v交流電輸入,負載為r=0.5ω,l=2mh的阻感負載。故主電路圖如下圖:

圖6 主電路圖

此單相交流調壓電路的負載阻抗角為:

由圖4知,一定時,越小,越大,即越大。當時,不變,為最大值0.5。故可求出閘流體電流有效值的最大值:

閘流體的額定電流為:

閘流體承受的最大反向電壓為:

所以考慮安全裕量,閘流體的額定電壓為:

因此,依據以上引數選擇閘流體,比如,可以選用額定電壓為800v,額定電流為200a的閘流體。

以上的設計都是以交流調壓為基礎。交流調功電路與調壓完全相同,只是本次設計條件中調功電路帶電阻性負載r=4ω。故電路中應將阻感性負載改為電阻性負載。

引數計算時,調功電路是以週期為單位控制的。故在閘流體導通的週期內=0。又有z=4ω, =0,此時仍為0.5,故:

閘流體的額定電流為:

而閘流體承受的最大反向電壓同調壓電路相同,所以考慮安全裕量,閘流體的額定電壓為:

因此,依據以上引數選擇閘流體,比如,可以選用額定電壓為800v,額定電流為40a的閘流體。

觸發單元以前都是由分立元件構成的,它的控制精度查,可靠性低,不便於維修,因此,觸發電路整合化非常必要。可控矽移相觸發器kj004,與分立元件組成的觸發電路相比,具有移相線性好、移相範圍寬、溫漂小、可靠性高、相位不均衡度小等優點。kj004晶元其內部原理圖如下:

圖7 kj004內部原理圖

該電路由同步檢測電路、鋸齒波形成電路、偏移電壓、移電壓綜合比較放大電路和功相率放大電路四部分組成。

kj004封裝形式:

該電路採用雙列直插c—16白瓷和黑瓷兩種外殼封裝,外型尺寸按電子工業部部頒標準。《半導體積體電路外型尺寸》sj1100—76

kj004的管腳功能如表1所示圖8 kj004封裝引腳圖

表1 kj004的各管腳功能

由於交流調壓調功電路中只用到兩個閘流體,而kj004有兩個輸出口,故用一片kj004即可。由kj004的典型連線圖畫得此次觸發電路如下圖。

圖9 觸發單元接線圖

其中,同步串聯電阻r4的選擇按下式計算:

這裡r4選用15kω。

電路原理:

鋸齒波的斜率決定於外接r6、rw1流出的充電電流和積分c1的數值。對不同的移項控制v1,只有改變r1、r2的比例,調節相應的偏移vp。同時調整鋸齒波斜率電位器rw1,可以使不同的移相控制電壓獲得整個範圍。

觸發電路為正極性型,即移相電壓增加,導通角增大。r8和c2形成微分電路,改變r8和c2的值,可獲得不同的脈寬輸出。kj004的同步電壓為任意值。

單相交流調壓電路實驗

一 實驗目的 熟悉用雙向可控矽組成的交流調壓電路的結構與工作原理。二 實驗所需掛件及附件 三 實驗線路及原理 將一種形式的交流電變成另一種形式的交流電,可以通過改變電壓 電流 頻率和相位等引數。只改變相位而不改變交流電頻率的控制,在交流電力控制中稱為交流調壓。單相交流調壓的典型電路如圖1所示。圖1單...

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單相交流調壓電路的分析

如上所述,應用最廣的是反併聯交流調壓電路,因此以這種電路為代表,分析交流調壓電路帶不同性質負載時的工作情況。電阻性負載返回頁首 反併聯交流調壓電路和波形如圖5 1 a 所示。其輸出波形是對稱的,設正 負半波的控制角均為,負載電阻為r,輸入的電源電壓有效值為u1,則此電路的基本電氣引數如下 1.負載電...