2023年秋季學期《電力電子技術》課程設計報告
閘流體交流調壓電路的設計
1 選題要求
閘流體交流調壓電路的設計（r負載）
（1）輸入電壓ac220v，50hz；
（2）輸出電壓連續可調；
（3）電阻負載，最大輸出功率可達1000w以上。
2 總體方案論證與選擇
該電路主要由六部分構成，分別為交流輸入電源，保護電路，主電路，同步電源電路，觸發電路和電阻負載輸出構成。其中按要求交流輸入電源為ac220v，50hz；電阻負載輸出則是電阻大小待定；輸入電源經同步電源電路後為觸發電路供電，而保護電路則保證主電路發生故障時，起到保護作用。總體方案框圖如圖1所示。
圖1 總體方案框圖
圖1 總體方案框圖
2.1 主電路方案設計
方案一：把兩個閘流體反併聯後再與負載電阻串聯到交流電路中，通過對閘流體的控制控制交流輸出，以實現交流調壓的功能。由兩個閘流體實現全控電路，輸出電壓範圍0v~220v，其觸發電路成熟、可靠，並且具有多種選擇。
其電路圖如圖2所示。
方案二：把乙個雙向閘流體串聯到交流電路中，通過對閘流體的控制控制交流輸出，以實現交流調壓的功能。由乙個雙向閘流體實現全控電路，輸出電壓範圍0v~220v，但雙向閘流體成本較高，且觸發電路複雜，除錯困難。
其電路圖如圖3所示。
方案三：把乙個閘流體和乙個電力二極體併聯後再與負載電阻串聯在交流電路中，通過控制閘流體控制交流輸出，以實現交流調壓的功能。由乙個閘流體實現半控電路，只需要控制乙個閘流體，結構簡單，容易實現，成本較低。
但輸出電壓範圍110v~220v，且只能調節半邊波形。其電路圖如圖4所示。
圖2 雙閘流體方案圖3雙向閘流體方案圖4 單閘流體方案
綜上所述，選擇方案一。
2.2 控制（驅動、輔助）電路方案設計
2.2.1閘流體觸發電路
方案一：kj004整合晶元搭建觸發電路。kj004器件輸出兩路相差180度的移相脈衝，並且輸出負載能力大、移相範圍寬、移相效能好的特點。
但是所用元件較多，除錯複雜，並且不夠經濟。
方案二：正弦波同步觸發電路。觸發電路由兩大部分組成，即移相控制環節和輸出脈衝形成環節。
移相控制環節自身含有電感，可以防止高頻干擾。但該電路有正反饋，抗干擾能力差。同時交流電源電壓的波動，會影響到移相角的變化。
而且電路較為複雜，不夠經濟。
方案三：單結電晶體觸發電路，又稱單結電晶體馳張振盪器。結電晶體觸發電路結構簡單，除錯容易，脈衝前沿陡峭，抗干擾能力強，可靠性高。
方案四：阻容移相橋觸發電路。由電位器r、電容c和帶中心抽頭的同步變壓器t組成的橋式電路就是最簡單的一種觸發電路，由於變壓器所接電源與主電路所接電源相位相同，所以無需外接同步電路。
但是移相範圍過小，並且精度不高。
綜上所述，選擇方案三。
2.2.2閘流體保護電路
方案一：用阻容保護電路來實現過壓保護。當電路**現電壓尖峰時，電容兩端電壓不能突發的特性，可以有效地抑制電路中的過壓。
與電容串聯的電阻能消耗掉部分過壓能量，同時抑制電路中的電感與電容產生振盪。但該保護電路不能進行電流保護。但不能實現過流保護。
方案二：接快速熔斷器來實現過流保護。當電路發生過流故障時，它能在閘流體過熱損壞之前熔斷，切斷電流通路，以保證閘流體的安全。但不能實現過壓保護。
方案三：使用阻容保護電路和快速熔斷器。具有上述兩種保護電路的優點。
綜上所述，選方案三。
2.2.3 同步電源電路
方案一：變壓器t與主電路接至同一交流電源，再經整流橋整流、後串聯電阻、電感進行降壓、限流，並上電容。由於同步電源電路需要和主電路電源同頻率同相位，電路對電阻，電感，電容的引數有極高要求，不易除錯。
方案二：變壓器t與主電路接至同一交流電源，再經整流橋整流、後串聯電阻進行降壓、限流，穩壓管穩壓削波。得到與主電路同頻率同相位的梯形波。結構簡單，除錯容易。
綜上所述，選方案二。
3 單元電路設計
3.1 主電路設計
3.1.1電路各引數推導及計算
通過分析可知，當單相交流調壓電路帶電阻性負載時，可得以下引數表示式：
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：
3.1.2線路元件的選擇
.電阻引數計算：
輸出功率即輸出有功功率大於pr=1000w。當ɑ=00時，pr=1000w代入下列公式：
理論上得到r應小於48。本次設計中取電阻10
.閘流體引數計算
閘流體元件額定電壓應該大於電路電壓的峰值，考慮到電壓安全儲備，閘流體的額定電壓為： un=(2-3)*380=622.2v-933.2v
閘流體元件額定電流it，kf=ivt/id
當ɑ=00時，輸出電壓、電流最大，ivt=u1/√2r=38.1a
it=38.1/1.57=24.2a取兩倍電流安全儲備並考慮閘流體元件額定電流系列取48.4a。
所以閘流體選kp100—7。該閘流體為普通反向阻斷型，額定電流為100a，額定電壓為700v，滿足題目要求。
3.2 控制電路的設計（小四號宋體，加粗）
3.2.1 電源電路
同步電源電路圖如圖5所示。
圖5 同步電源
此變壓器t與主電路接至同一電源，故與主電壓同相位。變壓之後經過二極體構成的整流橋，電阻降壓、限流，再經穩壓管vw削波為梯形波，達到了為觸發單結型電晶體供電的要求，用這個電壓取代弛張振盪電路中的直流電源，起到同步作用。
3.2.1.1 元件引數
.變壓器t與主電路接至同一電源，即220v、50hz的交流電壓，變壓器是選220v~18v的；
.四個整流二極體選擇in4004，該二極體引數為耐壓400v,電流1a，符合要求；
.電阻r2選1k；
.1n4742a是穩壓二極體，基本引數：pd:1w vz:12v +-5% do-41封裝。
3.2.2 觸發電路
觸發電路電路圖如圖6所示。
圖6 觸發電路
同步電源未給波形產生電路供電時，電容c上的電壓為零。電源接通後，電容c經電阻r充電，電容兩端的電壓uc逐漸公升高，當uc達到單結電晶體的峰點電壓up時，單結電晶體導通，電容經單結電晶體的發射極、向電阻r1放電, 在r1上輸出乙個脈衝電壓。 當電容放電至uc=up並趨向更低時，單結電晶體截止， r1上的脈衝電壓結束。
之後電容又開始充電，充電到up時，單結電晶體又導通，此過程一直重複下去，在r1上就得到一系列的脈衝電壓。
電容c的引數
c的容量太小，放電脈衝就窄，不易觸開閘流體；c的容量太大，會與電阻r的選擇產生矛盾。一般c的選用範圍為0.1-0.47μf，觸發大容量的閘流體是可選大些。
2.放電電阻。的阻值太小，會使放電過快，尖頂脈衝過窄，不易觸發導通閘流體；的阻值太大，則漏電流（約幾毫安）在上的電壓降就大，致使閘流體誤觸發。一般的選用範圍為50-100ω。
u3-8）
. 電阻r的引數
為了獲得穩定的振盪，r的阻值應滿足
r3-9)
經計算，脈衝的電壓幅值為4.2v，滿足觸發電壓不小於3.5v的要求，而且，電路的導通電流可以達到0.
3a，同時也滿足觸發電流不小100ma。此時電容c為0.36μf，放電電阻約為67ω，充電電阻r為32ω，為12ω，穩壓管vw選擇30v。
由於其中關於觸發脈衝要有一定的寬度,由電路原理，我們可知，觸發脈衝的寬度與輸入訊號可以保持同步。
3.2.3 保護電路
利用電容吸收過壓。其實質就是將造成過電壓的能量變成電場能量儲存到電容中，然後釋放到電阻中消耗掉。而快速熔斷器會在閘流體過熱損壞之前熔斷，電流斷路，保證閘流體的安全。
保護電路如圖7所示。
圖7 保護電路
阻容保護電路引數
由公式可以得：
電阻不宜過大，也不宜過小，取50ω
. 快速熔斷絲引數
額定電流應大於或等於熔體額定電流值。此外，快速熔斷器熔體的額定電流是指電流有效值，而閘流體額定電流是指通態電流平均值，其有效值為1.57。故選用時要求：
（—閘流體通態電流平均值，—快速熔斷器的熔體額定電流。）
算得：1.57。
所以選取額定電流大於等於157a的快速熔斷器。
4 **結果及分析
4.1同步電源電路**
電路如圖8所示：
圖8 同步電源電路
**結果如圖9所示：
圖9 **結果
分析：該電路輸入的是220v、50hz的交流電，**之後，輸出幅值為11.84v的梯形波，和輸入電源同相，符合要求。
4.2觸發電路**
電路如圖10所示：
圖10 觸發電路
**結果如圖11所示：
圖11 **結果
分析：脈衝前沿陡峭，抗干擾能力強，可靠性高。符合題目要求。
4.3總電路**
電路如圖12所示：
圖12 總電路
由於是通過滑動變阻器調節的閘流體觸發角，故不能準確判斷觸發角的大小 。其**結果如下所示。
閘流體觸發角都約為300時，如圖13所示
圖13 **結果
閘流體觸發角都約為600時，如圖14所示
圖14 **結果
閘流體觸發角都約為900時如圖15所示
圖15 **結果
分析：由**結果可以得出，隨著閘流體導通角增大，負載兩端電壓u的波形的曲線部分的寬度越來越窄，則其有效值將不斷減小。實現了交流調壓的功能
5總結及體會
5.1 總結
在這次課程設計中，我先是確定了題目及要求，然後找資料，確定了主電路，再是和做乙個題目的同學討論，查詢觸發電路，選擇觸發電路。儘管閘流體的出觸發電路有很多種，但不可否認的是它是這次課程設計的難點所在 ，所以後來我決定先解決控制電路中別的部分，保護電路和同步電源電路。最後主攻觸發電路，花了大量時間將其**出來 。
本次課程設計用了單結電晶體觸發電路、使用阻容保護電路和快速熔斷器的保護電路、以及同步電源電路實現了閘流體交流調壓的功能。使用了單結電晶體觸發電路，可以調節兩個閘流體的導通角。調節導通角實現了輸出電壓連續可調的要求，輸出功率也遠遠大於1000w。
達到了本次設計的要求。但是本次設計中也存在瑕疵，就是通過調節滑動變阻器雖然可以調節閘流體觸發角，卻不知道調節滑動變阻器後閘流體觸發角的準確值，即不能定量調節。
5.2 體會
這次課程設計最大的難點就是是**，在最開始敲定方案的時候，我是準備用整合晶元kj004或者整合晶元uaa4002 來搭建觸發電路的，整合晶元搭建的觸發電路穩定而且簡單，但是在**軟體proteus和multisim上都沒有這些整合晶元。只得退而求其次，選定了單結電晶體觸發電路，這個電路在**除錯的時候相當複雜，但最終還是實現了功能。
電力電子課程設計
電力電子技術課程設計說明書 題目 單相橋式整流電路的設計 學生姓名 學號院 系 專業指導教師 2015年 1月 5日 目錄1設計方案及原理3 1.1方案選擇3 1.2原理方框圖 3 1.3主電路的設計 3 1.4主電路原理說明 4 1.5整流電路引數的計算 5 2元器件的選擇5 2.1整流二極體in...
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柯木原創版權所有 任務 電鍍裝置，要求提供ud 50v id 1000a 的直流電源，現有交流器輸出電壓110v 試為電鍍裝置設計一斬波器 包括主電路 保護電路 換相電路及平波電抗 一 課程設計目的 1 培養學生檢索文獻的能力，特別是利用inter 檢索需要的文獻資料。2 培養學生靈活應用所學的電力...
電力電子課程設計要求
一 分組要求 每班分八組，每組設一名組長，每位成員需要負責一項工作。二 報告要求 1.格式 見附表 2.進度 自2013.12.1.至2013.12.20收集資料，畫出設計電路並求出各種資料，寫出設計報告，傳送至教師郵箱。自2013.12.21至2013.12.27檢查並修改設計。三 相關問題 1....