電力電子課程設(shè)計(jì)---單相交流調(diào)壓電路

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)名稱： 電力電子技術(shù) </p><p>　　課程設(shè)計(jì)題目： 單相交流調(diào)壓電路 </p><p>　　班 級： 電氣0902班 </p><p>　　姓

2、 名： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師： </p><p>　　時(shí) 間： 2011年06 月 </p><p><b>　　目 錄</b>

3、;</p><p>　　第一章前言…………………………………………………………………………2</p><p>　　第二章單相調(diào)壓電路設(shè)計(jì)任務(wù)及要求……………………………………………3</p><p>　　2．1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求…………………………………………………………3</p><p>　　2．2 設(shè)計(jì)方案選擇…………………………………

4、…………………………3</p><p>　　第三章單向調(diào)壓電路單元電路的設(shè)計(jì)和主要元器件說明………………………5</p><p>　　3. 1 單元電路的設(shè)計(jì)…………………………………………………………5</p><p>　　3.1.1主電路的設(shè)計(jì)……………………………………………………………5</p><p>　　3. 2 主要元器件說明

5、及功能模塊……………………………………………5</p><p>　　第四章 驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)……………………………………………………………6</p><p>　　4. 1 晶閘管對觸發(fā)電路的要求………………………………………………6</p><p>　　4.1.1觸發(fā)信號的種類……………………………………………………6</p><p>　　4.

6、1.2觸發(fā)電路的要求……………………………………………………6</p><p>　　4. 2 觸發(fā)電路…………………………………………………………………7</p><p>　　4.2.1單結(jié)晶體管的工作原理……………………………………………7</p><p>　　4.2.2單結(jié)晶體管觸發(fā)電路………………………………………………9</p><p&g

7、t;　　4.2.3單結(jié)晶體管自激震蕩電路…………………………………………9</p><p>　　4.2.4同步電源……………………………………………………………10</p><p>　　第五章 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)…………………………………………………………11 </p><p>　　5.1過電壓保護(hù)……………………………………………………………12</p>

8、<p>　　5.2過電流保護(hù)……………………………………………………………13</p><p>　　第六章 單相調(diào)壓電路主電路的原理分析和各主要元器件的選擇……………14</p><p>　　6．1 主電路原理分析………………………………………………………14</p><p>　　6．2 各主要元器件的選擇…………………………………………………17<

9、;/p><p>　　6.3元器列表………………………………………………………………18 </p><p><b>　　仿真軟件</b></p><p>　　7.1仿真軟件的介紹………………………………………………………19</p><p>　　7.2仿真模型、仿真波形及其分析………………………………………20

10、 </p><p>　　第八章 心得體會…………………………………………………………………23附錄</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………24</p><p><b>　　第一章 前 言</b></p><p>　　交

11、流變換電路是指把交流電能的參數(shù)（幅值、頻率、相位）加以轉(zhuǎn)變的電路。根據(jù)變換參數(shù)的不同，交流變換電路可分為交流電力控制電路和交-交變頻電路。通過控制晶閘管在每一個(gè)電源周期內(nèi)導(dǎo)通角的大?。ㄏ辔豢刂疲﹣碚{(diào)節(jié)輸出電壓的大小，可實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓。它主要由調(diào)壓電路、控制電路組成。</p><p>　　根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，交流調(diào)壓電路有單相電壓控制器和三相電壓控制器兩種。單相交流調(diào)壓電路根據(jù)負(fù)載性質(zhì)的不同分為電阻性負(fù)載和阻感性負(fù)載，電

12、阻性負(fù)載的控制角的移向范圍為0～π，阻感性負(fù)載的控制角的移向范圍為φ～1800。</p><p>　　隨著電力電子的飛速發(fā)展，交流調(diào)壓電路廣泛應(yīng)用于電爐的溫度控制、燈光調(diào)節(jié)、異步電動機(jī)軟起動和調(diào)速等場合，也可以用作調(diào)節(jié)整流變壓器一次電壓。對調(diào)壓輸出波形質(zhì)量主要是諧波含量要低。</p><p>　　第二章 單相調(diào)壓電路設(shè)計(jì)任務(wù)及要求</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)

13、任務(wù)及要求</p><p><b>　　（1）設(shè)計(jì)任務(wù)：</b></p><p>　　1、根據(jù)課題正確選擇電路形式；</p><p>　　2、繪制完整電氣原理圖（包括主要電氣控制部分）；</p><p>　　3、詳細(xì)介紹整體電路和各功能部件工作原理并計(jì)算各元器件值；</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)

14、要求： 1 負(fù)載要求： 負(fù)載為感性負(fù)載,L=700mH,R=500歐姆。</p><p>　　2 技術(shù)要求： (1) 電網(wǎng)供電電壓為單相220V。(2) 電網(wǎng)電壓波動為+5%－-10%。 (3) 輸出電壓為0～100V。</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)方案選擇</p><p>　　由于題目要求輸出電壓范圍為0～100V，所以方案可選用電阻性負(fù)載或阻感性負(fù)

15、載。</p><p>　　方案一：采用電阻性負(fù)載，電路由電阻和兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)組成，負(fù)載電壓有效值</p><p>　　式中，U1為輸入交流電壓的有效值。可以看出，隨著α角的增大，U0逐漸減少。當(dāng)α=π時(shí)，U0=0。因此，單相交流調(diào)壓器對于電壓負(fù)載，其電壓可調(diào)范圍為0～U1，控制角α移相范圍為0～π。負(fù)載電流基波和各次諧波有效值是隨著諧波次數(shù)n的增加，諧波含量減少。</p>

16、<p>　　方案二：采用阻感性負(fù)載，電路由電阻、電感和兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)組成，負(fù)載電壓有效值隨α角的增大，U0逐漸增大。在電</p><p>　　感負(fù)載時(shí)，要實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓的目的，則最小控制角α=φ（負(fù)載功率因素角），所以α的移相范圍為φ～1800。負(fù)載電流基波和各次諧波有效值是隨著諧波次數(shù)n的增加，諧波含量減少，并且阻感性負(fù)載電流諧波相對少些。</p><p>　　綜合兩種方案：電

17、阻性負(fù)載和阻感性負(fù)載都具有調(diào)壓功能，都能調(diào)壓到設(shè)計(jì)電壓調(diào)壓范圍內(nèi)，但是電阻性負(fù)載諧波電流含量要多些，當(dāng)α相同時(shí)，阻感負(fù)載阻抗角增大，諧波含量也有所減少。考慮到性能指標(biāo)、輸出電壓的穩(wěn)定性、對電網(wǎng)的影響，所以選擇方案二阻感性負(fù)載。</p><p>　　單相調(diào)壓電路單元電路的設(shè)計(jì)和主要元器件說明</p><p>　　3.1單元電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1

18、主電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　電路采用單相交流調(diào)壓器帶阻感負(fù)載時(shí)的電路圖如圖3.1所示，在負(fù)載和交流電源間用兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管T1、T2相連。</p><p>　　圖3.1 帶阻感負(fù)載單相交流調(diào)壓電路 </p><p>　　3.2 主要元器件說明及功能模塊</p><p>　　電路采用交流電源供電

19、，T1、T2為兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管，R為電阻，L為電感。</p><p>　　輸入電網(wǎng)電壓，通過主電路的控制交流輸出，驅(qū)動電路控制電力電子器件的通斷。原理框圖如圖2—1所示。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)中，總體電路由驅(qū)動電路和以電力電子器件為核心的主電路構(gòu)成，由負(fù)載輸出。主電路主要是兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管串聯(lián)在交流電路中，通過對晶閘管的控制根據(jù)方案分析結(jié)果，電路采用阻感性負(fù)載</p>

20、;<p>　　圖2—1 原理框圖</p><p>　　第四章 驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 晶閘管對觸發(fā)電路的要求</p><p>　　4.1.1 觸發(fā)信號的種類：</p><p>　　晶閘管由關(guān)斷到開通，必須具備兩個(gè)外部條件：第一是承受足夠的正向電壓；第二是門極與陰極之間加一適當(dāng)正向電壓、電流信號(觸發(fā)信號)

21、。門極觸發(fā)信號有直流信號、交流信號和脈沖信號三種基本形式。 (a) 直流信號： 在晶閘管加適當(dāng)?shù)年枠O正向電壓的情況下，在晶閘管門極與陰極間加適當(dāng)?shù)闹绷麟妷?，則晶閘管將被觸發(fā)導(dǎo)通。這種觸發(fā)方式在實(shí)際中應(yīng)用極少。因?yàn)榫чl管在其導(dǎo)通后就不需要門極信號繼續(xù)存在。若采用直流觸發(fā)信號將使晶閘管門極損耗增加，有可能超過門極功耗；在晶閘管反向電壓時(shí)，門極直流電壓將使反向漏電流增加，也有可能造成晶閘管的損壞。 (b) 交流信號：在晶閘

22、管門極與陰極間加入交流電壓，當(dāng)交流電壓uc=ut時(shí)，晶閘管導(dǎo)通。ut是保證晶閘管可靠觸發(fā)所需的最小門極電壓值，改變u。值，可改變觸發(fā)延遲角α。這種觸發(fā)形式也存在許多缺點(diǎn)，如：在溫度變化和交流電壓幅值波動時(shí)，觸發(fā)延遲角不穩(wěn)定，可通過交流電壓u。值來調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的變化范圍較小(00≤α≤900)。 (c)脈沖信號：在晶閘管門極觸發(fā)電路中使用脈沖信號，不僅便于控制脈沖出現(xiàn)時(shí)刻，降低晶閘管門極功耗，還可以通過變壓器的雙繞組或多繞組輸<

23、;/p><p>　　4.1.2 觸發(fā)電路的要求：</p><p>　　晶閘管門極觸發(fā)信號由觸發(fā)電路提供，由于晶閘管電路種類很多，如整流、逆變、交流調(diào)壓、變頻等；所帶負(fù)載的性質(zhì)也不相同，如電阻性負(fù)載、電阻—電感性負(fù)載、反電勢負(fù)載等。僅管不同的情況對觸發(fā)電路的要求也不同，但其基本要求卻是相同的，具體如下： (a)觸發(fā)信號應(yīng)有足夠的功率(觸發(fā)電壓、觸發(fā)電流) 這些指標(biāo)在產(chǎn)品樣本中

24、均已標(biāo)明，由于晶閘管元件門極參數(shù)分散性大，且</p><p>　　觸發(fā)電壓、電流值受溫度影響會發(fā)生變化。例如元件溫度為100℃時(shí)觸發(fā)電流、電壓值比在室溫時(shí)低2-3倍；元件溫度為-400c時(shí)，觸發(fā)電流、電壓值比在室溫時(shí)高2-3倍。為了使元件在各種工作條件下都能可靠地觸發(fā)，可參考元件出廠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)或產(chǎn)品目錄，設(shè)計(jì)觸發(fā)電路的輸出電壓、電流值，并留有一定的裕量。一般可取兩倍左右的觸發(fā)電流裕量，而觸發(fā)電壓按觸發(fā)電流大小來決

25、定，但應(yīng)注意不要超過晶閘管門極允許的峰值功率和平均功率極限值?！　?(b)觸發(fā)脈沖信號應(yīng)有一定的寬度：　　 普通晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間一般為6μs，故觸發(fā)脈沖的寬度至少應(yīng)有6 μs以上，對于電感性負(fù)載，由于電感會抑制電流的上升，觸發(fā)脈沖的寬度應(yīng)更大一些，通常為0.5～1ms，否則在脈沖終止時(shí)主電路電流還未上升到晶閘管的掣住電流時(shí)，此時(shí)將使晶閘管無法導(dǎo)通而重新恢復(fù)關(guān)斷狀態(tài)。</p><p><b>　　4

26、.2 觸發(fā)電路</b></p><p>　　4.2.1單結(jié)晶體管的工作原理：</p><p>　　單結(jié)晶體管原理單結(jié)晶體管（簡稱UJT）又稱基極二極管，它是一種只有PN結(jié)和兩個(gè)電阻接觸電極的半導(dǎo)體器件，它的基片為條狀的高阻N型硅片，兩端分別用歐姆接觸引出兩個(gè)基極b1和b2。在硅片中間略偏b2一側(cè)用合金法制作一個(gè)P區(qū)作為發(fā)射極e。其結(jié)構(gòu)，符號和等效電路如圖4.1所示。</p

27、><p>　　圖4.1 單結(jié)晶體管結(jié)構(gòu)、符號、等效電路</p><p>　?。?）單結(jié)晶體管的特性：</p><p>　　從圖4.1（c）中可以看出，兩基極b1和b2之間的電阻稱為基極電阻。</p><p>　　Rbb=rb1+rb2·········&#

28、183;······················（4.1）</p><p>　　式中：Rb1——第一基極與發(fā)射結(jié)之間的電阻，其數(shù)值隨發(fā)射極電流ie而變化，rb2為第二基極與發(fā)射結(jié)之間的電阻，其

29、數(shù)值與ie無關(guān)；發(fā)射結(jié)是PN結(jié)，與二極管等效。</p><p>　　若在兩面三刀基極b2，b1間加上正電壓Vbb，則A點(diǎn)電壓為：</p><p>　　VA=[rb1/（rb1+rb2）]vbb=（rb1/rbb）vbb=ηVbb·············

30、3;···（4.2）</p><p>　　式中：η——稱為分壓比，其值一般在0.3—0.85之間，如果發(fā)射極電壓VE由零逐漸增加，就可測得單結(jié)晶體管的伏安特性，見圖4.2</p><p>　　圖4.2 單結(jié)晶體管的伏安特性</p><p>　?。╝）當(dāng)Ve〈ηVbb時(shí)，發(fā)射結(jié)處于反向偏置，管子截止，發(fā)射極只有很小的漏電流Iceo。&l

31、t;/p><p>　　（b）當(dāng)Ve≥ηVbb+VD VD為二極管正向壓降（約為0.7V），PN結(jié)正向?qū)?，Ie顯著增加，rb1阻值迅速減小，Ve相應(yīng)下降，這種電壓隨電流增加反而下降的特性，稱為負(fù)阻特性。管子由截止區(qū)進(jìn)入負(fù)阻區(qū)的臨界P稱為峰點(diǎn)，與其對應(yīng)的發(fā)射極電壓和電流，分別稱為峰點(diǎn)電壓Ip和峰點(diǎn)電流Ip。Ip是正向漏電流，它是使單結(jié)晶體管導(dǎo)通所需的最小電流，顯然Vp=ηVbb。</p><p>

32、;　　（c）隨著發(fā)射極電流Ie的不斷上升，Ve不斷下降，降到V點(diǎn)后，Ve不再下降了，這點(diǎn)V稱為谷點(diǎn)，與其對應(yīng)的發(fā)射極電壓和電流，稱為谷點(diǎn)電壓Vv和谷點(diǎn)電流Iv。</p><p>　?。╠）過了V后，發(fā)射極與第一基極間半導(dǎo)體內(nèi)的載流子達(dá)到了飽和狀態(tài)，所以uc繼續(xù)增加時(shí)，ie便緩慢的上升，顯然Vv是維持單結(jié)晶體管導(dǎo)通的最小發(fā)射極電壓，如果Ve〈Vv，管子重新截止。</p><p>　　(2)單

33、結(jié)晶體管的主要參數(shù)：</p><p>　?。╝）基極間電阻Rbb發(fā)射極開路時(shí)，基極b1，b2之間的電阻，一般為2-10</p><p>　　千歐，其數(shù)值隨溫度的上升而增大。</p><p>　　（b）分壓比η由管子內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的參數(shù)，一般為0.3--0.85。</p><p>　　（c）eb1間反向電壓Vcb1 b2開路，在額定反向電壓Vcb

34、2下，基極b1與發(fā)射極e之間的反向耐壓。</p><p>　?。╠）反向電流Ieo b1開路，在額定反向電壓Vcb2下，eb2間的反向電流。</p><p>　?。╡）發(fā)射極飽和壓降Veo在最大發(fā)射極額定電流時(shí)，eb1間的壓降。</p><p>　?。╢）峰點(diǎn)電流Ip單結(jié)晶體管剛開始導(dǎo)通時(shí)，發(fā)射極電壓為峰點(diǎn)電壓時(shí)的發(fā)射極電流。</p><p>

35、;　　4.2.2 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路</p><p>　　由單結(jié)晶體管構(gòu)成的觸發(fā)電路具有簡單、可靠、抗干擾能力強(qiáng)、溫度補(bǔ)償性能好，脈沖前沿徒等優(yōu)點(diǎn)，在容量小的晶閘管裝置中得到了廣泛應(yīng)用。他由自激震蕩、同步電源、移相、脈沖形成等部分組成，電路圖如4.3（a）所示</p><p>　　圖4.3 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路及波形</p><p>　　圖4.3 單晶體觸發(fā)電路<

36、;/p><p>　　4.2.3 單結(jié)晶體管自激震蕩電路：</p><p>　　利用單結(jié)晶體管的負(fù)阻特性與RC電路的充放電可組成自激振蕩電路，產(chǎn)生頻率可變的脈沖。</p><p>　　從圖4.3（a）可知，經(jīng)D1-D2整流后的直流電源UZ一路徑R2、R1加在單結(jié)晶體管兩個(gè)基極b1、b2之間，另一路通過Re對電容C充電，發(fā)射極電壓ue=uc按指數(shù)規(guī)律上升。Uc剛沖點(diǎn)到大于峰

37、點(diǎn)轉(zhuǎn)折電壓Up的瞬間，管子e-b1間的電阻突然變小，開始導(dǎo)通。電容C開始通過管子e-b1迅速向R1放電，由于放電回路電阻很小，故放電時(shí)間很短。隨著電容C放電，電壓Ue小于一定值，管子BT又由導(dǎo)通轉(zhuǎn)入截止，然后電源又重新對電容C充電，上述過程不斷重復(fù)。在電容上形成鋸齒波震蕩電壓，在R1上得到一系列前沿很陡的觸發(fā)尖脈沖us， 如圖4.3（b）所示，其震蕩頻率為:</p><p>　　f=1/T=1/ReCLn(1/1

38、-η) ························(4.3)</p><p>　　式中η=0.3～0.9是單結(jié)晶體管的分壓比。即調(diào)節(jié)Re，可調(diào)節(jié)振蕩頻率。</p&g

39、t;<p>　　4.2.4同步電源:</p><p>　　步電壓又變壓器TB獲得，而同步變壓器與主電路接至同一電源，故同步電壓于主電壓同相位、同頻率。同步電壓經(jīng)橋式整流、穩(wěn)壓管DZ削波為梯形波uDZ,而削波后的最大值UZ既是同步信號,又是觸發(fā)電路電源.當(dāng)UDZ過零時(shí),電容C經(jīng)e-b1、R1迅速放電到零電壓.這就是說,每半周開始,電容C都從零開始充電,進(jìn)而保證每周期觸發(fā)電路送出第一個(gè)脈沖距離過零的時(shí)刻

40、(即控制角α)一致,實(shí)現(xiàn)同步。</p><p><b>　　4.2.5移相控制</b></p><p>　　當(dāng)Re增大時(shí)，單結(jié)晶體管發(fā)射極充電到峰點(diǎn)電壓Up的時(shí)間增大，第一個(gè)脈沖出現(xiàn)的時(shí)刻推遲，即控制角α增大，實(shí)現(xiàn)了移相。</p><p><b>　　4.2.6脈沖輸出</b></p><p>　　

41、觸發(fā)脈沖ug由Ｒ1直接取出，這種方法簡單、經(jīng)濟(jì)，但觸發(fā)電路與主電路有直接的電聯(lián)系，不安全。對于晶閘管串聯(lián)接法的全控橋電路無法工作。所以一般采</p><p><b>　　用脈沖變壓器輸出。</b></p><p>　　第五章 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　較之電工產(chǎn)品，電力電子器件承受過壓、過流的能力要弱得多，極短時(shí)間的過壓和過電流就會

42、導(dǎo)致器件永久性的損壞。因此電力子電路中過壓和過流的保護(hù)裝置是必不可少的，有時(shí)還要采取多重的保護(hù)措施。</p><p>　　5.1過電壓的產(chǎn)生與保護(hù)</p><p>　　電力電子裝置可能的過電壓有外因過電壓和內(nèi)因過電壓兩種。外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程（由分閘、合閘等開關(guān)操作引起）等。內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程，它包括：</p><p&g

43、t;　　(a) 換相過電壓：晶閘管或與全控型器件反并聯(lián)的二極管在換相結(jié)束后不能立刻恢復(fù)阻斷，因而有較大的反向電流流過，當(dāng)恢復(fù)了阻斷能力時(shí)，該反向電流急劇減小，會由線路電感在器件兩端感應(yīng)出過電壓。</p><p>　　(b) 關(guān)斷過電壓：全控型器件關(guān)斷時(shí)，正向電流迅速降低而由線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。</p><p>　　圖5.1所示是電力電子系統(tǒng)中常用的過電壓保護(hù)方案。圖中交流電源

44、經(jīng)交流斷路器S送入變壓器T。當(dāng)雷電過電壓從電網(wǎng)竄入時(shí)，避雷器F將對地放電，防止雷電進(jìn)入變壓器。C為靜電感應(yīng)過電壓抑制電容，當(dāng)交流斷路器合閘時(shí)，過電壓經(jīng)C耦合到變壓器T的二次側(cè)，C將靜電感應(yīng)過電壓對地短路，保護(hù)了后面的電力電子器件不受操作過電壓的沖擊，RC1是過電壓抑制環(huán)節(jié)，當(dāng)變壓器T二次側(cè)出現(xiàn)過電壓時(shí)，過電壓對C1充電，由于電容上的電壓不能突變，所以RC1能抑制過電壓。RC2也是過電壓抑制環(huán)節(jié)，電路上出現(xiàn)過電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通，對C2充電

45、，過電壓消失后，C2對R充電，二極管不導(dǎo)通，放電電流不會送入電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的過壓保護(hù)。</p><p>　　圖中F避雷器、D變壓器靜電屏蔽層、C靜電感應(yīng)過電壓抑制電容、RC1閥側(cè)浪涌過電壓抑制用RC電路、RC2閥側(cè)浪涌過電壓抑制用反向阻斷式RC電路、RV壓敏電阻過電壓抑制器、RC3閥器件換相過電壓抑制用RC電路、RC4直流側(cè)RC抑制電路、RCD閥器件關(guān)斷過電壓抑制用RCD電路、電力電子裝置可視具體情況只采用其中

46、的幾種。其中RC3和RCD為抑制內(nèi)因過電壓的措施，屬于緩沖電路范疇外因過電壓抑制措施中，RC過電壓抑制電路最為常見，典型</p><p>　　聯(lián)結(jié)方式見圖5.2RC過電壓抑制電路可接于供電變壓器的兩側(cè)（供電網(wǎng)一側(cè)稱網(wǎng)側(cè)，電力電子電路一側(cè)稱閥側(cè)），或電力電子電路的直流側(cè)。大容量電力電子裝置可采用圖5.3所示的反向阻斷式RC電路。</p><p>　　圖5.1過電壓抑制措施及配置位置</

47、p><p>　　圖5.2 RC過電壓抑制電路聯(lián)結(jié)方式</p><p>　　圖5.3反向阻斷式過電壓抑制用RC電路</p><p>　　5.2 過電流的產(chǎn)生與保護(hù)</p><p>　　過電流——過載和短路兩種情況產(chǎn)生：</p><p>　　保護(hù)措施如圖5.4所示：</p><p>　　通常，電力電子系

48、統(tǒng)同時(shí)采用電子電路，快速熔斷器、斷路器和過電流繼電器等幾種過電流保護(hù)措施提高保護(hù)的可靠性和合理性。圖5.4所示是電力電子系統(tǒng)中常用的過流保護(hù)方案。由于過電流包括過載和短路兩種情況，圖中電子電路作為第一保護(hù)措施，快速熔斷器僅作為過流時(shí)部分區(qū)段的保護(hù)，當(dāng)發(fā)生過流時(shí)，電子保護(hù)電路發(fā)出觸發(fā)信號使SCR導(dǎo)通，電路短接，則熔斷器快速熔斷，切斷供電電源。斷路器整定在電子電路動作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過電流繼電器整定在過載時(shí)動作。無論是快速熔斷器還是斷路器，其

49、動作電流值一般遠(yuǎn)小于電子保護(hù)電路的動作電流整定值，其延遲的動作時(shí)間則應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況決定。</p><p>　　現(xiàn)在許多全控器件的集成驅(qū)動電路中能夠自身檢測過流狀態(tài)而封鎖驅(qū)動信號，實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。</p><p>　　圖5.4過電流保護(hù)措施及配置位置</p><p>　　第六章單相調(diào)壓電路主電路的原理分析和各主要元器件的選擇</p><p>

50、;　　6.1 主電路原理分析</p><p>　　單相交流調(diào)壓器的主電路是在負(fù)載和交流電源間用兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管T1、T2相連。當(dāng)電源電壓處于正半周時(shí)，觸發(fā)T1導(dǎo)通，電壓的正半周施加到負(fù)載上；當(dāng)電源電壓處于負(fù)半周時(shí)，觸發(fā)T2導(dǎo)通，電壓的負(fù)半周便施加到負(fù)載上。電壓過零時(shí)，交替觸發(fā)T1、T2，則電源電壓全部加到負(fù)載。如果關(guān)段T1、T2，電源電壓便不能加到負(fù)載上。因此T1、T2構(gòu)成無觸點(diǎn)交流開關(guān)。電路通過控制晶閘管在每

51、一個(gè)電源周期內(nèi)導(dǎo)通角的大?。ㄏ辔豢刂疲﹣碚{(diào)節(jié)輸出電壓的大小。</p><p>　　當(dāng)電源電壓反向過零時(shí)，負(fù)載電感產(chǎn)生感應(yīng)電動勢阻止電流的變化，故電流不能立即為零,此時(shí),晶閘管導(dǎo)通角θ的大小不但與控制角α有關(guān),而且與負(fù)載阻抗角φ有關(guān).一個(gè)晶閘導(dǎo)通時(shí),其負(fù)載電流i0的表達(dá)式為············

52、·················(6.1)</p><p>　　式中， </p><p>　　·········

53、;··························(6.2)</p><p>　　······

54、;······························ (6.3)</p><p>　　另一個(gè)晶閘管導(dǎo)通時(shí)，

55、情況完全相同，只是i0相差1800，其負(fù)載電流波形如圖6.1所示。</p><p>　　下面分α>φ、α=φ和α<φ三種情況來討論調(diào)壓電路的工作。</p><p>　　1、α>ф，導(dǎo)通角θ?1800，正負(fù)半波電流斷續(xù)。 α愈大，θ愈小，波形斷續(xù)愈嚴(yán)重。 </p><p>　　負(fù)載電壓的有效值、晶閘管電流平均值、電流有效值以及負(fù)載電流有效值分別為&l

56、t;/p><p>　　···…………(6.4) </p><p>　　············(6.5)</p><p>　　&#

57、183;·············(6.6)</p><p>　　··················&#

58、183;·····················(6.7)</p><p><b>　　2、α =ф</b></p><p><b>　　由<

59、/b></p><p>　　·······························(6.8)

60、</p><p><b>　　可得：</b></p><p><b>　　θ=1800</b></p><p>　　此時(shí)，晶閘管輪流導(dǎo)通，相當(dāng)于晶閘管被短接。負(fù)載電流處于連續(xù)狀態(tài)，為完全的正弦波。 </p><p>　　3、α<θ θ>1800</p><p&

61、gt;　　(1） 如果采用窄脈沖觸發(fā)，當(dāng)T1的電流下降為零時(shí)，T2的門級脈沖已經(jīng)消失而無法導(dǎo)通。到第二個(gè)工作周期，T1又重復(fù)第一周期工作，如圖6.2所示。這樣就出現(xiàn)了先觸發(fā)的一只晶閘管導(dǎo)通，而另一只管子不能導(dǎo)通的失控現(xiàn)象?；芈分袑⒊霈F(xiàn)很大的直流電流分量，無法維持電路的正常工作。</p><p>　　(2）采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)，以保證T1管電流下降到零時(shí)，T2管的觸發(fā)脈沖信號還未消失，T2可以在T1導(dǎo)通后接著導(dǎo)通

62、，但T2的初始導(dǎo)通角α+θ-π>φ,所以使第二個(gè)晶閘管的導(dǎo)通角φ<π 。即可使兩個(gè)晶閘管的導(dǎo)通角θ=1800達(dá)到平衡。解決失控現(xiàn)象。</p><p>　　根據(jù)上面的分析，當(dāng)α≤φ時(shí)并采用寬脈沖觸發(fā)，負(fù)載電壓、電流總是完整的正弦波。改變控制角α,負(fù)載電壓、電流的有效值不變，即電路失去交流調(diào)壓的作用。在電感負(fù)載時(shí)，要實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓的目的，則最小控制角α=φ（負(fù)載的功率因素角），所以α的移相范圍為φ～1800

63、。</p><p>　　圖6.1 帶阻感負(fù)載單相交流調(diào)壓電路</p><p>　　圖6.2 載脈沖觸發(fā)時(shí)的工作波形 </p><p><b>　　各主要元器件的選擇</b></p><p><b>　　主電路晶閘管的選擇</b></p><p><b

64、>　　角頻率ω： </b></p><p>　　ω=2πf ····························(

65、6.9)</p><p><b>　　= </b></p><p>　　=314(rad/s)</p><p><b>　　負(fù)載阻抗z:</b></p><p>　　··········&

66、#183;··········(6.10)</p><p><b>　　=546.18</b></p><p><b>　　負(fù)載阻抗角： </b></p><p>　　····

67、3;·················(6.11)</p><p>　　負(fù)載兩端的最大電壓為：</p><p>　　U=100V········

68、;·······················(6.12)</p><p>　　流過負(fù)載的最大電流為：</p><p>　　···

69、············(6.13)</p><p>　　流過晶閘管電流的有效值為:</p><p>　　··············

70、;········(6.14)</p><p>　　加到晶閘管的兩端最大電壓為</p><p>　　·················(6.1

71、5)</p><p>　　根據(jù)晶閘管選擇原理:</p><p>　　額定電壓值比實(shí)際正常工作時(shí)的最大電壓啊2~3倍,晶閘管的額定電壓為晶閘管正常工作時(shí)流過晶閘管有效電流.</p><p>　　晶閘管的額定電壓為:</p><p>　　·········&

72、#183;·········(6.16）</p><p>　　晶閘管的額定電流為:</p><p>　　················

73、83;·······(6.17)</p><p>　　所以選擇的晶閘管型號為KP2-8</p><p>　　6.3 主電路元器件列表</p><p><b>　　第七章 仿真實(shí)驗(yàn)</b></p><p>　　5.1　仿真軟件的介紹</p>

74、<p>　　Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具， 是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖

75、形用戶接口(GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。</p><p>　　5.2仿真模型、仿真波形及其分析</p><p>　?。?） 阻感負(fù)載下穩(wěn)態(tài)式α的移相范圍應(yīng)為φ≤α≤π。</p><p>　　取α=60。 電路波形如圖5-1</p><p>&l

76、t;b>　　圖5-1電路波形</b></p><p>　　波形分析：在α=60的時(shí)候方波脈沖觸發(fā)上面的晶閘管導(dǎo)通，此時(shí)電路開始</p><p>　　導(dǎo)通，負(fù)載電流電流由零開始逐漸增大，在負(fù)載電壓過零后一段時(shí)間電流衰減為零。再經(jīng)過一小段時(shí)間下面的晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，電流反向逐漸增大至峰值，然后再衰減至零。負(fù)載電壓在晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通的時(shí)侯跟隨電源電壓，當(dāng)電源電壓過零時(shí)，由于存在

77、電感，負(fù)載電壓也過零，直到晶閘管兩端反向截止，負(fù)載電流為零，負(fù)載電壓也為零。當(dāng)負(fù)載通過電流時(shí)，負(fù)載電壓再次跟隨電源電壓變化。</p><p>　　α=90度時(shí)波形如下電路波形圖5-2</p><p><b>　　圖5-2電路波形</b></p><p>　　此波形分析與α=60度時(shí)類似。</p><p>　　（3）取α=

78、180度，波形如下圖5-3</p><p><b>　　圖5-3 波形</b></p><p>　　此時(shí)電流為理想的正弦波，負(fù)載電壓也為正弦波且超前負(fù)載電流φ角，由此可得阻感負(fù)載下穩(wěn)態(tài)時(shí)α的移相范圍為φ≤α≤π。</p><p>　　如上所述，阻感負(fù)載時(shí)α的移相范圍為φ≤α≤π。但是α＜φ=8.5°時(shí)，并非電路不能工作，仿真波形如下圖

79、5-4所示。</p><p><b>　　圖5-4 仿真波形</b></p><p>　　當(dāng)φ＜α＜π時(shí)，ＶＴ１和ＶＴ２的導(dǎo)通角均小于π，且如圖所示，α越小，θ越大；α＝φ時(shí)，θ＝π。當(dāng)α繼續(xù)減少，例如在０≤α＜φ的某一時(shí)刻觸發(fā)ＶＴ１，則ＶＴ１導(dǎo)通時(shí)間將超過π，到ωｔ＝π＋α?xí)r刻觸發(fā)ＶＴ２，負(fù)載電流尚未過零，ＶＴ１仍在導(dǎo)通，ＶＴ２不會立即開通。直到負(fù)載電流過零后，如Ｖ

80、Ｔ２觸發(fā)脈沖有足夠的寬度而尚未消失，ＶＴ２就會開通。因?yàn)棣粒鸡?，ＶＴ１提前開通，負(fù)載Ｌ被過充電，其放電時(shí)間也將延長，使得ＶＴ１結(jié)束導(dǎo)電時(shí)刻大于π＋φ，并使ＶＴ２推遲開通，ＶＴ２的導(dǎo)通角當(dāng)然小于π。吃時(shí)ωｔ的范圍不再是α≤ωｔ≤α＋θ，而是擴(kuò)展到α≤ωｔ≤∞，因?yàn)檫@種情況下I0已不存在斷流區(qū)，其過渡過程和帶Ｒ－Ｌ負(fù)載的單相交流電路完全相同?？梢钥闯?，I0由兩個(gè)分量組成，第一項(xiàng)為正弦穩(wěn)態(tài)分量，第二項(xiàng)為指數(shù)衰減分量。在指數(shù)分量的衰減過程中，Ｖ

81、Ｔ１的導(dǎo)通時(shí)間逐漸縮短，ＶＴ２的導(dǎo)通時(shí)間逐漸延長。當(dāng)指數(shù)分量衰減到零后，ＶＴ１和ＶＴ２的導(dǎo)通時(shí)間都趨近到π，其穩(wěn)態(tài)的工作情況好α＝φ時(shí)完全相同。 </p><p>　　第八章 心得體會</p><p>　　這次的課程設(shè)計(jì)是我收獲最大的一次，雖然中途遇到了不少困難，但還是被我逐步解決了。每次做課程設(shè)計(jì)我都感覺比較棘手，因?yàn)樗粏问且竽銌渭兊赝瓿梢粋€(gè)題目，而是要求你對所學(xué)的知識都要弄懂

82、，并且能將其貫穿起來，是綜合性比較強(qiáng)的，盡管如此，我還是迎難而上了，首先把設(shè)計(jì)任務(wù)搞清，不能盲目地去做，你連任務(wù)都不清楚從何做起呢，接下來就是找相關(guān)資料，我每天除了上圖書館就是在網(wǎng)上找資料，然后對資料進(jìn)行整理，找資料說起來好像很簡單，但真正做起來是需要耐心的，不是你所找的就一定是有用的，所以這個(gè)過程中要花費(fèi)一些時(shí)間做看似無用功的事，其實(shí)不盡然，這其中也拓展了你的知識面。</p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)我對于

83、文檔的編排格式有了一定的掌握，這對于以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)及工作需要都有很大的幫助，在完成課程設(shè)計(jì)的同時(shí)我也在復(fù)習(xí)一遍電力電子這門課程，把以前一些沒弄懂的問題這次弄明白了一部分，當(dāng)然沒有全部。總之，這次的課程設(shè)計(jì)帶給我的收獲是沒有預(yù)料到的，我也從中體會到了學(xué)習(xí)的快樂，當(dāng)你每次解決了一個(gè)問題后，那種愉悅的心情是無法比擬的，你會覺得此刻世界上就你最幸福。</p><p>　　當(dāng)然每次的課程設(shè)計(jì)都離不開老師平時(shí)的耐心教導(dǎo)，沒有

84、他們灌輸給我們的知識，我們根本就無從動手，是老師的教導(dǎo)和我們自己的努力才能一次次地順利完成課程設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　浣喜明，姚為正.電力電子技術(shù).北京：高等教育出版社，2004</p><p><b&