电力电子技术课程设计.docx
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电力电子技术课程设计
1综述
在交流—交流变流电路中，只改变电压、电流或对电路的通断进行控制，而不改变频率的电路称为交流电力控制电路。
根据不同的控制方式可以将交流电力控制系统分为以下几种基本类型：
交流调压电路、交流调功电路、交流电力电子开关。
交流调压电路应用最为广泛。
交流调压电路广泛应用于灯光控制及异步电动机的软启动，交流电机的调压调速上。
交流调压电路控制方便，调节速度快，装置的重量轻、体积小，有色金属消耗也少。
对本次设计的亮度可连续调节灯光电路，用单相交流调压电路就可实现。
单相交流调压电路的工作情况和负载性质有很大关系。
并且电路中需要使用晶闸管，对晶闸管使用相控方式，需要触发电路提供脉冲信号。
在电力电子电路中，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。
本次设计将对这些问题进行设计。
2单相交流调压电路原理
2.1电路原理
采用两个晶闸管反向并联设计单相交流调压电路。
电阻负载
（a）主电路
（b）工作波形
2-1电阻负载时的主电路与工作波形
阻感负载
（a）主电路
（b）工作波形
2-2阻感负载时的主电路与工作波形
2.2工作情况分析
和整流电路一样，交流调压电路的工作情况也和负载性质有很大的关系，因此分别予以讨论。
2.2.1电阻负载工作情况分析
当负载为纯电阻负载时，图2-1（a）中T1和T2也可以用一个双向晶闸管代替。
在交流电源
的正半周
角时，T1触发导通，输出电压
等于电源电压，电流波形
从0开始上升。
在交流电源
的负半周
角时，T2触发导通，工作原理与正半周相同，其工作波形如图2-1（b）所示。
2.2.2阻感负载工作情况分析
交流调压电路可以带电阻性负载，也可以带电感性负载，如感应电动机或其它电阻电感混合负载等。
由于感性负载本身滞后于电压一定角度，再加上相位控制产生的滞后，使得交流调压电路在感性负载下大的工作情况更为复杂，其输出电压、电流波形与控制角
、负载阻抗角
都有关系。
其中负载阻抗角
相当于在电阻电感负载上加上纯正弦交流电压时，其电流滞后于电压的角度为
。
当单相交流调压电路带感性负载时，为了可靠、有效的工作，并实现调压的目的，应使控制角的移相范围保持在
之间，同时为了避免出现直流分量，晶闸管的控制脉冲应采用宽脉冲或脉冲列触发。
3主电路的设计
3-1交流调光电路原理图
如图所示的单向调压电路，Q1，Q1组成互补型放大器，以构成晶闸管的触发电路。
220V交流电通过灯泡和经D1～D4桥式整流，输出全波脉动电压，此电压经R2、R4、R5向电容C1充电，使Q2发射极电位不断升高。
当高于其基极电压时，Q1、Q2即导通，晶闸管D5门极即获得触发脉冲，D5导通。
此时，电容C1通过Q1、Q2及R4放电，正电源又重新通过R2、R4与R5向其充电。
所以，通过调节电位器的阻值可以改变Q2发射极输出脉冲时间的前移或滞后，即改变晶闸管D5的导通角来控制导通时间，从而改变电压的有效值，通过电压变化调节灯的亮度。
4触发电路
4.1触发电路的选择
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。
晶闸管触发电路应满足下列要求：
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电气隔离。
除了采用主电路中的触发电路，还可采用单独的芯片为晶闸管提供触发脉冲。
可采用KC05晶闸管移相触发器，该触发器适用于双向晶闸管或两只反向并联晶闸管电路的交流相位控制，具有锯齿波线性好，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，是交流调压电路的理想电路。
4.2集成块的电参数及引脚功能
引脚图如下
4-1KC05的引脚图
功能
空
失交端
同步输出
锯齿波形成
锯齿波形成
综合比较
地
扩展端
输出
微分阻容
空
失交端
微分阻容
空
同步输入
+VCC
引脚号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
4-2KC05的引脚功能
4.3触发电路的工作原理
4.3KC05晶闸管移相触发器内部电路原理图
图4-3是KC05晶闸管移相触发器内部电路原理图。
V1、V2组成同步检测电路，当同步检测电压过零时V1、V2截止，从而使V3、V4、V5导通，V4导通，使V11基极被短接，V11截止，V5对外接电容C1充电到8V左右。
同步电压过零结束时，V1、V2导通，V3、V4、V5恢复截止，C1电容经V6恒流放电，形成线性下降的锯齿波，锯齿波的斜率由外接锯齿波斜率电位器RP1调节。
锯齿波送至V8与V9的移相控制电压Uc进行比较放大，当Uc>UB时，V10、V11导通，V12截止，V13、V14导通，输出脉冲。
V4是失交保护输出，保证了移相电压与锯齿波失交时晶闸管仍保持全导通。
各点波形图4-4所示。
4-4晶闸管的工作波形
5保护电路
相对于电机和继电器，接触器等控制器而言，电力电子器件承受过电流和过电压的能力较差，短时间的过电流和过电压就会把器件损坏。
但又不能完全根据装置运行时可能出现的暂时过电流和过电压的数值来确定器件参数，必须充分发挥器件应有的过载能力。
因此，保护就成为提高电力电子装置运行可靠性必不可少的重要环节。
5.1晶闸管的过电压保护
所谓过压保护，即指流过晶闸管两端的电压值超过晶闸管在正常工作时所能承受的最大峰值电压Um都称为过电压，可采用阀侧浪涌过电压抑制RC电路来防止电路过压，其电路图见图5-1。
如果电路中出现过电压现象，因C1两端电压不能发生突变，从而保护了晶闸管VT1、VT2达到电路过电压保护的目的。
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的特性，可以有效地抑制电路中的过压。
与电容串联的电阻能消耗掉部分过压能量，同时抑制电路中的电感与电容产生振荡，过电压保护电路如图5.1所示。
5-1过电压保护电路5-2过电流保护电路
5.2晶闸管的过电流保护
当电力电子电路运行不正常或者发生故障时，可能会发生过电流。
当器件击穿或短路、触发电路或控制电路发生故障、出现过载、直流侧短路、可逆传动系统产生环流或逆变失败，以及交流电源电压过高或过低、缺相等，均可引起过流。
由于电力电子器件的电流过载能力相对较差，必须对变换器进行适当的过流保护。
采用快速熔断器是电力电子装置中最有效、应用最广的一种的过流保护措施。
熔断器FU是最简单有效的且应用最普遍的过电流保护器件。
针对晶闸管热容量小、过电流能力差的特点，专门为保护大功率半导体变流元件而制造了快速熔断器，简称快熔。
其熔断时间小于20ms，能保证在晶闸管损坏之前快熔切断短路故障，达到保护晶闸管的目的（见图5-2）。
6结论
本课程设计是单相交流调压控制灯光亮度的设计。
将灯并联在单向调压电路中，通过在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，可以方便的调节输出电压的有效值，从而调节亮度。
和整流电路一样，交流调压电路的工作情况也和负载性质有很大的关系，交流调压电路带电感性负载时，由于感性负载本身滞后于电压一定角度，再加上相位控制产生的滞后，为了可靠、有效的工作，并实现调压的目的，应使控制角的移相范围保持在
之间，同时为了避免出现直流分量，晶闸管的控制脉冲应采用宽脉冲或脉冲列触发。
因此，触发电路也很关键，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，来保证电路正常工作。
在电力电子电路中，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。
7心得体会
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。
通过课程设计，我们自主学习能力和收集材料的能力都有所提高。
在这次课程设计中我们收获了知识，提高了能力，同时也发现自己的不足，总结经验教训。
在查阅资料的过程中，开阔了我们的视野，同时遇到问题时，能够虚心向别人请教，巩固提高专业理论知识。
并且通过对单相交流调压电路及触发电路的设计，提高了对触发电路的认识，弥补了课本上重点讲主电路的缺陷。
通过这次课程设计使我明白只学习理论知识是不够的，重要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中。
我觉得课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，但是更远一点可以联系到以后毕业之后从学校转到踏上社会的一个过程。
因此，在以后的生活中要更加重视时间的机会，更加重视实验操作过程，以尽快提高自己的动手操作和实践能力。
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。
有些知识虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。
这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影响。
通过这次课程设计，我发现、提出、分析、解决问题和实践能力都有所提高，这些都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。
这次课程设计指导我们在以后的学习中多动脑，加深对知识的理解，切忌一知半解，同时要善于自己去发现并解决问题。
更重要的是我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。
最后，感谢在这次课程设计中帮助过我的老师和同学们，是你们的无私帮助让我取得进步。
8参考文献
[1]王云亮.电力电子技术.北京:
电子工业出版社,2004.
[2]赵良炳.现代电力电子技术基础.北京:
清华大学出版社,1999.
[3]王海震.家用调光台灯的电路分析.物理通报,2007.
[4]王兆安,黄俊.电力电子技术.北京:
机械工业出版社,2000.
[5]周克宁.电力电子技术.北京:
机械工业出版社,2004.
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