电力电子课程设计单相交流调压电路

电力电子课程设计单相交流调压电路电力电子课程设计说明书题目: 单相交流调压电路课程设计院系: 水能专业班级:学号:学生姓名:摘要交流调压电路广泛用于灯光控制(如调光灯和舞台灯光控制)及异步电动机的软启动，也用于异步电动机调速。

在电力系统中，这种电路还常用于对无功功率的连续调节。

此外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。

在这些电源中如采用晶闸管相控整流电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联;同样，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联。

这都是十分不合理的。

采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压、电流值都比较适中，在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了。

这样的电路体积小、成本低、易于设计制造。

单相交流调压电路是对单相交流电的电压进行调节的电路。

用在电热制、交流电动机速度控制、灯光控制和交流稳压器等合。

与自耦变压器调压方法相比，交流调压电路控制简便，调节速度快，装置的重量轻、体积小，有色金属耗也少。

目录1、电路设计的目的及任务 ....................................................................11.1课程设计的目的与要求 (1)1.2课程设计的内容 ..................................................................... (1)1.3仿真软件的使用 ..................................................................... (2)1.4设计方案选择 ..................................................................... ....... 2 2、单相交流调压主电路设计及分析 (3)2.1 电阻性负载 ..................................................................... (3)2.1.1 电阻性负载的交流调压器的原理分析 (3)2.1.2 结果分析 ..................................................................... (6)2.2阻感负载 ..................................................................... .. (7)2.2.1电路结构 ..................................................................... . (7)2.2.2工作原理 ..................................................................... . (8)2.2.3模型仿真图 .....................................................................8 3、单相交流调压电路总结及体会 ...................................................... 10 4.参考文献 ..................................................................... .. (11)1、电路设计的目的及任务1.1课程设计的目的与要求1进一步熟悉和掌握电力电子原器件的特性;2进一步熟悉和掌握电力电子电路的拓扑结构和工作原理; 3掌握电力电子电路设计的基本方法和技术，掌握有关电路参数的计算方法;4培养对电力电子电路的性能分析的能力;5培养撰写研究设计报告的能力。

通过对一个电力电子电路的初步设计，巩固已学的电力电子技术课程的理论知识，提高综合应用能力，为今后从事电力电子装置的设计工作打下基础。

1.2课程设计的内容1 主电路方案确定2 绘制电路原理图、分析理论波形3 器件额定参数的计算4 建立仿真模型并进行仿真实验6 电路性能分析输出波形、器件上波形、参数的变化、谐波分析、故障分析等11.3仿真软件的使用1 MATLAB (推荐)Simulink 是The Math Works公司的产品，可在MATLAB环境下建立系统框图和仿真的模块库，其功能非常强大，可用于电力电子系统的仿真，模块库中提供了大量的电力电子模型。

其具体使用方法和相关电力电子模型的建立、仿真等请参阅课程设计教材。

2 PSPICE在电力电子系统中，需要应用大功率开关器件，因此对工程技术人员来说对所设计的电路最好能通过计算机分析和仿真，不断修改和完善电路，这样做的好处可避免元器件损耗，节省费用，缩短设计周期，优化电路设计。

不过计算机分析和仿真只能作为一个工具，电路是否真正达到要求的性能指标，最终还必须通过实际试验来检验。

PSPICE (PersonaI Simulation Program with IntegratedCircuit Emphasis)是 Microsim 公司的产品，它能在PC机上工作。

特点是精度高，图形功能强，应用广。

学生可选择一种仿真工具进行本次课程设计。

1.4设计方案选择采用两个普通晶闸管反向并联设计单相交流调压电路。

22、单相交流调压主电路设计及分析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。

交流调压电路广泛用于灯光控制及异步电动机的软启动，也用于异步电动机调速。

此外，在高电压小电流或低电压大电流之流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。

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，因此下面就反电势电阻负载予以重点讨论。

2.1 电阻性负载由于题目要求输出电压范围为0,100V，所以方案可选电阻性负载或阻感性负载。

本电路采用单相交流调压器带阻感负载时的电路图如图所示，在负载和交流电源间用两个反并联的晶闸管VT1，VT2相连。

2.1.1 电阻性负载的交流调压器的原理分析其晶闸管VT1和VT2反并联连接，与负载电阻R串联接到交流3电源上。

当电源电压U2正半周开始时刻触发VT1，负半周开始时刻触发VT2，形同一个无触点开关。

若正、负半周以同样的移相角α触发VT1和VT2，则负载电压有效值随α角而改变，实现了交流调压。

移相角为α时的输出电压u的波形，波形如图所示。

建立模型仿真根据原理图用matalb软件画出正确的仿真电路图，4(2)仿真参数设置设置触发脉冲α分别为0?、60?。

a=0,R=450a=60,R=45052.1.2 结果分析,分别为0度， 60度，时单相交流调压电路的纯上面图给出了,电阻负载的电压和电流的仿真波形。

当晶闸管触发控制角=0时，IRLU=U2 ，负载两端的电压U和流过其电流的波形均为正弦波。

当IR,,L>0时，U、的波形为非正弦波，控制角从0~180度范围改变时，,输出电压有效值U从U2下降到0，控制角对输出电压U的移相可,控区域是0---180度。

把角等于0度、 30度， 60度，90度、150度和180度分别代入下式2,,,,11，，，，,U2Usin,t,d,tUsin2,，22,,2,,,可得到,01,Usin0，,U1,UU,222,,20,,,3,651UUsin(2，)，,U，,0.99U222302,6,4,6=,,,3,312U,Usin(2，)，,U，,0.90U602222,3,4,3,,,,211U,Usin(2，)，,U0，,0.71U902222,2,2,5,,,51211U,Usin(2，)，,U0，,0.671U1502222,12,26,,,1U,Usin(2，)，,,U0，0,0180222,,, 仿真波形可得到随着角增大，负载两端电压U的波形的曲线部分的宽度越来越窄，则其有效值将不断减小。

由此可知，理论分析与仿真结果是一致的。

在Sim库环境下利用电力系统模块库中的电力电子器件组建单相交流调压纯电阻电路，并对电路进行相应的理论分析和仿真实验。

仿真实验结果表明，通过控,制角的大小，单相交流调压电路能够得到很好的调压结果 2.2阻感负载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wL,,arctan()R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。

为了更好的分析单相交流调压电,,,,,,,,,,,路在感性负载下的工作情况，此处分三种工况分别进行讨论。

2.2.1电路结构当负载为电感线圈、交流电动机或变压器绕组时，这种负载称为阻感性负载，电路图72.2.2工作原理工作情况与单相半波整流电路带电阻性负载时相似。

当电源电压反向过零时，由于负载电感产生感应电动势阻止电流变化，故电流不能立即为零，此时晶闸管导通角@的大小不但与控制角a有关，而且与负载阻抗角&arctgwl/r有关。

两只晶闸管门极的起始控制点分别定在电源电压每个半周的起始点，a的最大变化范围&<=a<180度，正负半周有相同的a角2.2.3模型仿真图82.2.4仿真图a=0,R=450,l=0.1Ha=60,R=450,l=0.1H93、单相交流调压电路总结及体会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。

104.参考文献[1] 电力电子电路的计算机仿真陈建业编著北京清华大学出版社 2003[2] 电路和系统的仿真实践张占松编著北京科技出版社 2000[3] 电子电路CAD—基于OrCAD9.2贾新章编著西安西安电子科技大学出版社 2002[4] Pspice 8.0电路设计实例精粹高伟涛编著北京国防工业出版社 2001[5] MATLAB 电子仿真与应用韩利竹编著北京国防工业出版社[6] 开关电源的原理与设计张占松编著北京电子工业出版社 199911。