77单相交流调压电路

河南工业职业技术学院具有过载保护环节的VT单相交流调压电路设计者：王亚克景自永1.单相调压电路设计目的2.设计方案及其选择3.单元电路的设计4.单相调压电路主电路的原理分析具有过载保护环节的VT单相交流调压电路单相调压电路设计目的一、了解系统的工作原理。二、掌握交流调压的工作原理和应用。三、通过课程设计培养学生自学能力和分析问题、解决问题的能力。四、通过设计使学生具有一定的计算能力、制图能力以及查阅手册、使用国家技术标准的能力和一定的文字表达能力。设计方案及其选择方案一：采用电阻性负载，电路由电阻和两个晶闸管反并联组成方案二：采用阻感性负载，电路由电阻、电感和两个晶闸管反并联组成方案一采用电阻性负载，电路由电阻和两个晶闸管反并联组成，负载电压有效值2π01111π2sind()sin2π2ππUUttU在式中：U1为输入交流电压的有效值。可以看出，随着α角的增大，U0逐渐减少。当α=π时，U0=0。因此，单相交流调压器对于电压负载，其电压可调范围为0～U1，控制角α移相范围为0～π。负载电流基波和各次谐波有效值是随着谐波次数n的增加，谐波含量减少。方案二采用阻感性负载，电路由电阻、电感和两个晶闸管反并联组成，负载电压有效值)sin(2sin0UU随α角的增大，U0逐渐增大。在电感负载时，要实现交流调压的目的，则最小控制角α=φ（负载功率因素角），所以α的移相范围为φ～1800。负载电流基波和各次谐波有效值是随着谐波次数n的增加，谐波含量减少，并且阻感性负载电流谐波相对少些。综合两种方案：电阻性负载和阻感性负载都具有调压功能，都能调压到设计电压调压范围内，但是电阻性负载谐波电流含量要多些，当α相同时，阻感负载阻抗角增大，谐波含量也有所减少。考虑到性能指标、输出电压的稳定性、对电网的影响，所以选择方案二阻感性负载。单元电路的设计电路采用单相交流调压器带阻感负载时的电路图如4.1所示，在负载和交流电源间用两个反并联的晶闸管T1、T2相连。驱动电路的设计第一节晶闸管对触发电路的要求第二节触发电路第一节晶闸管对触发电路的要求一触发信号的种类晶闸管由关断到开通，必须具备两个外部条件：第一是承受足够的正向电压；第二是门极与阴极之间加一适当正向电压、电流信号(触发信号)。在此可供选择门极触发信号有三种基本形式。直流信号、交流信号、脉冲信号(a)直流信号：在晶闸管加适当的阳极正向电压的情况下，在晶闸管门极与阴极间加适当的直流电压，则晶闸管将被触发导通。这种触发方式在实际中应用极少。因为晶闸管在其导通后就不需要门极信号继续存在。若采用直流触发信号将使晶闸管门极损耗增加，有可能超过门极功耗；在晶闸管反向电压时，门极直流电压将使反向漏电流增加，也有可能造成晶闸管的损坏。(b)交流信号：在晶闸管门极与阴极间加入交流电压，当交流电压uc=ut时，晶闸管导通。ut是保证晶闸管可靠触发所需的最小门极电压值，改变u。值，可改变触发延迟角α。这种触发形式也存在许多缺点，如：在温度变化和交流电压幅值波动时，触发延迟角不稳定，可通过交流电压u。值来调节，调节的变化范围较小(00≤α≤900)。(c)脉冲信号：在晶闸管门极触发电路中使用脉冲信号，不仅便于控制脉冲出现时刻，降低晶闸管门极功耗，还可以通过变压器的双绕组或多绕组输出，实现信号的隔离输出。因此，触发信号多采用脉冲形式。二触发电路的要求(a)触发信号应有足够的功率(触发电压、触发电流)(b)触发脉冲信号应有一定的宽度第二节触发电路单结晶体管触发电路利用单结晶体管的负阻特性与RC电路的充放电可组成自激振荡电路，产生频率可变的脉冲保护电路的设计较之电工产品，电力电子器件承受过压、过流的能力要弱得多，极短时间的过压和过电流就会导致器件永久性的损坏。因此电力子电路中过压和过流的保护装置是必不可少的，有时还要采取多重的保护措施第一节过电压的产生与保护第二节过电流的产生与保护第一节过电压的产生与保护电力电子装置可能的过电压有外因过电压和内因过电压两种。外因过电压主要来自雷击和系统中的操作过程（由分闸、合闸等开关操作引起）等。内因过电压主要来自电力电子装置内部器件的开关过程，它包括：(a)换相过电压：晶闸管或与全控型器件反并联的二极管在换相结束后不能立刻恢复阻断，因而有较大的反向电流流过，当恢复了阻断能力时，该反向电流急剧减小，会由线路电感在器件两端感应出过电压。(b)关断过电压：全控型器件关断时，正向电流迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压。S图1-34FRVRCDTDCUMRC1RC2RC3RC4LBSDC过电压抑制措施及配置位置电力电子装置过电压抑制电路图1-36C1R1R2C2反向阻断式过电压抑制用RC电路单相调压电路主电路的原理分析单相交流调压器的主电路是在负载和交流电源间用两个反并联的晶闸管T1、T2相连。当电源电压处于正半周时，触发T1导通，电压的正半周施加到负载上；当电源电压处于负半周时，触发T2导通，电压的负半周便施加到负载上。电压过零时，交替触发T1、T2，则电源电压全部加到负载。如果关段T1、T2，电源电压便不能加到负载上。因此T1、T2构成无触点交流开关。电路通过控制晶闸管在每一个电源周期内导通角的大小（相位控制）来调节输出电压的大小。当电源电压反向过零时，负载电感产生感应电动势阻止电流的变化，故电流不能立即为零,此时,晶闸管导通角θ的大小不但与控制角α有关,而且与负载阻抗角φ有关.一个晶闸导通时,其负载电流i0的表达式为tg1o2sinsin()etUitZ22)(LRZRLarctanα≤ωt≤α+θ另一个晶闸管导通时，情况完全相同，只是i0相差180度，其负载电流波形如图下面分αφ、α=φ和αφ三种情况来讨论调压电路的工作1、αф，导通角θ≺1800，正负半波电流断续。α愈大，θ愈小，波形断续愈严重。负载电压的有效值UO、晶闸管电流平均值IdT、电流有效值IT以及负载电流有效值IO分别为)(2sin2sin)sin2(120UtdtUUtdetItdT])sin()[sin(21tantdetItdT])sin()[sin(21tancos)2cos(sinZUTOII22、α=фθ=180度此时，晶闸管轮流导通，相当于晶闸管被短接。负载电流处于连续状态，为完全的正弦波。3、αθθ18001）如果采用窄脉冲触发，当T1的电流下降为零时，T2的门级脉冲已经消失而无法导通。到第二个工作周期，T1又重复第一周期工作，如图所示。这样就出现了先触发的一只晶闸管导通，而另一只管子不能导通的失控现象。回路中将出现很大的直流电流分量，无法维持电路的正常工作。2）采用宽脉冲或脉冲列触发，以保证T1管电流下降到零时，T2管的触发脉冲信号还未消失，T2可以在T1导通后接着导通，但T2的初始导通角α+θ-πφ,所以使第二个晶闸管的导通角φπ。即可使两个晶闸管的导通角θ=180度达到平衡。解决失控现象。根据上面的分析，当α≤φ时并采用宽脉冲触发，负载电压、电流总是完整的正弦波。改变控制角α,负载电压、电流的有效值不变，即电路失去交流调压的作用。在电感负载时，要实现交流调压的目的，则最小控制角α=φ（负载的功率因素角），所以α的移相范围为φ～180度综上所述，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。谢谢观看