2000W电烤箱设计

本科生课程设计（论文）辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：2000W电烤箱温度控制电路院（系）：电气工程学院专业班级：学号：学生姓名：指导教师：起止时间：本科生课程设计（论文）I课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：电气注：成绩：平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算学号130503002学生姓名赵恩宁专业班级电气132课程设计（论文）题目2000W电烤箱温度控制电路课程设计（论文）任务课题完成的设计任务及功能、要求、技术参数实现功能利用晶闸管构成交流调压电路，调节电烤箱电热丝电压，从而改变电烤箱的温度，可实现连续调温变速，满足人们对不同食品烘烤温度的不同要求。设计任务1、方案的经济技术论证。2、主电路设计。3、通过计算选择器件的具体型号。4、触发电路设计。5、绘制相关电路图。6、进行matlab仿真。7、完成设计说明书。要求1、文字在4000字左右。2、文中的理论分析与计算要正确。3、文中的图表工整、规范。4、元器件的选择符合要求。技术参数1、交流电源：单相220V。2、输出电压在0～220V连续可调。3、输出电流最大值10A。4、负载为2000W电烤箱。5、根据实际工作情况，最小控制角取20～300左右。进度计划第1天：集中学习；第2天：收集资料；第3天：方案论证；第4天：主电路设计；第5天：选择器件；第6天：确定变压器变比及容量；第7天：确定平波电抗器；第8天：触发电路设计；第9天：总结并撰写说明书；第10天：答辩指导教师评语及成绩平时：论文质量：答辩：总成绩：指导教师签字：年月日本科生课程设计（论文）II摘要为解决电烤箱的温度控制问题，设计了一种新型w2000的电烤箱温度控制电路，利用晶闸管构成交流调压电路，调节电烤箱电热丝电压，从而改变电烤箱的温度，可实现连续调温变速，满足人们对不同食品烘烤温度的不同要求。该电路利用两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制来控制交流输出。在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，可以方便地调节输出电压的有效值。用晶闸管触发电路来有效的控制晶闸管的导通与截止，来完成对电烤箱交流调压电路的工作控制，用阻容吸收网络和快速熔断器来防止晶闸管因过电压或过电流造成的损坏。通过计算对晶闸管、触发电路、阻容吸收网络、快速熔断器各个器件进行选择。测试结果表明，该电路具有较好的温度控制能力，且经济性好，工作稳定可靠。关键词：交流调压电路；晶闸管；晶闸管触发电路；电路保护本科生课程设计（论文）III目录第1章绪论..........................................错误!未定义书签。1.1电力电子技术概况.............................错误!未定义书签。1.2本文设计内容.................................................3第2章2000w烤箱温度控制电路设计..................................42.12000w烤箱温度控制总体设计方案..............................42.2具体电路设计.................................................52.2.1主电路设计.............................................52.2.2控制电路设计...........................................72.2.3保护电路设计..........................................102.3元器件型号选择..............................................142.4系统仿真....................................................172.4.1matlab仿真软件简介..................................172.4.2单项交流调压电路仿真模型建立...........错误!未定义书签。2.4.3单项交流调压电路仿真波形及数据分析....................22第3章课程设计总结.................................................30参考文献............................................................31本科生课程设计（论文）1第1章绪论1.1电力电子技术概况电力电子技术分为电力电子器件制造技术和变流技术（整流，逆变，斩波，变频，变相等）两个分支。现已成为现代电气工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课，在培养该专业人才中占有重要地位。电力电子学（PowerElectronics）这一名称是在上世纪60年代出现的。1974年，美国的W.Newell用一个倒三角形（如图）对电力电子学进行了描述，认为它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而形成的。这一观点被全世界普遍接受。“电力电子学”和“电力电子技术”是分别从学术和工程技术2个不同的角度来称呼的。一般认为，电力电子技术的诞生是以1957年美国通用电气公司研制出的第一个晶闸管为标志的，电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管和晶闸管变流技术的发展而确立的。此前就已经有用于电力变换的电子技术，所以晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前或黎明时期。70年代后期以门极可关断晶闸管（GTO），电力双极型晶体管（BJT），电力场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件全速发展（全控型器件的特点是通过对门极既栅极或基极的控制既可以使其开通又可以使其关断），使电力电子技术的面貌焕然一新进入了新的发展阶段。80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT可看作MOSFET和BJT的复合）为代表的复合型器件集驱动功率小，开关速度快，通态压降小，载流能力大于一身，性能优越使之成为现代电力电子技术的主导器件。为了使电力电子装置的结构紧凑，体积减小，常常把若干个电力电子器件及必要的辅助器件做成模块的形式，后来又把驱动，控制，保护电路和功率器件集成在一起，构成功率集成电路（PIC）。目前PIC的功率都还较小但这代表了电力电子技术发展的一个重要方向。利用电力电子器件实现工业规模电能变换的技术，有时也称为功率电子技术。一般情况下，它是将一种形式的工业电能转换成另一种形式的工业电能。例如，将交流电能变换成直流电能或将直流电能变换成交流电能；将工频电源变换为设备所需频率的电源；在正常交流电源中断时，用逆变器（见电力变流器）将本科生课程设计（论文）2蓄电池的直流电能变换成工频交流电能。应用电力电子技术还能实现非电能与电能之间的转换。例如，利用太阳电池将太阳辐射能转换成电能。与电子技术不同，电力电子技术变换的电能是作为能源而不是作为信息传感的载体。因此人们关注的是所能转换的电功率。电力电子技术是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科。因它本身是大功率的电技术，又大多是为应用强电的工业服务的，故常将它归属于电工类。电力电子技术的内容主要包括电力电子器件、电力电子电路，电力电子装置及其系统。电力电子器件以半导体为基本材料，最常用的材料为单晶硅；它的理论基础为半导体物理学；它的工艺技术为半导体器件工艺。近代新型电力电子器件中大量应用了微电子学的技术。电力电子电路吸收了电子学的理论基础，根据器件的特点和电能转换的要求，又开发出许多电能转换电路。这些电路中还包括各种控制、触发、保护、显示、信息处理、继电接触等二次回路及外围电路。利用这些电路，根据应用对象的不同，组成了各种用途的整机，称为电力电子装置。这些装置常与负载、配套设备等组成一个系统。电子学、电工学、自动控制、信号检测处理等技术常在这些装置及其系统中大量应用。本科生课程设计（论文）31.2本文设计内容根据交流-交流变流电路的分支，在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，调节输出电压的有效值，这种电路就是交流调压电路。本文利用交流调压电路，通过对晶闸管触发角的控制来调节输出电压，通过合理计算设置参数，改变电烤箱电热丝的电压，从而改变电烤箱的温度，并实现连续调温。满足人们对不同食物烘烤温度的不同要求。晶闸管的正常工作的导通条件概况总结起来有四条：1.当晶闸管承受反向电压，无论门极是否有触发电流，晶闸管都不导通2.只有在晶闸管承受正向电压并且门极有触发电流时晶闸管才能导通3.晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是否存在，晶闸管都保持导通4.只有在晶闸管承受反向电压时，使流过晶闸管的电流降到某一数值以下才会截止。根据晶闸管的正常工作特性，根据具体要求通过计算，选择合适的晶闸管，以及可靠的触发电路与保护电路，通过触发电路，改变触发角的大小，使得晶闸管可靠安全且满足环境需要的导通。对单相交流电的电压进行调节的电路，用在电热制（电炉，烤箱）、交流电动机速度控制、灯光控制和交流稳压器等合。与其他电路相比，例如自耦变压器调，交流调压电路控制便，可以方便的调节输出电压有效值，而且调节速度快，装置的重量轻、体积小，有色金属耗也少，更急经济。在电路中只具有单一的交流电压，产生的电流，电压都以一定的频率随时间变化。本科生课程设计（论文）4第2章W2000烤箱温度控制电路设计2.1W2000烤箱温度控制总体设计方案烤箱的温度控制需要使市电通过交流变换，转化为需要的交流电。交流-交流变流电路，即把一种形式的交流变成另一种形式的交流的电路。在进行交流-交流变流时，可以改变相关的电压（电流）、频率和相数等。对于单相交流电的电压进行调节的电路可用于温度控制、交流电动机调速控制、灯光控制等场合。与其他调压方式相比，交流调压电路控制方便、经济可靠，调节速度快，装置的重量轻、体积小，减少能源消耗，结构原理简单。因此，本方案采用交流调压电路来进行对电烤箱的连续温度控制。总体设计框图如下：对框图个部分功能进行简单的说明介绍：V220交流电为市电输入，为主电路提供电能；由单项交流调压电路产生连续可调的输出电压有效值来实现对电烤箱温度的控制；由晶闸管触发电路来实现晶闸管的导通与截止；由保护电路（包括过电流保护、过电压保护）来实现整体电路的可靠工作，防止电力电子器件由于故障损坏；输出连续可调的交流电为电烤箱提供经济可靠的电能。输入V220交流电单项交流调压电路输出连续可调交流电触发电路保护电路本科生课程设计（论文）52.2具体电路设计2.2.1主电路设计图2.2.1.1主电路图与主电路波形图本科生课程设计（论文）6从工作电路图与波形图可以看出，在交流电源的正半周和负半周，分别对VT1和VT2的移相控制角进行控制就可以调节输出电压负半周起始时刻（0），均为电压过零时刻。在t时，对VT1施加触发脉冲，当VT1正向偏置而导通时，负载电压波形与电源电压波形相同；在t时，电源电压过零，因电阻性负载，电流也为零，VT1自然关断。在t时，对VT2施加触发脉冲，当VT2正向偏置而导通时，负载电压波形与电源电压波形相同；在2t时，电源电压过零，VT2自然关断。上述电路在触发延迟角为时，负载电压有效值0U、负载电流有效值0I、晶闸管电流有效值VTI和电路的功率因数分别为：2sin21)()sin2(11210UtdtUU（2.2.1.1）RUI00(2.2.1.2)222sin1(21)()sin2(210121IRUtdRtUIVT(2.2.1.3)2sin2110UUSP(2.2.1.4)根据电路图波形与以上公式可以看出，的移向范围为0。当0时，相当于晶闸管一直导通，输出电压为最大值，10UU。随着的增大，0U逐渐减小。直到时，00U。此外，