课程设计
课程名称电力电子技术
课题名称单相斩控式交流调压电源设计
专业
班级
学号
姓名
指导教师
年月日
设计内容与设计要求
说明书格式
目录
第章概述............................................. 错误！未指定书签。第章系统总体方案..................................... 错误！未指定书签。
设计总体思路................................... 错误！未指定书签。
基本工作原理................................... 错误！未指定书签。
系统设计总方案确定 ............................... 错误！未指定书签。第章硬件设计......................................... 错误！未指定书签。
主电路设计..................................... 错误！未指定书签。
控制电路设计................................... 错误！未指定书签。
主电路计算及元器件参数选型..................... 错误！未指定书签。
谐波分析....................................... 错误！未指定书签。第章调试测试与仿真................................... 错误！未指定书签。
建立仿真模型................................... 错误！未指定书签。
仿真结果....................................... 错误！未指定书签。第章总结与体会....................................... 错误！未指定书签。
附录
参考文献： ....................................... 错误！未指定书签。
电气信息学院课程设计评分表 ....................... 错误！未指定书签。
第章概述
单相交流电源的应用是非常广泛的。比如在农村、轻工业、家用电器等小功率传动领域以及电力机车供电系统。对于单相交流电源，调压和稳压是最为普遍的要求。目前能够实现这一要求的调压器有下面三种：
1) 磁饱和式调压器，该调压器通过控制主电路中电感的饱和程度，以改变电抗值以及其上的电压，实现对输出电压的调节。这种调压器具有一定的动态性能，但输出电压的调节范围小，体积和重量较大。
) 机械式调压器，机械式调压器由电动机带动碳刷实现输出电压的调节。这种调压器输出波形较好，但体积、重量大，动态性能差。
3) 电子式调压器，这种调压器采用电力电子器件实现。目前有晶闸管调压器和逆变式调压器两种。晶闸管调压器采用的是相控方式，因此其输出波形差；逆变式调压器采用的是斩波控制方式，其输出波形和动态响应较好。
随着现代电力电子技术的发展，单相电源变换技术也有了很大的进步，先后出现了多种利用全控器件的交—交直接变换方案。本文基于矩阵式变换理论，提出一种矩阵式单相电源变换电路，该电路只使用两个双向开关管，可以实现输出电压连续可调及获得高正弦度的输入电流波形。
采用单相—单相矩阵式电力变换。通过一组开关函数可以将输入的工频交流电压转换成幅值和频率均可调的单向交流电压。
第章系统总体方案
设计总体思路
交流交流变流电路，是将一种形式的交流电变成另一种形式的交流电，在进行交流交流变流时，可以改变电压、电流、频率和相位等参数。只改变相位而不改变交流电频率的控制，在交流电力控制中称为交流调压。
把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就可以控制交流电力。这种电路不改变交流电的频率，称为交流电力控制电路。在每半个周波内通过对晶闸管开通相位控制，可以方便地调节输出电压的有效值，这种电路称为交流调压电路。
斩控式交流调压就是通过改变对晶闸管的导通的控制，可以是保持开关周期不变，调节开关导通时间, 这种方式称为脉冲宽度调制（调制），也可以是开关导通时间不变，改变开关周期，称为频率调制，还有一种混合型，就是，和都可调。
实验室提供的是调制，通过调节开关导通的时间，即调节占空比，就可以对输出电压的平均值进行调节。
基本工作原理
斩波式交流调压电路输入是正弦交流电压，用、进行斩波控制，用、
给负载电流提供续流通道。如果斩波器件、的导通时间为，开关周期为，
则导通比α,可以通过调节α从而调节输出电压，如下图所示表示交流斩波调压原理的波形图，所示表示单相斩控式交流调压电路的原理图
图单相斩控式交流调压电路原理图
系统设计总方案确定
本系统设计主要包括三部分电路：主电路、驱动与控制电路、保护电路。本设计系统要注意控制信号和主电路的电源必须保持同步，主电路主要包括环节有：主电力电子开关与续流管，而我们采用的是作为开关器件，驱动与控制电路中采用的是脉冲调制器控制芯片，而保护电路中我们分别对器件的过压、过流保护，主电路的保护以及检测与控制电路保护等模块。
图2-3 单相交流调压电路设计总方框图
第章硬件设计
主电路设计
斩波控制要求以比电源频率高得多的频率周期性接通和断开主电路开关器件，把连续的正弦输入电压“斩”成离散的脉冲状加于负载。由于开关器件以高频工作，在电路中必须实施强迫换流。为此斩波控制的交流调压都是采用全控型双向开关器件。所以设计主电路采用的是新型的全控型器件，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关的速度快，工作的频率高，符合设计的要求。
图主电路图
控制电路设计
采用自关断器件的单相交流调压电路和采用传统的可控硅组成的调压电路相比，具有功率因数高、电网污染少、波形畸变小等优点。
输入交流电压为，经过同步变压器后，分别形成两路互为倒相的方波，宽度为°，分别对应正弦波的正半周和负半周，由进行调制（调制频率约为）后，经过隔离及驱动电路，分别驱动两路功率场效应管。
控制电路部分如图所示
图控制电路
主电路计算及元器件参数选型
、的相关参数
当栅源电压仅略大于栅源开启电压时，沟道内的电流的饱和作用将产生一个可观的压降，此时，由所控制
(() )
()() 为开关频率、最大开关频率为, 则有
（）≈ Ω; 电流定额按通过电流的选择为： 。
、快速熔断器的选择
快速熔断器用于过电流的保护，它的断流时间在 以内，快速熔断器的熔 体额定电流按下式选择：
<<
≈× ××
、续流二极管选择计算 二极管承受最大反向电压 （）* 考虑倍裕量 ,则*, 取最大电流按（）*来计算 选择。
、滤波电容选择
一般根据放电的时间常数计算， 负载越大， 要求纹波系数越小，一般不做 严格计算，多取 以上。因该系统负载不大，故
取
耐压×取 即选用、电容器
谐波分析
于是感性负载， 又不能像直流斩波那样加续流回路， 所以要给加开通 和关断缓冲电路。高频交流开关控制采用了直流等电位调 制技术。为使波形半波奇对称和四分之一偶对称， 以消除付里叶级数中的
余弦项和偶次谐波，使载波比 N f c 4K,K 1,2,3, , f c 为三角波频率， f s
期、 U c 为三角波幅值、 U 为输出电压的偏差、三角波电压的方程式为：
f s 为市电工频；调制
t 为脉冲宽度， 1
T f 1c 为三角波周
i 1,2,3,
输出电压偏差 U 为采样电压，触发脉冲起点 t i 和终点 t i 1的方程式为：
2i 2
1T ) U,t i 2i 2 1T 2T U c U 2i 2 1T ) U,t i 1 2i 2 1T 2T
U c U 脉冲宽度 t t i 1 t i T U
T T U (1 M ); 2 (1 M ) 2
sin t sin n td( t) ) 经计算，当 n KN 1时( K 1,2,3 )
(t (t 2i 1 2 2i 1 T ), 2i 1 ( i 1)T t 2 T
2i 1 2T
U c
(t i T 2T U c (t i 1 T 式中 T 2
N ，各触发脉冲的起点角和终点角的数值为： 3 N (3 M ); u L
b n sin n t
n 为奇数 b n 4 /2 u L sinn td( t) U m ( 2 sin t sinn td( t)
u c 2U c T
2U c T
K U M m sinKM
当 n KN 1时， b n KN 1 0
对于基波， n 1
4U m 2 2 4
2
b 1 m ( 2 sin 2 td ( t) 4 sin 2 td( t) )
13 由以上式可知，越大谐波频率越高。采用很小的滤波器就可以滤掉 u Le 中的所有高次谐波。
第章 调试测试与仿真
建立仿真模型
仿真电路图如下图所示。启动软件，在模型库中搭建仿真电路图， 如图所
示。
在这个仿真模型中，使用中自带的 来产生一个脉冲来替代波发生 器。该脉冲发生器也拥有频率可调，占空比可调的性质， 因此可以简化波 的调制产生过程。 主电路部分的模型和原理图类似， 使用个来分别进行斩 波控制和阻感负载 (P M )
m N
P 1,3
(P M ) MU m
sin t U m
m K1 K 4U KM sin( KN 1) t
u Le
b
4U m
b n KN 1 N
1 2 P 1,3 (P M ) N ( P M )
sin t sinn td ( t) MU m M sin 2 td( t) 4U
的续流。
续流部分的工作过程为，当电源电压在正半周期时，续流二极管和续流保持有触发信号，保持导通；当电源电压负半周期时，续流二极管和续流保持有触发信号，保持导通。
负载端使用电压表来测量电压的变化，并且接入示波器，使用示波
器来观察不同占空比时输出电压的波形。
图单相斩控式交流调压电源设计仿真图
仿真结果
占空比不同时的波形分别如图，图，图所示
图占空比输出电压
图占空比输出电压
由仿真波形和测量输出电压值的变化可知，在改变占空比时，电路仿真波形和输出电压随之改变，达到了电压范围可调的目标。
第章总结与体会
经过这一次的课程设计，我对电力电子技术这门课程及相关知识有了更深入的理解和体会，同时也很好的把握理论知识并将其应用于实践当中。
在此次的单相斩控式交流调压电源设计过程中，我更进一步地熟悉了元件的结构及掌握了各元件的工作原理和其具体的使用方法。也锻炼了自己独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。虽然这只是一次简单的课程设计，但通过这次课程设计我们了解了课程设计的一般步骤，和设计中应注意的问题。设计本身并不是有很重要的意义，而是同学们对待问题时的态度和处理事情的能力。至于设计的成绩无须看的太过于重要，而是设计的过程，设计的思想和设计电路中的每一个环节，电路
中各个部分的功能是如何实现的。仿真软件我用的是，之前我完全不懂如何用它
进行调试，但经过一段时间的摸索就学会了并进行了调试，另外，我们设计要从市场需求出发，既要有强大的功能，又要在价格方面比同等档次的便宜。虽然我们现在作的不可能到市场上去销售，但我们要为以后作设计培养出好的习惯。
通过这次课程设计，我不仅加深了我对《电力电子技术》这门课程的理解，更重要是我体会出了学习的一些方法。这在以后的工作和生活中都是有很大帮助的。
最后，在此要感谢我的指导老师，沈细群老师，谢谢她的细心教诲。同时也感谢那些帮助我解决问题的同学们。
附录
总电路图:
目录 第1章概述---------------------------------------------------------------------------- 1.1 课题设计目的及意义-------------------------------------------------- 第２章设计总体思路----------------------------------------------------------------- 2.1系统总体方案确定-------------------------------------------------------- 2.2 交流斩波调压的基本原理----------------------------------------------第3章主电路设计与分析----------------------------------------------------------- 3.1主要技术条件及要求----------------------------------------------------- 3.2 开关器件的选择---------------------------------------------------------- 3.3 主电路计算及元器件参数---------------------------------------------- 3.4 主电路结构设计--------------------------------------------------------- 3.5 主电路保护设计--------------------------------------------------------- 第4章单元控制电路设计----------------------------------------------------------- 4.1主控制芯片的详细说明-------------------------------------------------- 4.1.1 芯片的选择---------------------------------------------------------- 4.1.2芯片的详细介绍----------------------------------------------------- 4.1.3芯片的工作原理----------------------------------------------------- 4.2 驱动电路设计-------------------------------------------------------------- 4.3 过零检测及续流触发电路----------------------------------------------- 4.4控制保护电路设计-------------------------------------------------------- 4.5谐波分析-------------------------------------------------------------------- 第５章总结与体会------------------------------------------------------------------- 参考文献 附录
目录 第1章概述 (1) 第２章设计总体思路 (3) 2.1 系统总体方案确定 (3) 2.2 交流斩波调压的基本原理 (8) 第3章主电路设计与分析 (9) 3.1主要技术条件及要求 (9) 3.2 开关器件的选择 (9) 3.3 主电路计算及元器件参数选型 (9) 3.4 主电路结构设计 (11) 3.5 主电路保护设计 (12) 第4章单元控制电路设计 (14) 4.1主控制芯片的详细说明 (14) 4.1.1 芯片的选择 (14) 4.1.2 芯片的详细介绍 (14) 4.1.3 芯片的工作原理 (15) ⒈器件内部结构 (15) ⒉欠压锁定功能 (16) ⒊系统的故障关闭功能 (16) 4. 波形的产生及控制方式分析 (16) 4.2 驱动电路设计 (17) 4.3 过零检测及续流触发电路 (18) 4.4 控制保护电路设计 (19) 4.5谐波分析 (20) 第5章总结与体会 (22) 第6章附录 (23) 参考文献 (24)
第1章概述 交流调压是指把一种交流电变成另一种同频率，不同电压交流电的变换，而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，而斩控式交流调压的输入是正弦交流电压，这种斩控式交流调压电路的优势是功率因素接近1，电压、电流波形好，谐波成分频率高，电路简单，且可靠性高。而利用PWM技术后，控制灵活，动态响应快。 目前能够实现这一要求的调压器有下面三种： 1)磁饱和式调压器该调压器通过控制主电路中电感的饱和程度，以改变电抗值以及其上的电压，实现对输出电压的调节。这种调压器具有一定的动态性能，但输出电压的调节范围小，体积和重量较大。 2)机械式调压器机械式调压器由电动机带动碳刷实现输出电压的调节。这种调压器输出波形较好，但体积、重量大，动态性能差。 3)电子式调压器这种调压器采用电力电子器件实现。目前有晶闸管凋压器和逆变式调压器两种。晶闸管调压器采用的是相控方式，因此其输出波形差；逆变式调压器采用的是斩波控制方式，其输出波形和动态响应较好。 在工业生产及日用电气设备中，有不少交流供电的设备采用控制交流电压来调节设备的工作状态，如加热炉的温度、电源亮度、小型交流电机的转速等。这样就需要设计一种交流调压电路来控制，其基本原理是把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就可以控制交流电力。在每一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，这种电路称为交流调压电路。用在电热控制、交流电动机速度控制、灯光控制和交流稳压器等场合。采用晶闸管作为开关元件的典型单相交流调压电路如图1所示。常用通断控制或相位控制方法来调节输出电压。
第1章概述 在工业生产及日用电气设备中，有不少交流供电的设备采用控制交流电压来调节设备的工作状态，如加热炉的温度、电源亮度、小型交流电机的转速等。这样就需要设计一种交流调压电路来控制，其基本原理是把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就可以控制交流电力。在每一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，这种电路称为交流调压电路。用在电热控制、交流电动机速度控制、灯光控制和交流稳压器等场合。采用晶闸管作为开关元件的典型单相交流调压电路如图1所示。常用通断控制或相位控制方法来调节输出电压。 交流调压电路也广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。在供用电系统中，这种电路还常用于对无功功率的连续调节。此外，在高压小电流或低压大电流中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。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，同时，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，其电压电流值都不太大也不太小，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。 交流调压是指把一种交流电变成另一种同频率，不同电压交流电的变换。按所变换的相数不同交流调压电路可分为单相交流调压电路和三相交流调压电路。前者是后者的基础。与自耦变压器调压方法相比，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。
第２章设计总体思路 2.1 系统总体方案确定 交流调压的控制方式有三种：①整周波通断控制；②相位控制；③斩波控制。整周波控制调压——适用于负载热时间常数较大的电热控制系统。晶闸管导通时间与关断时间之比，使交流开关在某几个周波连续导通，某几个周波连续关断，如此反复循环地运行，其输出电压的波形如图2所示。改变导通的周波数和控制周期的周波数之比即可改变输出电压。为了提高输出电压的分辨率，必须增加控制周期的周波数。为了减少对周围通信设备的干扰，晶闸管在电源电压过零时开始导通。在负载容量很大时，开关的通断将引起对电网的冲击，产生由控制周期决定的分数次谐波，这些分数次谐波引起电网电压闪变。这是其缺陷。 相位控制调压——利用控制触发滞后角α的方法,控制输出电压。晶闸管承受正向电压开始到触发点之间的电角度称为触发滞后角α。在有效移相范围内改变触发滞后角，即能改变输出电压。有效移相范围随负载功率因数不同而不同，电阻性负载最大,纯感性负载最小。图3是阻性负载时相控方式的交流调压电路的输出电压波形。相控交流调压电路输出电压包含较多的谐波分量，当负载是电动机时，会使电动机产生脉动转矩和附加谐波损耗。另外它还会引起电源电压畸变。为减少对电源和负载的谐波影响，可在电源侧和负载侧分别加滤波网络。
斩控式交流调压电路实验报告 交流调压的控制方式有三种：①整周波通断控制。整周波控制 调压——适用于负载热时间常数较大的电热控制系统。晶闸管导通 时间与关断时间之比，使交流开关在某几个周波连续导通，某几个 周波连续关断，如此反复循环地运行，其输出电压的波形如图1-1 所示。改变导通的周波数和控制周期的周波数之比即可改变输出电压。为了提高输出电压的分辨率，必须增加控制周期的周波数。为 了减少对周围通信设备的干扰，晶闸管在电源电压过零时开始导通。但它也存在一些缺点那就是：在负载容量很大时，开关的通断将引 起对电网的冲击，产生由控制周期决定的奇数次谐波，这些谐波引 起电网电压变化，造成对电网的污染。 图1-1周期控制的电压波形 ②相位控制。相位控制调压——利用控制触发滞后角α的方法, 控制输出电压。晶闸管承受正向电压开始到触发点之间的电角度称 为触发滞后角α。在有效移相范围内改变触发滞后角，即能改变输 出电压。有效移相范围随负载功率因数不同而不同，电阻性负载最
大,纯感性负载最小。图1-2是阻性负载时相控方式的交流调压电路 的输出电压波形。相控交流调压电路输出电压包含较多的谐波分量，当负载是电动机时，会使电动机产脉动转矩和附加谐波损耗。另外 它还会引起电源电压畸变。为减少对电源和负载的谐波影响，可在 电源侧和负载侧分别加滤波网 络。b5E2RGbCAP ③斩波控制。斩波控制调压——使开关在一个电源周期中多次通断，将输入电压切成几个小段，用改变段的宽度或开关通断的周期来调 节输出电压。斩控调压电路输出电压的质量较高,对电源的影响也较小。图1-2为斩波控制的交流调压电路的输出电压波形。 p1EanqFDPw 图1-2相位控制的电压输出波形 在斩波控制的交流调压电路中，为了在感性负载下提供续流通路， 除了串联的双向开关S1外，还须与负载并联一只双向开关S2。当 开关S1导通，S2关断时，输出电压等于输入电压；开关S1关断，S2导通时,输出电压为零。控制开关导通时间与关断时间之比即能
本科课程设计专用封面 设计题目：斩控式单相交流调压电路的设计与仿真 所修课程名称： 电力电子技术课程设计 修课程时间： 2013 年 06 月 17 日至 6 月 23 日 完成设计日期： 2013 年 06 月 23 日 评阅成绩： 评阅意见： 评阅教师签名： 年 月 日 ____工____学院____电气工程及其自动化____专业 姓名___张影_____ 学号___2010180236___ ………………………………（密）………………………………（封）………………………………（线）………………………………
斩控式单相交流调压电路的设计与仿真 一．设计要求 1）通过这次课程设计熟悉斩控式单相交流调压电路的工作原理。 2）掌握斩控式单相交流调压电路的工作状态和了解电路图的波形情况。 3）完成斩控式单相交流调压电路的设计、仿真；给出具体设计思路和电路图，并给 出必要的波形分析写出设计报告。 4）设计要求： 输入：AC220V ，50Hz ； 输出：1）AC60～180V ，50Hz ； A wL R U I 18~6) j (2 2 =+= 二．题目分析 斩控式单相交流调压电路的原理图如下。设电路中电感L 值很大。 D1Z5 V VOFF = 0 斩控式单相交流调压电路 该电路的工作原理为：图中Z 1，D 1和Z2,D 2构成一双向可控开关，用Z 1，Z 2进行斩波控制，用Z3，D 4和Z 4，D 3给负载电流提供续流通道，设斩波时间为t,开关周期为T ，则导通比为 =t /T 。
斩控式单相交流调压电路的输入输出关系为： U=aE=AC60~180V 输出电流为: A AC wL R U I 18~6) j (2 2 =+= 三．主电路设计、元器件选型及计算： 由于本次实验主要要求对电路的仿真，则放弃了较为复杂精确计算的方法，而选择先估算，再在仿真中修改参数逐步调试的方法。 参数的选择： 1）输入电压为E=AC220V ，输出电压为U=AC60～180V ，有公式 U=aE 得 α=27.3％～81.8%； 2）WL>>R,取R=10得L>>0.07957mH. 3）Z1, D1；Z2，D2；Z3，D3；Z4，D4导通时承受的最大正反向电压为 V V E 1.31122022=?=,考虑裕度，则额定电压为(2～3)*311.1V=622.2～933.3V 4）Z1, D1；Z2，D2；Z3，D3；Z4，D4导通时实际承担的最大电流有效值为 I=A wL R E 1.31)j (222≈+,则额定电流为31.1A/1.57=19.809A ，考虑裕度， 放大2倍，取额定电流为39.6178A 初步选择满足条件的L,R 的值经过多次筛选与调试最后选择ω=2π*20k , L1=1mH, R=10Ω.从而达到实验的要求 实验仿真如下图
课程设计 课程名称电力电子技术 课题名称单相斩控式交流调压电源设计 专业 班级 学号 姓名 指导教师 2013年1月4日
设计内容与设计要求 一．设计内容 1.设计方案：用PWM控制获得所需要的等效电压或电流波 形。 2.设计包括： 1)IGBT电流、电压额定的选择 2)电力二极管，电抗器电感值的计算 3)输出电压可调 4)驱动电路的设计 5)画出完整的主电路原理图和控制电路原理图 6)画出程序流程图 7)列出主电路所用元器件的明细表 二．设计要求 1.设计思路清晰，给出整体设计框图； 2.单元电路设计，给出具体设计思路和电路； 3.分析所有单元电路与总电路的工作原理，并给出必要的波 形分析； 4.同一个课题考虑不同的设计方案，并用MATLAB仿真； 5.绘制总电路图； 6.写出设计报告； 主要设计条件 1.输入交流电源： 单相220V f=50Hz 2.输出电压： 电压范围50 V-220V连续可调
说明书格式 1.课程设计封面； 2.任务书； 3.说明书目录； 4.设计总体思路，基本原理和框图； 5.相关计算及器件选型; 6.电路设计；MATLAB 仿真； 7.总结与体会； 8.附录； 9.参考文献； 10.课程设计的原理图。 进度安排 十七周 星期一：下达设计任务书，介绍课题内容与要求； 星期一~~星期五：查找资料，确定设计方案，画出草图。十八周 星期一~~星期二：电路设计，打印出图纸。 星期三：书写设计报告； 星期四：书写设计报告； 星期五：答辩。
目录 第1章概述 (1) 第2章系统总体方案 (2) 2.1 设计总体思路 (2) 2.2 基本工作原理 (2) 2.3系统设计总方案确定 (4) 第3章硬件设计 (5) 3.1 主电路设计 (5) 3.2 控制电路设计 (6) 3.3 主电路计算及元器件参数选型 (7) 3.4 谐波分析 (7) 第4章调试测试与仿真 (10) 4.1 建立仿真模型 (10) 4.2 仿真结果 (11) 第5章总结与体会 (13) 附录 (14) 参考文献： (15) 电气信息学院课程设计评分表 (16)
湖南工程学院应用技术学院课程设计任务书 课程名称：电力电子技术 题目：斩控式单相交流调压电源设计 专业班级：电气118 学生姓名：学号: 指导老师：刘星平蔡斌军李祥来等审批：谢卫才 任务书下达日期2014年5 月12日 设计完成日期2014年5月23 日
目录 第1章概述 (1) 1.1 交流调压在生活中的应用 (1) 1.2 关于单向调压器 (1) 1.3 关于本课题 (2) 第２章设计总体思路 (3) 2.1 系统总体方案确定 (3) 2.2 交流斩波调压的基本原理 (7) 第3章主电路设计与分析 (8) 3.1 主要技术条件及要求 (8) 3.2 开关器件的选择 (8) 3.3 主电路计算及元器件参数选型 (8) 3.4 主电路结构设计及分析 (9) 第4章主控制芯片的详细说明 (10) 4.1 芯片的选择 (10) 4.1 芯片的详细介绍 (10) 4.1芯片的工作原理 (11) 第5章实验调试 (13) 第6章总结与体验 (19) 附录A 参考文件及评分表
第1章概述 1.1交流调压在生活中的应用 交流调压电路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软起动，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，也常用交流高压电路调节变压器一次电压。因此交流调压电路广泛存在于农村、轻工业、家用电器等小功率传动领域以及电力机车供电系统。 1.2关于单相调压器 对于单相交流电源，调压和稳压是最为普遍的要求。目前能够实现这一要求的调压器有下面三种： 磁饱和式调压器该调压器通过控制主电路中电感的饱和程度，以改变电抗值以及其上的电压，实现对输出电压的调节。这种调压器具有一定的动态性能，但输出电压的调节范围小，体积和重量较大。 机械式调压器机械式调压器由电动机带动碳刷实现输出电压的调节。这种调压器输出波形较好，但体积、重量大，动态性能差。 电子式调压器这种调压器采用电力电子器件实现。目前有晶闸管调压器和逆变式调压器两种。晶闸管调压器采用的是相控方式，因此其输出波形差；逆变式调压器采用的是斩波控制方式，其输出波形和动态响应较好。 从上面可知，逆变式电子调压器具有最好的性能。逆变式电子调压器的结构不仅具有调压、稳压的能力，而且还可以实现频率的变换。它
设计内容与设计要求 一．设计内容： 1．电路功能： 1）用斩控方式实现交流调压，功率因数高，谐波小，输出波形好。 2）电路由主电路与控制电路组成，主电路主要环节：主电力电子开关与续流管。控制电路主要环节：脉宽调制PWM电路、电压电 流检测单元、驱动电路、检测与故障保护电路。 3）主电路电力电子开关器件采用GTR、IGBT或MOSFET。 4）系统具有完善的保护 2. 系统总体方案确定 3. 主电路设计与分析 1）确定主电路方案 2）主电路元器件的计算及选型 3）主电路保护环节设计 4. 控制电路设计与分析 1）检测电路设计 2）功能单元电路设计 3）触发电路设计 4）控制电路参数确定 二．设计要求： 1．用SG3525产生脉冲。 2．设计思路清晰，给出整体设计框图； 3．单元电路设计，给出具体设计思路和电路； 4．分析所有单元电路与总电路的工作原理，并给出必要的波形分析。 5．绘制总电路图 6．写出设计报告；
主要设计条件 1．设计依据主要参数 1）输入输出电压：单相（AC）220（1+15%）、0~150V（AC）2）最大输出电流：5A 3）功率因数：≥0.7 2. 可提供实验与仿真条件
说明书格式 1．课程设计封面； 2．任务书； 3．说明书目录； 4．设计总体思路，基本原理和框图（总电路图）；5．单元电路设计（各单元电路图）； 6．故障分析与电路改进、实验及仿真等。 7．总结与体会； 8．附录（完整的总电路图）； 9．参考文献； 10、课程设计成绩评分表
进度安排 第一周星期一:课题内容介绍和查找资料； 星期二:总体电路方案确定 星期三:主电路设计 星期四:控制电路设计 星期五:控制电路设计； 第二周星期一: 控制电路设计 星期二：电路原理及波形分析、实验调试及仿真等 星期四~五:写设计报告，打印相关图纸； 星期五下午:答辩及资料整理
实验八 单相斩控式交流调压电路实验 一、实验目的 (1)熟悉斩控式交流调压电路的工作原理。 (2)了解斩控式交流调压控制集成芯片的使用方法与输出波形。 二、实验所需挂件及附件 三、实验线路及原理 斩控式交流调压主电路原理如图6-30所示。 图6-30 斩控式交流调压主电路原理图 一般采用全控型器件作为开关器件，其基本原理和直流斩波电路类似，只是直流斩波电路的输入是直流电压，而斩控式交流调压电路输入的是正弦交流电压。在交流电源u i 的正半周，用V 1进行斩波控制，用V 3给负载电流提供续流通道；在u i 的负半周，用V 2进行斩波控制，用V 4给负载电流提供续流通道。设斩波器件V 1、V 2的导通时间为t on ，开关周期为T ，则导通比为α=t on /T ，和直流斩波电路一样，通过对α的调节可以调节输出电压U 0。 图6-31给出了电阻负载时负载电压U 0和电源电流i 1(也就是负载电源)的波形。可以看出电源电流的基波分量是与电源电压同相位的。即位移因数为1。电源电流不含低次谐波，只含和开关周期T 有关的高次谐波，这些高次谐波用很小的滤波器即可滤除，这时电路的功率因数接近于1。 斩控式交流调压控制电路方框图如图6-32所示，PWM 占空比产生电路使用美国Silicon General 公司生产的专门PWM 集成芯片SG3525，其内部电路结构及各引脚功能可参见实验三半桥型开关稳压电源；在交流电源u i 的正半周，V 1进行斩波控制，用V 3给负载电流提供续流通道，
V 4关断；在u i 的负半周，V 2进行斩波控制，V 3关断，用V 4给负载电流提供续流通道。控制信号与主电路的电源必须保持同步。 图6-31 电阻负载斩控式交流调压电路波形 图6-32 斩控式交流调压控制电路方框图 四、实验内容 (1)控制电路波形观察。 (2)交流调压性能测试。 五、思考题 (1)比较斩控式交流调压电路与相控交流调压电路的调压原理、特征及其功率因数？ (2)采用何种方式可提高斩控式交流调压电路输出电压的稳定度？ (3)对斩控式交流调压电路的输出电压波形作谐波分析？ 六、实验方法 由于主电路的电源必须与控制信号保持同步，因此主电路的电源不需要外部接入。但是为
课程设计报告书 课程名称：《电力电子应用技术》 课题名称：单相斩控式交流调压电路设计 系部名称：自动控制系 2012年06月20日
目录 1、引言 (2) 2、课程设计的目的 (3) 3设计工作原理 (3) 4 系统工作原理 (4) 5、斩控式交流调压控制电路波形图 (5) 6、调试中观察到得现象及原因 (6) 7、心得体会 (6) 附录 (7)
1、引言 以电力为对象的电子技术称为电力电子技术，它是一门利用各种电力电子件，对电能进行电压、电流、频率和波形等方面的控制和变换的学科。 电力电子技术包括电力电子器件、电路和控制三个部分，是横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域的一个新兴工程技术学科。 电流有直流(DC)和交流(AC)两大类。前者有电压幅值和极性的不同，后者除电压幅值和极性外，还有频率和相位的差别。实际应用中，常常需要在两种电能之间，或对同种电能的一个或多个参数(如电压，电流，频率和功率因数等)进行变 变换器共有四种类型： 交流-直流(AC-DC)变换：将交流电转换为直流电。 直流-交流(DC-AC)变换：将直流电转换为交流电。这是与整流相反的变换，也称为逆变。当输出接电网时，称之为有源逆变；当输出接负载时，称之为无源逆变。 交-交(AC-AC)变换，将交流电能的参数(幅值或频率)加以变换。其中：改变交流电压有效值称为交流调压；将工频交流电直接转换成其他频率的交流电，称为交-交变频。 直流-直流(DC-DC)变换，将恒定直流变成断续脉冲输出，以改变其平均值。 在有电力电子器件以前，电能转换是依靠旋转机组来实现的。与这些旋转式的交流机组比较,利用电力电子器件组成的静止的电能变换器,具有体积小、重量轻、无机械噪声和磨损、效率高、易于控制、响应快及使用方便等优点。 1957年第一只晶闸管—也称可控硅(SCR)问世后，因此,自20世纪60年代开始进入了晶闸管时代。70年代以后，出现了通和断或开和关都能控制的全控型电力电子器件(亦称自关断型器件)，如：门极可关断晶闸管(GTO)、双极型功率晶体管(BJT/ GTR)、功率场效应晶体管(P-MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等。 控制电路经历了由分立元件到集成电路的发展阶段。现在已有专为各种控制功能设计的专用集成电路，使变换器的控制电路大为简化。 微处理器和微型计算机的引入，特别是它们的位数成倍增加，运算速度不断提高，功能不断完善，使控制技术发生了根本的变化，使控制不仅依赖硬件电路，而且可利用软件编程，既方便又灵活。传统电力电子技术以整流为主导，以移相触发、PID模拟控制方式为主。 各种新颖、复杂的控制策略和方案得到实现，并具有自诊断功能，并具有智能化的功能。将新的控制理论和方法应用在变换器中。 综上所述可以看出，微电子技术、电力电子器件和控制理论则是现代电力电子技术的发展动力。
课程设计说明书题目斩控式单相交流调压电路 （院）系电气信息学院 专业班级学号 学生姓名 指导老师姓名 完成日期2011 年6 月23 日至2011 年7 月8日
湖南工程学院 课程设计任务书 课程名称：电力电子技术 题目：斩控式单相交流调压电路 专业班级：才 学生姓名：学号： 指导老师： 审批： 任务书下达日期2011 年6月23日 设计完成日期2011 年7 月8日
目录 第1章概述 (1) 第2章总体设计方案 (2) 2.1 交流调压电路的原理 (2) 2.2 系统设计总方案确定 (3) 第3章主电路设计 (4) 3.1 主电路主要器件选择 (4) 3.2 主电路结构设计 (4) 3.3 器件保护以及主电路保护设计 (5) 3.3.1 MOSFET过压保护 (5) 3.3.2 MOSFET过流保护 (5) 3.3.3 主电路保护设计 (5) 3.4 主电路计算及元器件参数选型 (5) 第4章单元控制电路设计 (8) 4.1 主控制芯片的详细说明 (8) 4.1.1 主控芯片的选择 (8) 4.1.2 主控芯片的特征及优势 (8) 4.1.3 脉宽调制器芯片TL494的工作原理 (8) 4.2 控制方法及控制功能单元电路设计 (10) 4.2.1 控制方法介绍 (10) 4.2.2 检测及控制保护电路设计 (10) 4.2.3 控制与驱动电路设计 (11) 第6章总结与体会 (12) 附录 (13) 参考文献 (14)
第1章概述 交流调压是指把一种交流电变成另一种同频率，不同电压交流电的变换，而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，而斩控式交流调压的输入是正弦交流电压，这种斩控式交流调压电路的优势是功率因素接近1，电压、电流波形好，谐波成分频率高，电路简单，且可靠性高。而利用PWM技术后，控制灵活，动态响应快。 而斩控式交流调压电路是应用新器件、新原理，结合传统技术向适用、高效、轻量、少无污染方向不断发展进步的新型电路设计，符合电力电子技术高频化、高效化以及低污染的发展趋势，并将逐步取代晶闸管相控交流调压，它是一种经济型交流调压技术，具有很好的发展前景。 图1-1 课题的目的和意义 本课题以更好的应用电力电子技术为目标，采用MOSFET的斩波式交流调压器。使该调压器具有调节方便，动态响应快，对电网谐波污染小，装置功率因数较高等优点。用于交流电压的调节和控制，有更好的性能和应用前景。
目录 第1章概述 (1) 1.1 课题来源 (1) 1.2 解决方法 (1) 1.3 优势 (2) 第2章系统总体方案确定 (3) 2.1 设计总体思路 (3) 2.2 基本工作原理 (3) 2.3 框图 (5) 第3章主电路设计 (6) 3.1主电路 (6) 3.2 主电路图 (7) 第4章单元控制电路设计 (8) 4.1 控制及驱动电路 (8) 4.2 输入欠电压电路 (12) 4.3 输出限流电路 (13) 4.4输入过压电路 (14) 4.5过零检测及续流触发电路 (14) 4.6谐波分析 (15) 第5章故障分析与电路改进、实验及仿真 (18) 第6章总结与体会 (21) 附录总电路图
第1章概述 1.1课题来源 单相交流电源的应用是非常广泛的。比如在农村、轻工业、家用电器等小功率传动领域以及电力机车供电系统。对于单相交流电源，调压和稳压是最为普遍的要求。目前能够实现这一要求的调压器有下面三种： 1)磁饱和式调压器该调压器通过控制主电路中电感的饱和程度，以改变电抗值以及其上的电压，实现对输出电压的调节。这种调压器具有一定的动态性能，但输出电压的调节范围小，体积和重量较大。 2)机械式调压器机械式调压器由电动机带动碳刷实现输出电压的调节。这种调压器输出波形较好，但体积、重量大，动态性能差。 3)电子式调压器这种调压器采用电力电子器件实现。目前有晶闸管调压器和逆变式调压器两种。晶闸管调压器采用的是相控方式，因此其输出波形差；逆变式调压器采用的是斩波控制方式，其输出波形和动态响应较好。 从上面可知，逆变式电子调压器具有最好的性能。逆变式电子调压器的结构不仅具有调压、稳压的能力，而且还可以实现频率的变换。它是通过AC/DC/AC变换实现的。具有中间直流环节和储能电容，不过，变换效率低是它的不足。 1.2解决方法 随着现代电力电子技术的发展，单相电源变换技术也有了很大的进步，先后出现了多种利用全控器件的交—交直接变换方案。本文基于矩阵式变换理论，提出一种矩阵式单相电源变换电路，该电路只使用两个双向开关管，可以实现输出电压连续可调及获得高正弦度的输入电流波形。
湖南工程学院应用技术学院 课程设计任务书 课程名称：电力电子技术 题目：斩控式单相交流调压电源设计专业班级：电气1186 学生姓名：邹泽熙学号: 24 指导老师：刘星平蔡斌军李祥来等 审批：谢卫才 任务书下达日期 2014年 5 月 12日 设计完成日期 2014年 5月 23 日 设计内容与设计要求 1．设计内容： 1．电路功能： 1）用斩控方式实现交流调压，功率因数高，谐波小，输出波形好。 2）电路由主电路与控制电路组成，主电路主要环节：主电力电子开关与续流管。控制电路主要环节：脉宽调制PWM电路、电压电流检测单元、驱动电路、检测与故障保护电 路。 3）主电路电力电子开关器件采用GTR、IGBT或MOSFET。 4）系统具有完善的保护 2. 系统总体方案确定 3. 主电路设计与分析
1）确定主电路方案 2）主电路元器件的计算及选型 3）主电路保护环节设计 4. 控制电路设计与分析 1）检测电路设计 2）功能单元电路设计 3）控制电路参数确定 2．设计要求： 1．设计思路清晰，给出整体设计框图； 2．单元电路设计，给出具体设计思路和电路； 3．分析所有单元电路与总电路的工作原理，并给出必要的波形分析。 4．绘制总电路图 5．写出设计报告； 主要设计条件 1．设计依据主要参数 1）输入输出电压：单相交流输入：（AC） 220（+5%1~-10%），可调交流输出：0~200V（AC）2）最大输出电流：≤20A 3）功率因数：≥0.8 2. 可提供实验
说明书格式 1．课程设计封面； 2．任务书； 3．说明书目录； 4．设计总体思路，基本原理和框图（总电 路图）； 5．单元电路设计（各单元电路图）； 6．故障分析与电路改进、实验及仿真等。 7．总结与体会； 8．附录（完整的总电路图）； 9．参考文献； 11、课程设计成绩评分表 进度安排 第一周星期一:课题内容介绍和查找资料； 星期二:总体电路方案确定 主电路设计 星期四:控制电路设计 星期五:控制电路设计； 第二周星期一: 控制电路设计 星期二：电路原理及波形分析、实验调试及仿真等 星期四~五:写设计报告，打印相关
实验四单相斩控式交流调压电路实验 一、实验目的 (1) 熟悉斩控式交流调压电路的工作原理。 (2) 了解斩控式交流调压控制集成芯片的使用方法与输出波形。 二、实验线路及原理 斩控式交流调压主电路原理如图3.4 所示。 图3.4 斩控式交流调压主电路原理图 一般采用全控型器件作为开关器件，其基本原理和直流斩波电路类似，只是直流斩波电路的输入是直流电压，而斩控式交流调压电路输入的是正弦交流电压。在交流电源ui 的正半周，用V1进行斩波控制，用V3给负载电流提供续流通道；在ui的负半周，用V2进行斩波控制，用V4给负载电流提供续流通道。设斩波器件V1、V2的导通时间为ton，开关周期为T，则导通比为α=ton/T，和直流斩波 。 电路一样，通过对α的调节可以调节输出电压U 图3.5 给出了电阻负载时负载电压U0和电源电流i1(也就是负载电源)的波形。可以看出电源电流的基波分量是与电源电压同相位的。即位移因数为1。电源电流不含低次谐波，只含和开关周期T有关的高次谐波，这些高次谐波用很小的滤波器即可滤除，这时电路的功率因数接近于1。
图3.5 电阻负载斩控式交流调压电路波形 斩控式交流调压控制电路方框图如图3.6 所示，PWM 占空比产生电路使用美国Silicon General公司生产的专门PWM集成芯片SG3525，其内部电路结构及各引脚功能查阅相关资料。 的正半周，V1进行斩波控制，用V3给负载电流提供续流通道，在交流电源u i V4关断；在u 的负半周，V2进行斩波控制，V3关断，用V4给负载电流提供续流通 i 道。控制信号与主电路的电源必须保持同步。 图3.6 斩控式交流调压控制电路方框图