电力电子技术课程设计说明书

广西科技大学普通本科课程设计说明书课程名称电力电子技术课题名称单相交流调压电路设计学院职业技术教育学院专业电力系统及其自动化班级电气(职)132 学号 2姓名雷松霖指导教师林春兰2016 年 7 月 7 日目录摘要 (1)1.主电路设计 (2)1.1设计的技术数据 (2)1.2设计内容及要求 (2)1.3课程设计性质与目的 (2)1.4工作原理 (2)1.5主电路、控制电路、驱动电路及保护电路 (4)1.6触发电路设计 (7)2.建模仿真 (8)2.1开始仿真 (12)2.1.1波形分析（电阻负载） (14)2.1.2波形分析（阻感负载） (16)2.2数据分析与原件型号的选择 (17)设计体会 (18)参考文献 (19)摘要(Summary)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，交流调压电路可以带电阻性负载，也可以带电感性负载。

交流调压电路时采用相位控制方式的交流电力控制电路，通常是将两个晶闸管反并联后串联在每项交流电源与负载之间。

在电源的每半个周期内触发一次晶闸管，使之导通。

与相控整流电路一样，通过控制晶闸管开通时所对应的相位，可以方便的调节交流输出电压的有效值，从而达到交流调压的目的。

其晶闸管可以利用电源自然换相，无需强迫关掉电路，并可实现电压的平滑调节。

以对单相交流调压电路的MATLAB仿真为例，介绍了基于MATLAB的Simulink仿真中建立仿真模型的方法，以及如何利用仿真模型进行实际调压电路波形分析。

通过对比电路仿真结果和理论计算结果，二者完全吻合，论证了MATLAB中的Simulink仿真工具可以很方便地创建和维护一个完整的模型，评估不同算法和结构并验证系统性能。

关键词：交流；调压；晶闸管；Simulink；仿真This course is designed primarily to study single-phase AC voltage regulator circuit design. AC voltage regulator circuit due to the nature of the work load of a great relationship, AC voltage regulator circuit with a resistive load can be charged inductive loads. When AC voltage regulator circuit phase control method of AC power control circuit, usually after two anti-parallel thyristors connected in series between each of the AC power source and the load. Trigger a thyristor in each half cycle of the supply, making it conductive. And phase-controlled rectifier circuits, through the opening of the corresponding phase thyristor control, you can easily adjust the effective value of the AC output voltage, AC voltage regulator so as to achieve the purpose. It can take advantage of the power thyristor commutation naturally, without forcing turn off the circuit, and to achieve a smooth voltage regulation. In single-phase AC voltage regulator circuit MATLAB simulation example, we describe a simulation model based on MATLAB Simulink simulation methods, and how to use simulation models for the actual voltage regulation circuit waveform analysis. By comparing the calculated results of circuit simulation results and theoretical, the two fit together, demonstrated in MATLAB Simulink simulation tool can easily create and maintain a complete model to evaluate the different structures and algorithms and verify system performance.Keywords: AC; regulator; SCR; Simulink; simulation1.主电路设计1.1设计的技术数据(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：5A；(4)负载为电阻负载或阻感负载。

1.2设计内容及要求(1)交流调压的主电路设计及参数计算，选择元件的定额。

(2)触发电路设计（触发电路的选型与设计）；(3)保护电路设计（包括晶闸管的过电压保护与过电流等）；(4)利用MATLAB仿真分析系统不同负载下的电流、电压波形及相控特性；1.3课程设计性质与目的本课程设计的目的是训练学生能系统综合运用所学过课程原理的基本知识，掌握各类电力半导体器件所构成的各种功率变换电路，掌握各变换主电路的构成和工作原理，不同负载对电路工作特性的影响以及主电路的元件参数计算与选择等。

通过课程设计，使学生进一步加深对变流电路基本理论的理解，提高学生运用电路基本理论分析和处理实际问题的能力，提高学生独立进行查找资料、选择方案、设计电路、撰写报告技能，培养学生的创新精神和创新能力。

1.4设计方案的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1.5工作原理电阻性负载组成的交流调压主电路，图中双向图1所示为一双向晶闸管与电阻负载RL晶闸管也可改用两只反并联的普通晶闸管，但需要两组独立的触发电路分别控制两只晶闸管。

在电源正半周ωt＝a时触发VT导通，有正向电流流过RL，负载端电压uR 为正值，电流过零时VT自行关断；在电源负半周ωt＝π＋a时，再触发VT导通，有反向电流流过RL，其端电压uR为负值，到电流过零时VT再次自行关断。

然后重复上述过程。

改变a角即可调节负载两端的输出电压有效值，达到交流调压的目的。

电路的移相范围为0—π。

通过改变a可得到不同的输出电压有效值，从而达到交流调压的目的。

由双向晶闸管组成的电路，只要在正负半周对称的相应时刻（a、π＋a）给触发脉冲，和反并联电路一样可得到同样的可调交流电压。

交流调压电路的触发电路完全可以套用整流移相触发电路，但是脉冲的输出必须通过脉冲变压器，其两个二次线圈之间要有足够的绝缘。

电感性负载图2所示为电感性负载的交流调压电路。

由于电感的作用，在电源电压由正向负过零时，负载中电流要滞后一定角a度才能到零，即管子要继续导通到电源电压的负半周才能关断。

晶闸管的导通角θ不仅与控制角a有关，而且与负载的功率因数角Φ有关。

控制角越小则导通角越大，负载的功率因数角越a大，表明负载感抗大，自感电动势使电流过零的时间越长，因而导通角θ越大。

下面分三种情况加以讨论。

（1）a> Φ由图3可见，当a>Φ时，θ<180°，即正负半周电流断续，且a越大，θ越小。

可见，a在Φ~180°范围内，交流电压连续可调。

电流电压波形如图3(a)所示。

（2）a＝Φ由图3可知，当a＝Φ时，θ=180°，即正负半周电流临界连续。

相当于晶闸管失去控制，电流电压波形如图3(b)所示。

（3）a＜Φ此种情况若开始给VT1管以触发脉冲，VT1管导通，而且θ>180°。

如果触发脉冲为窄脉冲，当ug2出现时，VT1管的电流还未到零，VT1管关不断，VT2管不能导通。

当VT1管电流到零关断时，ug2脉冲已消失，此时VT2管虽已受正压，但也无法导通。

到第三个半波时，ug1 又触发VT1导通。

这样负载电流只有正半波部分，出现很大直流分量，电路不能正常工作。

因而电感性负载时，晶闸管不能用窄脉冲触发，可采用宽脉冲或脉冲列触发。

1.5主电路、控制电路、驱动电路及保护电路通过altium designer软件绘制出下列主电路图、控制电路图及驱动电路图。

主电路:保护电路在电力电子电路中，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保护野生必要的。

过电压的产生与保护过电压保护要根据电路中过压产生的不同部位，加入不同的保护电路，当达到一定电压值时，自动开通保护电路，使过压通过保护电路形成通路，小号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的振荡，过电压保护电路如图所示。

过电流的产生与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、应用最广的一种过流保护措施。

过电流保护电路如图所示，其中交流侧接快速熔断器能对晶闸管元件短路及直流侧短路起保护作用，但要求正常工作时，快速熔断器电流定额要大于晶闸管的电流定额，这样对元件的短路故障所起的保护作用较差。

直流侧接快速熔断器才对元件的保护作用最好，因为它们流过同一个电流，因而被广泛使用。

电子电路作为第一保护措施，快速熔断器仅作为短路时的部分区段的保护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护，过流继电器整定在过载时动作。