斩控式单相交流调压电路设计

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

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）控制电路参数确定

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． 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

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

参 考 文 献

1．石玉 栗书贤．电力电子技术题例与电路设计指导．机械工业出版社，1998

2．王兆安 黄俊．电力电子技术（第4版）．机械工业出版社，2000

3．浣喜明 姚为正．电力电子技术．高等教育出版社，2000

4．莫正康．电力电子技术应用（第3版）．机械工业出版社，2000

5．郑琼林．耿学文．电力电子电路精选．机械工业出版社，1996

6．刘定建朱丹霞．实用晶闸管电路大全．机械工业出版社，1996

7．刘祖润 胡俊达．毕业设计指导．机械工业出版社，1995

8．刘星平．电力电子技术实验指导书．校内，2009

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

1 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

2 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。

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。

1.3 关于本课题

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。

本文提出采用ICBT的斩控式交流调压器。斩控式调压的原理图如图如图1.3所示

图1.3 斩控式交流调压电路

3 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磁饱和式调压器；2机械式调压器；3电子式调压器。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。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。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2.1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。在负载容量很大时，图2.1 周波控制的电压波形

4 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2.2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，用改变小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2.3是斩波控制的交流调压电路的输出电压波形。

图2.2 相位控制的输出电压波形