2000W电烤箱温度控制电路

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： 电气093班 学 号： 0903030** 学生姓名： ***** 指导教师： （签字） 起止时间：2011-12-26至2011-1-5

课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院 教研室： 电气教研室 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 学 号 0903030** 学生姓名 ***** 专业班级 电气093班 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。 设计任务与要求 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、保护电路设计 7、电路调试或仿真 8、完成4000字左右说明书。 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 摘 要 本文设计的是2000W电烤箱温度控制电路，实现温度控制的方法有很多，例如：通过晶闸管等电力电子器件对输入输出之间的交流电能进行变换与控制的电路形式，其常用的控制方式有四种：① 相位控制；② 周期控制；③ 通断控制；④ 斩波控制等。根据不同的控制方式可以将交流电力控制系统分为以下几种基本类型。 （1）交流调压电路 （2）交流电力电子开关 （3）交流斩波调压电路 交流电力控制系统中，交流调压电路应用最为广泛，本文采取的就是单相交流调压电路。 交流调压电路是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。 电路控制：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。 电路保护：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。 器件选择：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。

关键词：交流调压电路；晶闸管；晶闸管触发电路；阻容吸收网络；快速熔断器 目 录 第1章 绪论 1 电力电子技术概况 1 本文设计内容 2

第2章 2000W烤箱温度控制电路设计 3 2000W烤箱温度控制总体设计方案 3 具体电路设计 4 主电路设计 4 主电路图的波形分析 4 主电路的参数计算 5 控制设计 5 保护电路设计 7 元器件型号选择 9 系统调试或仿真、数据分析 12 数据分析： 12 单相交流调压电路的MATLAB仿真 12 仿真结果分析 13

第3章 课程设计总结 15 参考文献 17 第1章 绪论 1.1 电力电子技术概况 电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用，因此，电力电子技术的发展史是以电力电子器件的发展史为纲要的。

电力电子技术的诞生是以1957年第一个晶闸管的诞生为标志的。晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通而不能使其关断的器件，属于半控型器件。对晶闸管电路主要采用相控方式。20世纪70年代后期，以GTO、BJT、Power-MOSFET为代表的全控型器件迅速发展。对其构成的电路主要采用斩控方式。在20世纪80年代后期，以IGBT为代表的复合型器件异军突起，它是MOSFET和BJT的复合，把优点集于一身性能十分优越，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元件做成模块的形式，这给应用带来了极大的方便。后来，又把驱动、控制、保护电路和电力电子器件集成在一起，构成电力电子集成电路（PIC）。

目前，电力电子集成技术的发展十分迅速，其发展焦点是混合集成技术。随着全控器件的开关损耗也随之增大。为此，零电压开关、零电流开关应运而生，以提高功率。从而提高了电力电子装置的功率密度。

电力电子线路的基本形式之一，即交流—交流变换电路，它是将一种形式的交流电能变换成另一种形式交流电能电路。在进行交流—交流变换时，可以改变交流电的电压、电流、频率或相位等。其中，只改变电压、电流而不改变交流频率的电路成为交流—交流电力控制电路，包括交流调压电路，交流调功电路，交流电力电子开关等。 1.2 本文设计内容 本文利用晶闸管构成的交流调压电路，通过对晶闸管触发角的控制来调节输出电压，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。

交流调压电路就是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。 下面对晶闸管的工作原理进行简单的介绍：

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，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，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。 用晶闸管组成的交流电压控制电路，可以方便的调节输出电压有效值。可用于电炉、电烤箱的温度控制、灯光调节、异步电动机的启动和调速等；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。 第2章 2000w烤箱温度控制电路设计 2.1 2000w烤箱温度控制总体设计方案 总体设计方案框图如下所示： 输出连续可调的 220V交流输入 交流调压环节 交流电

晶闸管触发电路 保护电路 将一种形式的交流电能转换成另一种形式交流电能过程称为交流—交流变换过程，凡是能实现这种变换的电路称为交流—交流变换电路。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。与自耦变压器调压等方法相比，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。

下面对各部分功能进行简单的说明：

1、220V交流输入部分：为电路提供电源输入，主要是市电输入。 2、交流调压环节部分：由单相交流调压电路来产生连续可调的输出电压有效值来实现电烤箱温度的控制。 3、晶闸管触发电路：由晶闸管触发电路来实现晶闸管的导通与截止。 4、保护电路：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。 5、输出连续可调交流电部分：为电烤箱提供电源输入。 2.2 具体电路设计 2.2.1 主电路设计

图2.2.1 主电路图 2.2.1.1 主电路图的波形分析

图2.2.1.1工作波形图 从工作波形图可以看出，α的移相范围为0 α π。α=0时，相当于晶闸管一直导通，输出电压为最大值，Uo= Ui。随着α的增大，Uo逐渐减小。直到α=π时，Uo=0。 2.2.1.2 主电路的参数计算 Uo=Ui 当α=0时，Uo最大，Uo=Ui=220V 因此R选取R= =Ω Io= = = 因此IVT= = 2.2.2 控制设计 晶闸管触发电路的作用是产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要要的时刻有阻断转为导通。晶闸管触发电路应满足下列要求： 1）触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通，对反电动势负载的变流器应采用宽脉冲或脉冲列触发； 2）触发脉冲应有足够的幅度，对户外寒冷场合，脉冲电流的幅度应增加为器件最大触发电流的3-5倍，脉冲前沿的陡度也许增加，一般需达1-2A/us； 3）所提供的触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额，且在门极伏安特性的可靠触发区域之内； 4）应有的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。

下面对晶闸管触发电路进行简单的介绍： ① 触发电路的选择 采用KC05晶闸管移相触发器，该触发器适用于双向晶闸管或两只反向并联晶闸管电路的交流相位控制，具有锯齿波线性好，移相范围宽，控制方式简单，易于集中控制，有失交保护，输出电流大等优点，是交流调压电路的理想电路。 ② 触发电路的工作原理 下图是KC05晶闸管移相触发器内部电路原理图。V1、V2组成同步检测电路，当同步检 测电压过零时V1、V2截止，从而使V3、V4、V5导通，V4导通，使V11基极被短接，V11截止，V5对外接电容C1充电到8V左右。同步电压过零结束时，V1、V2导通，V3、V4、V5恢复截止，C1电容经V6恒流放电，形成线性下降的锯齿波，锯齿波的斜率由5#端的外接锯齿波斜率电位器RP1调节。锯齿波送至V8与6#端引入V9的移相控制电压Uc进行比较放大，当Uc>UB时，V10、V11导通，V12截止，V13、V14导通，输出脉冲。V4是失交保护输出，保证了移相电压与锯齿波失交时晶闸管仍保持全导通。 各点波形图如下所示。

22-22sin

22000220WV

RU02.24220V20I