单相晶闸管交流调压电路

中北大学

课 程 设 计 说 明 书

学生姓名： 学 号： 学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 自动化 题 目： 单相晶闸管交流调压电路（反并联）设计

指导教师： 职称: 讲师

2011年12月31日

中北大学

课程设计任务书

学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 自动化 学 生 姓 名： 号：

课程设计题目：单相晶闸管交流调压电路（反并联）设计

起 迄 日 期： 12月25日～ 12月31日

课程设计地点： 电气工程系实验中心 指 导 教 师：

系 主 任：

下达任务书日期: 2011年 12月 25 日

课 程 设 计 任 务 书

课 程 设 计 任 务 书

目 录

1 电路设计任务及设计目的.............................................................................6

设计任务……………………………………………………........……….6 设计目的……………………………………………………........………6 2 电路的设计………………………………………………………........……7 反并联电路的设计………………………………………....…....………7

混合反并联电路的设计………………………………....……....……….8

3 电路仿真结果及结果分析……………………………………....…....……10 反并联的仿真及结果分析………………… ………………....………….10 混合反并联的仿真及结果分析………………………………........…….15 4 设计总结及设计体会……………………………………………....………18

附录………………………………………………………………....…....……19

1 单相交流调压电路设计任务及设计目的

电路设计任务

1 进行设计方案的比较，并选定设计方案。 2 完成单元电路的设计和主要元器件的说明。 3 完成主电路的原理分析，各主要元器件的选择。 4 电路的仿真。

电路设计目的

电力电子技术是专业技术基础课，做课程设计的目的是为了使我们能利用所学的知识完成电路的设计、电路原件的选择、电路参数的计算。在完成设计后可以利用软件进行电路连接、参数设置、完成仿真，得出波形图并对波形图进行分析。通过利用各种途径查找所需信息及解决问题来提高个人的能力。加深对本部分知识的理解，为以后的学习打下良好的基础。

2、电路的设计

原理：单相交流调压电路是交流调压中最基本的电路，它由两只反并联的晶闸管组成，如图1所示。图中两只普通晶闸管VT1和VT2分别作正负周期的开关，当一个晶闸管导通时，它的管压降成为另一个晶闸管的反压使之阻断，使之电网实现自然换流。u1的正半周和负半周，分别对VT1和VT2的开通角a 进行控制就可以调节输出电压 ，正负半周a 起始时刻（a =0）均为电压过零时刻，稳态时，正负半周的a 相等。 负载电压波形是电源电压波形的一部分，负载电流（也即电源电流）和负载电压的波形相同

1、题目要求设计一个单相晶闸管交流调压电路（反并联）（纯电阻负载） 1)电源电压：交流100V/50Hz； 2）输出功率：500W ； 3)移相范围：0°~180°.所以方案可选电阻性负载或阻感性负载。本电路采用单相交流调压器纯电阻负载，电路图及波形图如下图所示，在负载和交流电源间用两个反并联的晶闸管VT1，VT2相连。

单相晶闸管（反并联）交流调压原理图

单相晶闸管（反并联）交流调压波形图

2、题目要求设计一个单相晶闸管交流调压电路（混合反并联）（纯电阻负载） 1）电源电压：交流100V/50Hz；2）输出功率：500W；3）移相范围：0°～180°所以方案可选电阻性负载或阻感性负载。本电路采用单相交流调压器纯电阻负载，电路图和波形图如下图所示，在负载和交流电源间用反并联的方式将晶闸管VT1，和二极管VT2相连。

单向晶闸管（混合反并联）交流调压原理图

单向晶闸管（混合反并联）交流调压原理图

参数计算：

1)晶闸管元件额定电压为√2U=√2*100=141.4v,取2.5倍电压安全储备，并考虑晶

闸管额定电压系列取400v

2）输出功率S=500W即输出有功功率PR=500W 当ɑ=00时，PR=500W代入下列公式

Ua21π-αPR=URIR=(sin2α+)

R2ππ

R=20Ώ

3)晶闸管元件额定电流IT，Kf=IVT/Id

1π2U1sinwt2U1π-αsin2α

IVT=()dwt=+⎰α2πRR2π4π

当ɑ=0

时，IVT=U1/√2R=3.54A

IT=3.54/1.57=2.25 取两倍电流安全储备并考虑晶闸管元件额定电流系列取5A。

4 电路仿真结果及结果分析

利用Multisim软件进行电路的连接与仿真，并得出在不同角度触发下的波形图。 1、当进行单向晶闸管反并联交流调压时，使晶闸管D1，D2反向并联后与电源与电阻负载相连，并在D1、D2的两端分别加触发脉冲，连接的电路图，仿真波形图、参数图如下图：

当触发角为45°时，其波形图如下图所示

图2 b 45°时正向晶闸管触发参数图

中北大学 电力电子课程设计 黄莹11

图2 c 45°时反向晶闸管触发参数图 当 α=90°时的波形图如下图所示

图3 a α=90°时波形图

中北大学 电力电子课程设计 黄莹12

图3 b 90°时正向晶闸管触发参数图

图3 c 90°时反向晶闸管触发参数图

中北大学 电力电子课程设计 黄莹13

波形分析：在前半个周期内，VT1承受正向电压，由于晶闸管的特性，使得晶闸管没有导通，当出发脉冲来临时，晶闸管正向导通，导通后波形与电源电压波形相同，当前半个周期结束后，晶闸管VT1承受反向电压截止。在后半个周期内，VT2承受正向电压，当触发脉冲来临时，VT2导通，一个周期结束后VT2截止。依此往复。 在每个周期内有：

U=

π

π⎰α

2Usinωt)2

2

d(ωt)=U

2

sin2α+2ππ

中北大学 电力电子课程设计 黄莹14

2、当进行单相晶闸管交流调压电路（混合反并联）的仿真时，将晶闸管D1与二极管D2反向并联后与负载及电源串联。并在晶闸管两端加触发脉冲，连接电路图，仿真波形图，参数图如下：

图4 混合反并联电路图

图5 a α=30°时波形图

中北大学 电力电子课程设计 黄莹 15

图5 b 30°时参数图

图5 a 135°时波形图

中北大学 电力电子课程设计 黄莹16

图5 b 135°时晶闸管触发参数图

波形分析：当电路连接为混合反并联时，晶闸管VT1和二极管VT2反并联，在前半个周期内，二极管VT2承受正向电压，处于导通状态，输出波形与输入波形相同。在后半个周期内，晶闸管VT1承受正向电压，当出发脉冲来临时，晶闸管导通，触发后的输出波形与输入波形相同。一个周期结束后VT1截止VT2导通，依此往复。

在每个周期的前半个周期有

U=U2

后半周期有：

U=

πα

⎰2Usinωt)d(ωt)=U

π

2

2

2

2πsin2α+π

中北大学 电力电子课程设计 黄莹

17

设计总结及设计体会

通过本次电力电子技术课程设计，使我加深了对电力电子技术这门课程的理解。由于在设计中有许多东西是之前所并不理解的东西，所以在设计之前是需要不断的进行资料的搜集，这使我们增强了自己进行在网络与书籍上寻找有用的资料的能力，并且经这些资料理解掌握将其运用。在设计的过程中也会遇到各种问题，使我们加强解决问题的能力。完成设计之后，我们在Multisim软件中对电路进行了连接与波形仿真，在连接的过程中通过遇到的一些问题不断对设计进行修改，使设计进一步完善。由于在之前对Multisim软件掌握的不够，所以在应用的过程中也遇到了一些除设计外的操作问题，本次的课程设计使我们对这个软件的应用有了很大进步，能够完整的应用软件连接电路、正确设置参数，仿真出所需要的波形图。在完成设计仿真后需要我们对课程设计进行总结，在这个过程中我们利用word文档对图与文字进行排版，增加我们对word文档的应用能力。 在这次课程设计中，我们的多方面的能力得到锻炼和加强，更加深刻的理解与掌握所学过的知识，为以后的工作学习打下了良好的基础。

中北大学 电力电子课程设计 黄莹 18

附录：

触发驱动电路图

中北大学 电力电子课程设计 黄莹19

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学生姓名： 学 号： 学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 自动化 题 目： 单相晶闸管交流调压电路（反并联）设计

指导教师： 职称: 讲师

2011年12月31日

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课程设计任务书

学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 自动化 学 生 姓 名： 号：

课程设计题目：单相晶闸管交流调压电路（反并联）设计

起 迄 日 期： 12月25日～ 12月31日

课程设计地点： 电气工程系实验中心 指 导 教 师：

系 主 任：

下达任务书日期: 2011年 12月 25 日

课 程 设 计 任 务 书

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目 录

1 电路设计任务及设计目的.............................................................................6

设计任务……………………………………………………........……….6 设计目的……………………………………………………........………6 2 电路的设计………………………………………………………........……7 反并联电路的设计………………………………………....…....………7

混合反并联电路的设计………………………………....……....……….8

3 电路仿真结果及结果分析……………………………………....…....……10 反并联的仿真及结果分析………………… ………………....………….10 混合反并联的仿真及结果分析………………………………........…….15 4 设计总结及设计体会……………………………………………....………18

附录………………………………………………………………....…....……19

1 单相交流调压电路设计任务及设计目的

电路设计任务

1 进行设计方案的比较，并选定设计方案。 2 完成单元电路的设计和主要元器件的说明。 3 完成主电路的原理分析，各主要元器件的选择。 4 电路的仿真。

电路设计目的

电力电子技术是专业技术基础课，做课程设计的目的是为了使我们能利用所学的知识完成电路的设计、电路原件的选择、电路参数的计算。在完成设计后可以利用软件进行电路连接、参数设置、完成仿真，得出波形图并对波形图进行分析。通过利用各种途径查找所需信息及解决问题来提高个人的能力。加深对本部分知识的理解，为以后的学习打下良好的基础。

2、电路的设计

原理：单相交流调压电路是交流调压中最基本的电路，它由两只反并联的晶闸管组成，如图1所示。图中两只普通晶闸管VT1和VT2分别作正负周期的开关，当一个晶闸管导通时，它的管压降成为另一个晶闸管的反压使之阻断，使之电网实现自然换流。u1的正半周和负半周，分别对VT1和VT2的开通角a 进行控制就可以调节输出电压 ，正负半周a 起始时刻（a =0）均为电压过零时刻，稳态时，正负半周的a 相等。 负载电压波形是电源电压波形的一部分，负载电流（也即电源电流）和负载电压的波形相同

1、题目要求设计一个单相晶闸管交流调压电路（反并联）（纯电阻负载） 1)电源电压：交流100V/50Hz； 2）输出功率：500W ； 3)移相范围：0°~180°.所以方案可选电阻性负载或阻感性负载。本电路采用单相交流调压器纯电阻负载，电路图及波形图如下图所示，在负载和交流电源间用两个反并联的晶闸管VT1，VT2相连。

单相晶闸管（反并联）交流调压原理图

单相晶闸管（反并联）交流调压波形图

2、题目要求设计一个单相晶闸管交流调压电路（混合反并联）（纯电阻负载） 1）电源电压：交流100V/50Hz；2）输出功率：500W；3）移相范围：0°～180°所以方案可选电阻性负载或阻感性负载。本电路采用单相交流调压器纯电阻负载，电路图和波形图如下图所示，在负载和交流电源间用反并联的方式将晶闸管VT1，和二极管VT2相连。

单向晶闸管（混合反并联）交流调压原理图

单向晶闸管（混合反并联）交流调压原理图

参数计算：

1)晶闸管元件额定电压为√2U=√2*100=141.4v,取2.5倍电压安全储备，并考虑晶

闸管额定电压系列取400v

2）输出功率S=500W即输出有功功率PR=500W 当ɑ=00时，PR=500W代入下列公式

Ua21π-αPR=URIR=(sin2α+)

R2ππ

R=20Ώ

3)晶闸管元件额定电流IT，Kf=IVT/Id

1π2U1sinwt2U1π-αsin2α

IVT=()dwt=+⎰α2πRR2π4π

当ɑ=0

时，IVT=U1/√2R=3.54A

IT=3.54/1.57=2.25 取两倍电流安全储备并考虑晶闸管元件额定电流系列取5A。

4 电路仿真结果及结果分析

利用Multisim软件进行电路的连接与仿真，并得出在不同角度触发下的波形图。 1、当进行单向晶闸管反并联交流调压时，使晶闸管D1，D2反向并联后与电源与电阻负载相连，并在D1、D2的两端分别加触发脉冲，连接的电路图，仿真波形图、参数图如下图：

当触发角为45°时，其波形图如下图所示

图2 b 45°时正向晶闸管触发参数图

中北大学 电力电子课程设计 黄莹11

图2 c 45°时反向晶闸管触发参数图 当 α=90°时的波形图如下图所示

图3 a α=90°时波形图

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图3 b 90°时正向晶闸管触发参数图

图3 c 90°时反向晶闸管触发参数图

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波形分析：在前半个周期内，VT1承受正向电压，由于晶闸管的特性，使得晶闸管没有导通，当出发脉冲来临时，晶闸管正向导通，导通后波形与电源电压波形相同，当前半个周期结束后，晶闸管VT1承受反向电压截止。在后半个周期内，VT2承受正向电压，当触发脉冲来临时，VT2导通，一个周期结束后VT2截止。依此往复。 在每个周期内有：

U=

π

π⎰α

2Usinωt)2

2

d(ωt)=U

2

sin2α+2ππ

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2、当进行单相晶闸管交流调压电路（混合反并联）的仿真时，将晶闸管D1与二极管D2反向并联后与负载及电源串联。并在晶闸管两端加触发脉冲，连接电路图，仿真波形图，参数图如下：

图4 混合反并联电路图

图5 a α=30°时波形图

中北大学 电力电子课程设计 黄莹 15

图5 b 30°时参数图

图5 a 135°时波形图

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图5 b 135°时晶闸管触发参数图

波形分析：当电路连接为混合反并联时，晶闸管VT1和二极管VT2反并联，在前半个周期内，二极管VT2承受正向电压，处于导通状态，输出波形与输入波形相同。在后半个周期内，晶闸管VT1承受正向电压，当出发脉冲来临时，晶闸管导通，触发后的输出波形与输入波形相同。一个周期结束后VT1截止VT2导通，依此往复。

在每个周期的前半个周期有

U=U2

后半周期有：

U=

πα

⎰2Usinωt)d(ωt)=U

π

2

2

2

2πsin2α+π

中北大学 电力电子课程设计 黄莹

17

设计总结及设计体会

通过本次电力电子技术课程设计，使我加深了对电力电子技术这门课程的理解。由于在设计中有许多东西是之前所并不理解的东西，所以在设计之前是需要不断的进行资料的搜集，这使我们增强了自己进行在网络与书籍上寻找有用的资料的能力，并且经这些资料理解掌握将其运用。在设计的过程中也会遇到各种问题，使我们加强解决问题的能力。完成设计之后，我们在Multisim软件中对电路进行了连接与波形仿真，在连接的过程中通过遇到的一些问题不断对设计进行修改，使设计进一步完善。由于在之前对Multisim软件掌握的不够，所以在应用的过程中也遇到了一些除设计外的操作问题，本次的课程设计使我们对这个软件的应用有了很大进步，能够完整的应用软件连接电路、正确设置参数，仿真出所需要的波形图。在完成设计仿真后需要我们对课程设计进行总结，在这个过程中我们利用word文档对图与文字进行排版，增加我们对word文档的应用能力。 在这次课程设计中，我们的多方面的能力得到锻炼和加强，更加深刻的理解与掌握所学过的知识，为以后的工作学习打下了良好的基础。

中北大学 电力电子课程设计 黄莹 18

附录：

触发驱动电路图

中北大学 电力电子课程设计 黄莹19