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1、姓名学号年级专业系（院）指导教师一、引言较流-交流变流电路，即把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路。在进行交流-交流变流时，可以改变相关的电压（电流）、频率和相数等。交流-交流变流电路可以分为直接方式（无中间直流环节方式）和间接方式（有中间直流环节方式）两种。而间接方式可以看做交流-直流变换电路和直流-交流变换电路的组合，故交-交变流主要指直接方式。其中，只改变电压、电流或对电路的通断进行控制，而不改变频率的电路称为交流电力控制电路，改变频率的电路称为变频电路。采用相位控制的交流电力控制电路，即交流调压电路；采用通断控制的交流电力控制电路，即交流调功电路和交流无触点开关。交流调压电路广泛用
2、于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软启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，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。在这些电源中如果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，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联，十分不合理。采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压、电流值都比较适中，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。其分为单相和三相交流调压电路，前者是后者基础，这里只讨论单相问题。交流调功电路常用于电炉的温度控制，其
3、直接调节对象是电路的平均输出功率。像电炉温度这样的控制对象，其时间常数往往很大，没有必要对交流电源的每个周期进行频繁的控制，只要以周波数为单位进行控制就足够了。通常控制晶闸管导通的时刻都是在电源电压过零的时刻，这样，在交流电源接通期间，负载电压电源都是正弦波，不对电网电压电流造成通常意义的谐波污染。二、设 计 任 务1设计目的：1）培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Internet 检索需要的文献资料。2）培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。3）培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。4）提高学生课程设计报告撰写水平。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）
4、：设计内容：1、设计一个单相交流调压电路交-交变流主要指直接方式。其中，只改变电压、电流或对电路的通断进行控制，而不改变频率的电路称为交流电力控制电路，改变频率的电路称为变频电路。采用相位控制的交流电力控制电路，即交流调压电路；采用通断控制的交流电力控制电路，即交流调功电路和交流无触点开关。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计说明书、图纸、实物样品等：文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文
5、档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G
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7、档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G
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9、档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G
10、5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8设
11、计工作任务及工作量的要求：1）根据课程设计题目，收集相关资料、设计主电路和触发电路；2）用 Multisim 等软件制作主电路和控制电路原理图；3）撰写课程设计报告 画出主电路、控制电路原理图，说明主电路的工作原理，完成元器件参数计算，元器件选型，说明控制电路的工作原理，用Multisim或 EWB 等软件绘出主电路典型的输出波形（比较实际波形与理论波形），绘出触发信号（驱动信号）波形，说明设计过程中遇到的问题和解决问题的方法，附参考资料。文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8
12、D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 H
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18、D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8RO图4-1u1uoioVT1VT2u1uoiouV TtOtOtOt三、设计方案选择及论证3.1 带电阻性负载3.1.1 原理图 1 为电阻负载单相交流调压电路图及其波形。图中的晶闸管VT1 和 VT2 也可以用一个双向晶闸管代替。在交流电源u1 的正半周和负半周，分别对VT1 和VT2 的开通角 进行控制就可以调节输出电压。正负半周 起始时刻（=0）均为电压过零时刻，稳态时，正负半周的 相等。可以看出，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，因此通过触发延迟角的变化
19、就可实现输出电压的控制。图 1 电阻负载单相交流调压电路及其波形3.1.2 计算与分析负载电压有效值：故移相范围为0。=0 时，输出电压为最大，U0=U1。随着 的增大，U0 降低，当=时，U0=0。负载电流有效值：晶闸管电流有效值：功率因数：=0 时,功率因数=1,增大,输入电流滞后于电压且畸变,降低。3.2 带阻感性负载3.2.1 原理分析文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG
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26、-2Ou1uoioVT1VT2u1uoiouVTtOtOttOuG1uG2OOtt图 2 为带阻感负载的单相交流调压电路图及其波形。设负载的阻抗角为=arctan(wL/R)。如果用导线把晶闸管完全短接，稳态时负载电流应是正弦波，其相位滞后于电源电压u1 的角度为 。在用晶闸管控制时，由于只能通过出发延迟角 推迟晶闸管的导通，所以晶闸管的触发脉冲应在电流过零点之后，使负载电流更为滞后，而无法使其超前。为了方便，把=0 的时刻仍定义在电源电压过零的时刻，显然，阻感负载下稳态时 的移相范围为 。但 时，电路并非不能工作，后面第三小节会分析此种情况。图 2 阻感负载单相交流调压电路及其波形3.2.2
27、 计算与分析当在 t=时刻开通晶闸管VT1，负载电流应满足如下微分方程式和初始条件：解方程得：式中，；为晶闸管导通角。利用边界条件：时，可求得：以 为参变量，利用上式可以把和 的关系用图的一簇曲线来表示，如图3 所示。VT2导通时，上述关系完同，只是io 极性相反，相位差 180负载电压有效值：文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4
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33、Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8晶闸管电流有效值为：负载电流有效值：设晶闸管电流的标么值为：则可
34、绘出和 的关系曲线，如图4 所示。图 4 单相交流调压电路为参变量时和 的关系曲线3.2.3 的情况如前图 3 所示，越小，越大；继续减小到 时，触发VT1，则 VT1 的导通时间将超过。因为 VT1 提前导通，L 被过充电，放电时间延长，VT1 的导通角超过。触发 VT2 时，i0 尚未过零，VT1 仍导通，VT2 不通；i0 过零后，VT2 开通，VT2 导通角小于，过渡过程和带R-L 负载的单相交流电路在t=()时合闸的过渡过程相同，i0 由两个分量组成：正弦稳态分量、指数衰减分量。衰减过程中，VT1 导通时间渐短，VT2 的导通时间渐长，其稳态的工作情况和=时完全相同。时工作波形如图5
35、所示。ttttOOOOu1iG1iG2ioiT1iT2文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T
36、9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q
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38、9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q
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40、9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q
41、9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8图 5 时阻感负载交流调压电路波形四、总体电路设计触发单元以前都是由分立元件构成的，它的控制精度查，可靠性低，不便于维修，因此，触发电路集成化非常必要。可控硅移相触发器KJ004，与分立元件组成的触发电路相比，具有移相线性好、移相范围宽、温漂小、可靠性高、相位不均衡度小等优点。KJ004 芯片其内部原理图
42、如下：图 7 KJ004 内部原理图该电路由同步检测电路、锯齿波形成电路、偏移电压、移电压综合比较放大电路和功相率放大电路四部分组成。KJ004 封装形式：该电路采用双列直插C16 白瓷和黑瓷两种外壳封装，外型尺寸按电子工业部部颁标准。半导体集成电路外型尺寸SJ110076 KJ004 的管脚功能如表1 所示。图 8 KJ004 封装引脚图表 1 KJ004 的各管脚功能功 能输出空锯 齿 波形成-Vee(1k)空地同步输入综合比较空微 分 阻容封 锁 调制输出+Vcc引线脚号1 23 45 678910111213141516触发电路图文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6
43、 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6
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49、 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8由于交流调压调功电路中只用到两个晶闸管，而KJ004 有两个输出口，故用一片KJ004 即可。由KJ004 的典型连接图画得此次触发电路如下图。图 9 触发单元接线图其中，同步串联电阻R4 的选择按下式计算：这里 R4 选用 15K。电路原理：锯齿波的斜率决定于外接R6、RW1 流出的充电电流和积分C1 的数值。对不同的移项控制V1，只有改变R1、R2 的比例，调节相应的偏移VP。同时调整锯齿波斜率电位器RW1，
50、可以使不同的移相控制电压获得整个范围。触发电路为正极性型，即移相电压增加，导通角增大。R8 和 C2 形成微分电路，改变R8 和 C2 的值，可获得不同的脉宽输出。KJ004 的同步电压为任意值。五、各功能模块电路设计调功电路的设计以上的设计都是以交流调压为基础。交流调功电路与调压完全相同，只是本次设计条件中调功电路带电阻性负载R=4。故电路中应将阻感性负载改为电阻性负载。参数计算时，调功电路是以周期为单位控制的。故在晶闸管导通的周期内=0。又有Z=4，文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN4T9T9D8D8文档编码:CG6U4Z9Q9L6 HW7G5Z3F6P6 ZN