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  直流电机调速电路的设计直流电机调速电路的设计 通过本课程的学习，学生应具备以下能力：交、直流电路分析计算测量能 力；电子线路的分析与应用能力；电子器件的应用能力；常用仪器仪表的使用能 力等。同时培育学生严谨的科学作风，为后续专业课的学习和从事工程技术工作 奠定坚实的理论和实践基础。 1． 思路： 电磁调速异步电动机又称滑差电机，它是一种恒转矩交流无级变速电动机。 由于它具有调速范围广、速度调节开滑、起动转矩大、控制功率小、有速度负反 馈的自动调节系统时机械特性硬度高等一系列优点。直流电动机的调速是由电磁 调速异步电动机的 调速控制...

  直流电机调速电路的设计 通过本课程的学习，学生应具备以下能力：交、直流电路分析计算测量能 力；电子线路的分析与应用能力；电子器件的应用能力；常用仪器仪表的使用能 力等。同时培育学生严谨的科学作风，为后续专业课的学习和从事

  技术工作 奠定坚实的理论和实践基础。 1． 思路： 电磁调速异步电动机又称滑差电机，它是一种恒转矩交流无级变速电动机。 由于它具有调速范围广、速度调节开滑、起动转矩大、控制功率小、有速度负反 馈的自动调节系统时机械特性硬度高等一系列优点。直流电动机的调速是由电磁 调速异步电动机的 调速控制。电磁异步电动机主要是由主电路，控制电路和保 护电路等几大部分所组成，改变触发角，改变直流电压，达到调速的目的。 2． 设计方法： 电磁调速异步电动机是由普通鼠笼式异步电动机、电磁滑差离合器和电气控 制装置三部分所组成。异步电机作为原动机使用，当它旋转时带动离合器的电枢一 起旋转，电气控制装置是提供滑差离合器励磁线圈励磁电流的装置。，图2－19 是其结构示意图。它包括电枢、磁极和励磁线圈三部分。电枢为铸钢制成的圆筒 形结构，它与鼠笼式异步电动机的转轴相连接，俗称主动部分；磁极做成爪形结 构，装在负载轴上，俗称从动部分。主动部分和从动部分在机械上无任何联系。 当励磁线圈通过电流时产生磁场，爪形结构便形成很多对磁极。此时若电枢被鼠 笼式异步电动机拖着旋转，那么它便切割磁场相互作用，产生转矩，于是从动部 分的磁极便跟着主动部分电枢一起旋转，前者的转速低于后者，因 为只有当电枢与磁场存在着相对运动时，电枢才能切割磁力线。磁极随电枢旋转 的原理与普通异步电动机转子跟着定子绕组的旋转磁场运动的原理没有本质区 别，所不同的是：异步电动机的旋转磁场由定子绕组中的三相交流电产生，而电 磁滑差离合器的磁场则由励磁线圈中的直流电流产生，并由于电枢旋转才起到旋 转磁场的作用。 1 电磁滑差离合器基本结构示意图 1-原动机 2-工作气隙 3-主轴 4-输出轴 5-磁极 6-电枢 电磁滑差离合器的机械特性可近似地用下列经验

  表示： n=n0-KT2/I4f 式中：n0－离合器主动部分（鼠笼电动机）的转速； n－离合器从动部分（磁极）的转速； If－励磁电流； K－与离合器结构有关的系数； T－离合器的电磁转矩。 当稳定运行时，负载转矩与离合器的电磁转矩相等。由上述公式可知： （1）当负载一定时，励磁电流If的大小决定从动部分转速的高低，励磁电 流愈大，转速愈高；反之，励磁电流愈小，转速根据这一特性， 2 可通过电气控制电路很方便地调节从动部分的转速。 （2）当励磁电流一定时，从动部分转速将随着负载转矩增加而急剧降低， 并且这种下降在弱励磁电流的情况下更严重，如图2-20a所示，它具有较软的机械特性，这种软的机械特性在许多情况下，不能够满足生产机械的要求。为了获 得范围较广，平滑而稳定的的调速特性，一般会用速度负反馈的措施，使电磁滑 差离合器具有如图2-20b所示的硬机械特性。 图2 电磁调速异步电动机机械特性曲线为带有速度负反馈的电磁调速异步电动机原理框图。它是利用测速 发电机把离合器的输出速度n换成交流电压 U－，再经整流器变成直流电压U－。将U－送入比较元件，与给定直流励磁电 压Uf作比较。得电压差?Uf－U－。所以输入离合器的励磁电流If不是正比于励磁电压Uf，而是正比于电压?由于U～（U－）的大小与转速n有关，n增大，U～（U－）变大。n减小，U～（U－）变小。因此，在给定直流励磁电压Uf 3 有变情况下，输入的励磁电流If的大小与转速n有关，即随着n的下降或上升，励磁电流If将自动增加或减小，由于负反馈的作用，提高了电磁离合器机械特性 的硬度，这时调速的参数不再是电流If将自动增加或减小，由于负反馈的作用， 提高了电磁离合器机械特性的硬度，这时调速的参数不再是电流If而是电压Uf。显然，给定励磁电压Uf愈高，则转速n愈高；反之则转速愈低，如图2-20b所示 从图中能够准确的看出：在空载或轻载（小于10％额定转矩）时，由于反馈量 不足，会造成失控现象，此外，在调速时，随着转速降低，离合器的输出功率和 效率也相应地按比例下降 电磁调速异步电动机的调速。由电磁调速异步电动机的工作原理知，电磁调速异步电 动机的速度调节，可通过调节滑差离合器的励磁电流来实现。下面介绍两种调节滑差离合器 励磁电流的电路。 （1） 用调压器调速。在图2－22中，是用调压变压器来改变励磁电流的 整流器电源电压，以达到调速的目的。在此系统中，没有速度负反 馈，电机的机械特性较软，一般可用于要求不高的调速差系统中。 例如，制铜锌版使用的无粉腐蚀机，胶印制版的烘版机等。 4 用调压变压器控制的调速电路 由于这种控制线路结构相对比较简单，便于维护，所以在印刷机构中仍有实用意 义在图2－22中，TC是单机调压变压器，电压220V，次级电压为0－250V。 整流元件是2CZ型硅二极管，

  的选择应根据离合励磁线圈的功率或电流 来确定。从电路图可看出，只要改变调压变压器的次级电压，就能改变整流输出 直流电压，即改变滑差离合器励磁电流，这样就能调节电机的转速。 （2）速度负反馈电磁调速异步电动机控制电路。现在广泛采用具有速度负 反馈的滑差离合器的控制装置，来实现宽范围无级调速，它比起其它调速电动机 来说，具有以下主要优点： ?交流无级调速，机械特性硬度较高； ?结构相对比较简单、工作可靠、维护方便、价格低； ?调速范围大，用在像印刷机这样的恒转矩负载时，一般可达10：1，有特别的条件（如轮转机）时亦可达50：1； ?可调节转矩。在现代化的联合轮转机中，都应用了自动化的纸张拉紧机械， 它能够达到随着卷筒纸直径的变化，调节离合器的转矩经保持拉力不变。 下面以ZLK－10型调速装置为例，说明电磁调速异步电动机的调速线 组成及其工作原理。 图3为ZLK－10自动调速系统的方框图，由图可知，它由给定电压、速度 负反馈、放大器、触发电路、可控硅(晶闸管）整流等环节组成，图2－24是其原理图。下面对它的基本环节做多元化的分析。 图3 ZLK－10自动调速系统的基本组成 ?给定电压环节。给定电压环节起始于变压器TC副边5端、6端间的绕组。24V的交流电压经VD2、整流并经C2、R2、C3滤波和VZ稳压，得到16V的直流电压。最后由R5和RP4“定速”档的转速。“运转”、“定速”由中间继电器KA3控制。 ?转速反馈环节。ZLK－10自动调速系统是采用三相交流测速发电机BR对转速进行采样。所得交流经VD8－VD13整流和C8、R13、RP2、RP3滤液后，得到反馈电压，经过R8传至放大器的输入端。由于不同测速发电机灵敏度之间 存在一定的差异，所以采用RP2对反馈电压进行调节。转速表PV的刻度值依靠RP3调节。电容器C7用于减轻反馈电压的脉动，有利于调速系统动态稳定性的提高。 ?放大器。放大器是以晶体管V2为核心组成。二极管VD4、VD5、VD6用作双向限幅保护，以避免V2的发射结承受过高的电压。给定电压与转速反馈 电压通过电阻R6、R7和R8进行组合，形成输入信号，其值正比于上述两个电 压之差。这个差值经V2放大后可影响V2的集电极电位，对单结晶体管触发脉 冲形成电路来控制。 ?触发电路。单结晶体管触发电路的电源是由V1、VD3、R4与变压器TC的6、7绕组组成。TC的6、7端输出3V交流电压，当为负半周期时，V1截止，V1集射极间电压为16V，如图2-25b所示；当7．6端输出为正半周期时，经 VD3整流后加到V1的集射极上使V1饱和导通，Vcel=0，放大器与触发电路不 能工作，如图2-25b所示。 由V3和R11组成的恒流源，再加上电容器C6，能产生锯齿波用作移相，如图 6 2-25c所示。其原理是这样的：设V3和R11恒流源的恒定电源是I0，恒定电流向C6充电，Uc6=1/C6?t0Iodt，使C6上的电压上升，当上升到单结管VU的由V3和R11组成的恒流源，再加上电容器C6，能产生锯齿波用作移相，如图2-25c所示。其原理是这样的：设V3和R11恒流源的恒定电源是I0，恒定电流向C6充电，Uc6=1/C6?t0Iodt，使C6上的电压上升，当上 当上升到单结管VU的发提前，导通角增大，导致励磁电压增大，同理V2的输入电压减小时，I0减小，导致导通角减小，励磁电压减小。可见输入电压的 大小能控制可控硅的触发时刻。 触发器最终在VU的第一基极通过脉冲变压器TV输给晶闸管的控制极。二 极管VD7用以短路负脉冲，防止可控硅因控制极出现负脉冲而击穿。 ?可控硅整流电路。该系统采用可控硅单相半波整流电路，波形如图2－25e所示。整流电路的输出控制转差离合器的励磁线圈来产生励磁电流并最终影响电 机的转速。图中R1、C1和热敏电阻RV均对可控硅有过压保护作用。VD1为续流二极管，其作用是，正半周时由于可控硅导通而使离合器工作；负半周时可 控硅不导通，励磁线圈产生的反向电动势可经过VD1形成放电回路，使线圈中 的电流连续，从而使离合器工作稳定。 采用可控硅半波整流电路，D1为续流二极管，由于电磁转差离合器 激磁线圈是一个电感性负载,故D1起到了使工作电流连续的作用.Rv是压敏电阻，用来交流侧浪涌过电压。RD是熔断器，用于主电路过电流保护。R1和C1与可控硅并联组成阻容吸收保护电路，作元件KP的过压保护。 该电路由变压器B、整流电路、滤波电路和稳压电路等组成。变 压器B输出交流电压（40V）作为给定电路的输入电压，该电压经D6～D9桥式整流，再经由C3、R7、C4组成的RC滤波器变为较平直的直流电压。在滤波电 路之后引入了由稳压管DW3、DW4以及电阻R7组成的稳压电路。电位器W1的滑动端输出的直流电压是根据负载转速要求而设定的基准电压即给定电压，调 节W1可调节给定电压的大小，从而控制系统的设定转速 7 其工作原理如下。 测速发电机F输出三相中频电压到控制器的D11～D16进行三相桥式整流、再经电容器C5滤波，基输出的反馈电压信号加到电位器W2两端，最后由中心抽头对信号进行采样或调节。该电压信号随 电磁转差离合器的转速变化成线性变化，作为速度反馈信号与给定信号相比较其 差值进入前置放大器放大，放大器的输出信号的极性与给定电压信号极性相反， 起负反馈作用。电位器W3为转速表n校正用，电容器C6为加速电容，起稳定转速的作用。 它采用单结晶体管触发电路，其电路简单，工作稳定可靠，温度 补偿性能好，受温度影响较小，调校方便，移相范围能达到160度左右。其工作同步电压的形成如下。变压器B输出交流电压55V给D2～D5四个二极管进行整流，其整流输出经过限流电阻R2，再由DW1和DW2对整流波形进行削波，其输出电压作为触发电路的同步电源。由于变压器B的原边和主电路在同一电源上，所以，当主电路过零点时，同步电路也过零点，这样就能够保证在每一半 波开始时，电容C2两端的电压也为零，使得电容器C2的起始充电时间固定，起到了同步作用。 8 图4 ZLK－10型调速系统的电路 9 图5 ZLK－10型调速系统电路工作波形图 综合上述，当ZLK－10自动调速系统处于“运转”状态，也就是调速状 态时，通过调节电位器RP4改变电压给定环节的电压，来改变电动机的转速。 例如调节RP4使给定电压Uf增大，这时转速负反馈系统给出的电压U－保持不变，输入到V2的电压?U增加，由V3和11出增大，滑差离的励磁电流增大， 最终电动机转速变快。调速过程如下： Uf???U??Uc充电加快?Ug触发提前?If??n? 10 当ZLK－10调速系统置于“定速”状态，也就是稳速状态时，通过调速系统 可以稳定由于负载RL变化而引的转速变化。例如当负载变小时，电机转速将变 快，转速负反馈电路给出的电压U－将增大，经过R6、R7、R8给出的比较电压?U将减小，这样C6充电速度变慢，单机转速变慢。经过这样的所馈过程将 使电机的转速基本不变。稳速过程如下： RL?n??U－?U??Uc充电变慢?Ug触发滞后?If??n? ： 1指标内容 1?输入电压：直流+15V、-15V 2?交流同步电压：20V 3?移相电压：0—10V 4?移相法范围：

  170? 5?对电路进行设计、计算与说明。 6?计算所用元器件参数。 2、设计结果 由于这次调速是用单相半波达到调速的目的所以改变触发角即可调速 U =0.45U [（1+COSα）/2] 如当α=30时，转速负反馈电路给出的电压U =92.565 当α=60时，转速负反馈电路给出的电压变为U =74.25 n=Un/(ceφn)-Ra/(ceφnGφn)T可知，当Ｕ变化时n也随之变化，既起到 调速的作用． 结果分析： 这次调速是用单相半波达到调速的目的所以改变触发角即可调速，本实用新 型是一种可对多个闸流管的触发角分别控制的装置，此装置包含：整流电路； 施密特触发器；单稳延迟器；存储器；设定所述存储器地址的地址计数器； 在每一原始触发区间时间内产生一串预定数量的脉冲串，并且使每一脉冲串 结束时使所述地址计数器计数一次的预定脉冲数产生器； 输入上述预定脉冲数产生器输出信号的时序解码器；包含多个多工操作器并依据 所述存储器与解码器的输出信号来触发各闸流管的触发控制单 11 很感谢这次的课程设计，它使我更加深刻地体会到多看专业书的重要性，只 有掌握了一定量的专业相关知识才能得心应手地解决诸多问题；另外，做任何事都要 有耐心，不要一遇到困难就退缩；在学习和工作中要时刻谨记“团结”二字，它 好比通向成功的铺路石，不可或缺。 1.高玉奎 张连仲 主编 《晶闸管变流技术学习与实验》北京：兵器工业出版社 1996年2月 P115~P116 2.黄立培 主编 《电动机控制》北京：清华大学出版社 2003 P46~P88 3.王兆安 黄俊 主编 《电力电子技术》 北京：机械工业出版社 2006年5月 第四版 第18次印刷 P43~P48 熟悉单相交流调压电路的工作原理,分析在电阻负载时的输出电压和电流的波形 及相控特性.明确交流调压电路在电阻负载时其相控角α应限制在π

  ψ的范围内. 二. 12 （1） 输入电压：单相交流220V，50HZ （2） 输出功率：500W （3） 负载性质：电阻 3 13 在上图中晶闸管VT1 VT2 也可以用双向晶闸管代替 在电源U的正半周内，晶闸管V承受正向电压，当ωt=α时触发V使其导通则负载上得到缺α角的正弦半波电压，当电源电压过0时，V管电流下降为0而关断，在电源电压U的负半周，V晶闸管承受正向电压，当ωt=α+π时，触发V使其导通，则负载上得到缺α角的正弦负半波电压，改变α角大小，就改变了输出电 压有效值大小，负载电压电压有效值为 ,,,2,11,,,,,，，，，，U2UsintdtUsin2o11,,2,,, UU1,,,o负载电流有效值I,,sin2，,oRR2,, 2,,,,,,2sinUtU11sin211晶闸管电流有效值 ,,,，，,,(1,，)IdtT,,,,222,RR,,,, UIUP,,1,ooo,,,,,,sin2，电路功率因数 SUIU,,21o1 由图和公式能看出α移项范围从0到π，α=0时，相当于晶闸管一直接通， 输出电压为最大值，U=U，随着α的增大，U降低，直到α=π时，U=0，此外，oIooα=0时，功率因数λ=1，随着α的增大，输入电流落后于电压并且发生畸变， λ也随之降低。 4 14 由主电路图能够准确的看出，负载电压和负载电流均不是正弦波，含有大量谐波， 由于波形正负半波对称，所以不含直流分量和偶次谐波，用傅立 叶级数表示 , u,(t),(acosn,t，bsinn,t) ,onn,n1,3,5,？ (4-12) U21a,(cos2,,1)式中 12, 2U1,,b,sin2,，2(,,,) 12, U211,,1,,,,an,n,,cos(，1),1,cos(,1),1,, nnn，1,1,,, (n=3,5,7,„) 2U11，，1bsin(n1)sin(n1),,,，,, n,,n1n1，,,，，(n=3,5,7,„) 122U,a，bon基波和各次谐波有效值 nn2 (n=1,3,5,7,„) I,U/R负载电流基波和各次谐波有效值 onon 电流基波和各次谐波标么值随, 变化的曲线 在单相交流调压电路中，触发电路很重要，所以我们必须的对器件KJ004 作一个深入的了解 KJ004可控硅移项触发电路适用于单相、三相全控桥式供电装置中，作可控硅 的双路脉冲移相触发。KJ004器件输出两路相差180度的移项脉冲，可以方便地构成全控桥式触发器线路。该电路具有输出负载能力大，移项性好，正负半周脉 冲相位均衡性好、移相范围宽、对同步电压要求低，有脉冲列调制输出端等功能 与特点。 下面我们看一下KJ004的内部原理图 15 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。 电路原理见下图：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，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。R7和C2形成微分电路，改变R7和C2的值，可获得不同的脉宽输出。KJ004的同步电压为任意值。 封装形式： 该电路采用双列直插C—16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》SJ1100—76 典型接线图及各点波形 同步串联电阻R4的选择按下式计算： R4=（同步电压/2～３）X1000Ω 16 各点波形图如下图所示 17 电参数： , 电源电压：直流+15V、-15V，允许波动?5%（?10%时功能正常）。 , 电源电流：正电流?15mA，负电源?10Ma。 , 同步电压：任意值。 , 同步输入端允许最大同步电流：6mA（有效值）。 , 移相范围?170?（同步电压30V，同步输入电阻15KΩ）。 , 锯齿波幅度?10V（幅度以锯齿波平顶为准）。 , 输出脉冲：（1）宽度：400μs~2ms(通过改变脉宽阻容元件达到)。 （2）幅度：?13V。 （3）KJ004最大输出能力100mA（流出脉冲电流）。 （4）输出管反压：BV?18V（测试条件Ie?100μA）。 CEO 18 , 正负半周脉冲相位不均衡??3?。 , 使用环境温度为四级：C:0~70? R:-55~85? E: -40~85? M:-55~125? 下面我们看一下KJ004的引脚图以及其功能图 引脚号 功能 1 输出 2 空 3.4 形成距齿波 5 —Vee 6 空 7 地 8 同步输入 9 综合比较 10 空 11.12 微分阻容 13.14 封锁调制 15 输出 16 +Vcc Kj004 引脚功能图 6 （1） 估算负载参数R 由于在技术指标中，P=500W，U=220/π=155.56 122所以由P=U/R=（220/π）/R=500可得R=48.4，因此R必须小于48.4才能满1 足条件。 （2） 计算负载电压有效值 ,,,2,11,,, 由负载电压公式可以求得,,，，，，，U2UsintdtUsin2o11,,2,,, 取不同α时的U，由下表所示 o 19 0角α度数（） U 取值（V） U取值（V） 10 0 155.56 155.56 30 155.56 153.30 60 155.56 125.15 90 155.56 110.00 120 155.56 83.96 150 155.56 68.19 这个设计是让我们看电阻负载时候的电压波形和电流波形，由于角度不同， 0电压和电流也不同，由上面的表格能够准确的看出α越大，U越小，直到α=180时0U=0，随着α的增大，输入电流落后于电压并且发生畸变，λ也随之降低。 0 这是由负载电压公式决定的。 很快，一周的课程设计就结束了，在这一周里面通过设计使自己对电力电子 这门课程有了更进一步的了解，尤其是单相交流调压这部分极为深刻，对这个电 路的工作原理，电压电流波形有了更深一步的认识，还有器件KJ004，以前根本就不怎么了解，通过设计对它的内部结构以及其他方面了解了好多，这些都是课 堂上我们学不到的。一些东西教科书上提到的很少必须自己找些课外书，这让我 有了平时喜欢去图书馆翻阅一些指导书的习惯，这一切都为将来毕业设计作好铺 垫，为就业积累宝贵经验 . 王兆安主编 电力电子技术 北京 机械工业出版社 2000 吕家元主编 半导体变流技术 天津大学出版社 1987 黄俊主编 半导体变流技术习题 北京 机械工业出版社 1989 陈治明主编 电力电子器件基础 北京 机械工业出版社1992 赵良炳主编 现代电力电子技术基础 北京 清华大学出版社 1995 . 20 1. 熟悉降压斩波电路和升压斩波电路的工作原理 2. 掌握两种基本斩波电路的工作状态 3. 了解电路图的波形情况 1. 设计题目 直流斩波电路的性能研究 2. 设计步骤 ?根据给出的技术要求，确定总体设计

  ?选择具体的元件，进行硬件系统的设计 ?进行相应的电路设计，完成相应的功能 ?进行调试与修改 ?撰写课程设计说明书 3.设计方法 直流斩波电路（DC Chopper）的功能是将直流电变为另一种固定的或可调 的直流电，也称为直流-直流变换器（DC/DC Converter），直流斩波电路（DC Chopper）一般是指直接将直流变成直流的情况，不包括直流-交流-直流的情况；直流斩波电路的种类很多，包括6种基本斩波电路：降压斩波电路，升压斩波电 路，升降压斩波电路，Cuk斩波电路，Sepic斩波电路，Zeta斩波电路，前两种是最基本电路。 主要包括： ?降压斩波电路的设计 ?升压斩波电路的设计 ?直流供电电源 ?控制和驱动电路 1．熟悉实验装置的电路结构和主要元器件，检查实验装置输入和输出的线 路连接是否正确，检查输入保险丝是否完好，以及控制电路和主电路的电源开关 是否在“关”的位置。电路原理图见实验图2。斩波电路的直流输入电压ui由交 21 流电经整流得到，如实验图2a所示。实验图2b和c分别为降压斩波主电路和升压斩波主电路。实验图2d为控制和驱动电路的原理图，控制电路以专用PWM控制芯片SG3525为核心构成，控制电路输出占空比可调的矩形波，其占空比受 uco控制。 下图为降压斩波主电路及控制电路 a） 直流供电电源 b）降压斩波主电路 c）升压斩波主电路 d）控制和驱动电路 （同理可得升压斩波电路主电路及控制电路） 22 d) 降压斩波主电路及控制电路 4. SG3525的功能特点及软起动功能 SG3525是定频PWM电路，采用16引脚标准DIP封装。其各引脚功能如图2(a)所示，内部框图如图2(b)所示。脚8为软起动端。 23 （a）SG3525的引脚 （b）内部框图 图2 SG3525引脚及内部框图 SG3525在SG3524的基础上，主要作了以下改进。 1）增设欠压锁定电路 电路主要作用是当IC输入电压

  1，输出电压高于电源电压，故为斩波电路 电压升高得原因：电感L储能使电压泵升的作用 电容C可将输出电压保持住 降压斩波电路的典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载，两种情况 下负载中均会出现反电动势，如图1中E所示。为使i连续且脉动小，通常使moL值较大 28 1 升压斩波电路应用直流电动机传动时，通常用于直流电动机再生制动时把电 能回馈给直流电源，实际L值不可能为无穷大，因此有电动机电枢电流连续和断续两种工作状态。 作了一周的课程设计，使我有了很多的

  ，可以说这次直流斩波电路 的性能研究的课程设计是在大家共同努力和在老师的精心指导下共同完成的。通 过这次设计加深了我对这门课程的了解，也加深了对这门课程的设计。以前总是 29 觉得理论结合不了实际，但通过这次设计使我认识到了理论结合实际的重要性。 但由于我知识的限制，设计还有很多不足之处，希望老师指出并教导。通过对电 路图的研究，也增强了我们的思考能力。课程设计是培养学生综合运用所学知识, 发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。很感激学校给了我们这次动手实践的机会，让我们学 生有了一个共同学习，增长见识，开拓视野的机会。也感谢陈老师对我们无私忘 我的指导，我会以这次课程设计作为对自己的激励，继续学习。 [1]梁延贵主编,现代集成电路实用手册可控硅触发电路分册,北京:科学技术文献出版社.2002.2 [2]王兆安主编, 电力电子技术.第四版.北京:机械工业出版社.2004.1 [3]王云亮主编, 电力电子技术.第一版.北京.电子工业出版社.2004.8 1. 2. 2.1 2.2 2.3 KJ004KJ004A 3. 3.1 3.2 4. 5. 30 1. 1.1 熟悉单相交流调压电路的工作原理 1.2 分析在电阻负载时的输出电压和电流的波形及相控特性。 2. 2.1 交流调压电路采用两单向晶闸管反并联实现对交流电正、负半周的对称控 制，达到方便地调节输出交流电压大小的目的，或实现交流电路的通、断控制。 因此交流调压电路可用于异步电动机的调压调速、恒流软起动，交流负载的功率 调节，灯光调节，供电系统无功调节，用作交流无触点开关、固态继电器等，应 用领域十分广泛。 交流调压电路一般有三种控制方式，其原理分别为： 2.1.1 通断控制是在交流电压过零时刻导通或关断晶闸管，使负载电路与交流电源 接通几个周波，然后再断开几个周波，通过改变导通周波数与关断周波数的比值， 实现调节交流电压大小的目的。 通断控制时输出电压波形基本正弦，无低次谐波，但由于输出电压时有时无， 电压调节不连续，会分解出分数次谐波，如图1所示。如用于异步电机调压调速，会因电机经常处于重合闸过程而出现大电流冲击，因此很少采用。一般用于电炉 调温等交流功率调节的场合。 图1 通断控制的电压波形 2.1.2 与可控整流的一项触发控制相似，在交流的正半周时触发导通正向晶闸管、 负半周时触发导通反向晶闸管，且保持两晶闸管的移相角相同，以保证向负载输 出正、负半周对称的交流电压波形。如图2所示。 31 相位控制方法简单，能连续调节输出电压大小。但输出电压波形非正弦，含 有丰富的低次谐波，在异步电机调压调速应用中会引起附加谐波损耗，产生脉动 转距等。 图2 相位控制的电压波形 2.1.3 斩波控制利用脉宽调制技术将交流电压波形分割成脉冲列，改变脉冲的占空 比即可调节输出电压大小。如图3所示。 斩波控制输出电压大小可连续调节，谐波含量小，基本上克服了相位及通断 控制的缺点。由于实现斩波控制的调压电路半周内需要实现较高频率的通、断， 不能采用晶闸管，须采用高频自关断器件，如GTR、GTO、MOSFET、IGBT等。 图3 斩波控制的输出电压波形 实际应用中，采取相位控制的晶闸管型交流调压电路应用最广，本次设计既 对采用此种控制方式的单相交流调压电路进行研究。 2.2 2.2.1 电阻性负载电路原理图和输出波形分别如图4和图5所示。图中的晶闸管VT和VT也可以用一个双向晶闸管代替。在交流电源u的正半周和负半周，121分别对VT和VT的移相控制角进行控制就可以调节输出电压。 ,12 正、负半周起始时刻（=0），均为电压过零时刻。在时，对VT,,,,t,1 施加触发脉冲，VT正偏置而导通，负载电压波形与电源电压波形相同；在,,t,1 时，电源电压过零，因电阻性负载，电流也为零，VT自然关断。在时，,,,t,，1对VT施加触发脉冲，VT 正偏置而导通，负载电压波形与电源电压波形相同；22 ,,t,2在时，电源电压过零，VT自然关断。 2 32 稳态时，正负半周的相等，负载电压波形是电源电压波形的一部分，负载, 电流（电源电流）和负载电压的波形相似。 图4 电阻负载单相交流调压电路 2.2.2 2.2.2.1RUR 2.2.2.2 RIR 2.2.2.3 2,112sinUtU,,,,11 Idt,,，()()sin2,,VT,,24,,,RR 2.2.2.4 2.2.3 33 图5 单相交流调压电路电阻 性负载的波形 2.2.4 由图4的波形可以看出，负载电压和负载电流（即电源电流）均不是正弦波， 含有大量谐波。对于电阻性负载，由于波形正负半波对称，所以不含直流分量和 偶次谐波，可用傅里叶级数表示如下 , utantbt,,,,，cossin，，，，,0nn n1,3,5,, 2U1a,,cos21,，，12, 12U1，，b,，,cos22,,,，，，，2,式中， 1211U,,，，，，，，ananan,，,,,,,cos11cos113,5,7,，，，，,,n，，，，211nn,，,,,1 2U11,,，，，，，，nbnanan,，,,,sin1sin13,5,7,,,211nn，,,,, 基波和各次谐波的有效值可按下式求出 34 122Uabn,，,1,3,5,7, ，，onnn2 负载电流基波和各次谐波的有效值为 IUR,/onon 根据以上各式的计算结果，可以绘出电流基波和各次谐波标么值随变 ,化的曲线所示，其中基准电流为=0时的基波电压有效值U。 ,1 由于电阻负载下，电流波形与电压波形相同，有谐波分布图可知，电源电流 谐波特点： 1. 谐波次数越低，谐波幅值越大； o2. 3次谐波的最大值出现在=90时，幅值约占基波分量的0.3倍； ,oo3. 5次谐波的最大值出现在=60和=120的对称位置。 ,, 2.3 KJ004KJ004A 可控硅移相触发器KJ004电路适用于单相、三相全控桥式供电装置中，做可控 o硅的双路脉冲移相触发。KJ004器件输出两路相差180的移相脉冲，可以方便地构成全控桥式触发器电路。该电路具有输出负载能力大、移相性能好、正负半 周脉冲相位均衡性好、移相范围宽、对同步电压要求低、有脉冲列调至输出端等 功能和特点。 2.3.1 电参数如下：直流+15V，-15V，允许波动?5%（?10%功能正常）。 电源电流：正电流?15mA，负电流?10mA。 同步电压：任意值。 同步输入端允许最大同步电流：6mA（有效值）。 o,移相范围：?170（同步电压30V，同步输入电阻15k）。 锯齿波幅度：?10V（幅度以锯齿波出现平顶为准）。 输出脉冲： 102,smsa. 脉冲宽度：（改变宽度电容达到）。 b. 脉冲幅度：〉13V。 c. 最大输出能力：KJ004为100mA（输出脉冲电流）。KJ004A为10mA。 d. 输出反压：BV?18V（测试条件：）。 IA,100,ceoe o正负半周脉冲相位不均衡度??3。 35 使用环境温度为四级： C：0～70? R：-55～85? E：-40～85? M：-55～125? KJ004(KJ004A)采用双列直插16脚封装，如图7所示。各引脚功能如表1所示。 图7 KJ004(KJ004A)图 表1 KJ004(KJ004A)引脚功能 2.3.2 KJ004的典型应用电路及各点波形如图8所示。该芯片有同步检波电路， 锯齿波形成电路，移相电压、偏移电压和锯齿波电压综合比较放大电路及功率放 大电路四部分所组成。锯齿波的斜率决定于电源经外接电阻R、RP后的充电电流61和积分电容C的数据。对不同的移相控制电压V，只要改变权电阻R、R的比例，1Y12调节相应的偏移电压V，同时调节锯齿波斜率电位器RP1，就可以使不同的移相P 控制电压获得整个移相范围内的触发脉冲。触发电路为正极型，即移相控制电压 V增加，输出导通角增大。R和C形成微分电路，改变R和C的数值，可获得Y7272不同的脉宽输出。 同步串联电阻R可以按下式计算： 4 同步电压3R,，,10 ，，423, 36 图 8 KJ004的典型应用电路及各点波形 3. 3.1 图9 单相交流调压电路主电路图 3.3 3.3.1 输入电压：单相交流220伏、50赫兹。 输出功率：0.5kw ,主电路负载：200，1A 计算结果见表2 37 表2 单相交流调压电路主电路数据计算结果表 o（V） （V） （A） （A） UUII,（） ,100VT 0 220 220 1.1 0.778 1 30 220 216.8 1.084 0.767 0.985 60 220 197.3 0.9865 0.698 0.897 90 220 155.6 0.778 0.55 0.707 120 220 97.3 0.4865 0.344 0.442 150 37.35 37.35 0.18675 0.132 0.170 4. 通过这次课程设计，我对交流调压电路的内容的了解又加深了许多，尤其是 对谐波的分析，上课时对这部分内容重视度不够，经过这次设计弥补了这方面的 不足。另外，在使用protel软件绘制电路图的过程中，我学到了很多实用的技巧， 这也为以后的工作打下了很好的基础。 5. [1] 王兆安，黄俊. 电力电子技术[M]，第4版。北京：机械工业出版社，2006.5：112-116 [2] 贺益康，潘再平。 电力电子技术[M]。北京：科学出版社，2004.4：224-227 [3] 金海明，郑安平。电力电子技术[M]。北京：北京邮电大学出版社，2005：189-192 [4] 莫正康。 电力电子应用技术[M]，第3版。 北京：机械工业出版社，2000.5：151-162 38

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