电力电子技术课程设计100w单相电风扇无级调速电路设计

电力电子技术课程设计100w单相电风扇无级调速电路设计内容摘要：

本文研究内容 本课设研究的内容是 100W 单相电风扇无级调速电路。 根据电力电子技术的相关知识与要求，利用晶闸管构成的单相交流调压电路，来调节电风扇电动机电压，从而改变电风扇的转速，即可实现无级调速的要求。 具体研究内容可分为以下部分： 单相电风扇无级调速电路总体设计 方案的经济技术论证。 单相电风扇无级调速电路 主电路设计 及各部分简要说明。 触发电路 的 设计 ，每个晶闸管触发的顺序及相位分析。 保护电路的设计，过电压保护，过电流保护的分析 绘制 主 电路图 通 过计算选择器件的具体型号。 由以上要求可以具体将此装置设计分为以下四个部分：主电路的设计、触发电路设计、保护电路设计，系统参数的计算和仿真分析。 下面分别作详细介绍。 本科生课程设计（论文） 4 第二章 单相电风扇无级调速 电路设计 单相电风扇 无级调速电路总体设计 方案 利用晶闸管构成交流调压电路，调节电风扇电动机电压，从而改变电风扇的转速，可实现无极变速，满足人们对电风扇风速的不同要求。 在考虑到电路还应满足易操作实用、经济实惠、可靠性强等诸多因素的情况下，设计出如图 所示的 系统原理框图。 图 系统 原理框图 该 系统原理框图 由中间的带阻容吸收的过压保护电路和带熔断器的过流保护电路作为交流调压主电路的保护电路，上下两个电路为相同的触发脉冲为锯齿波的触发电路作为整个电路的触发电路。 通过触发电路的触发脉冲，使得晶闸管的开通时刻可以得以进行人为的控制，并根据使用者的需要进行调控。 而交流调压主电路则是根据触发角的大小调节输出电压的大小，从而控制电风扇的转速，达到满足使用者的需要，并根据使用者的要求对电风扇的转速进行具体的调控。 而过压过流保护电路具有对电力电子器件的保护左右，以及对整体电路的保护作用，使得电路能够较 好的工作。 本科生课程设计（论文） 5 具体电路设计 主电路设计 单相电风扇无级调速电路的主电路实际上就是负载为电感性的单相交流调压电路即电动机。 交流调压是将一种幅值的交流电能转化为同频率的另一种幅值的交流电能。 其主电路图如图 所示。 D1D2R1L1V1 图 单相电风扇无级调速电路主电路图 （ 1）电阻性负载 图 （ a）所示为两只反并联的普通晶闸管与电阻负载 RL组成的交流调压主电路，也可用一个双向晶闸管代替两个反并联的晶闸管但需要两组独立的触发电路分别控制两只晶闸管，也可用一个双向晶闸管代替两个反并联的晶闸管，本课设 的主电路选择两只反并联的普通晶闸管的主电路。 在电源正半周ω t＝  时触发 VT1 导通，有正向电流流过 RL，负载端电压UR 为正值，电流过零时 VT1 自行关断；在电源负半周ω t＝π＋  时，再触发VT2 导通，有反向电流流过 RL，其端电压 UR为负值，到电流过零时 VT 再次自行关断。 然后重复上述过程。 改变  角即可调节负载两端的输出电压有效值，达到交流调压的目的。 电阻负载上交流电压有效值为   2s i n21)()s i n2(1222 UtdtUU R 电流有效值    2s i n212RURUI R 本科生课程设计（论文） 6 电路功率因数    2s i n21c os 2 IU IUSP R 电路的移相范围为 0— π D1D2R11 . 0 k ΩV1 图 电阻性负载交流调压电路图 图 电 阻性负载交 流调压电路图的 波形 通过改变  可得到不同的输出电压有效值，从而达到交流调压的目的。 由双向晶闸管组成的电路，只要在正负半周对称的相应时刻（  、π＋  ）给触发脉冲，则和反并联电路一样可得到同样的可调交流电压。 交流调压电路的触发电路完全可以套用整流移相触发电路，但是脉冲的输出必须通过脉冲变压器，其两个二次线圈之间要有足够的绝缘。 （ 2）电感性负载 图 所示为电感性负载的交流调压电路。 由于电感的作用，在电源电压由正向负过零时，负载中电流要滞后一定  角度才能到零，即管子要继续导通到电源电压的负半周才能关断。 晶 闸管的导通角θ不仅与控制角  有关，而且与负载本科生课程设计（论文） 7 的功率因数角  有关。 控制角越小则导通角越大，负载的功率因数角  越大，表明负载感抗大，自感电动势使电流过零的时间越长，因而导通角θ越大。 下面分三种情况加以讨论。 （ 1）   由图 可见，当   时，θ 180176。 ，即正负半周电流断续，且  越大，θ越小。 可见，  在  ~180176。 范围内，交流电压连续可调。 电流电压波形如图 (a)所示。 （ 2）  ＝  由图 可知，当  ＝  时，θ =180176。 ，即正负半周电流临界连续。 相当于晶闸管失去控制，电流电压波形如图 (b)所示。 （ 3）  ＜  此种情况若开始给 VT1 管以触发脉冲， VT1 管导通，而且θ 180176。 如果触发脉冲为窄脉冲，当 ug2 出现时， VT1 管的电流还未到零， VT1 管关不断，VT2 管不能导通。 当 VT1 管电流到零关断时， ug2 脉冲已消失，此时 VT2 管虽已受正压，但也无法导通。 到第三个半波时， ug1 又触发 VT1 导通。 这样负载电流只有正半波部分，出现很大直流分量，电路不能正常工作。 因而电感性负载时，晶闸管不能用窄脉冲触发，可采用宽脉冲或脉冲列触发。 综上所述，单相交流调压有如下特点： ①电阻负载时，负 载电流波形与单相桥式可控整流交流侧电流一致。 改变控制角  可以连续改变负载电压有效值，达到交流调压的目的。 ②电感性负载时，不能用窄脉冲触发。 否则当  ＜  时，会出现一个晶闸管无法导通，产生很大直流分量电流，烧毁熔断器或晶闸管。 ③电感性负载时，最小控制角  min＝  (阻抗角 )。 所以  的移相范围为  ～180176。 ，电阻负载时移相范围。