烘干炉的温度控制（毕业设计）

烘干炉的温度控制（毕业设计） 第 1 页 共 40 页 随着现代工业生产需要和科学技术的蓬勃发展，焊接技术不断进步，焊接在现代 工业中的比重越来越大，越来越重要。而高质量的焊接工作离不开高品质的焊接设备， 焊接工艺的先进性和高质量也越来越多地体现在焊接设备的高科技含量和现代化上。 焊接电源是焊接设备的核心部分，焊接电源的稳定性直接关系到焊接设备的使用寿命 及焊接工艺的质量。在我国，交流电网的电压波动较大，干扰较多，交流稳压电源已 成为许多焊接设备不可缺少的供电装置。安全可靠，技术性能符合负载要求的电源， 可使负载的功能得以充分发挥。否则，可能使负载的技术指标降低，甚至会损坏负载。 市场上的各种交流稳压电源，在技术性能上都有很多不尽人意的地方。所以研制稳压 性能更好的交流稳压电源，具有重大的理论意义与现实意义。 交流调压器和交流稳压器在工矿企业、交通运输、邮电通讯、国防科研、医疗设 备、家用电器及建筑等许多方面得到了广泛应用。其主要用作平滑无级调节电压的调 压电源或稳定电压的稳压电源。经过多年发展，交流调压和稳压电源已成为电源技术 的一个重要分支。 交流稳压电源是电源技术中的重要组成部分，它输入为单相或三相交流电，输出 仍为单相或三相交流电，其主电路结构与稳压原理各不相同，交流稳压电源，按其工 作原理来划分，可以分成以下几类 [1]: a) 自耦调整型稳压器 自耦调整型稳压器是利用自动调压方式达到交流电压稳定的一类交流稳压电源。 它的功率输出部分是一只可调式自耦变压器，将其配置合适的电子电路，使输出电压 能自动调整到设定的范围内。自耦调压型交流稳压器制作简单，工作可靠，功率较大， 负载适应性好等优点；但这种类型的交流稳压器存在机械磨损，响应时间长，工作寿 命短，抗干扰能力差等缺点。适用于对响应时间没有要求的场合。 b) 大功率补偿型交流稳压器 补偿型三相电力稳压器电压调节范围宽，效率高，波形失真小；但其采用电动机 调节碳刷触头方式，调节速度慢，并且存在机械磨损，使用寿命短的缺点。 第 2 页 共 40 页 c) 编码补偿型交流稳压电源 编码补偿型稳压电源采用单片机控制无触点开关器件实现输出电压的稳定， 编 码补偿型稳压电源输出功率大，高效节能，三相自动平衡，无机械故障和碳刷磨损； 但由于其采用单片机作为控制系统的核心，过零 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 电路复杂，系统的响应时间受到 限制，而且单片机控制系统不宜用于工业现场环境恶劣、电网电压波动大、电磁干扰 严重的场合。 d) 开关型交流稳压电源 开关型交流稳压电源应用于高频脉宽调制技术，与一般开关电源的区别是它的输 出量必须是与输入侧同频、同相的交流电压。它的输出电压波型有准方波、梯型波、 正弦波等，市场上的不间断电源（UPS）抽掉其中的蓄电源和充电器，就是一台开关 型交流稳压电源。开关型交流稳压电源的稳压性好，控制功能强，易于实现智能化， 是非常具有前途的交流稳压电源。但因其电路复杂，价格较高，所以推广较慢。 e) 晶闸管交流相控斩波稳压方式 利用双向可控硅特性来稳压的交流相控斩波稳压方式 [2]，主电路采用晶闸管作为 调整元件通过移相控制交流斩波，改变输出电压基波有效值与输入电压的比值来稳定 电压。它抗干扰性能好，稳压精度较高，响应时间短，电路简单，工作可靠；因此备 受电源技术人员喜爱。 近几年来，国内关于交流稳压电源的研究较为活跃，其研究的主要内容一种是线 性谐振型技术及其改进；另一种是开关型交流稳压电源。线性谐振型稳压器（也称正 弦能量分配器）通过LC谐振参量的改变使交流输出电压得到调整，以获得优越的稳压 性能。主电路中不含电力半导体器件，线路简单、可靠性高。但是由于存在输入电压 范围不够宽，源端空载无功电流和谐波电流较大，以及容易发生振荡等缺点，使其发 展和应用受到了限制，特别是在大功率场合的应用比较少。为了减少工频变压器和低 频电感器，简化控制电路，降低成本，提高可靠性，国内外开始将高频开关电源技术 引入到交流稳压电源中[3]，这已成为目前交流稳压电源发展的主要方向。 开关型交流稳压电源根据反馈控制方式的不同可以划分为平均值反馈与瞬时值 反馈两种类型。 第 3 页 共 40 页 a） 平均值反馈 平均值反馈是将反馈电压整流后进行平均值或有效值计算，再与基准电压比较， 稳定输出电压平均值或有效值。由于平均值或有效值计算是一个先积分后再平均的过 程，所以稳压速度较慢，满足不了当前越来越高的技术要求。 b） 瞬时值反馈 瞬时值反馈是反馈电压直接和与电网电压同步 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 正弦电压进行比较，稳定输出 电压瞬时值。由于进行实时比较，瞬时值反馈具有校正波形的能力，响应速度较快。 开关型交流稳压电源从电路结构上划分，包括部分功率补偿型和全功率变换型。 部分功率补偿型是将输入电网电压整流后得到脉动直流电压，然后通过高频PWM技术逆变为交流电压，再经过相位跟踪和转换电路后获得与输入侧同频同相的补偿电 压，加在输入与输出之间，从而实现输出电压的稳定。全功率变换型，即为经过交-直-交功率变换后提供给负载。 国内外主要研究热点为采用交流斩波方式、单位功率因数变换器方式和串联电压 源方式等 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 [4]。 a) 交流斩波方式 随着全控型器件和PWM技术的应用，出现交流PWM斩波方式的交流稳压器。该电源 通过一个工作于开关状态的受控交流变换器，将其输出电压与市电电压叠加后供电给 负载。通过检测电路控制变换器输出电压的大小，以保持输出电压的稳定。 b) 单位功率因数变换器方式 它是由PWM整流器与PWM逆变器构成的双PWM变换器，能量可以双向流动。根据中 间环节储能元件的不同可以分为电流型和电压型两种，单位功率因数变换器不但输出 电压、电流为正弦，输入电流也为正弦，输入功率因数为1，其能量转换效率较高， 性能优越。通过优化设计，可以进一步降低谐波畸变，降低滤波元件的体积。 c) 串联电压源方式 这种稳压器可以采用交流斩波器或逆变器，采用三相电压型逆变器的串联型电压 调节器的基本结构与串联型有源电力滤波器相似。三相变压器的二次绕组串联于电源 和负载之间，相当于串入一个补偿电源。针对不对称问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，可以采用三相串联电压调 节装置。逆变指令信号包含电源负序电压分量和正序电压分量的偏差，通过提取并消 除电源负序分量和正序分量可以保证负载三相电压对称。 第 4 页 共 40 页 圆环链焊接电气控制系统的主电路是一个采用双向晶闸管控制的交流调压电路， 它由升压电路，交流调压电路，高次谐波滤波电路，降压电路四部分构成。 2.1.1 升、降压电路的选择 由交流调压特性可知，调压后电压有效值总是小于或等于调压前电压有效值，而 电网电压波动时有可能低于220V，所以需要将电网电压提升，使其最小值要高于 220V，此次设计将电压提升至245V，故需要一台升压变压器。因为焊接机的工作电 压为50V所以还要选一台220/50V的降压变压器。 2.1.2 调压电路的选择 调压电路由于调压方式的不同，分为很多种类常用的有以下八种[5]： a)磁放大式调压电路：它采用磁放大器作为串联电压调节环节，控制磁放大器的 直流绕组电流，可调节串联在交流主电路中等效阻抗，由此来调节交流输出电压。 b)滑差式交流调节电路：它是采用滑动的方式改变变压器输出接点的位置，即改 变了变压器的变比，从而调节输出交流电压。 c)分级自动改变变比的调压电路：采用机械式或者静态双向开关分段自动改变变 压器变比实现电压调节的目的。 d)铁磁谐振是调压电路：利用铁磁元件的非线性在一个铁心上实现稳压和变压的 双重目的。这种变压器又被称为恒压变压器。 e)感应式调压电路：结构上类似于绕线式异步电动机，原理上利用变压器感应线 圈的相位关系来改变电压变比已达到调压的目的。 f)恒频恒压交流调压电路：采用大功率半导体器件作为静态开关，通过交-直-交 变比获得高精度的恒频恒压电源。 g)净化交流电源：将一个可变的LC电路与一个自耦变压器作何在一起，提供补 偿电压，通过调节LC等效电感便可以调节补偿电压，从而达到调压目的。 除此之外还有一种晶闸管相控调压电路，此次设计的主回路就是采用这种调压电 路，所谓的相控调压就是作为开关的晶闸管在电源电压的每半个周期内将负载与电源 第 5 页 共 40 页 接通一段时间，这段时间的长短通过改变触发角a来控制，a 角越大，晶闸管每周期 的导通角越小，加在负载上的电压有效值也就越小，从而调节电压输出波形。电压输 出波形如图2.1所示 U π2π3π4πOωtUg OωtU O ωt 图2.1 输出波形图 相位控制输出电压较为精确，调压精度高快速性好，但存在一定的高次谐波，故 需要加装滤波电路 2.1.2 高次谐波滤波电路的选择 国际上公认的谐波的含义是:一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率 的整数倍。电压和电流谐波的主要危害可归纳为以下几点[6]: a)引起电力系统内部的并联谐振和串联谐振，使得谐波含量放大，造成并联电容 器过热甚至损坏。 第 6 页 共 40 页 b)使产生、传输和利用电能的效率降低。 c)使电气设备绝缘老化或者过热、振动、产生噪音，缩短它们的使用寿命，甚至 发生故障或烧毁。 d)引起继电保护和自动装置误动作。 高次谐波滤波电路是大多电力电子变换器中不可缺少的辅助部件。根据其放置位 置的不同，滤波器可分为输入滤波和输出滤波、中间滤波三种。按电路结构不同又可 分为LC串联滤波器LC并联滤波器LC谐振滤波器。根据其处理对象的不同可分为电 压滤波器和电流滤波器。电力电子交流调压电路输出交流电压不是正弦交流电压。输 出滤波器的功能就是将开关电路输出的交流电压中的谐波电压滤除，只将正弦基波电 压输出给负载。所以输出滤波器的功能就是改善电力电子变换器输出到负载上的供电 电压质量。同时电力电子开关电路的输入电流在交流电源供电时，开关电路输入电流 也不可能是正弦波电流而含有高次谐波电流。输入滤波器的主要功能就是要抑制电力 电子变换电路输入电流I中的谐波电流流入供电电源中，改善供电电源的供电电流品 质。三种滤波器示如图2.2所示 [7] L1L2L3 AC-DCDC-ACR整逆C3流变C1C2V电电L4路路 图2.2 滤波器示意图 本次设计为交流调压电路所以只需对输出滤波器进行设计。输出滤波器选择适当 的L、C，可使得对谐振频率电流来说串联电感L阻抗远大于输出端的谐波阻抗，并 联电容C谐波阻抗远小于负载的等效阻抗，于是开关电路输出电压中的谐波电压绝大 部分降落在L上，使负载上谐波电压很小；同时开关电路输出电压中的谐波电压产生 的流过L的谐波电流，因滤波电容C对谐波电流的阻抗很小，而使谐波电流几乎全部 流入滤波电容C，负载中几乎没有谐波电流。对基波而言，电感L的阻抗很小，基波压降不大，可以使滤波器对负载基波电压影响不大。而对基波电压而言C的阻抗大流入C的基波电流不大，它对开关电路中开关器件的电流值影响不大。 第 7 页 共 40 页 控制电路关系着整个系统工作的稳定性和可靠性，是产品品质好坏的重要凭证， 所以控制电路的选择至关重要。 反馈控制电路涉及到输出采样，基准值给定，PI调节，触发调节等各个方面，每个环节的设计都要考虑系统的稳定性和安全性，同时还要兼顾设备的经济性。控制 回路的基本原理是通过采样回路采集主回路输出电压，将采样值与给定基准值进行比 较，比较差值经PI调节驱动触发电路对晶闸管的触发角进行控制，从而达到调压的 目的。 采样回路是利用不可控整流桥对输出电压进行整流，然后通过滑动变阻器采集反 馈电压信号，这种采样回路结构简单，在要求精度不太高的情况下可以有效地减少设 备成本。放大回路采用PI调节器，这种调节系统稳态误差小而且实现了快速性和无 静差控制，同时有解决了系统动、静态对放大器的要求的矛盾。给定基准电压是通过 滑动变阻器对标准稳定电压进行分压而得到，稳压电源的种类很多这里采用集成稳压 器来得到稳定电压，集成稳压器内部设有过流过热保护和调整管安全区工作保护电 路，而且具有结构简单，稳压精度高的特点故得到广泛应用。 门极电压又叫触发电压，产生触发信号的电路叫触发电路。触发电路的好坏，不 但影响调压范围和调压精度，而且对系统的可靠性也有很大的影响，一次触发电路必 须保证迅速、准确、可靠的送出脉冲，为达到这个目的正确选取和设计触发电路是很 重要的，一个触发电路性能的优劣常用下面几条来衡量： a)触发脉冲必须和保持与主电路的交流电源同步，以保证每个周期都在相同的延 迟角触发晶闸管。 b)触发脉冲可以在一定的范围内移相。 c)触发信号应有足够的功率。 d)不该触发时，触发电路的漏电压应小于0.15～0.2V，以防误触发。 e)触发脉冲应有一定的宽度。 因为此次设计的电路负载功率较大，晶闸管流过的电流大而且电焊机对电源电压 的稳定性要求高，所以需要触发电路反应速度快调节精度高。本人选用的控制触发芯 片是KJ006，该芯片输出两路相差180?触发脉冲，可在0?～180?范围内移相，而 第 8 页 共 40 页 且具有体积小、功耗低、调试方便、性能稳定的特点，可用于控制单相、双相晶闸管 和晶体管，芯片只需单电源供电，工作触发电路为正极性，即移相电压增加时，导通 角增大。 2.4.1 过压过流保护 晶闸管有许多优点，但是它承受过电压和过电流的能力很差，短时间过电压过电 流就会使器件损坏。为了使器件可靠地长期运行，除了合理的选择晶闸管外，还必须 针对过电压和过电流采取恰当的保护措施。 2.4.1.1 过压保护 所谓过电压，就是指超过整流电路正常工作时的最大峰值电压，分为操作和浪涌 过电压两种。操作过电压是指晶闸管装置拉闸、合闸和晶闸管关断等电磁过程引起的 过电压。浪涌过电压是由于雷击等原因从电网侵入的偶然性过电压。阻容吸收装置可 将操作过电压抑制在规定范围内，但对浪涌过电压不能有效的抑制。还需设置非线性 阻容性元件来吸收浪涌过电压，目前常用的非线性电阻元件有硒堆和压敏电阻两种。 压敏电阻是一种新型的过电压保护元件，是由氧化锌、氧化铋等烧制而成。压敏 电阻具有很陡的正反向对称的稳压管特性，平时漏电流很小（微安级），而放电时可 通过高达数千安得冲击电流，抑制过电压的能力很强。对浪涌过电压反应快，而且体 积小，是一种较好的过电压保护元件。 故对晶闸管的操作过电压保护采用阻容元件来限制，对浪涌过电压保护采用压敏 电阻进行保护。 2.4.1.2 过流保护 晶闸管装置在运行时，有可能产生过电流。其原因可能是产生机械过载、输出端 短路、某一器件击穿短路、器件误触发等。如不采取措施就会烧毁晶闸管。常用的过 电流保护措施如图2.3所示的几种： a)线路中串电抗器后采用漏抗较大的变压器可有效的限制短路电流从而限制了 晶闸管中的电流。但在负载上电流较大时会产生较大的电压降。 b)在控制电路中设置电流调节器或电流截止负反馈把电流限制在一定范围内。 c)采用过电流继电器的方法。可在线路中通过电流互感器接入过流继电器或在线 第 9 页 共 40 页 路中直接接入过电流继电器，当发生过电流故障时，过电流继电器动作切断供电电源， 从而保护线路中器件安全。 d)用快速熔断器做过流保护。快速熔断器有较好的快速熔断特性，器熔断时间不 超过10ms一旦发生过流可迅速熔断，保护晶闸管。 FKADLFFFSSI> I> 图2.3 过电流保护措施 此次设计电路较简单，采用过电流继电器和快速熔断器作为保护元件即可满足系 统要求，为节约成本维修方便本次设计只采用这两种过电流保护。 2.4.2 电压和电流上升率的限制 晶闸管能承受电压和电流上升率是有一定限制的，当电流上升率过大时会使器件 局部烧穿而损坏。当电压上升率过大时，又会使晶闸管误导同试运行不正常[8]。 2.4.2.1 电压上升率的限制 当电压上升率过大时，又会使晶闸管误导通使运行不正常，因此作用于晶闸管的 正向电压上升率应有一定得限制。 造成电压上升率过大的原因一般有以下两点： a）电网侵入的过电压。 b）由于晶闸管换向时相当于线电压短路，换向结束后线电压又升高，每次换向 线电压又升高，每次换向都可能造成电压上升率过大。 限制电压上升率过大可在电源输入端串入电感和在晶闸管桥臂上串入电感，利用 电感的滤波特性，使电压上升率降低。由于本次设计主电路为交流调压电路故只需在 晶闸管前端串入一只电感即可。串入电感后电路如图2.4所示 Q1L1 图2.4 串入电感后电路 2.4.2.2 电流上升率的限制 第 10 页 共 40 页 导通时电流上升率太大，则可能引起门极附近过热，造成晶闸管损坏，因此必须 对晶闸管电流上升率有一定得限制。 [9]造成电流上升率di过大的原因一般有以下几点： dt a)晶闸管导通时与晶闸管并联的阻容保护中的电容突然向晶闸管放电。 b)交流电源通过晶闸管向输出侧电容充电 c)输出侧突然短路等等 限制电流上升率di，除在阻容保护中选择合适的电阻以外也可用与限制电压上dt 升率相同的措施，即在在晶闸管桥臂上串入电感。 要断开交流电源，且考虑调试方便，希望在调试好触发电路后再接通主电路，还 要考虑过载、短路、欠电压等保护环节，需要刀开关（或断路器）、接触器控制电路 来实现。因此需要对继电器接触器控制电路进行设计。对于一般的调压电路，这部分 电路并不是太复杂，故此次设计电源在输入侧装有自动关并装有启、保、停结构。线 路中还设有过电流继电器对线路进行保护。 系统原理框图如图2.5所示。 第 11 页 共 40 页 给 交PI定流触基调负调发压载准 节 器 电器 信 路 号 电压反馈回路 图2.5 系统原理框图 第 12 页 共 40 页 交流调压主电路如图3.1所示 Q1KMKAL1FU2I> R3QFU1R2T1T2C2R4C3负载R1 C1 L2 图3.1 交流调压主电路图 3.1.1 变压器T2参数计算 a) 电压比： U1220K===4.4 250U b）一次电流和二次电流的计算 II12 一次侧电流=136A，考虑电网波动取=140A II11二次侧电流=600A I2 c )变压器容量计算 S,U，I,220，140,30800 VA 111 S,U，I,50，600,30000 VA 222 11，，，，S,，S，S,，30800，30000,30400VA 1222 3.1.2 变压器T1参数计算 a) 电压比： U1220 K===0.898 2U245b）一次电流和二次电流的计算 II12 查相关手册得 =1.11, =1.11, KKI1I2 第 13 页 共 40 页 1.051.05，1.11，136KI11d，，,,,176.51A I1K0.898 ，， ,,1.11，136,150.96AIKI2I2d c )变压器容量计算 ,，,220，176.51,38832.2VASUI111 VA ,，,245，150.96,36985.2SUI222 1，，S,38832.2，36985.2,37908.7VA 2 正确地选择晶闸管，能够使晶闸管装置在保定可靠运行的前提下降低成本。整流 器件的合理选择主要是指合理地选择器件的额定电压和额定电流(通态平均电流)。整 流器件的选择与以下各因素有关:负载性质(电阻或电感)、整流电压平均值和整流电流平均值、整流电路的形式及晶闸管的控制角等。 3.2.1 晶闸管电压等级选择计算 确定关于电压定额的原则是管子的额定电压应大于它在线路中实际承受的大反 向电压。考虑到电网电压的波动，阻容吸收装置的限压峰值，以及出于结温升高、元 件衰老导致电压值降低等因素，确定元件电压定额时还要留有必要的裕量，一般取线 路电压峰值的2—3倍为宜。 额定电压：晶闸管承受的最大正反相电压相等 U 22，245=U=U==346.43V FMRMa 其中U=245V a 考虑到安全裕量， U=（2~3）U=2.5×346.43V=866.075V。 TMFM 3.2.2 晶闸管电流等级选择 电流通过晶闸管管芯的发热情况是由电流有效值所决定的。已知额定电流为 的晶闸管允许通过电流的额定有效值= 1.57，此值应大于晶闸管实际所IIIThT(AV)T(AV)通过的电流有效值即: =1.57。由于晶闸管过载能力比较差，并且考,IIIITThT(AV)T 第 14 页 共 40 页 虑电路的各种过流因素，所以晶闸管的额定电流应留有余量，晶闸管和元件的电流等 级应选为: 负载电流有效值：I= 136A a 流过双向晶闸管的电流有效值为：I= I=136A （双）Ta所以流过单向晶闸管的通态平均电流为： ，，IT双/268 I=（1.5~2）=（1.5~2）A=65~86.6A T(AV)1.571.57 故双向晶闸管额定电流为: , I=I =144.4~192.5(A) T(AV)()T(AV)2取200A 故选择额定电压为1000V，额定电流为200A的双向晶闸管，型号为KS200。 3.3.1 双向晶闸管的过电压保护 晶闸管管芯热容量很小，如果加于两极之间反向电压超过管子的反向不重复峰值 电压，即使很短(几微妙)也会导致PN结的热击穿，造成无法恢复的破坏。所以，必须在电路中设置吸收过电压的装置，保护晶闸管免遭危险高电压的冲击。一般性质的 电网电压波动，在选取晶闸管元件时已经考虑过了，无须加以限制。所须防的是那些 能量不一定很大，作用时间很短促，但是峰值超过正常值数倍甚至十数倍的冲击电压， 这类电压的产生是由于电路中电感元件积聚的能量骤然释放或外界突然侵入大量电 荷所致。针对这种过压采取的保护措施，是设法降低能量释放速度，或者把侵入的能 量迅速导入大地。 对于我们设计的整流装置，其产生过电压的原因以及相应的保护措施如下: a)阻容保护 为了防止在换相过程中晶闸管两端承受的电压突变，造成换相过电压，损坏晶闸 管，可在晶闸管两端并联一电阻与电容进行阻容吸收保护。由于电容两端的电压不能 突变，可以有效抑制过电压；串联电阻可以在能量转换过程中消耗一部分能量，并且 抑制LC的振荡 [10]。 第 15 页 共 40 页 阻容吸收保护R，C：按工程计算方法，查手册有： bb -3C＝（2～4）I×10μF bT -3＝（2～4）×136×10μF ＝0.25~0.5μF（取C ＝0.4μF） b V＝（1.5～2.0）Ucbd ＝（1.5～2）×245V ＝367.5~490V（取V ＝500V） cb UdR＝（2～4） bTI 245＝（2～4）×Ω 136 ＝3.6Ω～7.2Ω（取R ＝8Ω） b P＝（0.5～0.7）RR1b ＝4W～6W 综上，取C：0.4μF，500V；R：8Ω，5W bb进线阻容吸收保护的参数计算与元件选取： CR，按工程计算，查手册而来 11 ,I2，，C,10000，,F （3.1） 1fU2 U2 R,，,0.3() （3.2） 1I,2 2P,(0.25,I)，R(W)R121 （3.3） I2U—输入线电流有效值（A）；—输入电压有效值（V） 2f—电网频率 ,—变压器的空载电流标幺值。一般取0.02～0.05，这里取0.02。 将IUf=150.96A，=245V, =50HZ 22 第 16 页 共 40 页 0.02，150.96，， ,10000，,2.46,FC150，245 245,（） R,，,0.324.3410.02150.96， 2PW,，，，,(0.250.02150.96)24.340.7548() 1R 电容器的耐压值应大于 C1 2==（V） ，,245346.432UUdm21 实选电容器C：5，500V ,f 实选电阻器R：25，1W , b)压敏电阻Rv1的选择 =1.3U=1.3，，245=450.359V 22U1ma 耐压取500V，通流量可取5KA，故选择MY31-500/5的压敏电阻器作为交流侧的浪涌过电压保护。 3.3.2 双向晶闸管的过电流保护 晶闸管承受过电流的能力比较差，因为管芯热容量小，如果发生过载结温会迅速 升高。一旦超过允许的结温，PN结将遭破坏，造成元件内部短路或者穿通。产生危 险过电流的原因有三个：一是长期过载运行，当结温上超过允许值时，导致管子丧失 阻断能力，形成短路；二是直流侧负载短路；三是元件本身短路[13]。 在本系统中我们采用了快速熔断器保护措施； 快速熔断器是最简单有效的保护元件，其主要是针对晶闸管、硅整流元件过流能力差的特点而制造的，与普通熔断器 相比，它具有快速熔断特性，通常能做到当流过五倍额定电流时，熔断时间小于0.025， 在通常的短路电流时，能保证晶闸管损坏之前，快速切断短路电流，适合于短路保护 场合。它有三种接线方法：交流电源侧接快速熔断器能够对器件短路和直流侧短路都 起保护作用，但因正常时流过快熔的电流有效值大于流过晶闸管的电流有效值，故应 选用额定电流较大的快熔，这样对故障过电流时晶闸管的保护就差了；直流侧接快速 熔断器只对负载短路或过载起保护作用，但对器件短路则不起保护作用；器件串联快 速熔断器，因流过它们的电流相同，所以对器件的保护作用最好，是应用最广的一种 接法 [10]。本次设计为交流调压电路没有直流环节，故直流侧接快熔快速熔断器不必设 第 17 页 共 40 页 置。为了达到最好的保护效果，同时采用第一种和最后一种接法。 快速熔断器的主要规格由额定电压U与额定电流I来表示。额定电压表示断弧能 力的大小，额定电流表示长期容许通过电流的有效值。一般电流达到6倍熔体额定值 时，熔断器在一个交流周期内切断电流。由于快速熔断器的额定电流指的是有效值， 而晶闸管通态额定电流工是平均值，所以应该事先把换算成电流的有效IIT(AV)T(AV)值，再选取熔断器。电流有效值 =1.57。 IITT(AV) a）器件串联快速熔断器的选择： 熔断器在断开时承受的峰值电压为： 2=U2 Udm 2 ＝，245 =346.43V； 快速熔断器的额定电流I：由I?I?1.57 I，即 双KRVTKRT(AV) () 136A?I?1.57×200A=314A KR 所以快速熔断器的额定电压及额定电流分别选为400V，200A，即选择型号为RT0-200的快速熔断器。 b）交流侧快速熔断器的选择： 熔断器在断开时承受的峰值电压为 22，=U＝220=311V； 2Udm 正常时流过该熔断器的电流有效值为I与器件串联快速熔断器相同为选材方便KR 所以交流侧快速熔断器额定电压及额定电流与器件快速熔断器的一样，也选为400V， 200A，即选择型号为RT0-200的快速熔断器 3.3.3 双向晶闸管限流电抗器选择 限流电抗器Ldi用来限制晶闸管开通时的，以防晶闸管门极附近过热，造成Tdt 晶闸管损坏，或晶闸管误导通晶闸管影响正常工作。它的选择计算如下： di由于选择KS200型号的晶闸管，取=0.4A/µs dt 第 18 页 共 40 页 Id136-6f,,,,2×50××10=0.1068=6.12? 2,di0.4dt 11因而,,=－=60?－×6.12?=56.94? ,22 UamLcoscos,,,,，，，= ，，T，，I2,d 2，2456=,,，，cos56.94:,cos6.12:，56.94:×10 ,F2，2π，50，136 =4.048 mH 输出滤波器的作用是减小输出电压中的谐波，并保证基波电压传输。如前所述这 里采用单极LC滤波器，其原理图如图3.2所示。LC滤波的设计有如下要：负载中单次谐波电压和总谐波电压降低到允许范围内；电源中单次谐波电压和总谐波电压降低 到允许范围内；滤波电感基波阻抗不太大，使负载变化时开关电路输入电压波动不大， 负载电压波动不大；LC滤波器体积小、重量轻、成本低。 L RC 图3.2 LC滤波器示意图 因为滤波电容和负载并联，它可以补偿感性电流，但是滤波电容过大，反而会增 加变压器负担。因此再设计滤波电路时，首先确定滤波电容的值。设计基本原则就是 在额定负载时，使容性电流补偿一半的感性电流。 ,30000，0.442Psin===33.64A Ic2Ucos,2，220，0.897 33.64CIC===487.2μF U,219.75，2,，50 电容承受的最大电压为线路输出电压峰值 2=×220=311.1V Uc 取C=500μF，选择50Hz、400V、的交流电容器。 并联电容器组串联电抗器是抑制谐波电流放大的有效措施，其参数应根据实际存 第 19 页 共 40 页 在谐波进行选择。并联电容器之所以能够引起谐波放大，是因为电容器回路在谐波频 率范围内呈现出容性，若在电容器回路中串接电抗器，通过选择电抗值使电容器回路 在最低次谐波频率下呈现出感性，就可消除谐波放大。为此，串联电抗器的电抗值应 满足下式: XCh，X,,0 Lminhmin XCXC即考虑到电抗器和电容器的制造误差，通常取=(l.3~1.5) ,XXLL22minhhmin 目前，国内并联电容器配置的电抗器的电抗率主要有以下4种类型:小于0.5%、 4.5%、6%和12%。配置小于0.5%电抗率的电抗器的主要目的是限制电容器的合闸涌 流;当采用基波感抗为容抗的4.5%或6%的串联电抗器时，可抑制5次以上的谐波电 流;当采用基波感抗为容抗的12%的串联电抗器时，可抑制3次以上的谐波电流。 故滤波电感的电感量计算如下： 219.75UC，，,,,6.53, XC33.64IC 谐振时有 ，，,,6.53, XXCL 6.53XL，，L,,,208mH ,,2f 集成电路可靠性高，即时性能好，体积小，功耗低，调试方便。随着集成电路在 制作技术的提高，晶闸管触发电路的集成化已普及，现已逐步取代分立式电路。目前 应用的最多的是KJ（或KC）系列触发电路，元件参数均可参照典型线路进行选择， 一般不用重新计算，必要时可对输出级进行校验。这里采用KJ006集成触发芯片。 KJ006集成触发芯片是采用先进的IC工艺设计制作的单片集成电路，单片可控 硅移相触发器电路输出两路相差180?的触发脉冲，可在0?～180?之间移相，用于控制单向、双向可控硅和晶体管，方便地构成多种交流装置的触发电路。该器件可与 国外TCA006、TCA006DT和TCA006完全兼容可直接互换。与目前市场上流行的 第 20 页 共 40 页 KC系列电路相比，KJ006集成触发芯片具有功耗小、功能强、输入阻抗高、抗干扰 [14]性好、移相范围宽、外围元件少等优点；而且装调简便，使用可靠的特点。 该电路采用双列直插16线白瓷和黑瓷两种外壳封装，外形尺寸符合SIll00-76 《半导体集成电路外形尺寸》的国家标准要求。 外引线排列及管脚功能如表3.1所示 表3.1管脚功能表 管脚 符号 功能 1 CND 地 2 Q2 输出2的非 3 OV 输出V 4 Q1 输出1的非 5 Vs 同步电压 6 I 禁止 7 OZ 输出OZ 8 Vref 基准电压 9 R 锯齿波斜率电阻 10 C 锯齿波斜率电容 11 Vy 移相电压 12 Ce 脉冲扩展 13 L 长脉冲 14 Q1 输出1 15 Q2 输出2 16 Vcc 电源电压 第 21 页 共 40 页 引脚功能如图3.3所示 KJ006 KJ0065 116VccGND5 215Q2Q2314Q1OV413LQ1512CeVsVyI611710OZC89RVref 图3.3 引脚功能图 工作原理：KJ006框图如图3.4所示该电路由同步检存、基准电源、锯齿波形成 电路，移相电压和锯齿波综合比较电路与逻辑控制功率放大等部分组成。锯齿波斜率 决定于9脚外接电阻和10脚外接电容。脉冲宽度由12脚外接电容决定，不接该电容 时，脉冲宽度由内接电容决定，约为30微秒，外接电容后脉冲宽度如表3.2所示。用于电感性负载，只需把12脚与1脚相连，即可得到180?的宽脉冲。 同步检5 测寄存逻 Q1 电路 14 辑 移相比较 控 4 Q1 制 功 15 - - Q2 放 ++ 2 Q2 16 VCC 放电监视 3 OV 基准 7 OZ 放 电 管 6 10禁 13止 C基准电压 11 12 长 Vy 脉10 C12 冲脉冲转扩展 换 图3.4 KJ006框图 第 22 页 共 40 页 表3.2 0 100 220 330 680 1000 C/pF 30 80 130 220 370 550 Tp/μs KJ006只需单电源供电，触发电路为正极性、即移相电压增加、导通角增大。 同步电压通过同步变压器从5脚输入，7、6脚提供脉冲列和脉冲封闭控制端、 16端为电源，1端为地，同步电压直接取自电网电压通过5端采用同步变压器隔离输 入，14、15端输出脉冲分别对应于负半周和正半周，11端不同幅度的控制电压可使 触发脉冲在0?~180?之间移相，各点波形如图3.5所示。 P5 O π 2π 3π 5π 4π ωt P0 P11 O P7 ωt O ωt P2 ωt P4 O ωt P0 O ωt P14 O ωt P15 O ωt 图3.5 各点波形图 第 23 页 共 40 页 KJ006电参数： 电源电压：Vcc=+15V，允许波动?5％(?10％时功能正常) 电源电流：Icc?12mA。 同步电压：任意值(由同步变压器决定)。 同步输入电流：?6mA 移相范围：0?～180? 锯齿波幅度： 10V , 输出脉冲： 宽度；100μS～2ms(改变12端电容)。 幅度：13V , 最大输出电流200mA 允许使用环境温度 对于国标?类电路，允许在-10?~70? 对于国标?类电路，允许在-40?~85? KJ006实际接线如图3.6所示，元件参数选择如表3.3所示。 VD5+15VD6T4UgC1C6VD3VT111615VD1VD2R7R614KJ006R851312UsVD711T5VD86C3C710R49R2VT2VD9C4C2C5R9 RP1R5 Uc 图3.6 KJ006接线电路图 表3.3 元件参数 元件 R2 R7 R12 R5 R6 R8 、R9 C4 C5～C10 VD1～VD5 VT1、VT2 RP1 规格 10 2.2 22 1 22 0.47 1 IN4002 3DG12B 100 ΚΩ ΚΩ ΚΩ ΚΩ ΚΩ μF μF ΚΩ 由产品目录中查得KS200晶闸管的触发电流为10～400mA,触发电压Ug<4V。在 第 24 页 共 40 页 触发电路直流电源电压为15V时，脉冲变压器匝数比为2：1，Ug可获得约6V左右的电压，脉冲变压器一次电流只需要大于75mA，即满足晶闸管要求。这里选用 3DG12B作为脉冲功率放大管其极限参数BVceo=45V,Icm=300mA,完全能满足要求。脉冲变压器市场上出售的型号很多，所以不必计算，只要购买一只300A晶闸管脉冲变压器即可。按电路要求同步电压取30V，因为一次侧与电网相连，每相电压为220V，考虑制造方便功率的裕量留大一些，最后确定变压器参数为：容量为3VA，电压为220/30V。 3.6.1 取样回路选择计算 取样回路如图3.7所示 AC220 2R11 13 C1CAPRP1Uf4 图3.7 取样回路 3.6.1.1 整流二极管的选择 整流输出的电压平均值为： 2U＝U d ＝2，220=311V 在一个电源周期中，i有2个波头，流过每一个二极管的是其中的两个波头，因d 此二极管电流平均值为I的l/2，即 d III＝/2=/2 VDdR 二极管可能承受的最大正向电压为电压峰值的1/2，即（U2）/2，即 第 25 页 共 40 页 2，220=155.56V ,Udm2 二极管可能承受的最大反向电压为线电压峰值 22U=×220V=311.1V ,Udm 根据工程设计技术经验和工艺要求,整流二极管采用4个IN4007。IN4007反向耐 压为1000V。 3.6.1.3 取样电阻的选择 取样电阻（R1+R2）的选取值一般较大，通常为几千欧到几十千欧，此处取一只 1千欧、1瓦与一个10千欧、2瓦的电位器串联。固定电阻是为了防止输出电压过高 而设置。取样电压 数值应等于给定电压，故=3.3V UUUfgff3.6.1.2 滤波电容的选择 滤波电容器C主要起滤波和稳定电压的作用。电容值一般按放电时间常数计算，d 负载越大，要求纹波系数越小，电容量也就越大。一般不作严格要求，一般多取2200 μF，因为采样回路负载容量不大，故取C=2200μF，耐压按 U=1.5Udm =1.5×220 =330V 可以选用2200uF/400V的电解电容 PI调节器是控制系统中技术比较成熟，而且应用最广泛的一种控制器。它的机 构简单，参数容易调整，不一定需要系统的确切数学模型，因此在工业的各个领域中 都有应用 [15]。 在PI调节器中，比例环节的作用是对偏差瞬间作出快速反应，偏差一旦产生， 控制器立即产生控制作用，使控制量向减少偏差的方向变化。控制作用的强弱，取决 于比例系数K, K越大，控制越强，但过大的K会导致系统振荡，破坏系统的稳定PPP性。 积分环节的作用是把偏差的积累作为输出。在控制过程中，只要有偏差存在，积 第 26 页 共 40 页 分环节的输出就会不断增大。直到偏差为零，输出才可能维持在某一常量，使系统在 给定值不便的条件下趋于稳态。实际上输出量不会无限制的增大，因为运算放大器会 饱和，如所选用的FC54最大输出电压为?7～?12V。通常调节器都设有输出限幅电 路，当输出电压达到运放的限幅值时就不再增加。稳态时，电容相当于开路，同积分 调节器，其放大系数为运放的开环放大倍数，数值很大（在510以上）这使系统的稳态误差大大减小。这样不仅很好的实现快速性与无静差控制，同时又解决了系统的动 静态对放大系数要求的矛盾。 此次设计采用的是由运算放大器FC54及其外围电路组成的PI调节器，电路图如图3.8所示 a）调节零点、抑制零飘和锁零电路：由运算放大器构成的调节器的基本要求之 一是“零输入时，零输出”。若温度变化或其他原因造成零输入时，输出不是零，则 可调节电位器RP4，是输出为零。稳态时，电容C18相当于开路放大系数很大，这样运算放大器零点漂移的影响很大，再由R18、C18串联构成的反馈电路两端并联一 个反馈电阻R19，可使零飘挺起的输出电压波动得到负反馈的抑制，如图3.8所示R19一般取2～4MΩ 由于运放的零飘，还可使系统在“停车”时窜动为此，通常采用锁零电路。即 采用电子开关将输入端与输出端短路，此处采用N沟道耗尽型场效应晶体3DJ6。当系统“停车”时发出锁零信号，使栅极电压为零，则源、漏极件有较大电流通过（相 当于短路），起锁零作用。当系统运行时，锁零信号消失，栅极在-15V电源作用下呈负压，当栅极负压大于或等于夹断电压后，源、栅极间相当于开路。保证系统正常运 行。栅极电路中阻容滤波环节，主要起抗干扰作用，以防误动作。 b）消除寄生振荡：当运算放大器接成闭环后，由于放大系数很高，晶体管有结 间电容，引线电感和分布电容，使输出、输入间存在寄生耦合，产生高频寄生振荡。 在FC54的3、10两端子间接一个补偿电容可以消除寄生振荡 c）调节器的输入、输出滤波电路：为防止过大的信号输入发生“堵塞现象”。在 运放的正、反相输入端，外接两个反并联的二极管它们构成输入限幅电路 为滤除输入信号中的谐波成分，在运放的反向输入端外接了T形滤波电路，并起延缓作用。在稳态，电容 相当于开路，其输入回路电阻R0=R15+R16（一般C17 第 27 页 共 40 页 R15=R16=10～20KΩ,这里取15 KΩ）。在动态，T形滤波器相当于一个惯性环节。 为了保证运算放大器的线性特性并保护调压系统的各个部件，设置输出电压限幅 是十分必要的。这里采用二极管箝位的限幅电路。调节电位器RP5、RP6可以调节正、反向电压的限幅值。R22为限幅时的限流电阻。 当输入电压>(+?)时，二极管D15导通，此时输出电压UUUMDc ，，U,U，U， (式中为M点对地电压，?为二极管压降，为正?UUUUDcmMDCCMM 向电压限幅值) 当输入电压<(??+?)时，二极管D16导通，此时输出电压UUUNDc ,,= =(??+?) (式中为反向电压限幅值，此处U为负值)。 UUUUUNDDccmcm 调节器的输出功率放大电路：调节器的最大输出功率是有限的，FC54最大输出 电流为10mA一般不能驱动负载，因此需要外加功率放大电路，由VT3、VT4构成 的推挽式功率放大器，R25、R28是集电极限流电阻。二极管D16是用来补偿VT3、 VT4基极死区电压的。 锁零信号 S3R30C16R31C18Q5R19 R18+15（E1）GND R24R254C19R20RP5M37D16 VT3D1411R225R15R16UiUcD12C17D13FC546Uo12VT410RP6R17R27R2812D15RP4N -15（E2） 图3.8 PI调节器接线图 给定环节电路如图3.9所示，由于输入电压和输出电压极性相反，而触发器的移 相控制电压为正，故给定电压Ugf取负电压，而一切反馈均取正电压，为此给定Uc 第 28 页 共 40 页 电压与PI调节器共用一个-15V电源，故可选择CW7915集成稳压器，查相关手册得 Ui=23V。 Ui=(1.2~1.4)U 有瘾负载不大，可取 U23iU,,,17.7V 1.31.3 给定电位器RP3取5.6KΩ、1W。 RP3～17.7V D11C12C13C15 2 137915 图3.9 给定环节电路图 由交流调压输出电压公式： 1π,α UU （3.4） ,sin2α，012ππ 取：α=60? 当输入电压=245V时，输出电压=219.75V UU10 误差百分比为：0.11％符合设计要求。 又因为KJ006的锯齿波峰值电压调为10V，由式 U60:c, 180:10V 可知稳定时触发器控制电压=3.3V。 Uc 故给定基准电压可取为=－3.3V。 Ugf 这里选用CM7815和CM7915三端集成稳压器作为控制电路电源，原理图如图 3.10所示，其相关器件参数如表3.4所示 第 29 页 共 40 页 +15V 7815B1C1C3C5 D11 ～17.7V B2 ～17.7VC2C4C6D12 7915-15V 图3.10 ?15V直流稳压电源原理图 表3.4元件参数 序号 代号 名称 规格 数量 1 B1、B2 桥堆 2A200V 2 2 C1、C2 电解电容 2200μF63V 2 3 C3、C4 电容 0.1μF 1 4 7815 三端集成稳压器 +15V、1.5A 1 5 7915 三端集成稳压器 -15V、1.5A 2 6 C5、C6 电容 0.33μF 2 7 D1、D2 二极管 2CP12 2 在交流调压系统中为了保证系统安全可靠的工作还要选择相应的控制电器，如刀 开关、按钮、接触器等，由于这部分电路比较简单，故经常采用经验分析设计法，即 根据工作过程将现有的典型环节聚集起来，加以补充，加以修改，综合成所需的控制 [16]电路。其常用电器元件的选择原则如下： a)根据对控制元件功能的要求，确定元件类型。比如，当元件用于通、断功率较 大的电路时，应选用交流接触器；若有延时要求时，应选用延时继电器。 b)确定元件承载能力的临界值及使用寿命。主要是电气控制的电压、电流、及功 率大小来去确定元件的规格。 c)确定元器件预期的工作环境及供应情况。如防油、防尘、货源等。 第 30 页 共 40 页 3.10.1 按钮的选择 按钮通常是用来短时接通或断开小电流控制电路的一种主令电器。其选取依据主 要是根据需要的触点数、动作要求、结构形式、颜色以及是否带指示灯等要求。启动 选绿色，停止按钮选红色，紧急操作选蘑菇式，由于控制回路电压为220V，故启动按钮SB2选为LA10-1型绿色按钮，停止按钮SB1选用同样型号红色按钮。该型号按 钮耐压500V，耐流5A符合线路要求。 3.10.2 交流接触器的选择 接触器的额定电流或额定控制功率随适用场合及控制对象不同、操作条件与工作 繁重程度不同而变化。一般情况下，接触器的选用主要依据是接触器主触头的额定电 压、电流要求，辅助触头的种类、数量及额定电流，控制线圈电源种类，频率与额定 电压，操作频繁程度和负载类型等因素。主电路I 2=150.96A,U2=245V故选用型号为 CJ12B-250、线圈电压为220V的交流接触器。 3.10.3 自动开关的选择 为了使电路工作更可靠，总电源由自动开关引入，自动开关在选取时主要从保护 特性要求、分断能力、电网电压类型、电压等级长期工作负载的平均电流操作频繁程 度等几个方面考虑。由于变压器T1一次侧电流I1=176.51A，电压U2=220V，故选 DW10-200型两极自动断路器，额定电流为200A,脱扣器额定电流为300A。 3.10.4 信号指示灯的选择 信号指示灯选用NXD系列信号灯，这种信号灯一般用于220V、380V的各种电 器线路中，作为指示信号用。该信号灯用胶木灯座，E14螺口氖灯，由于限流电阻装 于灯头内故可直接用于线路中。此处选用型号为NXD1-2/220，绿色信号灯。 3.10.5 过流继电器的选择 过流继电器选用的依据是：被控或被保护对象的特性、出头的种类、数量、控制 电路的电压、电流、负载性质等因素[20]。线圈电压、电流应满足控制线路的要求。如 果控制电流超过继电器触头额定电流，可将触头并联使用，也可将触头串联使用来提 高出头的触头分断能力。由于T2原边额定电压为220V额定电流为136A，所以可选 吸引线圈电流为150A的JT14-11S型交流过流继电器作为过流保护，吸引电流可在 (0.75~2)范围内调节。 IN 第 31 页 共 40 页 交流调压器和交流稳压器在工矿企业、交通运输、邮电通讯、国防科研、医疗设 备、家用电器及建筑等许多方面得到了广泛应用。其主要用作平滑无级调节电压的调 压电源或稳定电压的稳压电源。 交流调压和稳压电源可分三类：电机类、变压器类和电力电子类，如表4.1所示。 表4.1 交流调压和稳压电源分类 感应调压器 交 电机类 感应自动调压器(感应稳压器) 可调可稳感应调压器 流 (环形)接触调压器 (环形)接触自动调压器(接触稳压器) 调 柱式(接触)调压器 柱式(接触)稳压器(柱式接触自动调压器) 压 柱式调压稳压器 变压器类 补偿式交流稳压器 和 转圈式(接触)调压器 移圈调压器 稳 磁放大器式电子交流稳压器 抗干扰型交流稳压器 压 铁磁谐振交流稳压器(稳压变压器) 磁性调压器 电 分接式(抽头式)调压器 分接式(抽头式)稳压器 源 电力电子类 晶闸管(可控硅)调压器 晶闸管调压稳压(恒流)电源 晶闸管调功器 第 32 页 共 40 页 交流调压和稳压电源的产品标准，按我国现行的行业(专业)标准汇总，见表4.2所示。 表4.2交流调压和稳压电源产品标准 标准编号 标准名称 代替原标准编号 ZBK4200l—87 JB8749—l998 调压器通用技术要求 ZBK42002—87 JB／Tl0089—200l 接触自动调压器 ZBK42003—87 JB／T10090—200l 感应自动调压器 ZBK42OO4—87 JB／T1009l—200l 接触调压器 ZBK42005—89 JB／T10092—2000 磁性调压器 ZBK42006—89 JB／T10093—2000 感应调压器 JB7O67—l993 柱式接触调压器 JB／T8449—l996 柱式接触自动调压器 JB／T762O—l994 补偿式交流稳压器 JB3283—l983 晶闸管交流电力控制器 (可控硅调压器、调功器部分) SJ／T1054l—l994 抗干扰型交流稳压电源通用技术条件 sJ2605—l985 电子设备用稳压变压器技术条件 SJ／Z9035—l987 测量用稳定电源装置 ZBN2500l—l987 磁放大器式电子交流稳压器 4.3.1 向高电压、大容量方向发展 由于大功率负载容量不断提高，对更高电压等级更大容量的各类调压器的需求开 始增加。前几年就有用户提出需要7O00kVA～8000kVA的感应调压器。近年也有国外用 户提出需要20kV、2000kVA的感应调压器。对柱式调压器，10kV，l000kVA～3O00kVA的调压器，国内也有用户提出供货需求。对晶闸管调压器， 单相690V～750V，3600A，2500kVA，三相1 500V，4000A，10000kVA的调压器也有市场需求，而且用户希望解决 其对电网的污染问题。社会和用户需求是技术发展的动力。可以相信通过业界科技人 第 33 页 共 40 页 员的不断实践，吸收社会力量支持，这些目标是会逐步实现的。 据不完全统计，目前感应调压器的单机容量已达三相2O00kVA，6000v／(0～13 000)V， 单相1000kVA，38OV／(O～65O)V。将两台感应调压器的公共绕组并联，串联 绕组串联，可提高输出容量。上海电压调整器厂曾生产过三相4500kVA的感应调压器。将6kV、10kV的多抽头自耦变压器与有载调压分接开关和柱式调压器有机组合，可生 产l000kVA以上的高压柱式调压器。晶闸管调压器的容量已达三相380V，2O00kVA左右，电压等级已达750V。 4.3.2 向多功能、多用途方向发展 现有产品向多功能、多用途方向发展亦是非常引人注目的发展动向。在柱式调压 器基础上配以无触点调压稳压控制器及采样器件组成柱式调压稳压、恒流装置，将调 压和稳压、恒流功能集于一身，既能使输出电压平滑无级调节，又能使输出电压(或电流)保持稳定，改变了传统的调压器不能稳压，而稳压器不能恒流，仅能在很小范 围内调压的状况，极大地方便了用户，节约了资源。该产品在电网电压波动?1O％的条件下，稳压(恒流)精度?1％～?3％可调。可调稳压(恒流)范围为最大输电压(电流)的25％-90％。由于柱式调压稳压、恒流装置波形畸变率增量?1％，零电压起始调节，调压速度快，其应用范围正迅速扩大。目前三相400V容量达500kVA，单相容量达200kVA。当然，其它类型的产品，如感应调压器，磁性调压器配上调压稳压控制器， 仍能构成该种类型的调压稳压－恒流装置。此外，在调压稳压、恒流装置后面，若带 上整流器及滤波器，配以直流采样器件，可以很方便地组成可调直流调压稳压－恒流 装置。基于感应调压器通过改变一、二次绕组的空间相角来改变二次侧电压的原理， 配以适当的电感、电阻或电容并通过正反接变化，可分别组成可调电感装置、可调电 阻装置、可调电容装置。上述可调负载装置，系平滑无级可调的线性负载，为发电机、 动力机及其它电源类产品的制造商，研究和试验单位，解除了因配置不同容量、不同 功率因数的负载所带来的不便，为静态无功补偿装置提供了一个连续调节无功的手 段。目前可承制的三相400V，可调电抗器容量范围为2kvar-2000kvar，可调电阻装置容量范围2kW～1800kW，可调电容装置的容量范围1.5kvar～1500kvar，还能制成相应的单相可调负载装置。 在晶闸管感性负载调压器的基础上，增加恒电压(恒电流)选择电路印刷板，组成 晶闸管调压稳压－恒流电源。该电源能顺利解决以钨、钽、钼、铌、熔盐、玻璃熔融 第 34 页 共 40 页 体等非线性类发热体(其温度系数变化倍数达1O倍以上)的电炉的自动控温问题。当设 定信号(电位器或控温仪表或计算机信号)调节时，其输出的方均根值电压或电流也相 应改变，且保持负载电压(或电流)的稳定。在电网电压波动?10％，负载阻抗变化1O倍时，稳压或恒流精度?(1％- 3％)。同理，在晶闸管感性负载调压器基础上，增加 恒功率选择电路印刷板，组成晶闸管调压－恒功率电源。当设定信号调节时，其负载 功率也相应调节，且保持负载功率的恒定。在电网电压波动?10％，负载阻抗变化4倍时，恒功率精度?(1％～5％)。该电源能顺利解决以碳化硅为发热体(其温度系数变化倍数为4倍左右)的电炉的自动控温问题。当然，晶闸管调压器若增加“长时间软 起动”、“线性化”等其他选择电路可构成其他特殊用途的调压器，以满足不同用户 的特殊用途的需要。 4.3.3 向智能化、数字化方向发展 近几年出现的智能开关稳压器，采用单片微机控制24只晶闸管零电压开关的通 断，从而改变补偿变压器的补偿电压的大小和极性，实现了无电刷、无伺服电动机和 无机械传动的快速分相自动稳压。允许电网电压波动?30％ ，稳压精度?(3％-5％)，反应时间小于100ms，就是这方面动向的例子。而数字控制器、数字触发器都是应用 单片机技术解决稳压器的自动控制，解决晶闸管可靠触发的具体事例。 4.3.4 向抗干扰、净化电源方向发展 1O余年前，美国出现了一种叫电源调节器(power conditioner)的产品。它像空调(Air conditioner)优化净化空气一样，能优化净化电源。它除了能极其快速地自 动稳压之外，还能非常有效地隔离和衰减各种电磁干扰。与UPS(不间断电源)相比，除了“断电”这种干扰不能排除外，其它干扰(占计算机受干扰次数99．5％，断电只占0．5％)几乎都能对付，而价格比同容量UPS要便宜得多。这种产品在我们国内被翻 译为“净化电源”或“抗干扰高级稳压器”。这种产品的主要部分是在超级隔离器(带有三重屏蔽的隔离变压器)的初级绕组有若干抽头，由晶闸管零电流开关进行快速自 动切换保持稳压，由超级隔离器及其它滤波措施对各种干扰进行衰减。这种产品容量 范围，单相在0.2kVA-20kVA， 三相在10kVA-150kVA。电源电压波动范围?20％，稳压精度?1.5％～?5％不等，反应时间10ms，共模噪声衰减120dB-140dB (0.1～10MHz)，差模噪声衰减40dB- 60dB(1kHz-10MHz)，谐波畸变率增加量 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 发表。如“斩波控制 交流调压电源”，“斩波补偿式交流稳压器”，“PWM逆变式交流稳压电源”，以及 国外和国内先后出现的“AC电源适配器”(AC输入，DC输出，为笔记本电脑、数码相 机等供电的10W 左右的电源)，“交流电源系统”(2kVA～50kVA左右的采用整流和逆变的开关式交流稳压电源)，“车载电源”(DC输入、AC输出的100W～500W 的用于轿车，汽车上的电源)等，都是应用新器件、新原理，结合传统技术向适用、高效、轻 量、少无污染方向不断发展进步的新型电源 第 36 页 共 40 页 结 论 此次设计以交流调压电路为核心，通过反馈回路检测输出电压值，通过与基准 电压比较，从而相应控制晶闸管触发角已达到稳压的目的。主电路采用双向晶闸管调 压电路改变输出电压值，通过反馈回路来稳定输出电压值为焊接设备提供稳定、高品 质的工频交流电源。设计包括：总体方案设计和各环节电路选型及主要参数计算。主 要由主电路和控制电路构成，而主电路部分又包括升降压、调压、滤波、保护及其负 载五部分；控制电路主要由采样、基准值给定、PI调节器和触发电路等构成。由交 流调压特性可知，调压后电压有效值总是小于或等于调压前电压有效值，而电网电压 波动时有可能低于220V，所以需要将电网电压提升，使其最小值要高于220V，然后通过调压电路将电压降低并稳定到220V，由于对正弦波进行斩波，输出电压中含有 大量谐波，谐波大量存在严重威胁焊接设备的使用寿命及焊接质量，故采用了LC滤波设施，将主要谐波限制在允许范围内。最后将稳定、洁净的220V工频电源经过降压提供给焊接设备使用。 由于本人能力所限，论文还存在很多不足的地方望各位老师批评指正 第 37 页 共 40 页 此次设计是在刘庆瑞老师的悉心指导下完成的，刘老师平日里工作繁多，但在我 查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程 中都给予了我悉心的指导。除了敬佩刘老师的专业水平外，刘老师的治学严谨和科学 研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。 其次要感谢和我一起作毕业设计的所有同学，在同学们的帮助下也解决了不少的 问题。如果说没有同学的帮忙，没有他们和我一起讨论问题，毕业设计是很难完成的。 论文的顺利完成同时得益于许多老师的帮助。在此感谢河北科技大学电气学院的 所有老师给予我的巨大帮助，在此一并表示感谢。 最后，向在百忙之中抽出时间来评阅论文和参加论文答辩的各位老师、专家 致以最衷心的感谢，并真诚的希望各位老师、专家对本论文提出宝贵意见。 谢谢! 第 38 页 共 40 页 参 考 文 献 1 张乃国主编.实用电源技术手册.交流稳定电源分册.辽宁科学技术出版社,1999：1～45 2 王兆安.电力电子技术的发展新动向.电力电子技术，1995（4）：25 ～28 3 王兆安，黄俊.电力电子技术.第4版.北京：机械工业出版社，2005 4 王跃，汪至中，叶晶晶等.新型交流稳压电源的研制.电力电子技术.1999(3)：26～29 5 杨荫福，段善旭，朝泽云.电力电子装置及系统.北京：清华大学出版社，2006 6 叶斌.电力电子应用技术.北京：清华大学出版社，2006 7 曲学基，曲敬铠，于明扬.电力电子滤波技术及其应用.北京：电子工业出版社，2008 8 石玉，栗书贤，王文郁. 电力电子技术题例与电路设计指导.重庆：重庆大学出版社，2006 9 李源.晶闸管交流调压器.机床电器，1997（5）：38~39 10 曾宪修. 配电网智能无功补偿的技术研究与应用，[学位论文]，北京：中南大学，2005 11 顾乐观，郑萍.现代电气控制技术. 北京：机械工业出版社，2001 12 刘汉奎，顾建军，徐殿国，王炎.高性能交流电压调节技术的发展概况.电工技术杂志.2000(6)：22~23 13 张立，赵永健.现代电力电子技术—器件、电路及应用[M].北京：科学出版社，1992：144 14 张占松，梁慧冰，孙炳达.电气技师实用手册. 北京：机械工业出版社，2006 15 史国生.交直流调速系统. 北京：化学工业出版社，2002 16 李正吾，赵文瑜.新电工手册. 合肥：安徽科学技术出版社，2006 17 Harashima F. 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