晶闸管单相交流调压与调功电路设计

1 题目初始条件

初始条件：

电源为工频220V，调压阻感负载，R＝0.5欧姆，L＝2mH。调功阻性负载R＝4欧姆。

2 设计任务与设计要求分析

通过分析题目的初始条件，可知本次课程设计有以下几个基本要求：1单相交流调压与调功主电路的设计。2. 触发电路的设计。3.分析系统不同负载下的电流、电压波形及相控特性。4.须针对电阻炉负载分析系统的过零控制特性。5. 需要绘制单相交流调压与调功电路的原理图。

3 单相交流调压电路的设计

3.1单相交流调压电路主电路的设计

单相交流电压主电路的设计主要包括：1.根据负载特性，选择相应型号的晶闸管。2.

根据相关理论分析、推导及计算，得到电路相关参数

3.1.1 单相交流调压电路主电路原理图

图一 单相交流调压主电路原理图

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3.1.2 电路各参数推导及计算

通过分析可知，当单相交流调压电路带电阻性负载时，可得以下参数表达式：

负载电压、电流平均值

11Ud?2U2sin?d??2U2(cos??1) 公式 （1） ????? Id?UdR?负载电压、电流有效值 U0?1?2U2(co?s??R 1 ) 公式（2）

??2(2U2sin?)d??U2sin2??2????? 公式（3） ? I0?U0U2sin2?????? 公式（4） 2?RR? IVT?2I0?2电路功率因数：

??U0U2sin2?????? 4?2? 公式（5）RRU0I0sin2?????? 公式（6） 2?U1I0?当电路带阻感性负载时，可以分析得负载电流相位应落后负载电压相位一个固定的阻抗角，其大小应为??arctan(?LR)?11.31?,且相当明显，当用晶闸管控制时，会使得负载电流更为滞后，即阻感性负载稳态时，晶闸管的移相范围为?????。

且假设在晶闸管电流过零时开通一个晶闸管，则有负载电流应满足以下微分方程和初始条件

LdI0?Ri0?2U1si?n t 公式（7） dti?0(?t??) 公式（8）

0可以解得方程的解为：

2

???t2U1?ta?ni0?sin(?t??)?sin(???)e? Z??? 公式（9）

利用边界条件，可以得到，当以?为参变量时，?与?的关系可以用一簇曲线来表示。如下图所示：

由以上公式可以推得：

当单相交流调压电路带阻性负载时，若导通角为60°时，有负载平均电压为,负载平均电流为，负载有效电压值和有效电流值分别为，电路的功率因数为；同理可得，当导通角为90°时，相应的负载参数值分别为：电路的功率因数为

当单相交流调压电路带阻感性负载时，可以定性分析得，负载的平均电压值和平均电流值，负载的有效电压值和有效电流值都应有所减小。

3.1.3 晶闸管型号的选择

根据理论分析可知，晶闸管的额定电压应是它承受的反向重复峰值电压的（2~3）倍，而晶闸管的额定电流应是其通态平均电流的（1.5~2）倍。而晶闸管的通态平均电流的定义为：元件在阻性负载情况下、工频正弦半波、导通角不小于170°，其结温稳定且不超过额定结温所允许的最大通态平均电流。

由上面推到的电路参数可知，所选的双向晶闸管的额定电压应大于440V；晶闸管的额定电流应大于（1.5~2）*396.14=792.28A；

Id?UdR?2U2(co?s??R?1)2220(1?1?)?0.5396A.15 公式（10）

所以，我在本次设计中，采用KS500-800A

它的型号是 KS800A/500V， 控制方式为双向极数，额定正向平均电流 800（A），控制极触发电压500-1800（V）， KS系列平板型双向晶闸管的额定工作电流800A额定工作电500V。

3.2 单相交流调压触发电路的设计

本次设计中，我选用可控硅移相触发器KJ006，KJ006主要用于交流供电的双向可控硅或反并联可控硅线路的交流相位控制。能由交流电网直接供电并无需外加同步信号、输出

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