亮度可连续调节灯光电路设计

目录1绪论12方案论证13总体方案设计34硬件设计44.1变压器设计44.2单相交流调压电路44.2.1单相交流调压电路44.2.2灯泡参数的确定54.2.3晶闸管参数的确定55集成触发电路6结束语8参考文献9武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书亮度可连续调节灯光电路设计1 绪论电力电子技术是20世纪后半叶诞生和发展的一门崭新的技术。可以预见，在21世纪电力电子技术仍将以迅猛的速度发展。电力电子器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性的作用。交流-交流变流电路，是把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路，应用十分广泛。把两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可以控制交流电力。这种电路不改变交流电的频率，称为交流电力控制电路。在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，可方便地调节输出电压的有效值，这种电路称为交流调压电路。交流调压电路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。在供电系统中，这种电路还常用于对无功功率的连续调节。交流调压电路可分为单相交流调压电路和三相交流调压电路。对亮度可连续调节灯光电路，用单相交流调压电路就可实现。2 方案论证设计亮度可连续调节的灯光电路，输入220v单相交流电。要求采用交流调压电路；负载（灯泡）要求0-60v交流电压，最大负载电流5A。只要将电路中R换成灯泡，通过调节晶闸管触发角a来实现输出U0控制在0-60v,电路图如图2-2所示。如果il最大值超过5A，可通过给灯泡并联一个某一阻值的电阻，从而达到要求。但这种控制不够精确，一旦触发角a的控制超出了要求的60v，就可能造成过流，烧毁器件。方案二：还采用图2-1原理图，只不过这次是固定触发角a,使U0输出为60v，给灯泡串联个滑动变阻器（阻值很大），电路图如图2-3,通过调节R1的阻值实现对灯泡电压的控制。若电流较大，同上，给灯泡并联一个电阻，达到分流的作用。这样做的缺点是，R1不是理想的电阻，可实现小于60v的电压控制，但不可能达到Ov，不能完全到达设计要求。图2-3滑动电阻器调亮度电路图在图2-2的基础上，加一个变压器在ul,使u1输入为60v，控制晶闸管触发角a在0-n之间，就能到达0-60v的要求。这样就能克服上面两个方案的缺陷。故可采用方案三来实现灯光亮度的可连续调节。3 总体方案设计采用方案三进行电路设计，电路控制的总框图如图3-1所示。单相交流变压器220v降压到60v单相交流调节晶闸管触调压电路发角OWaWn5武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书#武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书灯光亮度的连续调节图3-1电路控制总框图电路一共有变压器、触发电路和单相交流调压电路三个主要部分组成，总电路图如图3-2所示。触发电路VT1#武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书#武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书图3-2总电路图#武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书6武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书4 硬件设计4.1变压器设计1）变压器直接用单相变压器就可以了，使用变压器就是为了达到，设计要求的60v。根据公式UiNliU2NL2U为输入的220v单相交流电压；60v。U2为单相交流调压电压的输入电压L2NL2=30匝。可求出Nl111，可另N门=110匝，N3L1图4-1变压器电路图4.2单相交流调压电路4.2.1单相交流调压电路单相相控交流调压电路（电阻性负载）如图4-2所示，两个晶闸管反并联与负载串联通过改变控制角来调节晶闸管的导通时间，进而起到调节负载电压有效值的作用。图4-2单相交流调压电路(电阻性负载)电源正半周VT1承受正向电压，在3t=a时触发VT1导通，负载电压uo=u，由于是电阻性负载，负载电流io二u/R，到st二n时，正半周结束，io=0,VT1关断。此后uo=0。在电源负半周，VT2承受正向电压，st二n+a时VT2被触发导通，uo=u，st=2n时，VT2关断。负载电压的波形如图4-3。负载电压的有效值Uo为U0F(2Usin0)2d(,t)+予(2Usinrat)2d(rat)U2a兀+a1sin2a+a2(2)随着控制角的增大，负载电压减小，控制角的移相范围为0an。由于是纯电阻负载，负载电流瞬时值io与负载电压uo呈正比关系，负载电压有效值与负载电流有效值的关系为：U010R4.2.2 灯泡参数的确定由于要求灯泡的电压要求0-60v,所以额定电压取60v。最大负载电流为5A,根据式(3)可求得R=12Q。4.2.3 晶闸管参数的确定额定电压：U(23)U(4)TNm其中U60v；m所以U120v180v，取u150vTNTN8武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书额定电流IT(AV)2)/实7I实=1(25血t曲(t)Ui实2兀RR(5)1,2(1Ksin2,2兀其中Ul=60v,R取12Q,a=0代入式(6)中可求得I实=5。则I4.786.37A。取I=6A5集成触发电路实T(AV)T(AV)集成电路可靠性高,技术性能好,体积小,功耗低,调试方便。随着集成电路制作技术的提高,晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及,现已逐步取代分立式电路。目前国内常用的有KJ系列和KC系列，两者生产厂家不同，但很相似。现在采用KJ004集成触发器。2CZ02CO+15VR730kCZF盹15kv+15V6ak-I5VVT23DK4Ra510flRgJLjk1312图5-1为KJ004电路原理图。从图中可以看出，他与分离元件的锯齿波移相触发电路相似。可分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。#武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书#武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书VTt3DK42CZS2C.况yj5l0nCl.047-E201KJOO4#武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书O-15V=R,RP16.0k图5-1KJ004电路原理图1基本设计特点(1) 输出两路相位互差180度的移相脉冲，可以方便地构成全控桥式晶闸管触发器线路；(2) 输出负载能力大，移相性能好，正负半周脉冲相位均衡性好；(3) 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。2引脚排列如图5-2所示图5-2KJ004引脚图对于单相电路晶闸管的触发，可采用图5-3来实现，其工作原理：锯齿波的斜率决定于外接电阻R6、RP1流出的充电电流和积分电容C2的取值，对于不同的移相控制电压，只要改变权电阻R5和R7的比例、调节相应的偏移电压，同时调整锯齿波斜率电位器，变可以在不同的移相控制电压时获得整个移相范围内的移相。KJ004触发电路为正极性，即移相电压增加，导通角增大。图中R8和C3形成微分电路，改变R8和C2的值，可获得不同的脉冲输出，随着输入同步电压与8脚之间串联电阻R1取值的不同，其同步电压数值可取任意值。KJ04I7Z至TTl至10|L2L3L4L5L6立3Z11武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书#武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书图5-3单相电路晶闸管触发电路#武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书结束语本次设计的主体是单相交流调压电路，通过调压来调节灯光亮度。首先，将高电压通过变压器降到要求的电压值，这样更能方便地调压；然后，通过调节晶闸管的触发角实现调压。设计方案不是一下就能定出来的，首先是确定电路主体，然后是如何调整灯光亮度。从而达到更方便、更安全地达到灯光亮度的连续调节。12武汉理工大学电力电子技术课程设计说明书参考文献1 王兆安，电力电子技术，机械工业出版社2 赵良炳，现代电力电子技术基础，清华大学出版社3 胡寿松，自动控制原理，科学出版社4 李发海，王岩.电机与拖动基础，清华大学出版社5 陈治明，电力电子器件基础，北京机械工业出版社6 丁道宏，电力电子技术，北京航空工业出版社13