模電課程設(shè)計(jì)報(bào)告振蕩式微型電機(jī)三相變流電源的設(shè)計(jì)

1、本科生課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：振蕩式微型電機(jī)三相變流電源的設(shè)計(jì) 物聯(lián)網(wǎng)工程 學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2011年7月2號(hào)模電課程設(shè)計(jì)報(bào)告一、原理與電路設(shè)計(jì)（一）、振蕩式正弦波變流電源1、設(shè)計(jì)內(nèi)容：輸入直流電壓30v，輸出三相交流電壓20v，頻率405hz，輸出電流200ma，三相電壓不對(duì)稱度2%，頻率穩(wěn)定度，正弦波失真度1%。2、設(shè)計(jì)要求：將輸入的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，再將直流電轉(zhuǎn)換成對(duì)稱三相交流電。3、原理及參數(shù)選擇微電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的基本單元電路如圖1所示，集成功率運(yùn)算放大器ar1和外圍元件r1、r2、r3，電容c1構(gòu)成有源移相器，其頻率特性為 （1）其幅頻特性為 （2）

2、其相頻特性為 （3）式中，為反相輸入運(yùn)算放大器的基本相移；為有源移相器的附加相移。由式（2）得出有源移相器的對(duì)數(shù)幅頻特性為 （4） 圖1.有源移相器若取,并代入式（3）、式（4）可得到有源移相器的增益a（w）=1,這是有源移相器構(gòu)成正弦波振蕩器的幅值平衡條件；相移，表明輸出電壓領(lǐng)先輸入電壓相位角，是有源移相器構(gòu)成正弦波振蕩器的相位平衡條件。根據(jù)三相變流電源的技術(shù)指標(biāo)的要求，可調(diào)節(jié)并確定有源移相器的參數(shù)，當(dāng)，時(shí)，在虛擬頻率特性圖示儀上觀測(cè)到有源移相器的一組數(shù)據(jù)為：，相移，增益。將三個(gè)圖1所示的有源移相器級(jí)聯(lián)，并將ar3的輸出端與ar1的輸入端連接，形成閉環(huán)電路，構(gòu)成振蕩式微型電動(dòng)機(jī)三相變流電源，

3、如圖2.所示。其環(huán)路增益af=1,，三相有源移相器總相移為，該電路將產(chǎn)生正弦波振蕩，在ar1、ar2、ar3的輸出端，即w、v、u端產(chǎn)生對(duì)稱的三相正弦波電壓，三相正弦波電壓的相序是u-v-w即三相對(duì)稱電源的頻率為，圖2中的直流電壓v1由交流電源經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓電路后獲得。 圖2.振蕩式微型電動(dòng)機(jī)三相變流電源（二）、微型電動(dòng)機(jī)三相梯形波變流電源1、設(shè)計(jì)要求：要求采用電子工作平臺(tái)（ewb）軟件設(shè)計(jì)移相式微型電動(dòng)機(jī)三相梯形波變流電源2、技術(shù)指標(biāo)：移相式微電機(jī)三相梯形波驅(qū)動(dòng)電源的輸入直流電壓為30v，輸出三相交流電壓為14v，頻率為500hz，電流為200ma，三相電壓不對(duì)稱度為2%，頻率穩(wěn)定度為

4、，正弦波失真度1%。3、原理及參數(shù)選擇：移相式微型電動(dòng)機(jī)三相梯形波電源的基本構(gòu)成電路與正弦波電源基本電路圖1構(gòu)成相同。為產(chǎn)生梯形波振蕩，需使，并保證相位平衡條件，利用集成運(yùn)放的非線性限幅特性，產(chǎn)生梯形波輸出。根據(jù)該條件選擇，這時(shí)運(yùn)放的靜態(tài)增益。微型電動(dòng)機(jī)的功率因素較低，電流滯后角較大，圖2中的整流管d1d6，構(gòu)成續(xù)流電橋；電阻器r10，r11，r12和電容器c4、c5、c6構(gòu)成負(fù)載的無功率補(bǔ)償電路，電阻器r10、r11、r12還兼有限制輸出電流的作用，避免無意中照成的電源的損壞。三相對(duì)稱梯形波輸出電壓（）波形（三）、三相方波變流電源1、設(shè)計(jì)要求：要求采用電子工作平臺(tái)(ewb)軟件,設(shè)計(jì)模擬振蕩

5、式三相方波變流電源 2、技術(shù)指標(biāo)：模擬振蕩式三相對(duì)稱方波變流電源輸入直流電壓30v,輸出方波電壓15v,頻率406hz,電流200ma,三相電壓不對(duì)稱度2%,頻率穩(wěn)定度3、原理及參數(shù)選擇：模擬振蕩式三相方波變流電源將單相交流電經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后獲得的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)槿喾讲妷?以驅(qū)動(dòng)三相微型電動(dòng)機(jī)。其基本單元電路由具有過電流保護(hù)和過熱保護(hù)環(huán)節(jié)的集成功率運(yùn)算放大器和相位滯后的rc移相電器組成。rc移相電路如圖4所示.圖4 rc移相電路其頻率特性為 （6）頻特性為 （7）其相頻特性為 （8）其對(duì)數(shù)幅頻特性為 （9）由式(8)可知,附加相移=-60,是產(chǎn)生三相方波振蕩的相位條件,由此,可導(dǎo)出該條件下

6、振蕩角頻率,頻率 ,是產(chǎn)生方波振蕩的幅值條件,因集成運(yùn)算放大器開環(huán)工作而滿足.輸出方波的幅值受集成運(yùn)算放大器振幅的非線性特性的限制而穩(wěn)定。圖5 三相方波電流源原理圖在設(shè)定電路參數(shù) r=100k ,c=6800pf時(shí),從掃頻儀觀測(cè)到附加相移 =-60,f=-6db,f=406hz,所示該移相器與開環(huán)工作的集成運(yùn)算放大器相結(jié)合,能滿足產(chǎn)生方波振蕩的幅值條件和相位條件。將rc移相電路和三個(gè)功率集成運(yùn)算放大級(jí)聯(lián),并將ar3的輸出端與r1連接,形成閉環(huán)電路,組成模擬振蕩式三相方波電源,其環(huán)路增益af1,環(huán)路相移。該電路產(chǎn)生方波振蕩,在ar1,ar2,ar3的輸出端u,v,w產(chǎn)生對(duì)稱的三相方波電壓。通過計(jì)

7、算機(jī)仿真,在虛擬示波器上觀測(cè)到波形如圖6所示 圖6該變流電源可過到如下指標(biāo),輸入直流電壓12v,輸出方波電壓15v,頻率406hz,電流200ma,三相電壓階躍不對(duì)稱度2%,頻率穩(wěn)定度10。二、電路的連接與調(diào)試在拿到實(shí)驗(yàn)器件后，我與同組成員按照原理電路在面包板上首先連接出了圖1所示電路。然后在第二天到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了調(diào)試。在剛開始的調(diào)試的過程中，無論如何調(diào)節(jié)變阻器，示波器上都波形都非常不規(guī)則。于是按照電路圖對(duì)電路接線進(jìn)行了多次檢查，接線并沒有問題；然后對(duì)于導(dǎo)線和器件之間是否接觸不良進(jìn)行了測(cè)試，用萬用表測(cè)導(dǎo)線電阻。測(cè)試之后得出結(jié)論：所用導(dǎo)線阻值均為0即接觸良好。接著又意識(shí)到元件之間的影響，于是重新布

8、置了電容的位置，盡量減小影響。但是還沒什么進(jìn)展。一整個(gè)上午我們都沒發(fā)現(xiàn)問題所在，在有些灰心的時(shí)候我們決定重新接，從頭開始。在重新接的時(shí)候我們意識(shí)到是面包板的連接上出現(xiàn)了問題，于是非常謹(jǐn)慎地重新連接了電路圖1，尤其注意了面包板的接法，一個(gè)元件一個(gè)元件地對(duì)照?qǐng)D重新接好。然后一開始仍然調(diào)不出波形，于是對(duì)電路接線又進(jìn)行了檢查。最后，我們檢查出反饋線我們接錯(cuò)了。調(diào)整好接線后，r2、r3調(diào)節(jié)至適當(dāng)阻值后，示波器上出現(xiàn)了正弦波。記錄數(shù)據(jù)后，再調(diào)節(jié)r2、r3至某一值時(shí)，出現(xiàn)了梯形波，記錄數(shù)據(jù)。繼續(xù)調(diào)節(jié)r2、r3，示波器上漸漸顯示出方波，到某值時(shí)，方波大體出現(xiàn)了，但是上方有鋸齒狀波形，我們猜想是電路還有干擾，便繼續(xù)進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)我們重新布置了二極管的位置后，完美的方波出現(xiàn)了。我們的任務(wù)就全部完成了。三、調(diào)試結(jié)果與分析說明當(dāng)af等于1時(shí)，呈正弦波，三相正弦波的相位差為120；當(dāng)af微大于1時(shí)，呈梯形波，三相梯形波相位差為120；當(dāng)af遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1時(shí)，呈方波，三相方波的相位差為120。四、小結(jié)與體會(huì)這次的課題設(shè)計(jì)不僅鍛煉了我的動(dòng)手能力，還讓我清楚的意識(shí)到實(shí)踐與理論之間的差距。在掌握理論的基礎(chǔ)上，連接電路時(shí)需要很強(qiáng)的邏輯思維還有極好的耐心。這次課設(shè)我們首次