電力電子課程設(shè)計_單相半控橋式晶閘管整流電路(電阻負載)(1)

1、電氣工程學(xué)院 電力電子 課程設(shè)計設(shè)計題目： 單相半控橋式晶閘管整流電路（電阻負載） 學(xué)號： xxxxxxxx 姓 名： xxxxxx 同 組 人： xxxxxxxxxxxx 指導(dǎo)教師： xxxxxx 設(shè)計時間： xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx 設(shè)計地點： 電氣學(xué)院實驗中心 電力電子 課程設(shè)計成績評定表姓 名 學(xué) 號課程設(shè)計題目： 單相半控橋式晶閘管整流電路（電阻負載）課程設(shè)計答辯或提問記錄：成績評定依據(jù)：課程設(shè)計預(yù)習(xí)報告及方案設(shè)計情況（30）：課程設(shè)計考勤情況（15）：課程設(shè)計調(diào)試情況（30）：課程設(shè)計總結(jié)報告與答辯情況（25）：最終評定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定）指導(dǎo)

2、教師簽字： 年 月 日 電力電子 課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 一、課程設(shè)計題目： 單相半控橋式晶閘管整流電路（電阻負載）二、課程設(shè)計要求1. 根據(jù)具體設(shè)計課題的技術(shù)指標和給定條件，獨立進行方案論證和電路設(shè)計，要求概念清楚、方案合理、方法正確、步驟完整；2. 查閱有關(guān)參考資料和手冊，并能正確選擇有關(guān)元器件和參數(shù)，對設(shè)計方案進行仿真；3. 完成預(yù)習(xí)報告，報告中要有設(shè)計方案，設(shè)計電路圖，還要有仿真結(jié)果；4. 進實驗室進行電路調(diào)試，邊調(diào)試邊修正方案；5. 撰寫課程設(shè)計報告最終的電路圖、調(diào)試過程中遇到的問題和解決問題的方法。三、進度安排1時間安排序 號內(nèi) 容學(xué)時安排（天）1方案論證和系統(tǒng)設(shè)計1

3、2完成電路仿真，寫預(yù)習(xí)報告13電路調(diào)試24寫設(shè)計總結(jié)報告與答辯1合 計5設(shè)計調(diào)試地點：電氣樓4102執(zhí)行要求課程設(shè)計共5個選題，每組不得超過2人，要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，獨力完成所設(shè)計的詳細電路（包括計算和器件選型）。嚴禁抄襲，嚴禁兩篇設(shè)計報告雷同。摘要本次課程設(shè)計的題目為：單相半控橋式晶閘管整流電路，其中負載為純電阻負載。電路設(shè)計的主要參數(shù)及要求：1、電源電壓：交流100V/50Hz；2、輸出功率：500W；3、移相范圍：0-180。對于單相半控橋式晶閘管整流電路（電阻負載），其電路設(shè)計的主要功能為：單相橋式半控整流電路的工作特點是晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，而整流二極管在陽極電壓高于陰極電壓時自然導(dǎo)通

4、。單相橋式半控整流電路在純電阻負載電流連續(xù)時，當相控角180時，由于二極管的單相導(dǎo)電性，電路無法實現(xiàn)逆變，輸出電壓為零。關(guān)鍵詞：單相半控橋式晶閘管整流電路、純電阻負載、相控角調(diào)節(jié) 目錄 第一章 系統(tǒng)方案設(shè)計1一、主電路方案設(shè)計11.1 主電路方案論證11.2 主電路結(jié)構(gòu)及其工作原理21.3 參數(shù)計算31.4 主電路器件選用3二、控制電路方案設(shè)計42.1 觸發(fā)控制電路方案42.1.1 方案一42.1.2 方案二5第二章 仿真8一、主電路仿真81.1 仿真設(shè)置81.2 仿真結(jié)果10二、控制電路仿真112.1 方案一仿真112.2 方案二仿真132.2.1 各部分電路分析與仿真142.2.2輸出控制

5、信號仿真17第三章 電路調(diào)試19一、實物制作19二、實際控制信號測量202.1 電路各組成部分輸出波形202.2 控制信號輸出波形21第四章 結(jié)論24第五章 心得體會與建議25參考文獻26附錄1：元器件清單27 14第一章 系統(tǒng)方案設(shè)計一、主電路方案設(shè)計1.1 主電路方案論證方案一：單相半控橋式整流電路（含續(xù)流二極管）單相橋式半控整流電路雖然具有電路簡單、調(diào)整方便、使用元件少等優(yōu)點，而且不會導(dǎo)致失控顯現(xiàn)，續(xù)流期間導(dǎo)電回路中只有一個管壓降，少了一個管壓降，有利于降低損耗，如圖1-1。圖 1-1含續(xù)流二極管方案二：單相半控橋式整流二極管（不含續(xù)流二極管）不含續(xù)流二極管的電路具有自續(xù)流能力，但一旦出

6、現(xiàn)異常，會導(dǎo)致：一只晶閘管與兩只二極管之間輪流導(dǎo)電，其輸出電壓失去控制，這種情況稱之為“失控”。失控時的的輸出電壓相當于單相半波不可控整流時的電壓波形。在失控情況下工作的晶閘管由于連續(xù)導(dǎo)通很容易因過載而損壞。因為半導(dǎo)體本身具有續(xù)流作用，半控電路只能將交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔?，而直流電能不能返回到交流電能中去，即能量只能單方向傳遞，如圖1-2。圖 1-2不含續(xù)流二極管經(jīng)過比較本設(shè)計選擇方案一含續(xù)流二極管的單相半控橋式整流電路能更好的達到設(shè)計要求。1.2 主電路結(jié)構(gòu)及其工作原理單相橋式半控整流電路雖然具有電路簡單、調(diào)整方便、使用元件少等優(yōu)點，但卻有整流電壓脈動大、輸出整流電流小的缺點。其使用的電路圖

7、如下圖2-1所示。圖1-3 主體電路結(jié)構(gòu)原理圖在交流輸入電壓u2的正半周（a端為正）時，Th1和D1承受正向電壓。這時如對晶閘管Th1引入觸發(fā)信號，則Th1和D1導(dǎo)通電流的通路為u2+Th1RD1u2-。這時Th2和D1都因承受反向電壓而截至。同樣，在電壓u2的負半周時，Th2和D2承受正向電壓。這時，如對晶閘管Th2引入觸發(fā)信號，則Th2和D2導(dǎo)通，電流的通路為：u2-Th2RD2u2+。這時Th1和D1處于截至狀態(tài)。顯然，與單相半波整流相比較，橋式整流電路的輸出電壓的平均值要大一倍，即輸出電壓的平均值：輸出電流的平均值：1.3 參數(shù)計算輸出電壓平均值：輸出電流平均值：流過晶閘管電流有效值：

8、交流側(cè)相電流的有效值：續(xù)流管電流有效值：1.4 主電路器件選用：由已知條件可知U1=100V Po=500W 移相范圍0180假設(shè)R=1.25，=0，可得：輸出電壓有效值：所以變壓器變比：變壓器選用變壓器容量S=500VA 變比N2取4：1晶閘管選用（考慮裕量）額定電壓：額定電流：流過晶閘管電流有效值：晶閘管平均電流(有裕量)：故選用額定電壓為100V，通態(tài)平均電流為20A的晶閘管。二、控制電路方案設(shè)計為保證相控電路的正常工作，很重要的一點是應(yīng)保證按觸發(fā)角a的大小在正確的時刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發(fā)脈沖。2.1 觸發(fā)控制電路方案對于觸發(fā)電路通常有如下要求： l 觸發(fā)電路輸出的脈沖必須具有

9、足夠的功率；l 觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的主電壓保持同步；l 觸發(fā)脈沖能滿足主電路移相范圍的要求；l 觸發(fā)脈沖要具有一定的寬度，前沿要陡。2.1.1 方案一: 單結(jié)晶體管自激振蕩電路：1. 電源接通：E通過Re對C充電，時間常數(shù)為ReC；2. Uc增大，達到 UP ，單結(jié)晶體管導(dǎo)通，C通過R1放電；3. Uc減少，達到Uv，單結(jié)晶體管截止，R1 下降，接近于零；4. 重復(fù)充放電過程。Re的值不能太大或太小，滿足電路振蕩的Re的取值范圍：圖2-1 仿真電路圖2.1.2 方案二：圖2-2 控制電路原理圖圖2-3 仿真電路圖主要元器件（1）LM339 LM339引腳圖 LM393引腳圖 主要功能：LM3

10、39內(nèi)部裝有四個獨立的電壓比較器，每個比較器有兩個輸入端和一個輸出端。兩個輸入端一個稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個稱為反相輸入端，用“-”表示。在任意一個輸入端加一個固定電壓做參考電壓，另一端加一個待比較的信號電壓。當“+”端電壓高于“-”端時，輸出管截止，相當于輸出端開路。當“-”端電壓高于“+”端時，輸出管飽和，相當于輸出端接低電位。LM339的輸出端相當于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選3-15K）。選不同阻值的上拉電阻會影響輸出端高電位的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。由于本次實驗過程中LM339較為緊缺，所以

11、我們改用LM393進行試驗，因為LM339與LM393的功能與性能較為接近，只是封裝稍有不同。（2）LM324主要功能：LM324系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器?！癡+”、“V-”為正、負電源端，每一個運算放大器有3個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，還有一個為輸出端。兩個信號輸入端中，“-” 為反相輸入端，表示運放輸出端的信號與該輸入端的位相反；“+”為同相輸入端，表示運放輸出端的信號與該輸入端的相位相同。（3）LM555主要功能：LM555 時基電路內(nèi)部由分壓器、比較器、觸發(fā)器、輸出管和放電管等組成，是模擬電路和數(shù)字電路的混合體。其中 6 腳為閥值端（TH），是

12、上比較器的輸入；2 腳為觸發(fā)端（TR），是下比較器的輸入；3 腳為輸出端（OUT），有 0 和 1 兩種狀態(tài)，它的狀態(tài)由輸入端所加的電平?jīng)Q定；7腳為放電端（DIS），是內(nèi)部放電管的輸出，它有懸空和接地兩種狀態(tài)，也是由輸入端的狀態(tài)決定；4 腳為復(fù)位端（R）；5 腳為控制電壓端(CV )，可以用它來改變上下觸發(fā)電平值；8 腳為電源（VCC），1 腳為地（GND）。（4）74LS08主要功能：內(nèi)部有四個獨立的邏輯“與”門，14端為電源端，7為接地端。各部分電路： 圖2-4 同步電路圖 圖2-5 鋸齒波產(chǎn)生電路圖 圖2-6 比較電路圖 圖2-7 多諧振蕩電路圖 圖2-8 “與”電路圖具體方案設(shè)計與分析

13、請見仿真部分。第四章 結(jié)論本次課程設(shè)計的題目為：單相半控橋式晶閘管整流電路，其中負載為純電阻負載。電路設(shè)計的主要參數(shù)及要求：1、電源電壓：交流100V/50Hz；2、輸出功率：500W；3、移相范圍：0-180。在進行實物制作時，完成了控制電路的制作，即實現(xiàn)了題目中的移相范圍：0-180。方案設(shè)計與仿真分析所得的電路與仿真結(jié)果，在實際制作時需要不斷進行調(diào)整才能真正運行。第五章 心得體會與建議此次課程設(shè)計的課題是“單相半控橋式整流電路的設(shè)計（純電阻負載）”。我們的主要任務(wù)是對其觸發(fā)電路進行設(shè)計和制作，然后連接主電路進行試驗。這次課設(shè)我們遇到了不少的問題和困難，但在老師的指導(dǎo)下，我們一一突破，順利

14、將課題完成。下面對這次課程設(shè)計進行自我總結(jié)：1、對示波器的運用不夠熟悉。在對電路進行檢測的時候我發(fā)現(xiàn)自己對總是要花費很長的時間才能將示波器中的波形調(diào)穩(wěn)定，說明自己對示波器的運用不夠熟悉，以后還應(yīng)在這方面進行訓(xùn)練，有機會運用示波器時應(yīng)該珍惜機會，仔細琢磨怎么調(diào)節(jié)才能調(diào)好，這樣才能進步，2、做實驗時應(yīng)該思路清晰，耐心調(diào)試。由于觸發(fā)的電路所經(jīng)過環(huán)節(jié)較多，而且搭建電路時連線可能接觸不良或者搭錯線，可靠性不是很強，所以剛開始連接完成電路后我們利用示波器進行測驗時，測不出最后輸出的波形。于是我們對電路各個關(guān)鍵點的波形進行檢測，看看那個部分的波形是正確的，哪個部分的波形出現(xiàn)問題，找出了出現(xiàn)問題的部分，對該部

15、分電路進行了檢查，改正了接線。3、動手能力應(yīng)該與理論知識相結(jié)合。以前有位老師上課時候跟我們說過動手能力很強的人，其理論知識基礎(chǔ)肯定也是學(xué)得很扎實的人。在這次課程設(shè)計中我發(fā)現(xiàn)自己的基礎(chǔ)知識學(xué)得不夠扎實，在動手時候也會猶豫不決，有時候出現(xiàn)問題不知道從哪里下手，導(dǎo)致進度遲緩。所以在以后的學(xué)習(xí)中，應(yīng)對知識進行細致學(xué)習(xí)，不能囫圇吞棗。4、綜合知識的應(yīng)用。這次課程設(shè)計雖然是電力電子學(xué)課程設(shè)計，但是所涉及的知識涵蓋了模電、數(shù)電、電路等以前所學(xué)的課程。在該實驗過程中，遇到問題常常要利用要以前所學(xué)的知識進行問題的解決，體現(xiàn)出了學(xué)科之間的緊密聯(lián)系。在以后的學(xué)習(xí)中，也應(yīng)該更加注意所學(xué)知識的融會貫通，培養(yǎng)對知識的綜合應(yīng)用能力。這次課程設(shè)計我受益匪淺，真心地感謝老師的辛勤指導(dǎo)！在以后的學(xué)習(xí)中我一定更加努力，爭取進步！參考文獻1李維波，MA