單相半波可控整流電路設(shè)計(jì)說明

1、.專業(yè)整理 .電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書單相半波可控整流電路設(shè)計(jì)學(xué)生：學(xué)號(hào)：學(xué)生：學(xué)號(hào)：學(xué)院： 計(jì)算機(jī)與控制工程學(xué)院專業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師：2016 年 月. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2015/2016 學(xué)年第 一 學(xué)期學(xué)院：計(jì)算機(jī)與控制工程學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)生姓 名：學(xué) 號(hào) ：學(xué)生學(xué)號(hào)：課程設(shè)計(jì)題目 ： 單相半波可控整流電路設(shè)計(jì)起期迄日2015年 12月 27日 2016 年 1月 8 日課程點(diǎn)設(shè)計(jì)地德懷樓八層虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)教師:學(xué)科部副主任：下達(dá)任務(wù)書日期 : 2015 年 12 月 26 日. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1設(shè)計(jì)

2、目的：1) 了解并掌握電力電子電路的一般設(shè)計(jì)方法，具備初步的獨(dú)立設(shè)計(jì)能力2) 學(xué)習(xí) Visio 繪圖軟件和 Matlab 仿真軟件2設(shè)計(jì)容和要求(包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等)：1) 設(shè)計(jì)的電路為單相半波可控整流電路，負(fù)載為電阻負(fù)載。2) 已知參數(shù)：直流負(fù)載電阻 RL 5 ， 單相交流電壓 U 100cos100 t (V) ，3) 繪制電路原理圖。首先，分別分析并計(jì)算電阻兩端平均電壓 UL 25V 和UL 30V 時(shí)，功率管相對(duì)應(yīng)的觸發(fā)角。其次，按照原理圖，在仿真軟件中建立仿真模型，驗(yàn)證計(jì) 算結(jié)果，結(jié)果應(yīng)包含電阻兩端平均電壓 UL 25V 和UL 30V 時(shí)的電路工作的波形圖。

3、并 對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行必要的文字分析。3設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 (論文) 、圖紙、 實(shí)物樣品等：1) 根據(jù)設(shè)計(jì)題目要求的指標(biāo)，通過查閱有關(guān)資料分析其工作原理，確定器件類型， 可供選擇的變流器件為晶閘管、 Mosfet 和 IGBT，設(shè)計(jì)電路原理圖；2) 畫出電路方框圖， 完成電路各部分的指標(biāo)分配， 計(jì)算各單元電路的參數(shù)和確定各 元件的參數(shù)值，敘述主要元器件的功能及他們之間的控制關(guān)系和數(shù)據(jù)傳輸。3) 用 Visio 繪圖軟件繪制電路原理圖4) 利用 Matlab 仿真軟件對(duì)電路圖進(jìn)行仿真分析。. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .課程設(shè)計(jì)任務(wù)書4主要參考文獻(xiàn)：1 王兆安 . 電力電子

4、技術(shù) . 機(jī)械工業(yè) .20082 志剛.電力電子學(xué) .清華大學(xué).20093 石 玉.電力電子技術(shù)例題與電路設(shè)計(jì)指導(dǎo) .機(jī)械工業(yè) .20034 興，崇巍 .PWM整流器及其控制 M. 北京：機(jī)械工業(yè)， 20125設(shè)計(jì)成果形式及要求：1) 電路原理圖2) Matlab 仿真電路結(jié)果圖3) 課程設(shè)計(jì)說明書。6工作計(jì)劃及進(jìn)度：. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .2015年 12 月27日 12月 29 日設(shè)計(jì)電路2015年 12 月29日 01月 01 日繪制電路原理圖2016年 01 月02日 01月 07 日對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行 Matlab 仿真，撰寫課程設(shè)計(jì)說明書2015年 01 月 08 日答辯學(xué)科部副

5、主任審查意見：簽字：年月日. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .目錄2. 2.單相半波可控整流電路設(shè)計(jì) 22.1課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 22.2電路原理圖 32.3 單相半波 可控整 流電路的計(jì)算 公式.42.4帶阻感負(fù)載時(shí)的工作情況 51. 緒論13. MATLAB 仿真 53.1 MATLAB 仿真圖 53. 1. 1 主電路 仿真圖 5參考文獻(xiàn)12附錄123.1.2觸發(fā)電路仿真圖 63.2元器件參數(shù)設(shè)置 63.2.1設(shè)置 MOSFET 參數(shù) 73.2.2設(shè)置電阻負(fù)載參數(shù) 73.2.3設(shè)置電源參數(shù) 83.2.4設(shè)置脈沖參數(shù) 83.3仿真結(jié)果展示 94. 結(jié)論 11. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .1. 緒論電

6、力電子技術(shù)是建立在電子學(xué)、 電工原理和自動(dòng)控制三大學(xué)科上的新興學(xué)科。 因它本身是大功率的電技術(shù)， 又大多是為應(yīng)用強(qiáng)電的工業(yè)服務(wù)的， 故常將它歸屬 于電工類。 電力電子技術(shù)的容主要包括電力電子器件、 電力電子電路和電力電子 裝置及其系統(tǒng)。電力電子器件以半導(dǎo)體為基本材料，最常用的材料為單晶硅 ; 它 的理論基礎(chǔ)為半導(dǎo)體物理學(xué) ; 它的工藝技術(shù)為半導(dǎo)體器件工藝。近代新型電力電 子器件中大量應(yīng)用了微電子學(xué)的技術(shù)。電力電子電路吸收了電子學(xué)的理論基礎(chǔ)， 根據(jù)器件的特點(diǎn)和電能轉(zhuǎn)換的要求， 又開發(fā)出許多電能轉(zhuǎn)換電路。 這些電路中還 包括各種控制、 觸發(fā)、保護(hù)、顯示、信息處理、繼電接觸等二次回路及外圍電路。 利

7、用這些電路， 根據(jù)應(yīng)用對(duì)象的不同， 組成了各種用途的整機(jī)， 稱為電力電子裝 置。這些裝置常與負(fù)載、 配套設(shè)備等組成一個(gè)系統(tǒng)。 電子學(xué)、 電工學(xué)、自動(dòng)控制、 信號(hào)檢測(cè)處理等技術(shù)常在這些裝置及其系統(tǒng)中大量應(yīng)用。本課程體現(xiàn)了弱電對(duì)強(qiáng)電的控制， 又具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。 能夠理論聯(lián)系實(shí)際， 在培養(yǎng)自動(dòng)化專業(yè)人才中占有重要地位。 它包括了晶閘管的結(jié)構(gòu)和分類、 晶閘管 的過電壓和過電流保護(hù)方法、 可控整流電路、 晶閘管有源逆變電路、 晶閘管無源 逆變電路、 PWM控制技術(shù)、交流調(diào)壓、直流斬波以及變頻電路的工作原理。在電力電子技術(shù)中，可控整流電路是非常重要的容，整流電路是將交流電 變?yōu)橹绷麟姷碾娐罚?其應(yīng)用非常

8、廣泛。 工業(yè)中大量應(yīng)用的各種直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 均采用電力電子裝置；電氣化鐵道（電氣機(jī)車、磁懸浮列車等） 、電動(dòng)汽車、飛 機(jī)、船舶、電梯等交通運(yùn)輸工具中也廣泛采用整流電力電子技術(shù)； 各種電子裝置 如通信設(shè)備中的程控交換機(jī)所用的直流電源、 微型計(jì)算機(jī)部的電源都可以利用整 流電路構(gòu)成的直流電源供電，可以說有電源的地方就有電力電子技術(shù)的設(shè)備。. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .2. 單相半波可控整流電路設(shè)計(jì)單相半波可控電路總體設(shè)計(jì)框圖如圖所示圖 1 電路設(shè)計(jì)流程圖2.1 課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1) 設(shè)計(jì)的電路為單相半波可控整流電路，負(fù)載為電阻負(fù)載。2) 已知參數(shù)：直流負(fù)載電阻 R 5V ，單相交流電壓 U 100

9、cos100 t(V) 。3) 繪制電路原理圖。首先，分別分析并計(jì)算電阻兩端平均電壓 UL 25V 和 UL 30V ，功率管相對(duì)應(yīng)的觸發(fā)角。其次，按照原理圖，在仿真軟件中建立仿 真模型， 驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果，結(jié)果應(yīng)包含電阻兩端平均電壓 UL 25V 和 UL 30V 時(shí) 的電路工作的波形圖。并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行必要的文字分析4) 根據(jù)設(shè)計(jì)題目要求的指標(biāo)，通過查閱有關(guān)資料分析其工作原理，確定器件 類型，可供選擇的變流器件為晶閘管、 MOSFE和T IGBT，設(shè)計(jì)電路原理圖；5) 畫出電路方框圖，完成電路各部分的指標(biāo)分配，計(jì)算各單元電路的參數(shù)和 確定各元件的參數(shù)值，敘述主要元器件的功能及他們之間的控制關(guān)系

10、和數(shù)據(jù)傳 輸。6) 用 Visio 繪圖軟件繪制電路原理圖7) 利用 Matlab 仿真軟件對(duì)電路圖進(jìn)行仿真分析. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .2.2 電路原理圖及波形圖 2. 電路原理圖圖 3. 單向半波可控整流電路電阻負(fù)載波形圖實(shí)驗(yàn)電路如圖 2 所示。通過查閱有關(guān)資料分析其工作原理，確定器件變流. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .器件為Mosfet。主電路原理說明： T為變壓器， Uvt是變流器 MOSFET兩 端電 壓， U2為變壓器副端電壓， R為阻性負(fù)載， Ud為負(fù)載兩段電壓。 Id 為流過負(fù) 載的電流， Ug為觸發(fā)電壓。根據(jù) MOSFE導(dǎo)T 通的兩個(gè)條件 （MOSFET的陽-陰極之間加正向電壓

11、； 門極加 正向電壓，流入足夠的門極電流）可以判斷：在電源電壓 U2的正半周， U20， MOSFET承受正向電壓，可以被觸發(fā)導(dǎo)通，但在給 MOSFET門極施加觸發(fā)信號(hào)之 前，MOSFE處T 于正向阻斷狀態(tài)， 電流 Id=0, 輸出電壓 Ud=0，電源電壓全部加在 MOSFET上，即 Uvt=U2。 設(shè)在 wt 時(shí)刻向 MOSFE送T 出觸發(fā)脈沖， MOSFE被T 觸發(fā)導(dǎo)通，若忽略 MOSFE的T 導(dǎo)通壓降，則輸出電壓與電源電壓相等， 即 ud=u2，電流 Id=ud/Rd 。 當(dāng)wt時(shí)，電源電壓 u2=0，使得流過 MOSFE的T 電流降到2維持電流以下而關(guān)斷， 此時(shí)電流 Id=0 ，ud=

12、0. 在電源電壓 u2 的負(fù)半周， u20， MOSFET承受反向電壓，處于反向阻斷狀態(tài)，負(fù)載電壓 ud=0，電源電壓全部加 在 MOSFE上T ， Uvt=u2。直到第二個(gè)周期相當(dāng)于 t1 時(shí)刻再次施加觸發(fā)脈沖， MOSFE再T 次被觸發(fā)導(dǎo)通，如此周而復(fù)始。2.3 單相半波可控整流電路的計(jì)算公式：根據(jù)設(shè)計(jì)要求可知電源電壓為余弦函數(shù)，有效值U21002 ， T0.02s，觸發(fā)角22輸出電壓平均值： Ud 2U 2 sin（1 sin ）（21）2負(fù)載電阻值： R 51. 當(dāng)Ud 25V 時(shí)，有公式可求出觸發(fā)角 34.75電流平均值 Id Ud =5AR2. 當(dāng)Ud 30V 時(shí)，有公式可求出觸發(fā)

13、角65.25. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .電流平均值 IdUd =6AR2.4 帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況（1） 在電源電壓正半波（ 區(qū)間），MOSFE承T 受正向電壓，脈沖 Ug在 wt22處觸發(fā) MOSFE，TMOSFE開T 始導(dǎo)通，形成負(fù)載電流 id, 負(fù)載上有輸出電壓和電流。（2）在wt時(shí)刻，U 2=0，電源電壓自然過零， MOSFE電T 流小于維持電流而2關(guān)斷，負(fù)載電流為零。（ 3）在電源電壓負(fù)半波 （ 3 區(qū)間），MOSFE承T 受反向電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)， 22負(fù)載上沒有輸出電壓，負(fù)載電流為零。（4） 直到電源電壓 u2 的下一周期的正半波，脈沖 Ug在wt 2 處又觸發(fā) MOSFE，T

14、 MOSFE再T 次被觸發(fā)導(dǎo)通，輸出電壓和電流又加在負(fù)載上，如此不斷重 復(fù)。3. MATLAB 仿真3.1 MATLAB仿真圖3.1.1 主電路仿真圖. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .圖 4. 主電路仿真圖3.1.2 觸發(fā)脈沖仿真電路圖 5 觸發(fā)電路仿真圖3.2 元器件參數(shù)設(shè)置. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .3.2.1 設(shè)置 MOSFE參T 數(shù)圖 6.MOSFET參數(shù)設(shè)置圖3.2.2 設(shè)置電阻負(fù)載參數(shù). 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .圖 7. 電阻負(fù)載參數(shù)設(shè)置圖3.2.3 設(shè)置電源參數(shù)圖 8. 電源參數(shù)設(shè)置圖3.2.4 設(shè)置時(shí)的脈沖參數(shù)當(dāng) Ud=25V時(shí)，觸發(fā)參數(shù)如圖. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .圖 9. 觸發(fā)

15、脈沖參數(shù)設(shè)置圖當(dāng) Ud=30V時(shí)，觸發(fā)參數(shù)如圖圖 10. 觸發(fā)脈沖參數(shù)設(shè)置圖3.3 仿真結(jié)果展示當(dāng) Ud=25V時(shí). 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .圖 11. 仿真結(jié)果圖 當(dāng) Ud=30V時(shí)圖 12. 仿真結(jié)果圖仿真結(jié)果分析示波器第一個(gè)波形是電源電壓， 第二個(gè)波形是脈沖波形， 第三個(gè)波形是負(fù)載 兩端電壓，第四個(gè)波形是電流波形，第五個(gè)是 MOSFE兩T 端電壓。當(dāng)電源電壓 U2 0，MOSFE不T 導(dǎo)通， MOSFE兩T 端受電源電壓；當(dāng)電源電壓 U20且沒有觸發(fā)電 流時(shí)，MOSFE同T 樣不導(dǎo)通承受電源電壓； 當(dāng)電源電壓 U20 而且有觸發(fā)電流 時(shí)， MOSFE導(dǎo)T 通，電阻負(fù)載承受電源電壓，每個(gè)周

16、期重復(fù)上述情況。. 學(xué)習(xí)幫手 .專業(yè)整理 .4. 結(jié)論及體會(huì)結(jié)合以上波形圖，我們可以分析出單相半波可控整流電路具有以下的特點(diǎn)：1、阻性負(fù)載時(shí) Ud和 Id 波形相同；2、MOSFE在T 觸發(fā)時(shí)換流；3、在一個(gè)周期， Ud只有一個(gè)波形；這次課程設(shè)計(jì)讓我明白了很多關(guān)于電力電子技術(shù)方面的知識(shí)，尤其是在 課本中沒有完全介紹的。 要完成這次課程設(shè)計(jì)， 關(guān)靠書本知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的， 所以我查閱了很多關(guān)于電力電子的書籍，并且也通過網(wǎng)絡(luò)查到了很多相關(guān)的 知識(shí)，為這次課程設(shè)計(jì)做了很多幫助。對(duì)于課程設(shè)計(jì)的容，首先要做的應(yīng)是 對(duì)設(shè)計(jì)容的理論理解，在理論充分理解的基礎(chǔ)上，才能做好課程設(shè)計(jì)，才能 設(shè)計(jì)出性能良好的電路。整流電路中，基本元件的選擇是最關(guān)鍵的，開關(guān)器 件和觸發(fā)電路選擇的好，對(duì)整流電路的性能指標(biāo)影響很大。設(shè)計(jì)過程中，我 明白了整流電路，尤其是單相半波可控整流電路的重要性以及整流電路設(shè)計(jì) 方法的多樣性。通過這次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)文檔的編排也有了一定的掌握，這對(duì)于以后的 畢業(yè)設(shè)計(jì)及工作需要都有很大的幫助，在完成課程設(shè)計(jì)的同時(shí)我也在復(fù)習(xí)一 遍電力電子這門課程，把以前一