電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)

1、 - 19 - 鄭州市大學(xué)機(jī)電工程系課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)科 目： 電力電子技術(shù) 題 目：?jiǎn)蜗嘞嗫卣麟娐返膽?yīng)用班 級(jí)： 高電氣3091 學(xué) 號(hào)： 07311138 學(xué)生姓名： 李. 指導(dǎo)教師： 劉老師 設(shè)計(jì)周數(shù)： 一周 成 績(jī)： 日期：2010年 11月27日目 錄1.課程設(shè)計(jì)的目的32.課程設(shè)計(jì)的任務(wù)、指標(biāo)內(nèi)容及要求33.方案的設(shè)計(jì)33.1主電路的設(shè)計(jì)463.2觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)·683.3繪制完整的主電路電氣原理圖和觸發(fā)電路原理框圖·9103.4介紹電路工作原理，繪制電路各點(diǎn)電壓波形圖10133.5編制論證本方案所需的儀器器材、元件和工具144.方案論證154.1元

2、件的檢測(cè)15164.2安裝元件164.3通電調(diào)試165.課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)16176.討論題17187.參考文獻(xiàn)···18附錄1819單相相控整流電路的應(yīng)用一. 課程設(shè)計(jì)的目的在學(xué)習(xí)完電力電子技術(shù)相關(guān)課程之后進(jìn)行的一個(gè)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中一項(xiàng)綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)，是工程技術(shù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要組成部分，是走向工作崗位、從事專(zhuān)業(yè)技術(shù)之前的一項(xiàng)綜合性技能訓(xùn)練，對(duì)學(xué)生的職業(yè)能力培養(yǎng)和實(shí)踐技能訓(xùn)練具有相當(dāng)重要的意義。1、通過(guò)課題設(shè)計(jì)，可提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，能鞏固課程知識(shí)，加深對(duì)理論知識(shí)的理解，鞏固和擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)領(lǐng)域、訓(xùn)練學(xué)生綜合

3、運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和提高獨(dú)立工 2、通過(guò)設(shè)計(jì)，能初步掌握電力電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)學(xué)生查閱資料，文獻(xiàn)檢索的能力，特別是如何利用Internet 的文獻(xiàn)資料。獨(dú)立獲取新知識(shí)、新信息的能力，熟悉國(guó)家有關(guān)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的方針 全規(guī)程，訓(xùn)練使用設(shè)計(jì)手冊(cè)的技術(shù)資料的能力； 3、提高學(xué)生課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫(xiě)水平，為以后其它學(xué)科寫(xiě)課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告積累經(jīng)驗(yàn)。 4、培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)和繪制電路圖的能力。二. 設(shè)計(jì)的任務(wù)、指標(biāo)內(nèi)容及要求。（1）采用單相相控整流電路，主要由主電路、觸發(fā)電路組成。（2）觸發(fā)電路不采用單結(jié)晶體管自激振蕩觸發(fā)電路。（3）同步輸入電源：?jiǎn)蜗嘟涣鞴ゎl電源，220V，50HZ。（

4、4）負(fù)載為40W白熾燈。 三.方案的設(shè)計(jì)根據(jù)課題要求正確選擇主電路形式；單相相控整流電路主電路有單相半波、單相橋式全控、單相橋式半控等。1、 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路的優(yōu)點(diǎn)是線(xiàn)路簡(jiǎn)單、調(diào)整方便，其缺點(diǎn)是輸出電壓脈動(dòng)大，負(fù)載電流脈動(dòng)大（電阻性負(fù)載時(shí)），且整流變壓器二次繞組中存在直流電流分量，使鐵心磁化，變壓器容量不能充分利用。 變壓器，則交流回路有直流電流，使電網(wǎng)波形畸變引起額外損耗。因此單相半波相控整流電路只適用于小容量，波形要求不高的的場(chǎng)合。2、 單相橋式全控整流電路此電路對(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，無(wú)須用續(xù)流二極管，也不會(huì)失控現(xiàn)象，負(fù)載形式多樣，整流效果好，波形平穩(wěn)，應(yīng)用廣泛。

5、變壓器二次繞組中，正負(fù)兩個(gè)半周電流方向相反且波形對(duì)稱(chēng)，平均值為零，即直流分量為零，不存在變壓器直流磁化問(wèn)題，變壓器的利用率也高。并且單相橋式全控整流電路具有輸出電流脈動(dòng)小，功率因素高的特點(diǎn)。但是，電路中需要四只晶閘管，且觸發(fā)電路要分時(shí)觸發(fā)一對(duì)晶閘管，電路復(fù)雜，兩兩晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間差用分立元件電路難以控制。 3單項(xiàng)全破可控整流電路此電路變壓器是帶中心抽頭的，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，。不存在直流磁化的問(wèn)題，適用于輸出低壓的場(chǎng)合作電流脈沖大（電阻 ，且整流變壓器二次繞組中存在直流分量,使鐵心磁化，變壓器不能充分利用。而單相全控式整流電路具有輸出電流脈動(dòng)小，功率因數(shù)高，變壓器二次電流為兩個(gè)等大反向的半波，沒(méi)有直

6、流磁化問(wèn)題，變壓器利用率高的優(yōu)點(diǎn)。相同的負(fù)載下流過(guò)晶閘管的平單相全控式整流電路其輸出平均電壓是半波整流電路2倍，在均電流減小一半；且功率因數(shù)提高了一半。但觸 若采用分立元件觸發(fā)電路，時(shí)間差問(wèn)題難以解決，且根據(jù)兩個(gè)晶閘管的接線(xiàn)方式有時(shí)可能則會(huì)導(dǎo)致電路短路。故也不用此電路。4單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路用二只晶閘管和二只二極管，根據(jù)兩個(gè)晶閘管的接線(xiàn)方式，可以使用分立元件觸發(fā)電路，且觸發(fā)電路相對(duì)簡(jiǎn)單，當(dāng)兩個(gè)晶閘管被同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，由二極管在電源電壓過(guò)零時(shí)自然換流其性能和單相橋式全控整流電路相同，具有同等優(yōu)點(diǎn)。故采用此電路作為本次課程設(shè)計(jì)的主電路。 b觸發(fā)電路的選擇和設(shè)計(jì)可供選擇的觸發(fā)電路有同

7、步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路，同步信號(hào)為正弦波的觸發(fā)電路，KC04集成移相觸發(fā)器，六路雙脈沖發(fā)生器。1、 同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路基本環(huán)節(jié)：脈沖形成與放大環(huán)節(jié)鋸齒波形成和脈沖移相環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié)強(qiáng)觸發(fā)脈沖形成環(huán)節(jié)雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)2、 同步信號(hào)為正弦波的觸發(fā)電路 （1）三個(gè)基本環(huán)節(jié)：同步移相 脈沖形成整形 脈沖功放輸出（2）工作原理晶體管V1左邊部分為同步移相環(huán)節(jié)，在V1的基極上綜合了同步信號(hào)UT，偏移電壓Ub及控制電壓Uc。利用垂直控制原理，將幾條支路進(jìn)行并聯(lián)電流疊加。本電路中RP2可調(diào)節(jié)Ub，也可調(diào)節(jié)Uc改變晶體管V1從截止到導(dǎo)通的翻轉(zhuǎn)時(shí)刻，來(lái)產(chǎn)生觸發(fā)電路不同的控制角。脈沖形成放大環(huán)節(jié)是 基耦合單

8、穩(wěn)態(tài)脈沖電路，V2的集電極通過(guò)VD5耦合到V3的基極，V3的集電極通過(guò)C4、RP3耦合到V2的基極。當(dāng)同步移相環(huán)節(jié)送出負(fù)脈沖時(shí)，使單穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)，從而輸出脈寬可調(diào)的、幅值足夠的觸發(fā)脈沖，起到脈沖整形與放大作用。 3. KC04集成移相觸發(fā)器 它可分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成脈沖輸出等幾部分電路c：繪制完整的主電路電氣原理圖和觸發(fā)電路原理框圖；1. 主電路電氣原理圖2.觸發(fā)電路電氣原理圖 d.介紹主電路各元件功能和整體電路工作原理，繪制電路各點(diǎn)電壓波形圖；（1）分別說(shuō)明主電路和觸發(fā)電路的工作原理。其中要說(shuō)明主電路的基本計(jì)算關(guān)系。主電路工作原理：在的正半周，控制角為時(shí)，觸發(fā)晶閘管，則和導(dǎo)電

9、，此時(shí)整流橋輸出電壓=。當(dāng)下降到零并開(kāi)始變負(fù)時(shí)，由于電感的作用，將繼續(xù)導(dǎo)通，但此時(shí)b點(diǎn)點(diǎn)位高于a點(diǎn)點(diǎn)位使正偏導(dǎo)通，而反偏截止，電流從轉(zhuǎn)換到，負(fù)載電流從a點(diǎn)經(jīng)、繼續(xù)流通回到a點(diǎn)，形成不經(jīng)過(guò)變壓器的自然續(xù)流，此時(shí)整流橋輸出電壓為和的正向壓降，接近于零，所以沒(méi)有負(fù)半波。在的負(fù)半周，具有與正半周相似的情況。在時(shí)觸發(fā)，、 導(dǎo)通，受反壓而關(guān)斷，此時(shí)整流橋輸出電壓=。后面同理。同步信號(hào)為正弦波的觸發(fā)電路工作原理：同步信號(hào)為正弦波UT 同步變壓器副邊提供。同步移相環(huán)節(jié)：晶體管V1左邊部分為同步移相環(huán)節(jié)，在V1的基極上綜合了同步信號(hào)UT，偏移電壓Ub及控制電壓Uc。利用垂直控制原理，將幾條支路進(jìn)行并聯(lián)電流疊加。

10、本電路中RP2可調(diào)節(jié)Ub，也可調(diào)節(jié)Uc改變晶體管從截止到導(dǎo)通的翻轉(zhuǎn)時(shí)刻，來(lái)產(chǎn)生觸發(fā)電路不同的控制角。脈沖形成放大環(huán)節(jié)是一集基耦單穩(wěn) 到V2的基極。當(dāng)同步移相環(huán)節(jié)送出負(fù)脈沖時(shí)，使單穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)，從而輸出脈寬可調(diào)的、幅值足夠的觸發(fā)脈沖，起到脈沖整形與放大作用。1) 整流輸出電壓平均值： 2）整流輸出電壓的有效值為3）輸出電流的平均值和有效值分別為4）流過(guò)晶閘管的電流有效值為（2）電路中各處電壓波形的分析。 主電路各點(diǎn)波形 觸發(fā)電路各點(diǎn)波形（3）說(shuō)明所用晶閘管元器件型號(hào)選擇方法。額定電壓：晶閘管T可能承受的正反向峰值電壓。 = 額定電流： 晶閘管的額定電流為(正弦半波電流平均值)，它的額定電流有效值

11、為 e: 編制論證本方案所需的儀器器材、元件和工具；a) 工具：電烙鐵、測(cè)電筆、旋具、尖嘴鉗、鑷子、剝線(xiàn)鉗、小刀、針頭等。 b)儀表： F47萬(wàn)用表一個(gè)。 c) 器材：導(dǎo)線(xiàn)、焊接板、面包板。 d) 儀器：示波器 e): 元器件清單:元器件清單列表序號(hào)代號(hào)名稱(chēng)型號(hào)數(shù)量1VD1-VD7二極管1N400772V1、V2三極管3GD12B23V3三極管3DD414T1變壓器220V/50V15RP2電位器2.2K16RP3電位器47K17R1電阻2K18R2電阻51K19R3電阻6.8K110R4電阻5.1K111R5電阻15K112R6電阻47K113R7電阻3.9K114R8電阻390115R9電

12、阻20/2W116R10電阻30117R11電阻2K118C1電容1u119C2電容1000p120C3電容473121C4電容474122C5電容1041四、方案論證1、檢驗(yàn)元件（1）晶閘管管腳判別 根據(jù)普通晶閘管的結(jié)構(gòu)可知，其門(mén)極G與陰極K極之間為一個(gè)PN結(jié)，具有單向?qū)щ娞匦?，而?yáng)極A與門(mén)極之間有兩個(gè)反極性串聯(lián)的PN結(jié)。因此，通過(guò)用萬(wàn)用表R×100A或R×1k檔測(cè)量普通晶閘管各引腳之間的電阻值，即能確定三個(gè)電極。具體方法是：將萬(wàn)用表黑表筆任接晶閘管某一極，紅表筆依次去觸碰另外兩個(gè)電極。若測(cè)量結(jié)果有一次阻值為幾千歐姆（k），而另一次阻值為幾百歐姆（），則可判定黑表筆接的是

13、門(mén)極G。在阻值為幾百歐姆的測(cè)量中，紅表筆接的是陰極K，而在阻值為幾千歐姆的那次測(cè)量中，紅表筆接的是陽(yáng)極A，若兩次測(cè)出的阻值均很大，則說(shuō)明黑表筆接的不是門(mén)極G，應(yīng)用同樣方法改測(cè)其它電極，直到找出三個(gè)電極為止。也可以測(cè)任兩腳之間的正、反向電阻，若正、反向電阻均接近無(wú)窮大，則兩極即為陽(yáng)極A和陰極K，而另一腳即為門(mén)極G。螺栓形普通晶閘管的螺栓一端為陽(yáng)極A，較細(xì)的引線(xiàn)端為門(mén)極G，較粗的引線(xiàn)端為陰極K。（2）單節(jié)晶體管管腳的判斷判別單節(jié)晶體管發(fā)射極E的方法：把萬(wàn)用表轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于R*100檔，黑表筆接假設(shè)的發(fā)射極，紅表筆接另外的兩極，當(dāng)出現(xiàn)兩次低阻時(shí)，黑表筆接的就是單節(jié)晶體管的發(fā)射極。單節(jié)晶體管B1和B2的

14、判斷方法：把萬(wàn)用表置于R*100檔，用黑表筆姐發(fā)射極E，紅表筆分別接觸另外兩極，兩次測(cè)量中，電阻大的一次，紅表筆接的就是B1極。特別提示：上述判別B1和B2的方法，不一定對(duì)所有的單節(jié)晶體管都適用，有個(gè)別管子的E-B1間的正向電阻值較小，不過(guò)準(zhǔn)確的判斷哪極是B1，哪極是B2在實(shí)際使用中并不特別重要。即使B1、B2用顛倒了，也不會(huì)使管子損壞，只影響輸出脈沖的幅度（單節(jié)晶體管多作脈沖發(fā)生器使用），當(dāng)發(fā)現(xiàn)輸出的脈沖幅度偏小時(shí)，只要將原來(lái)假設(shè)的B1和B2對(duì)調(diào)過(guò)來(lái)就可以了。（3）三極管管腳的判斷基極的確定將萬(wàn)用表打在R*1K檔。將黑表筆接假設(shè)的基極，紅表筆分別接觸另外兩個(gè)引腳，直到測(cè)出兩個(gè)電阻都很小，黑表

15、筆接的就是基極。c、e極的確定將萬(wàn)用表打在R*10K檔，以三極管 ，假設(shè)其中一個(gè)引腳為c極，另外一個(gè)為e極，用黑表筆接假設(shè)的c極 的e極，同時(shí)通過(guò)人體電阻連接b、c兩極，得到一個(gè)數(shù)據(jù)R1；再把假設(shè)情況互換，方法一樣，得到另一個(gè)數(shù)據(jù)R2.比較R1、R2,以阻值小的假設(shè)正確，即此時(shí)黑表筆接的是c極，紅表筆接的是e極。 2、安裝元件按照電路圖中元件的位置，將各 到焊接板上。仔細(xì)檢查是否有位置錯(cuò)誤或元件弄錯(cuò)的，確認(rèn)一切無(wú)誤后。將元件焊接到焊接板上，注意不要有未焊，虛焊，假焊的。并且焊點(diǎn)要美觀。3、通電調(diào)試將焊接好的電路正確連接到電源箱上，插好插座?？吹綗袅?，且調(diào)節(jié)電位器可以改變燈的亮度，則證明實(shí)驗(yàn)成功

16、了。五本次課程設(shè)計(jì)心得體會(huì) 心得體會(huì) 終于要做實(shí)驗(yàn)了，學(xué)了好久理論總是盼望著自己動(dòng)手做，心理無(wú)比的激動(dòng)和期待，把理論應(yīng)用于實(shí)踐是我們的難點(diǎn)也是重中之重，所以我盡最大的努力完成了這次實(shí)驗(yàn)。 關(guān)于電力電子技術(shù)的單相相控整流電路的應(yīng)用，我感觸很多！ 畢竟也學(xué)了一年，總要學(xué)點(diǎn)東西，今天就是見(jiàn)證的時(shí)候了，開(kāi)始摩拳擦掌，做好充足的準(zhǔn)備。 因?yàn)闆](méi)有經(jīng)常動(dòng)手實(shí)踐，所以很生疏！希望以后能多點(diǎn)這樣實(shí)踐的機(jī)會(huì)！ 經(jīng)過(guò)這次的實(shí)踐我真的學(xué)到了很多，動(dòng)手能力比以前好多了，檢查問(wèn)題的能力也增強(qiáng)了，而且耐心也比以前好多，希望以后能有更多這樣的機(jī)會(huì)，學(xué)習(xí)更多的東西，我會(huì)更努力的學(xué)習(xí)電力電子這門(mén)功課，為以后而努力！ 我是和秦進(jìn)一

17、組的，總是把二 反，現(xiàn)在我知道了，當(dāng)我們理論部足的時(shí)候做的就只能叫做體力活了，也使我們花了更多的時(shí)間去了解這些電路和電子元件，避免在以后犯同一種錯(cuò)誤。 一周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識(shí)，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，與同學(xué)共同分工設(shè)計(jì)，和同 解，也學(xué)會(huì)了做人。課程設(shè)計(jì)是我們專(zhuān)業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，雖然我們實(shí)驗(yàn)所需電源都是經(jīng)過(guò)降壓的，但劉老師又給我們深刻的上了一次怎么安全用電，對(duì)我們以后的工作很有教誨。在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，體現(xiàn)出自己?jiǎn)为?dú)設(shè)計(jì)的能力以及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，體會(huì)了學(xué)以致用、突出自己勞動(dòng)成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，我增強(qiáng)自己的能力，累積了經(jīng)驗(yàn)，在以后的職業(yè)生涯中可以更好的定位我自己，感謝同學(xué)和老師對(duì)我的幫助和支持，我會(huì)在今后的道路上更加努力的。 六.思考題：1.如果有一個(gè)晶閘管短路或開(kāi)路，會(huì)出現(xiàn)什么情況？答： 晶閘管開(kāi)路時(shí)，只有正半周或是負(fù)半周一個(gè)半周不導(dǎo)通，所以它輸出的平均電壓也要減半。 若有一晶閘管因?yàn)檫^(guò)流而燒成斷路，則單相橋式半控制流電路變?yōu)閱蜗喟氩煽卣麟娐?，如果這只晶閘管被燒成短路，會(huì)