毕业设计电力电子课程设计

-1-湖南石化职院机电工程系课程设计报告书09级电气自动化专业科目：电力电子技术题目：单相相控整流电路的应用班级：高电气3091学号：09311138学生姓名：李华指导教师：刘老师设计周数：一周成绩：日期：2010年11月27日-2-目录1.课程设计的目的……………………………………………………………………………32.课程设计的任务、指标内容及要求………………………………………………………33.方案的设计…………………………………………………………………………………33.1主电路的设计………………………………………………………………………4～63.2触发电路的设计…………………………………………………………………·6～83.3绘制完整的主电路电气原理图和触发电路原理框图…………………………·9～103.4介绍电路工作原理，绘制电路各点电压波形图………………………………10～133.5编制论证本方案所需的仪器器材、元件和工具……………………………………144.方案论证……………………………………………………………………………………154.1元件的检测………………………………………………………………………15～164.2安装元件………………………………………………………………………………164.3通电调试………………………………………………………………………………165.课程设计心得体会……………………………………………………………………16～176.讨论题…………………………………………………………………………………17～187.参考文献………………………………………………………………………………···18附录………………………………………………………………………………………18～19-3-《单相相控整流电路的应用》一.课程设计的目的在学习完《电力电子技术》相关课程之后进行的一个重要的实践性教学环节，是电气自动化专业学生在整个学习过程中一项综合性实践环节，是工程技术应用型人才培养目标的重要组成部分，是走向工作岗位、从事专业技术之前的一项综合性技能训练，对学生的职业能力培养和实践技能训练具有相当重要的意义。1、通过课题设计，可提高学生综合运用知识的能力，能巩固课程知识，加深对理论知识的理解，巩固和扩展学生的知识领域、训练学生综合运用所学的理论知识，培养学生严谨的科学态度和提高独立工作的能力，提升学生发现问题和解决问题的能力，从而能初步解决一些实际问题。2、通过设计，能初步掌握电力电子系统设计方法，培养学生查阅资料，文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。独立获取新知识、新信息的能力，熟悉国家有关技术和经济方面的方针政策和安全规程，训练使用设计手册的技术资料的能力；3、提高学生课程设计报告撰写水平，为以后其它学科写课程设计实验报告积累经验。4、培养学生设计和绘制电路图的能力。二.设计的任务、指标内容及要求。（1）采用单相相控整流电路，主要由主电路、触发电路组成。（2）触发电路不采用单结晶体管自激振荡触发电路。（3）同步输入电源：单相交流工频电源，220V，50HZ。（4）负载为40W白炽灯。三.方案的设计根据课题要求正确选择主电路形式；单相相控整流电路主电路有单相半波、单相桥式全控、单相桥式半控等。-4-1、单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路的优点是线路简单、调整方便，其缺点是输出电压脉动大，负载电流脉动大（电阻性负载时），且整流变压器二次绕组中存在直流电流分量，使铁心磁化，变压器容量不能充分利用。若不用变压器，则交流回路有直流电流，使电网波形畸变引起额外损耗。因此单相半波相控整流电路只适用于小容量，波形要求不高的的场合。2、单相桥式全控整流电路此电路对每个导电回路进行控制，无须用续流二极管，也不会失控现象，负载形式多样，整流效果好，波形平稳，应用广泛。变压器二次绕组中，正负两个半周电流方向相反且波形对称，平均值为零，即直流分量为零，不存在变压器直流磁化问题，变压器的利用率也高。并且单相桥式全控整流电路具有输出电流脉动小，功率因素高的特点。但是，电路中需要四只晶闸管，且触发电路要分时触发一对晶闸管，电路复杂，两两晶闸管导通的时间差用分立元件电路难以控制。3单项全破可控整流电路此电路变压器是带中心抽头的，结构比较复杂，。不存在直流磁化的问题，适用于输出-5-低压的场合作电流脉冲大（电阻性负载时），且整流变压器二次绕组中存在直流分量,使铁心磁化，变压器不能充分利用。而单相全控式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器利用率高的优点。相同的负载下流过晶闸管的平单相全控式整流电路其输出平均电压是半波整流电路2倍，在均电流减小一半；且功率因数提高了一半。但触发电路若采用分立元件触发电路，时间差问题难以解决，且根据两个晶闸管的接线方式有时可能则会导致电路短路。故也不用此电路。4单相桥式半控整流电路单相桥式半控整流电路用二只晶闸管和二只二极管，根据两个晶闸管的接线方式，可以使用分立元件触发电路，且触发电路相对简单，当两个晶闸管被同时导通时，由二极管在电源电压过零时自然换流其性能和单相桥式全控整流电路相同，具有同等优点。故采用此电路作为本次课程设计的主电路。-6-b触发电路的选择和设计可供选择的触发电路有同步信号为锯齿波的触发电路，同步信号为正弦波的触发电路，KC04集成移相触发器，六路双脉冲发生器。1、同步信号为锯齿波的触发电路基本环节：①脉冲形成与放大环节②锯齿波形成和脉冲移相环节③同步环节④强触发脉冲形成环节⑤双窄脉冲形成环节-7-2、同步信号为正弦波的触发电路（1）三个基本环节：①同步移相②脉冲形成整形③脉冲功放输出（2）工作原理晶体管V1左边部分为同步移相环节，在V1的基极上综合了同步信号UT，偏移电压Ub及控制电压Uc。利用垂直控制原理，将几条支路进行并联电流叠加。本电路中RP2可调节Ub，也可调节Uc改变晶体管V1从截止到导通的翻转时刻，来产生触发电路不同的控制角。脉冲形成放大环节是一集基耦合单稳态脉冲电路，V2的集电极通过VD5耦合到V3的基极，V3的集电极通过C4、RP3耦合到V2的基极。当同步移相环节送出负脉冲时，使单稳态电路翻转，从而输出脉宽可调的、幅值足够的触发脉冲，起到脉冲整形与放大作用。3.KC04集成移相触发器-8-它可分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成脉冲输出等几部分电路c：绘制完整的主电路电气原理图和触发电路原理框图；-9-1.主电路电气原理图2.触发电路电气原理图-10-d.介绍主电路各元件功能和整体电路工作原理，绘制电路各点电压波形图；（1）分别说明主电路和触发电路的工作原理。其中要说明主电路的基本计算关系。①主电路工作原理：在2u的正半周，控制角为时，触发晶闸管1T，则1T和2D导电，此时整流桥输出电压du=2u。当2u下降到零并开始变负时，由于电感的作用，1T将继续导通，但此时b点点位高于a点点位使1D正偏导通，而2D反偏截止，电流从2D转换到1D，负载电流di从a点经1D、1T继续流通回到a点，形成不经过变压器的自然续流，此时整流桥输出电压为1T和1D的正向压降，接近于零，所以du没有负半波。在2u的负半周，具有与正半周相似的情况。在t时触发2T，2T、1D导通，1T受反压而关断，此时整流桥输出电压du=2u。后面同理。-11-②同步信号为正弦波的触发电路工作原理：同步信号为正弦波UT，由同步变压器副边提供。同步移相环节：晶体管V1左边部分为同步移相环节，在V1的基极上综合了同步信号UT，偏移电压Ub及控制电压Uc。利用垂直控制原理，将几条支路进行并联电流叠加。本电路中RP2可调节Ub，也可调节Uc改变晶体管从截止到导通的翻转时刻，来产生触发电路不同的控制角。脉冲形成放大环节是一集基耦单稳态脉冲电路，V2的集电极通过VD5耦合到V3的基极，V3的集电极通过C4、RP3耦合到V2的基极。当同步移相环节送出负脉冲时，使单稳态电路翻转，从而输出脉宽可调的、幅值足够的触发脉冲，起到脉冲整形与放大作用。1)整流输出电压平均值：2）整流输出电压的有效值为3）输出电流的平均值和有效值分别为4）流过晶闸管的电流有效值为2cos19.0)cos1(2)(sin21222UUttdUUd22sin)()sin2(1222UtdtUU2cos19.02ddddRURUI22sin2ddRURUI-12-（2）电路中各处电压波形的分析。①主电路各点波形-13-②触发电路各点波形（3）说明所用晶闸管元器件型号选择方法。额定电压：晶闸管T可能承受的正反向峰值电压2U2。TMU=2U2额定电流：晶闸管的额定电流为(AV)IT(正弦半波电流平均值)，它的额定电流有效值为(AV)57.1TTII-14-e:编制论证本方案所需的仪器器材、元件和工具；a)工具：电烙铁、测电笔、旋具、尖嘴钳、镊子、剥线钳、小刀、针头等。b)仪表：F47万用表一个。c)器材：导线、焊接板、面包板。d)仪器：示波器e):元器件清单:元器件清单列表序号代号名称型号数量1VD1-VD7二极管1N400772V1、V2三极管3GD12B23V3三极管3DD414T1变压器220V/50V15RP2电位器2.2K16RP3电位器47K17R1电阻2K18R2电阻51K19R3电阻6.8K110R4电阻5.1K111R5电阻15K112R6电阻47K113R7电阻3.9K114R8电阻390115R9电阻20/2W116R10电阻30117R11电阻2K118C1电容1u119C2电容1000p120C3电容473121C4电容474122C5电容1041-15-四、方案论证1、检验元件（1）晶闸管管脚判别根据普通晶闸管的结构可知，其门极G与阴极K极之间为一个PN结，具有单向导电特性，而阳极A与门极之间有两个反极性串联的PN结。因此，通过用万用表R×100A或R×1k档测量普通晶闸管各引脚之间的电阻值，即能确定三个电极。具体方法是：将万用表黑表笔任接晶闸管某一极，红表笔依次去触碰另外两个电极。若测量结果有一次阻值为几千欧姆（kΩ），而另一次阻值为几百欧姆（Ω），则可判定黑表笔接的是门极G。在阻值为几百欧姆的测量中，红表笔接的是阴极K，而在阻值为几千欧姆的那次测量中，红表笔接的是阳极A，若两次测出的阻值均很大，则说明黑表笔接的不是门极G，应用同样方法改测其它电极，直到找出三个电极为止。也可以测任两脚之间的正、反向电阻，若正、反向电阻均接近无穷大，则两极即为阳极A和阴极K，而另一脚即为门极G。螺栓形普通晶闸管的螺栓一端为阳极A，较细的引线端为门极G，较粗的引线端为阴极K。（2）单节晶体管管脚的判断判别单节晶体管发射极E的方法：把万用表转换开关置于R*100档，黑表笔接假设的发射极，红表笔接另外的两极，当出现两次低阻时，黑表笔接的就是单节晶体管的发射极。单节晶体管B1和B2的判断方法：把万用表置于R*100档，用黑表笔姐发射极E，红表笔分别接触另外两极，两次测量中，电阻大的一次，红表笔接的就是B1极。特别提示：上述判别B1和B2的方法，不一定对所有的单节晶体管都适用，有个别管子的E-B1间的正向电阻值较小，不过准确的判断哪极是B1，哪极是B2在实际使用中并不特别重要。即使B1、B2用颠倒了，也不会使管子损坏，只影响输出脉冲-16-的幅度（单节晶体管多作脉冲发生器使用），当发现输出的脉冲幅度偏小时，只要将原来假设的B1和B2对调过来就可以了。（3）三极管管脚的判断①基极的确定将万用表打在R*1K档。将黑表笔接假设的基极，红表笔分别接触另外两个引脚，直到测出两个电阻都很小，黑表笔接的就是基极。②c、e极的确定将万用表打在R*10K档，以三极管基本放大电路为基础，假设其中一个引脚为c极，另外一个为e极，用黑表笔接假设的c极，红表笔接触假设的e极，同时通过人体电阻连接b、c两极，得