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3实训主要仪器设备和材料5
4电气原理图及工作原理5
4.1电气原理图5
4.2工作原理5
4.3印刷电路板布线图及其说明6
5电路调试与分析9
5.1波形、数据及分析9
5.2波形分析9
5.3电路的调试存在的问题10
6波形仿真10
6.1电路仿真原理图10
6.2电路仿真波形图11
7实训的收获体会12
7.1总结12
8参考文献14
1实训目的
1.进一步熟悉电力电子器件的类型和特性,并掌握合理选用的原则。
2.学会电力电子电路的安装与调试技能。
3.进一步熟悉电子仪器的正确使用方法。
4.培养学生独立分析问题和解决工程实际问题的能力,并锻炼动手能力。
2实训内容及要求
2.1实训内容
1.按电气原理图设计印刷电路板,要求合理布局
2.安装,调试电路板,测试波形,数据
2.2实训要求
1、用PROTEL软件根据原理图的同步信号为正弦波触发电路设计印刷电路板图。
要求印刷电路板按规定尺寸设计,不留空余面积。
一般控制信号从左流到右,强电信号从上流到下。
~220V不能与印刷电路板连接,~220V的引线要用绝缘胶布牢固扎住。
2、绘制印刷电路板图布线线宽在1mm以上。
为了避免干扰,布置地线时应注意各级电路采用一点接地原则,加粗、缩短地线。
3、所有元件排列均匀,元件引脚、极性正确,布局合理,美观实用。
注意变压器的同名端。
4、绘制的印刷电路板图,经审定后,制作印制电路板。
要求印制电路板前冲洗干净电路板,不含任何腐蚀物。
钻孔准确,两面无损。
5、对焊接的要求是:
净化元件引线和焊点表面,同种元件距离印刷电路板的高度一致,焊接牢固,无虚焊,焊点光亮、圆滑、饱满、无裂纹、大小适中且一致。
3实训主要仪器设备和材料
1.计算机、转印机
2.示波器、万用表
3.覆铜板一块,电子元器件若干
4电气原理图及工作原理
4.1电气原理图
注意:
~220V高压线不能焊在印刷电板上
高压线不能裸露,裸露处要用绝缘胶布批好。
4.2工作原理
正弦波同步移相触发电路由同步移相、脉冲放大等环节组成。
同步信号由同步变压器副边提供,三极管V1左边部分为同步移相环节,在V1的基极综合了同步信号电压UT、偏移电压Ub及控制电压Uct。
调节RP可改变V1三极管的翻转时刻,从而控制触发角的位置。
脉冲形成整形环节是一分立元件的集基耦合单稳态脉冲电路,V2的集电极耦合到V3的基极,V3的集电极通过C4、R8耦合到V2的基极。
当V1未导通时,R5供给V2足够的基极电流使之饱和导通,V3截止。
电源电压通过R10、T2、V2对C4充电至15V左右,极性为左负右正。
当V1导通的时候,V1的集电极从高电位翻转为低电位,V2截止,V3导通,脉冲变压器输出脉冲。
由于设置了C4、RP3阻容正反馈电路,使V3加速导通,提高输出脉冲的前沿陡度。
同时V3导通经正反馈耦合,V2的基极保持低电压,V2维持截止状态,电容通过RP3、V3放电到零,再反向充电,当V2的基极升到0.7V后,V2从截止变为导通,V3从导通变为截止。
V2的基极电位上升0.7V的时间由其充放电时间常数所决定,改变RP3的阻值就改变了其时间常数,也就改变了输出脉冲的宽度。
4.3印刷电路板布线图及其说明
封装:
由于PROREL99SE提供了很多封装,但是对于我们实训的所用的器件并不是所有都适用,只是因为那些元件很多都重复再用了,很多管脚都变得很短,所以需要我们自己设计符合实际的封装。
电容(有极性):
C01、C02、C03RB.2/.4
电容(无极性):
C1:
1uFRAD0.3
C2:
0.022uFRAD0.2
C3:
0.1uFRAD0.3
C4:
0.47uFRAD0.3
CO4:
0.04RAD0.2
电阻:
RO1、R1~R10AXIAL0.5
整流二极管:
DIODEDIODE0.4
整流桥:
BRIDGE(自己封装的)
变压器:
(自己封装)
脉冲发生器:
(自己封装)
三端稳压管:
7815(自己封装)
发光二极管:
LED(自己封装)
三极管:
9013(自己封装)
封装之后选择Desgin中的GreatNetlist打开MyD。
选择file点击New,弹出文件,然后从弹出的方框中双击PCBDocument,选择Design点击Loadnets,如果出现就看看原理图有没有出现错误或者封装的问题,检查无误之后生成PCD印制板,按照实训指导书的原理图初步布好各个元件的位置,然后设置电路线大小(1.5mm),焊点(2.5mm~3.0mm),然后手动布局后,再仔细检查确定没有错误,这样就得出了。
同步信号为正弦波触发电路PCB图
说明:
我们设计的同步信号为正弦波触发电路PCB图的连线都是135度的,并没有90度的拐角。
因为从物理的角度来说:
90度的拐角比较尖锐,容易从板上剥落或者翘起。
另外,从电磁兼容的角度来说:
比较尖锐的地方更容易产生电磁辐射,从而影响其它走线和元器件。
但由于我们一开始元器件的摆放并不是很好,为了是所有的连线的拐角都是135度,所有有些地方连线比较长。
5电路调试与分析
5.1波形、数据及分析
波形图如下:
5.2波形分析
TP1:
同步信号A,从变压器降压出来的电压,为一个正弦波形。
但有一点失真。
TP2:
同步信号A经过电阻R2和电容C1的作用下波形出现了相位移,仍然为一个正弦波形。
TP3:
波形通过RP3的调节和VD1限流作用,产生一个负向的脉冲,因为RP3又使得这个负脉冲可调。
TP4:
当脉冲到达TP4时,V1被击穿导通并产生一个正向的脉冲。
TP5:
通过二极管和电容相互稳压的作用,使脉冲信号稳定在1.1V左右。
TP6:
当脉冲到达V2时,V2导通,由于C3反馈和V2的放大作用,使得V2产生一个16V左右的高脉冲。
TP7:
当TP6的脉冲信号到来时,V3管导通,+15V的电压降了下来,但是因为脉冲变压器T2的作用,就会在TP7那产生一个很强很尖的负向脉冲。
5.3电路的调试存在的问题
调试过程中我们遇到的问题是:
TP4之后的波形都没有了。
后来发现原来我们虚焊了很多点。
后来将所有虚焊的点都重新焊好后,波形就出来了。
总的来说,没有什么大问题。
6波形仿真
6.1电路仿真原理图
6.2电路仿真波形图
TP5:
TP7:
SCR:
PROTEL99SE不但可以绘制电路图和制作电路板,而且还提供电路仿真工具AdvancedSIM99,通过这个仿真器,能够为我们在制作实际电路图时提前知道我们设计的电路所要测的节点中会出现哪些波形。
但是所用的原理图并不是我们之前制作PCB所用的那个。
需要用SimulationSymbols.Lib库的元件重新画一个才可以。
7实训的收获体会
7.1总结
通过这个次电力电子实训。
我学会了如何去使用PROTEL99SE、如何印制PCB板、如何检查自己的电路。
当我亲手做出来那个实物之后,心里很有成就感,从PCB电路图的制作到焊接再到检查错误再是仿真,都是自己一个人完成的。
这让我觉得很有成就感,我觉得我能做出来我的那些电力班朋友有不少功劳,他们肯抽出宝贵的时间将他们总结的经验教给我,让我能够做好充分准备,我觉得我真的应该好好的感谢他们。
我们的电力电子实训是本来是安排在第二十周,也就是我们考4科专业课的一周,这对我们来说一种很大的压力。
但是由于实训老师们考虑我们的苦处,提前了半周进行,这让我们的压力减少了不少。
在这里我想对我们实训老师表示一下感激之情。
我在一个月前就开始自学PROTEL了,这是考虑到我们的电力电子实训安排在考试周,正是由于自己做了一定的准备。
当老师对我们说好实训安排后。
回来宿舍。
自己用了一个晚上的时间就将原理图和PCB的印制全部做好了。
剩下来的就是等老师发元件。
然后自己将元件的尺寸测量好,然后和自己所做的PROTEL的封装对比,再做一定的修改就可以拿去印制电路板,然后就去做实物了。
在自己自学PROTEL的过程中,遇到不少的问题,首先就是软件安装的完整性问题,我发现当我从网络表导入元件以后,那些元件都会聚在一起。
并没有像教学视频那样,会排放得很整齐(各相同的元件放在一行),后来发现原来自己没有安装那个SP6的补丁。
安装完补丁之后,那些问题就解决了。
二是自学仿真的时候,发现自己所借那些书并没有很好的说明如何去仿真。
或者说得模棱两可。
后来在我的一个同学帮助下,他介绍我去看我们广工物理学院潘永雄老师所写的一本书。
那本书是针对PROTEL一些常用功能进行了很详细的介绍。
特别是仿真功能。
实训的第一天,我们组很早就到了实验室。
为了就是早点做完早点复习。
后来在转印的时候出了一点问题,因为我的PCB图是用PCBBoardWizard生成的。
所以特别大,后来要用一张大的转印纸才解决这个问题。
算是有惊无险了。
然后转印和腐蚀并没有出什么问题,当腐蚀完以后,我发现自己的那些连线(1.5mm)好像细了一点,因为如果钻孔之后,那些铜线看起来就好似断了一样。
这让我觉得非常的不安。
这为后来自己做完之后不出波形埋下了伏笔。
我和我的队员焊接的时候是按照电路图顺着电路连线,一个一个元件焊接上去的。
并不是把所有同类的原件一次焊接完再焊其它的。
而且每焊一个。
检查元件和电路板是否连接上。
一番努力之下终于完成。
成功的喜悦在一瞬间变成了绝望。
因为并没有波形。
后来发现原来是示波器坏了。
重新找一台来试的时候,才发现波形有点像样。
当老师检查的时候,我们并没有通过,原因是前几个测试点有波形,后来就没有了。
但是在老师指导,我们用万用表测量一些关键点对地的电位,我发现自己真的很肤浅,每次焊接波形不是和预期一样的时候,我首先就是觉得这个元件是坏了,由于带着这样的思想,让我在这次实训吃了很大亏。
后来在杨钧老师的教导下,我发现了问题,为什么我的PCB上有一条铜线上每个焊点的对地电位都不同呢?
仔细一看。
原来虚焊了。
但是让我觉得很无奈,我用万用表测的时候明明是导通的。
虚焊这样现象是在太可拍啦!
表面看起来是焊连了,实际内部并没有通,或者处于可能通也可能不通的中间不稳定状态。
找起问题来比较困难。
后来将所有觉得会虚焊的点都重新焊接过,这样我们就经过一个痛苦检查过程,终于验收成功了。
心里终于放下一块大石了。
从焊接成功后的喜悦到没有波形的后绝望伴随着老师指导所带来的一丝希望到迎来验收成功兴奋。
这样感觉真让我回味无穷。
后来回到宿舍。
回想起自己今天所做的一切,我觉得自己电路没有出波形让我觉得很幸运,因为它让我明白了虚焊的可怕、怎么才能不虚焊、怎么去检查电路。
这一切都是由我们老师的教导得到了。
比起那些焊接完成后就马上验收成功的同学。
我觉得自己更幸运,因为她们没有机会去学习如何检查电路的错误。
而自己却体验过了。
总的来说,这次一次很好经历,如果要改进。
我觉得自己在设计PCB板的时候要把连线的加粗2mm。
而且焊盘加大到3mm。
这样虚焊的机会才会减少。
同时在设计PCB板的时候要首先将元件的位置摆放好,就可以减少铜的用量。
而且连线的时候能更加容易保证不出现90度的拐角。
在我们整个实训的过程中,老师和其他同学都给了我们很大的帮助,我真心的感谢每一个帮助过我们的人,特别是周老师、蔡老师、杨老师,你们辛苦了。
8参考文献
[1]蔡型杨钧.电力电子技术实训指导书[M].广东工业大学2002(7):
5-9.
[2]王兆安黄俊.电力电子技术[M].西安交通大学:
万伯任,2006:
50-60
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