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单相全控桥式整流电路设计
起迄日期:
1月6日~1月12日
课程设计地点:
指导教师:
下达任务书日期:
2014年1月6日
课程设计任务书
1.设计目的:
通过熟练proteus软件,EWB仿真软件,根据所学电力电子技术课程的知识,设计一个以基础为主带有一定综合性的应用电路并进行仿真。
2.设计内容和要求
一、内容:
单相桥式全控整流电路设计;
二、要求:
(1)画出单相桥式全控整流电路图,输入交流电压110v,通过仿真软件观测电阻负载时的α为30°
,60°
,90°
时负载上的输出电压波形;
(2)阻感负载时当电感为700Mh时的α为30°
时负载上的输出电压波形。
分析其变化原因。
3.设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕:
(1)查阅资料,确定设计方案
(2)在protues软件中搭建电路原理图并进行仿真
(3)整理报告
(4)提交课程设计说明书
4.主要参考文献:
[1]王尔申,庞涛,李鹏,郑丹.Multisim和Proteus仿真在数字电路课程教学中的应用[J].实验技术与管理,2013,03:
78-81.
[2]李向莉.Proteus软件在电子技术课程教学中的应用[J].科技资讯,2013,05:
14+16.
[3]覃桢,胡俊玮,刘文佳.Proteus仿真在数字电路中的项目教学探究[J].电子制作,2013,09:
112.
[4]朱名强.基于Proteus的电子类课程实验教学改革研究[J].科教导刊(中旬刊),2013,05:
86-87.
[5]千承辉,凌振宝,田宝凤,万云霞.Proteus仿真在电子测量实验课程中的应用研究[J].实验室科学,2013,03:
96-98.
[6]魏力.PROTEUS仿真技术应用浅析[J].天津职业院校联合学报,2013,08:
94-96.
[7]卢孟常.Proteus仿真软件在模拟电路教学中的应用[J].中国科教创新导刊,2013,17:
138.
5.设计成果形式及要求:
课程设计说明书1份
设计原理分析1份
电路及仿真结果1份
6.工作计划及进度:
14年1月6日收集整理资料,确定控制方案
1月7日~1月8日设计电路
1月9日~1月10日进行仿真
1月11日撰写课程设计说明书
1月12日答辩
系主任审查意见:
签字:
年月日
1设计内容及要求
1.1内容
通过熟练proteus软件,EWB仿真软件,根据所学电力电子技术课程的知识,设计一个以基础为主带有一定综合性的应用电路并进行仿真:
1.2要求
2引言
电子技术的应用已深入到工农业经济建设,交通运输,空间技术,国防现代化,医疗,环保,和亿万人们日常生活的各个领域,进入21世纪后电力电子技术的应用更加广泛,因此对电力电子技术的研究更为重要。
近几年越来越多电力电子应用在国民工业中,一些技术先进的国家,经过电力电子技术处理的电能已得到总电能的一半以上。
本文主要介绍单相桥式全控整流电路的主电路和触发电路的原理及控制电路图,由工频交流电压110V经由SCR(可控硅)再整流为直流供负载用。
但是由于工艺要求大功率,大电流,高电压,因此控制比较复杂,特别是触发电路部分必须一一对应,否则输出的电压波动大甚至还有可能短路造成设备损坏。
本电路图主要由脉冲触发器来控制并在不同的时刻发出不同的脉冲信号去控制4个SCR。
在负载端用虚拟示波器观察,然后手动设置控制SCR的导通角的大小。
在本课题设计开发过程中,我们使用proteus仿真软件,并最终实现电路改造设计,并达到预期的效果。
3电阻负载实验仿真
实验参数设定负载100欧姆,输入交流电压为110V、50HZ,采用单相整流电路,设计要求选用单相桥式全控整流电路供电,主电路采用单相全控桥。
3.1仿真电路
如图3-1所示,为单相桥式全控带电阻负载。
习惯将其中阴极连接在一起的2个晶闸管称为共阴极组;
阳极连接在一起的2个晶闸管称为共阳极组。
共阴极2个晶闸管分别为U1、U2,共阳极组中与单相电源相接的2个晶闸管分别为U3、U4。
晶闸管的导通顺序为U1-U3;
U2-U4。
图3-1电阻负载仿真电路
3.2仿真波形
2个晶闸管同时通形成供电回路,其中共阴极组和共阳极组各1个,且不能为同1相器件。
对触发脉冲的要求:
按U1-U3同时导通,U2-U4同时导通,两组相位相差180度。
同一相的上下两个桥臂,即U1与U4,U3与U6,脉冲相差180。
ud一周期脉动2次,每次脉动的波形都一样,晶闸管承受的电压波形与单相半波时相同,晶闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。
手动设置触发延迟角依次为30、60、90度,单相全控桥式电路的负载端输出电压波形依次如图3-2,3-3,3-4所示。
数学计算:
图3-2触发延迟角为30度时电阻负载电压波形
图3-3触发延迟角为60度时电阻负载电压波形
图3-4触发延迟角为90度时电阻负载电压波形
3.3分析
四只晶闸管组成的桥式电路中,U1、U3;
U2、U4构成两组桥臂,在在触发脉冲到来之前,电路无法正常工作,负载端输出电压为零,在触发延迟角时刻,U1、U3首先同时受到触发脉冲作用,导通,交流电源与负载构成回路。
当半个周期过后,输入电压进入负半周期,U1、U3由于反向电压而关断,这时由于触发延迟角的存在,U2、U4未能及时导通,电路回路被阻断,负载输出电压为零,触发时刻到来后,U2、U4导通,同时受到正向偏置电压的作用,将在换向之前保持导通状态。
如此周期往复。
4阻感负载实验仿真
单相桥式全控整流电路大多用于向阻感负载和反电动势阻感负载供电(即用于直流电机传动),下面主要分析阻感负载时的情况,因为带反电动势阻感负载的情况,与带阻感负载的情况基本相同。
当α较小时,电路的工作情况与带电阻负载时十分相似,各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。
区别在于负载不同时,同样的整流输出电压加到负载上,得到的负载电流id波形不同,电阻负载时ud波形与id的波形形状一样。
而阻感负载时,由于电感的作用,使得负载电流波形变得平直,当电感足够大的时候,负载电流的波形可近似为一条水平线。
图4-2、图4-3、图4-4分别给出了单相桥式全控整流电路带阻感负载α=30度、60度和α=90度的波形。
4.1仿真电路
本实验中,电阻和上面实验相同均为100欧姆,电感按照要求设定为700mH,在proteus仿真环境中搭建仿真电路如图4-1所示。
图4-1电阻、电感负载仿真电路
4.2仿真负载波形
为对比试验,我将电感设置为1mH、电阻100欧姆并进行了仿真,仿真波形如图4-2所示,可以明显看到,负载输出波形“延伸”到了负半波部分。
图4-2触发延迟角为30度,电感为1mH时负载输出电压波形
图4-3触发延迟角为30度,电感为700mH时负载输出电压波形
图4-4触发延迟角为60度,电感为700mH时负载输出电压波形
图4-5触发延迟角为90度,电感为1mH时负载输出电压波形
4.3阻感负载电路仿真分析
当电感为700mH时,阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同,电阻负载时ud波形不会出现负的部分,而阻感负载时,由于电感L的作用,ud波形会出现负的部分。
图4-3、4-4、4-5给出了α=30、60、90度时的波形。
由于电感L值足够大,ud中正负面积基本相等,ud平均值近似为零。
这说明,带阻感负载时,单相桥式全控整流电路的α角移相范围为90度。
根据电路原理,用数学对电路进行分析,公式如下:
5总结
我知道电力电子技术是一门基础性和支持很强的技术,但我真正体会到这一点却是在这次课设的过程中。
通过本次课程设计,我对电力电子技术这门课有了很深的了解,对各个知识点有个更好的掌握。
本次设计,我所设计的是单相桥式全控整流电路,开始设计时我遇到了很多的问题,特别是在用proteus对整流电路进行仿真时,我有种很深的无助感。
好在后来经过仔细查阅资料,各类图书,以及老师和同学的帮助,我顺利完成了课设中的任务。
在课程设计的过程中我培养了自己独立工作的能力,给自己的未来树立了信心,我相信它会对我今后的工作、学习、生活产生重要影响,我相信这次的课程设计会让我终身收益!
6参考文献
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- 关 键 词:
- 电力 电子技术 课程设计