電氣自動化工程課程設計---單相相控整流電路的應用

1、<p><b>　　課程設計報告書</b></p><p>　　07級電氣自動化專業(yè)</p><p>　　科 目： 電力電子技術 </p><p>　　題 目：單相相控整流電路的應用</p><p>　　目 錄</p><p>　　1.課程設計的

2、目的……………………………………………………………………………3</p><p>　　2.課程設計的任務、指標內(nèi)容及要求………………………………………………………3</p><p>　　3.方案的設計…………………………………………………………………………………3</p><p>　　3.1主電路的設計………………………………………………………………………4～6&l

3、t;/p><p>　　3.2觸發(fā)電路的設計…………………………………………………………………·6～8</p><p>　　3.3繪制完整的主電路電氣原理圖和觸發(fā)電路原理框圖…………………………·9～10</p><p>　　3.4介紹電路工作原理，繪制電路各點電壓波形圖………………………………10～13</p><p>　　3

4、.5編制論證本方案所需的儀器器材、元件和工具……………………………………14</p><p>　　4.方案論證……………………………………………………………………………………15</p><p>　　4.1元件的檢測………………………………………………………………………15～16</p><p>　　4.2安裝元件……………………………………………………………………

5、…………16</p><p>　　4.3通電調(diào)試………………………………………………………………………………16</p><p>　　5.課程設計心得體會……………………………………………………………………16～17</p><p>　　6.討論題…………………………………………………………………………………17～18</p><p>　　7

6、.參考文獻………………………………………………………………………………···18</p><p>　　附錄………………………………………………………………………………………18～19</p><p>　　《單相相控整流電路的應用》</p><p>　　一. 課程設計的目的</p><p>　　在學習完《電力電子技

7、術》相關課程之后進行的一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，是電氣自動化專業(yè)學生在整個學習過程中一項綜合性實踐環(huán)節(jié)，是工程技術應用型人才培養(yǎng)目標的重要組成部分，是走向工作崗位、從事專業(yè)技術之前的一項綜合性技能訓練，對學生的職業(yè)能力培養(yǎng)和實踐技能訓練具有相當重要的意義。</p><p>　　1、通過課題設計，可提高學生綜合運用知識的能力，能鞏固課程知識，加深對理論知識的理解，鞏固和擴展學生的知識領域、訓練學生綜合運用所學的理論

8、知識，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和提高獨立工 </p><p>　　2、通過設計，能初步掌握電力電子系統(tǒng)設計方法，培養(yǎng)學生查閱資料，文獻檢索的能力，特別是如何利用Internet 的文獻資料。獨立獲取新知識、新信息的能力，熟悉國家有關技術和經(jīng)濟方面的方針 全規(guī)程，訓練使用設計手冊的技術資料的能力； 3、提高學生課程設計報告撰寫水平，為以后其它學科寫課程設計實驗報告積累經(jīng)驗。 </p><

9、p>　　4、培養(yǎng)學生設計和繪制電路圖的能力。</p><p>　　二. 設計的任務、指標內(nèi)容及要求。</p><p>　?。?）采用單相相控整流電路，主要由主電路、觸發(fā)電路組成。</p><p>　?。?）觸發(fā)電路不采用單結(jié)晶體管自激振蕩觸發(fā)電路。</p><p>　?。?）同步輸入電源：單相交流工頻電源，220V，50HZ。</

10、p><p>　?。?）負載為40W白熾燈。</p><p><b>　　三.方案的設計</b></p><p>　　根據(jù)課題要求正確選擇主電路形式；</p><p>　　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。</p><p>　　單相半波可控整流電路</p>&

11、lt;p>　　單相半波可控整流電路的優(yōu)點是線路簡單、調(diào)整方便，其缺點是輸出電壓脈動大，負載電流脈動大（電阻性負載時），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合。</p><p>　　單相橋式全控整流電路</p><p>　　此電路

12、對每個導電回路進行控制，無須用續(xù)流二極管，也不會失控現(xiàn)象，負載形式多樣，整流效果好，波形平穩(wěn)，應用廣泛。變壓器二次繞組中，正負兩個半周電流方向相反且波形對稱，平均值為零，即直流分量為零，不存在變壓器直流磁化問題，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小，功率因素高的特點。但是，電路中需要四只晶閘管，且觸發(fā)電路要分時觸發(fā)一對晶閘管，電路復雜，兩兩晶閘管導通的時間差用分立元件電路難以控制。</p><

13、;p>　　3單項全破可控整流電路</p><p>　　此電路變壓器是帶中心抽頭的，結(jié)構(gòu)比較復雜，。不存在直流磁化的問題，適用于輸出低壓的場合作電流脈沖大（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小，功率因數(shù)高，變壓器二次電流為兩個等大反向的半波，沒有直流磁化問題，變壓器利用率高的優(yōu)點。相同的負載下流過晶閘管的平單相全控式整流電路其輸出平

14、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，時間差問題難以解決，且根據(jù)兩個晶閘管的接線方式有時可能則會導致電路短路。故也不用此電路。</p><p>　　4單相橋式半控整流電路</p><p>　　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)兩個晶閘管的接線方式，可以使用分立元件觸發(fā)電路，且觸發(fā)電路相對簡單，當兩個晶閘管被同時導通時

15、，由二極管在電源電壓過零時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。故采用此電路作為本次課程設計的主電路。</p><p>　　b觸發(fā)電路的選擇和設計</p><p>　　可供選擇的觸發(fā)電路有同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路，同步信號為正弦波的觸發(fā)電路，KC04集成移相觸發(fā)器，六路雙脈沖發(fā)生器。</p><p>　　同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路</p&g

16、t;<p><b>　　基本環(huán)節(jié)：</b></p><p>　?、倜}沖形成與放大環(huán)節(jié)</p><p>　?、阡忼X波形成和脈沖移相環(huán)節(jié)</p><p><b>　?、弁江h(huán)節(jié)</b></p><p>　?、軓娪|發(fā)脈沖形成環(huán)節(jié)</p><p><b>　　

17、⑤雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)</b></p><p>　　同步信號為正弦波的觸發(fā)電路</p><p>　　（1）三個基本環(huán)節(jié)：</p><p><b>　?、偻揭葡?</b></p><p>　?、诿}沖形成整形 </p><p><b>　?、勖}沖功放輸出</b>

18、</p><p><b>　?。?）工作原理</b></p><p>　　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從截止到導通的翻轉(zhuǎn)時刻，來產(chǎn)生觸發(fā)電路不同的控制角。</p><p>　　脈沖

19、形成放大環(huán)節(jié)是 基耦合單穩(wěn)態(tài)脈沖電路，V2的集電極通過VD5耦合到V3的基極，V3的集電極通過C4、RP3耦合到V2的基極。當同步移相環(huán)節(jié)送出負脈沖時，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。</p><p>　　3. KC04集成移相觸發(fā)器 </p><p><b>　　它可分為同步、</b></p><

20、p><b>　　鋸齒波形成、</b></p><p><b>　　移相、</b></p><p><b>　　脈沖形成</b></p><p>　　脈沖輸出等幾部分電路</p><p>　　c：繪制完整的主電路電氣原理圖和觸發(fā)電路原理框圖；</p><

21、p><b>　　主電路電氣原理圖</b></p><p>　　2.觸發(fā)電路電氣原理圖</p><p>　　d.介紹主電路各元件功能和整體電路工作原理，繪制電路各點電壓波形圖；</p><p>　?。?）分別說明主電路和觸發(fā)電路的工作原理。其中要說明主電路的基本計算關系。</p><p><b>　?、僦麟?/p>

22、路工作原理：</b></p><p>　　在的正半周，控制角為時，觸發(fā)晶閘管，則和導電，此時整流橋輸出電壓=。當下降到零并開始變負時，由于電感的作用，將繼續(xù)導通，但此時b點點位高于a點點位使正偏導通，而反偏截止，電流從轉(zhuǎn)換到，負載電流從a點經(jīng)、繼續(xù)流通回到a點，形成不經(jīng)過變壓器的自然續(xù)流，此時整流橋輸出電壓為和的正向壓降，接近于零，所以沒有負半波。</p><p>　　在的負半

23、周，具有與正半周相似的情況。在時觸發(fā)，、 導通，受反壓而關斷，此時整流橋輸出電壓=。后面同理。</p><p>　?、谕叫盘枮檎也ǖ挠|發(fā)電路工作原理：</p><p>　　同步信號為正弦波UT 同步變壓器副邊提供。</p><p><b>　　同步移相環(huán)節(jié)：</b></p><p>　　晶體管V1左邊部分為同步移相環(huán)

24、節(jié)，在V1的基極上綜合了同步信號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改變晶體管從截止到導通的翻轉(zhuǎn)時刻，來產(chǎn)生觸發(fā)電路不同的控制角。</p><p>　　脈沖形成放大環(huán)節(jié)是一集基耦單穩(wěn) 到V2的基極。當同步移相環(huán)節(jié)送出負脈沖時，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。</p>&

25、lt;p>　　整流輸出電壓平均值：</p><p>　　2）整流輸出電壓的有效值為</p><p>　　3）輸出電流的平均值和有效值分別為</p><p>　　4）流過晶閘管的電流有效值為</p><p>　?。?）電路中各處電壓波形的分析。</p><p><b>　?、僦麟娐犯鼽c波形</b&g

26、t;</p><p><b>　　②觸發(fā)電路各點波形</b></p><p>　?。?）說明所用晶閘管元器件型號選擇方法。</p><p>　　額定電壓：晶閘管T可能承受的正反向峰值電壓。</p><p><b>　　= </b></p><p>　　額定電流： 晶閘管的額

27、定電流為(正弦半波電流平均值)，它的額定電流有效值為</p><p>　　e: 編制論證本方案所需的儀器器材、元件和工具；</p><p>　　工具：電烙鐵、測電筆、旋具、尖嘴鉗、鑷子、剝線鉗、小刀、針頭等。 b)儀表： F47萬用表一個。 c) 器材：導線、焊接板、面包板。 d) 儀器：示波器 e): 元器件清單:</p><p><b&

28、gt;　　元器件清單列表</b></p><p><b>　　四、方案論證</b></p><p><b>　　1、檢驗元件</b></p><p>　?。?）晶閘管管腳判別 </p><p>　　根據(jù)普通晶閘管的結(jié)構(gòu)可知，其門極G與陰極K極之間為一個PN結(jié)，具有單向?qū)щ娞匦裕枠OA

29、與門極之間有兩個反極性串聯(lián)的PN結(jié)。因此，通過用萬用表R×100A或R×1k檔測量普通晶閘管各引腳之間的電阻值，即能確定三個電極。</p><p>　　具體方法是：將萬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電極。若測量結(jié)果有一次阻值為幾千歐姆（kΩ），而另一次阻值為幾百歐姆（Ω），則可判定黑表筆接的是門極G。在阻值為幾百歐姆的測量中，紅表筆接的是陰極K，而在阻值為幾千歐姆的那次測

30、量中，紅表筆接的是陽極A，若兩次測出的阻值均很大，則說明黑表筆接的不是門極G，應用同樣方法改測其它電極，直到找出三個電極為止。</p><p>　　也可以測任兩腳之間的正、反向電阻，若正、反向電阻均接近無窮大，則兩極即為陽極A和陰極K，而另一腳即為門極G。</p><p>　　螺栓形普通晶閘管的螺栓一端為陽極A，較細的引線端為門極G，較粗的引線端為陰極K。</p><p

31、>　?。?）單節(jié)晶體管管腳的判斷</p><p>　　判別單節(jié)晶體管發(fā)射極E的方法：把萬用表轉(zhuǎn)換開關置于R*100檔，黑表筆接假設的發(fā)射極，紅表筆接另外的兩極，當出現(xiàn)兩次低阻時，黑表筆接的就是單節(jié)晶體管的發(fā)射極。</p><p>　　單節(jié)晶體管B1和B2的判斷方法：把萬用表置于R*100檔，用黑表筆姐發(fā)射極E，紅表筆分別接觸另外兩極，兩次測量中，電阻大的一次，紅表筆接的就是B1極。&

32、lt;/p><p><b>　　特別提示：</b></p><p>　　上述判別B1和B2的方法，不一定對所有的單節(jié)晶體管都適用，有個別管子的E-B1間的正向電阻值較小，不過準確的判斷哪極是B1，哪極是B2在實際使用中并不特別重要。即使B1、B2用顛倒了，也不會使管子損壞，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），當發(fā)現(xiàn)輸出的脈沖幅度偏小時，只要將原來假設的B

33、1和B2對調(diào)過來就可以了。</p><p>　　（3）三極管管腳的判斷</p><p><b>　?、倩鶚O的確定</b></p><p>　　將萬用表打在R*1K檔。將黑表筆接假設的基極，紅表筆分別接觸另外兩個引腳，直到測出兩個電阻都很小，黑表筆接的就是基極。</p><p><b>　?、赾、e極的確定<

34、;/b></p><p>　　將萬用表打在R*10K檔，以三極管 ，假設其中一個引腳為c極，另外一個為e極，用黑表筆接假設的c極 的e極，同時通過人體電阻連接b、c兩極，得到一個數(shù)據(jù)R1；再把假設情況互換，方法一樣，得到另一個數(shù)據(jù)R2.比較R1、R2,以阻值小的假設正確，即此時黑表筆接的是c極，紅表筆接的是e極。</p><p><b>　　2、安裝元件</b>

35、</p><p>　　按照電路圖中元件的位置，將各 到焊接板上。仔細檢查是否有位置錯誤或元件弄錯的，確認一切無誤后。將元件焊接到焊接板上，注意不要有未焊，虛焊，假焊的。并且焊點要美觀。</p><p><b>　　3、通電調(diào)試</b></p><p>　　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

36、實驗成功了。</p><p>　　五．本次課程設計心得體會</p><p><b>　　心得體會</b></p><p>　　終于要做實驗了，學了好久理論總是盼望著自己動手做，心理無比的激動和期待，把理論應用于實踐是我們的難點也是重中之重，所以我盡最大的努力完成了這次實驗。 關于電力電子技術的單相相控整流電路的應用，我感觸很多！</p&g

37、t;<p>　　畢竟也學了一年，總要學點東西，今天就是見證的時候了，開始摩拳擦掌，做好充足的準備。</p><p>　　因為沒有經(jīng)常動手實踐，所以很生疏！希望以后能多點這樣實踐的機會！</p><p>　　經(jīng)過這次的實踐我真的學到了很多，動手能力比以前好多了，檢查問題的能力也增強了，而且耐心也比以前好多，希望以后能有更多這樣的機會，學習更多的東西，我會更努力的學習電力電子這門

38、功課，為以后而努力！</p><p>　　我是和秦進一組的，總是把二 反，現(xiàn)在我知道了，當我們理論部足的時候做的就只能叫做體力活了，也使我們花了更多的時間去了解這些電路和電子元件，避免在以后犯同一種錯誤。</p><p>　　一周的課程設計結(jié)束了，在這次的課程設計中不僅檢驗了我所學習的知識，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。在設計過程中，與同學共同分工設計

39、，和同 解，也學會了做人。</p><p>　　課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，雖然我們實驗所需電源都是經(jīng)過降壓的，但劉老師又給我們深刻的上了一次怎么安全用電，對我們以后的工作很有教誨。</p><p>　　在這次設計過程中，體現(xiàn)出自己單獨設計的能力以及綜合運用知識的能力，體會了學以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時學習的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補。<

40、/p><p>　　通過這次實驗，我增強自己的能力，累積了經(jīng)驗，在以后的職業(yè)生涯中可以更好的定位我自己，感謝同學和老師對我的幫助和支持，我會在今后的道路上更加努力的。</p><p><b>　　六.思考題：</b></p><p>　　1.如果有一個晶閘管短路或開路，會出現(xiàn)什么情況？</p><p>　　答：⑴ 晶閘管開路時

41、，只有正半周或是負半周一個半周不導通，所以它輸出的平均電壓也要減半。⑵ 若有一晶閘管因為過流而燒成斷路，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，會引起其他晶閘管因?qū)﹄娫炊搪范鵁龤?，嚴重時使輸入變壓器因過流而損壞。因此在設計電路時，在變壓器二次側(cè)與晶閘管之間應串聯(lián)快速熔斷絲，起到過流保護的作用。</p><p>　　2.各晶閘管承受的正、反向電壓是多少？</p>&

42、lt;p>　　答：正向最大電壓Ut= 反向最大電壓Ut= </p><p>　　3.整流電路可實現(xiàn)什么功能？</p><p><b>　　答：將交流變?yōu)橹绷?lt;/b></p><p>　　4.說明本電路白熾燈為什么可調(diào)光？</p><p>　　答：本電路為橋式半控整流電路</p><p

43、>　　當電位器調(diào)節(jié)時，α改變，則Ud改變。故燈的亮度可調(diào)。</p><p><b>　　七．參考文獻</b></p><p>　　[1] 浣喜明 姚為正 《電力電子技術》（第2版） 高等教育出版社。2000年</p><p>　　[2] 莫正康 《晶閘管變流技術》機械工業(yè)出版社。1985年6月</p><p>&l