单相半波可控整流电路设计Word文件下载.docx
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2015/2016学年第一学期
计算机与控制工程学院
电气工程及其自动化
学生姓名:
学号:
学生姓名
课程设计题目:
起迄日期:
2015年12月27日~2016年1月8日
课程设计地点:
德怀楼八层虚拟仿真实验室
指导教师:
学科部副主任:
下达任务书日期:
2015年12月26日
课程设计任务书
1.设计目的:
1)了解并掌握电力电子电路的一般设计方法,具备初步的独立设计能力
2)学习Visio绘图软件和Matlab仿真软件
2.设计内容和要求(包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等):
1)设计的电路为单相半波可控整流电路,负载为电阻负载。
2)已知参数:
直流负载电阻,单相交流电压(V),
3)绘制电路原理图。
首先,分别分析并计算电阻两端平均电压和时,功率管相对应的触发角。
其次,按照原理图,在仿真软件中建立仿真模型,验证计算结果,结果应包含电阻两端平均电压和时的电路工作的波形图。
并对仿真结果进行必要的文字分析。
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)根据设计题目要求的指标,通过查阅有关资料分析其工作原理,确定器件类型,可供选择的变流器件为晶闸管、Mosfet和IGBT,设计电路原理图;
2)画出电路方框图,完成电路各部分的指标分配,计算各单元电路的参数和确定各元件的参数值,叙述主要元器件的功能及他们之间的控制关系和数据传输。
3)用Visio绘图软件绘制电路原理图
4)利用Matlab仿真软件对电路图进行仿真分析。
4.主要参考文献:
[1]王兆安.电力电子技术.机械工业出版社.2008
[2]刘志刚.电力电子学.清华大学出版社.2009
[3]石玉.电力电子技术例题与电路设计指导.机械工业出版社.2003
[4]张兴,张崇巍.PWM整流器及其控制[M].北京:
机械工业出版社,2012
5.设计成果形式及要求:
1)电路原理图
2)Matlab仿真电路结果图
3)课程设计说明书。
6.工作计划及进度:
2015年12月27日~12月29日设计电路
2015年12月29日~01月01日绘制电路原理图
2016年01月02日~01月07日对设计的电路进行Matlab仿真,撰写课程设计说明书
2015年01月08日答辩
学科部副主任审查意见:
签字:
年月日
2
1.绪论...................................................1
2.2.单相半波可控整流电路设计...............................2
2.1课程设计任务及要求....................................2
2.2电路原理图.......................................3
2.3单相半波可控整流电路的计算公式......................4
2.4带阻感负载时的工作情况...............................5
3.MATLAB仿真...........................................5
3.1MATLAB仿真图....................................5
3.1.1主电路仿真图...................................5
3.1.2触发电路仿真图...................................6
3.2元器件参数设置.......................................6
3.2.1设置MOSFET参数.................................7
3.2.2设置电阻负载参数..................................7
3.2.3设置电源参数.......................................8
3.2.4设置脉冲参数.......................................8
3.3仿真结果展示.........................................9
4.结论..................................................11
参考文献.................................................12
附录....................................................12
1.绪论
电力电子技术是建立在电子学、电工原理和自动控制三大学科上的新兴学科。
因它本身是大功率的电技术,又大多是为应用强电的工业服务的,故常将它归属于电工类。
电力电子技术的内容主要包括电力电子器件、电力电子电路和电力电子装置及其系统。
电力电子器件以半导体为基本材料,最常用的材料为单晶硅;
它的理论基础为半导体物理学;
它的工艺技术为半导体器件工艺。
近代新型电力电子器件中大量应用了微电子学的技术。
电力电子电路吸收了电子学的理论基础,根据器件的特点和电能转换的要求,又开发出许多电能转换电路。
这些电路中还包括各种控制、触发、保护、显示、信息处理、继电接触等二次回路及外围电路。
利用这些电路,根据应用对象的不同,组成了各种用途的整机,称为电力电子装置。
这些装置常与负载、配套设备等组成一个系统。
电子学、电工学、自动控制、信号检测处理等技术常在这些装置及其系统中大量应用。
本课程体现了弱电对强电的控制,又具有很强的实践性。
能够理论联系实际,在培养自动化专业人才中占有重要地位。
它包括了晶闸管的结构和分类、晶闸管的过电压和过电流保护方法、可控整流电路、晶闸管有源逆变电路、晶闸管无源逆变电路、PWM控制技术、交流调压、直流斩波以及变频电路的工作原理。
在电力电子技术中,可控整流电路是非常重要的内容,整流电路是将交流电变为直流电的电路,其应用非常广泛。
工业中大量应用的各种直流电动机的调速均采用电力电子装置;
电气化铁道(电气机车、磁悬浮列车等)、电动汽车、飞机、船舶、电梯等交通运输工具中也广泛采用整流电力电子技术;
各种电子装置如通信设备中的程控交换机所用的直流电源、微型计算机内部的电源都可以利用整流电路构成的直流电源供电,可以说有电源的地方就有电力电子技术的设备。
2.单相半波可控整流电路设计
单相半波可控电路总体设计框图如图所示
图1电路设计流程图
2.1课程设计任务及要求
1)设计的电路为单相半波可控整流电路,负载为电阻负载。
2)已知参数:
直流负载电阻,单相交流电压。
3)绘制电路原理图。
首先,分别分析并计算电阻两端平均电压和,功率管相对应的触发角。
其次,按照原理图,在仿真软件中建立仿真模型,验证计算结果,结果应包含电阻两端平均电压和时的电路工作的波形图。
并对仿真结果进行必要的文字分析
4)根据设计题目要求的指标,通过查阅有关资料分析其工作原理,确定器件类型,可供选择的变流器件为晶闸管、MOSFET和IGBT,设计电路原理图;
5)画出电路方框图,完成电路各部分的指标分配,计算各单元电路的参数和确定各元件的参数值,叙述主要元器件的功能及他们之间的控制关系和数据传输。
6)用Visio绘图软件绘制电路原理图
7)利用Matlab仿真软件对电路图进行仿真分析
2.2电路原理图及波形
图2.电路原理图
图3.单向半波可控整流电路电阻负载波形图
实验电路如图2所示。
通过查阅有关资料分析其工作原理,确定器件变流器件为Mosfet。
主电路原理说明:
T为变压器,Uvt是变流器MOSFET两端电压,U2为变压器副端电压,R为阻性负载,Ud为负载两段电压。
Id为流过负载的电流,Ug为触发电压。
根据MOSFET导通的两个条件(MOSFET的阳-阴极之间加正向电压;
门极加正向电压,流入足够的门极电流)可以判断:
在电源电压U2的正半周,U2>
0,MOSFET承受正向电压,可以被触发导通,但在给MOSFET门极施加触发信号之前,MOSFET处于正向阻断状态,电流Id=0,输出电压Ud=0,电源电压全部加在MOSFET上,即Uvt=U2。
设在时刻向MOSFET送出触发脉冲,MOSFET被触发导通,若忽略MOSFET的导通压降,则输出电压与电源电压相等,即ud=u2,电流Id=ud/Rd。
当时,电源电压u2=0,使得流过MOSFET的电流降到维持电流以下而关断,此时电流Id=0,ud=0.在电源电压u2的负半周,u2<
0,MOSFET承受反向电压,处于反向阻断状态,负载电压ud=0,电源电压全部加在MOSFET上,Uvt=u2。
直到第二个周期相当于ωt1时刻再次施加触发脉冲,MOSFET再次被触发导通,如此周而复始。
2.3单相半波可控整流电路的计算公式:
根据设计要求可知电源电压为余弦函数,有效值,,触发角
输出电压平均值:
(2—1)
负载电阻值:
1.当时,有公式可求出触发角
电流平均值=5A
2.当时,有公式可求出触发角
电流平均值=6A
2.4带电阻负载时的工作情况
(1)在电源电压正半波(区间),MOSFET承受正向电压,脉冲Ug在处触发MOSFET,MOSFET开始导通,形成负载电流id,负载上有输出电压和电流。
(2)在时刻,2=0,电源电压自然过零,MOSFET电流小于维持电流而关断,负载电流为零。
(3)在电源电压负半波(区间),MOSFET承受反向电压而处于关断状态,负载上没有输出电压,负载电流为零。
(4)直到电源电压u2的下一周期的正半波,脉冲Ug在处又触发MOSFET,MOSFET再次被触发导通,输出电压和电流又加在负载上,如此不断重复。
3.MATLAB仿真
3.1MATLAB仿真图
3.1.1主电路仿真图
图4.主电路仿真图
3.1.2触发脉冲仿真电路
图5触发电路仿真图
3.2元器件参数设置
3.2.1设置MOSFET参数
图6.MOSFET参数设置图
3.2.2设置电阻负载参数
图7.电阻负载参数设置图
3.2.3设置电源参数
图8.电源参数设置图
3.2.4设置时的脉冲参数
当Ud=25V时,触发参数如图
图9.触发脉冲参数设置图
当Ud=30V时,触发参数如图
图10.触发脉冲参数设置图
3.3仿真结果展示
当Ud=25V时
图11.仿真结果图
当Ud=30V时
图12.仿真结果图
仿真结果分析
示波器第一个波形是电源电压,第二个波形是脉冲波形,第三个波形是负载两端电压,第四个波形是电流波形,第五个是MOSFET两端电压。
当电源