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