1、電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書單相半波可控整流電路設(shè)計(jì)學(xué)生：學(xué)號(hào)：學(xué)生：學(xué)號(hào)：學(xué)院：計(jì)算機(jī)與限制工程學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師：2021年月中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2021/2021學(xué)年第一學(xué)期學(xué)院：計(jì)算機(jī)與限制工程學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：學(xué)生學(xué)號(hào)：課程設(shè)計(jì)題目：單相半波可控整流電路設(shè)計(jì)起迄日期：2021年12月27日2021年1月8日課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)：德懷樓八層虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)教師：學(xué)科部副主任：下達(dá)任務(wù)書日期：2021年12月26日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1 .設(shè)計(jì)目的：1） 了解并掌握電力電子電路的一般設(shè)計(jì)方法,具備初步的獨(dú)立設(shè)計(jì)水平2學(xué)習(xí)Visio繪圖軟件和Matlab仿真

2、軟件2 .設(shè)計(jì)容和要求包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等：萬麗而用花%簞桎酸百隹霰褊贏：£7%市蔽霰2參數(shù)：直流負(fù)載電阻&=5.,單相交流電壓U=100cos100mV,3繪制電路原理圖.首先,分別分析并計(jì)算電阻兩端平均電壓4=25V和4=30V時(shí),功率管相對(duì)應(yīng)的觸發(fā)角.其次,根據(jù)原理圖,在仿真軟件中建立仿真模型,驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果,結(jié)果應(yīng)包含電阻兩端平均電壓4=25V和4=30V時(shí)的電路工作的波形圖.并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行必要的文字分析.3 .設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書論文、圖紙、實(shí)物樣品等：1根據(jù)設(shè)計(jì)題目要求的指標(biāo),通過查閱有關(guān)資料分析其工作原理,確定器件

3、類型,可供選擇的變流器件為晶閘管、MosfetfflIGBT,設(shè)計(jì)電路原理圖；2畫出電路方框圖,完成電路各局部的指標(biāo)分配,計(jì)算各單元電路的參數(shù)和確定各元件的參數(shù)值,表達(dá)主要元器件的功能及他們之間的限制關(guān)系和數(shù)據(jù)傳輸.3用Visio繪圖軟件繪制電路原理圖4利用Matlab仿真軟件對(duì)電路圖進(jìn)行仿真分析.課程設(shè)計(jì)任務(wù)書4 .主要參考文獻(xiàn)：1王兆安.電力電子技術(shù)機(jī)械工業(yè).20212志剛.電力電子學(xué)清華大學(xué).20213石玉.電力電子技術(shù)例題與電路設(shè)計(jì)指導(dǎo).機(jī)械工業(yè).20034興,崇巍.PWM整流器及其限制M.:機(jī)械工業(yè),20215 .設(shè)計(jì)成果形式及要求：1)電路原理圖2) Matlab仿真電路結(jié)果圖3課

4、程設(shè)計(jì)說明書.6 .工作方案及進(jìn)度：2021年12月27日12月29日設(shè)計(jì)電路2021年12月29日01月01日繪制電路原理圖2021年01月02日01月07日對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行Matlab仿真,撰寫課程設(shè)計(jì)說明書2021年01月08日辯論學(xué)科部副主任審查意見：簽字：年月日目錄1結(jié)論12 .2.單相半波可控整流電路設(shè)計(jì)22.1 課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求22.2 電路原理圖32.3 單相半波可控整流電路的計(jì)算公式42.4 帶阻感負(fù)載時(shí)的工作情況53 .MATLAB仿真53.1 MATLAB仿真圖53.1.1 主電路仿真圖53.1.2 觸發(fā)電路仿真圖63.2 元器件參數(shù)設(shè)置63.2.1 設(shè)置MOSFET參

5、數(shù)73.2.2 設(shè)置電阻負(fù)載參數(shù)73.2.3 設(shè)置電源參數(shù)83.2.4 置脈/中參數(shù)83.3 仿真結(jié)果展示94 .結(jié)論11參考文獻(xiàn)12附錄L緒論電力電子技術(shù)是建立在電子學(xué)、電工原理和自動(dòng)限制三大學(xué)科上的新興學(xué)科.因它本身是大功率的電技術(shù),又大多是為應(yīng)用強(qiáng)電的工業(yè)效勞的,故常將它歸屬于電工類.電力電子技術(shù)的容主要包括電力電子器件、電力電子電路和電力電子裝置及其系統(tǒng).電力電子器件以半導(dǎo)體為根本材料,最常用的材料為單晶硅;它的理論根底為半導(dǎo)體物理學(xué);它的工藝技術(shù)為半導(dǎo)體器件工藝.近代新型電力電子器件量應(yīng)用了微電子學(xué)的技術(shù).電力電子電路吸收了電子學(xué)的理論根底,根據(jù)器件的特點(diǎn)和電能轉(zhuǎn)換的要求,又開發(fā)出許

6、多電能轉(zhuǎn)換電路.這些電路中還包括各種限制、觸發(fā)、保護(hù)、顯示、信息處理、繼電接觸等二次回路及外圍電路.利用這些電路,根據(jù)應(yīng)用對(duì)象的不同,組成了各種用途的整機(jī),稱為電力電子裝置.這些裝置常與負(fù)載、配套設(shè)備等組成一個(gè)系統(tǒng).電子學(xué)、電工學(xué)、自動(dòng)限制、信號(hào)檢測處理等技術(shù)常在這些裝置及其系統(tǒng)量應(yīng)用.本課程表達(dá)了弱電對(duì)強(qiáng)電的限制,又具有很強(qiáng)的實(shí)踐性.能夠理論聯(lián)系實(shí)際,在培養(yǎng)自動(dòng)化專業(yè)人才中占有重要地位.它包括了晶閘管的結(jié)構(gòu)和分類、晶閘管的過電壓和過電流保護(hù)方法、可控整流電路、晶閘管有源逆變電路、晶閘管無源逆變電路、PWM限制技術(shù)、交流調(diào)壓、直流斬波以及變頻電路的工作原理.在電力電子技術(shù)中,可控整流電路是非常

7、重要的容,整流電路是將交流電變?yōu)橹绷麟姷碾娐?其應(yīng)用非常廣泛.工業(yè)量應(yīng)用的各種直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速均采用電力電子裝置；電氣化鐵道電氣機(jī)車、磁懸浮列車等電動(dòng)汽車、飛機(jī)、船舶、電梯等交通運(yùn)輸工具中也廣泛采用整流電力電子技術(shù)；各種電子裝置如通信設(shè)備中的程控交換機(jī)所用的直流電源、微型計(jì)算機(jī)部的電源都可以利用整流電路構(gòu)成的直流電源供電,可以說有電源的地方就有電力電子技術(shù)的設(shè)備.2.單相半波可控整流電路設(shè)計(jì)單相半波可控電路總體設(shè)計(jì)框圖如下圖/脈沖寬度調(diào)節(jié)圖1電路設(shè)計(jì)流程圖2.1 課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1設(shè)計(jì)的電路為單相半波可控整流電路,負(fù)載為電阻負(fù)載.2參數(shù)：直流負(fù)載電阻R=5V,單相交流電壓U=100cosl0

8、0mV.3繪制電路原理圖.首先,分別分析并計(jì)算電阻兩端平均電壓UL=251/和UL=30V,功率管相對(duì)應(yīng)的觸發(fā)角.其次,根據(jù)原理圖,在仿真軟件中建立仿真模型,3僉證計(jì)算結(jié)果,結(jié)果應(yīng)包含電阻兩端平均電壓UL=25V和UL=30V時(shí)的電路工作的波形圖.并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行必要的文字分析4根據(jù)設(shè)計(jì)題目要求的指標(biāo),通過查閱有關(guān)資料分析其工作原理,確定器件類型,可供選擇的變流器件為晶閘管、MOSFET和IGBT,設(shè)計(jì)電路原理圖；5畫出電路方框圖,完成電路各局部的指標(biāo)分配,計(jì)算各單元電路的參數(shù)和確定各元件的參數(shù)值,表達(dá)主要元器件的功能及他們之間的限制關(guān)系和數(shù)據(jù)傳輸.6用Visio繪圖軟件繪制電路原理圖7利用M

9、atlab仿真軟件對(duì)電路圖進(jìn)行仿真分析2.2電路原理圖及波形圖2.電路原理圖實(shí)驗(yàn)電路如圖2所示.通過查閱有關(guān)資料分析其工作原理,確定器件變流器件為Mosfeto主電路原理說明：T為變壓器,Uvt是變流器MOSFET兩端電壓,U2為變壓器副端電壓,R為阻性負(fù)載,Ud為負(fù)載兩段電壓.Id為流過負(fù)載的電流,Ug為觸發(fā)電壓.根據(jù)MOSFET導(dǎo)通的兩個(gè)條件MOSFET的陽-陰極之間加正向電壓；門極加正向電壓,流入足夠的門極電流可以判斷：在電源電壓U2的正半周,U2>0,MOSFET承受正向電壓,可以被觸發(fā)導(dǎo)通,但在給MOSFET門極施加觸發(fā)信號(hào)之前,MOSFET處于正向阻斷狀態(tài),電流Id=0,輸出

10、電壓Ud=0,電源電壓全部加在MOSFET上,即Uvt=U2.設(shè)在>w=a時(shí)刻向MOSFET送出觸發(fā)脈沖,MOSFET被觸發(fā)導(dǎo)通,假設(shè)忽略MOSFET的導(dǎo)通壓降,那么輸出電壓與電源電壓相等,即ud=u2,電流Id=ud/Rd.當(dāng)削=工時(shí),電源電2壓u2=0,使得流過MOSFET的電流降到維持電流以下而關(guān)斷此時(shí)電流Id=0,ud=0.在電源電壓u2的負(fù)半周,u2<0,MOSFET承受反向電壓,處于反向阻斷狀態(tài),負(fù)載電壓ud二0,電源電壓全部加在MOSFET上,Uvt=u2.直到第二個(gè)周期相當(dāng)于3tl時(shí)刻再次施加觸發(fā)脈沖,MOSFET再次被觸發(fā)導(dǎo)通,如此周而復(fù)始.2.3單相半波可控整流

11、電路的計(jì)算公式:根據(jù)設(shè)計(jì)要求可知電源電壓為余弦函數(shù),有效值.2=100T=0.025,觸發(fā)角2(2-1)輸出電壓平均值：Ud=£,sin(l-sina)負(fù)載電阻值：R=5O1 .當(dāng)ud=25V時(shí),有公式可求出觸發(fā)角a=-34.75°電流平均值=%=5AR2 .當(dāng)U"=30l/時(shí),有公式可求出觸發(fā)角夕=-65.25.電流平均值=當(dāng)=6AR2.4帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況(1)在電源電壓正半波(-工工區(qū)間),MOSFET承受正向電壓,脈沖Ug在22wt=a處觸發(fā)MOSFET,MOSFET開始導(dǎo)通,形成負(fù)載電流id,負(fù)載上有輸出電壓和電流.(2)在卬,=三時(shí)亥LU2=0,電

12、源電壓自然過零,MOSFET電流小于維持電2流而關(guān)斷,負(fù)載電流為零.(3)在電源電壓負(fù)半波(-江區(qū)間),MOSFET承受反向電壓而處于關(guān)斷狀22態(tài),負(fù)載上沒有輸出電壓,負(fù)載電流為零.(4)直到電源電壓u2的下一周期的正半波,脈沖Ug在向=2萬+.處又觸發(fā)MOSFET,MOSFET再次被觸發(fā)導(dǎo)通,輸出電壓和電流又加在負(fù)載上,如此不斷重復(fù).3. MATLAB仿真3.1 MATLAB仿真圖3.1.1 主電路仿真圖Or-“6X6圖4.主電路仿真圖3.1.2 觸發(fā)脈沖仿真電路.yp>Constantl3.2元器件參數(shù)設(shè)置321設(shè)置MOSFET參數(shù)圖5觸發(fā)電路仿真圖國BlockParameters:

13、ThyristorJresistance(Ron)andinductance(Lon).Formostapplicationstheinternalinductanceshouldbesettozero.Inoff-statetheThyristorasaninfiniteimpedance.ParametersResistanceRon(Ohms):0.001InductanceLon(H):ForwardvoltageVf(V):0.$InitialcurrentIc(A):SnubberresistanceRs(Ohms)：10SnubbercapacitanceCs(F)：4. 7e-

14、6CancelApplyJShewmeasurementportOK圖6.M0SFET參數(shù)設(shè)置圖15BlockParameters:SeriesRLCBranch|23SeriesRLCBranch(mask)(link)ImDlenentsaseriesbranchofRLCelements.Usethe5Branchtype,paradetertoaddorrewveelementsfromthebranch.ParametersBranchtype:|rResistance(Ohms)：5MeasurementsBranchvoltageOKCanoe1HeIpApply圖7,電阻負(fù)載參

15、數(shù)設(shè)置圖3.2.3設(shè)置電源參數(shù)國BlockParameters:ACVoltageSource次ACVoltageSourcc(iriask)(link)IdealsinusoidalACVoltagesource.ParameiersPeakamplitude(V)：ICOPhase(deg)：-90Frequency(Hz)：50Sampletime：0MeasurementsNoneOKCancc1HeIpApply3.2.4設(shè)置時(shí)的脈沖參數(shù)當(dāng)Ud=25V時(shí),觸發(fā)參數(shù)如圖國SourceBlockParameters:Constant|次ConstantOutputtheconstants

16、pecifiedbythe'Constantvalue,parameter.If,Constantvalue5isavectorand'Interpretvectorparametersas1-D'ison,treattheconstantvalueasa1"Darray.Otherwise,outputamatrixwiththesamedimensionsastheconstantvalue.MainSignalAttributesConstantvalue：0.964IZInterpretvectorparametersas1-DSamilingmode

17、：Sampleb-sedSampletime:infOKCanoe1HeIpApply圖9,觸發(fā)脈沖參數(shù)設(shè)置圖當(dāng)Ud=30V時(shí),觸發(fā)參數(shù)如圖%.SourceBlockParameters:ConstantConstantOutputtheconstantspecifiedbythe*Constantvalue'parameter.If5Constantvalue3isavectorandInterpretvectorparametersas1-D'ismatrizon,treatthecoiistantvalueasa1-Darray.Otherwise,outputawith

18、thesamedim巳nsionsastheconstantvalue.MainSignalAttributesConsfontvalue：0.502OKCancelHelpApply圖10.觸發(fā)脈沖參數(shù)設(shè)置圖3.3仿真結(jié)果展示當(dāng)Ud=25V時(shí)O評(píng)8中&網(wǎng)4圖1L仿真結(jié)果圖當(dāng)Ud=30V時(shí)圖12仿真結(jié)果圖仿真結(jié)果分析示波器第一個(gè)波形是電源電壓,第二個(gè)波形是脈沖波形,第三個(gè)波形是負(fù)載兩端電壓,第四個(gè)波形是電流波形,第五個(gè)是MOSFET兩端電壓.當(dāng)電源電壓U2<0,MOSFET不導(dǎo)通,MOSFET兩端受電源電壓；當(dāng)電源電壓U2).且沒有觸發(fā)電流時(shí),MOSFET同樣不導(dǎo)通承受電源電壓；當(dāng)電源電壓U2)0而且有觸發(fā)電流時(shí),MOSFET導(dǎo)通,電阻負(fù)載承受電源電壓,每個(gè)周期重復(fù)上述情況.4.結(jié)論及體會(huì)結(jié)合以上波形圖,我們可以分析出單相半波可控整流電路具有以下的特點(diǎn)：1