模电课程设计报告-振荡式微型电机三相变流电源的设计.doc

本科生课程设计报告题目：振荡式微型电机三相变流电源的设计 物联网工程 学院电气工程及其自动化专业学 号 学生姓名 指导教师 2011年7月2号模电课程设计报告一、原理与电路设计（一）、振荡式正弦波变流电源1、设计内容：输入直流电压30v，输出三相交流电压20v，频率405hz，输出电流200ma，三相电压不对称度2%，频率稳定度，正弦波失真度1%。2、设计要求：将输入的交流电转换成直流电，再将直流电转换成对称三相交流电。3、原理及参数选择微电机驱动电源的基本单元电路如图1所示，集成功率运算放大器ar1和外围元件r1、r2、r3，电容c1构成有源移相器，其频率特性为 （1）其幅频特性为 （2） 其相频特性为 （3）式中，为反相输入运算放大器的基本相移；为有源移相器的附加相移。由式（2）得出有源移相器的对数幅频特性为 （4） 图1.有源移相器若取,并代入式（3）、式（4）可得到有源移相器的增益a（w）=1,这是有源移相器构成正弦波振荡器的幅值平衡条件；相移，表明输出电压领先输入电压相位角，是有源移相器构成正弦波振荡器的相位平衡条件。根据三相变流电源的技术指标的要求，可调节并确定有源移相器的参数，当，时，在虚拟频率特性图示仪上观测到有源移相器的一组数据为：，相移，增益。将三个图1所示的有源移相器级联，并将ar3的输出端与ar1的输入端连接，形成闭环电路，构成振荡式微型电动机三相变流电源，如图2.所示。其环路增益af=1,，三相有源移相器总相移为，该电路将产生正弦波振荡，在ar1、ar2、ar3的输出端，即w、v、u端产生对称的三相正弦波电压，三相正弦波电压的相序是u-v-w即三相对称电源的频率为，图2中的直流电压v1由交流电源经过整流、滤波、稳压电路后获得。 图2.振荡式微型电动机三相变流电源（二）、微型电动机三相梯形波变流电源1、设计要求：要求采用电子工作平台（ewb）软件设计移相式微型电动机三相梯形波变流电源2、技术指标：移相式微电机三相梯形波驱动电源的输入直流电压为30v，输出三相交流电压为14v，频率为500hz，电流为200ma，三相电压不对称度为2%，频率稳定度为，正弦波失真度1%。3、原理及参数选择：移相式微型电动机三相梯形波电源的基本构成电路与正弦波电源基本电路图1构成相同。为产生梯形波振荡，需使，并保证相位平衡条件，利用集成运放的非线性限幅特性，产生梯形波输出。根据该条件选择，这时运放的静态增益。微型电动机的功率因素较低，电流滞后角较大，图2中的整流管d1d6，构成续流电桥；电阻器r10，r11，r12和电容器c4、c5、c6构成负载的无功率补偿电路，电阻器r10、r11、r12还兼有限制输出电流的作用，避免无意中照成的电源的损坏。三相对称梯形波输出电压（）波形（三）、三相方波变流电源1、设计要求：要求采用电子工作平台(ewb)软件,设计模拟振荡式三相方波变流电源 2、技术指标：模拟振荡式三相对称方波变流电源输入直流电压30v,输出方波电压15v,频率406hz,电流200ma,三相电压不对称度2%,频率稳定度3、原理及参数选择：模拟振荡式三相方波变流电源将单相交流电经整流、滤波、稳压后获得的直流电转变为三相方波电压,以驱动三相微型电动机。其基本单元电路由具有过电流保护和过热保护环节的集成功率运算放大器和相位滞后的rc移相电器组成。rc移相电路如图4所示.图4 rc移相电路其频率特性为 （6）频特性为 （7）其相频特性为 （8）其对数幅频特性为 （9）由式(8)可知,附加相移=-60,是产生三相方波振荡的相位条件,由此,可导出该条件下振荡角频率,频率 ,是产生方波振荡的幅值条件,因集成运算放大器开环工作而满足.输出方波的幅值受集成运算放大器振幅的非线性特性的限制而稳定。图5 三相方波电流源原理图在设定电路参数 r=100k ,c=6800pf时,从扫频仪观测到附加相移 =-60,f=-6db,f=406hz,所示该移相器与开环工作的集成运算放大器相结合,能满足产生方波振荡的幅值条件和相位条件。将rc移相电路和三个功率集成运算放大级联,并将ar3的输出端与r1连接,形成闭环电路,组成模拟振荡式三相方波电源,其环路增益af1,环路相移。该电路产生方波振荡,在ar1,ar2,ar3的输出端u,v,w产生对称的三相方波电压。通过计算机仿真,在虚拟示波器上观测到波形如图6所示 图6该变流电源可过到如下指标,输入直流电压12v,输出方波电压15v,频率406hz,电流200ma,三相电压阶跃不对称度2%,频率稳定度10。二、电路的连接与调试在拿到实验器件后，我与同组成员按照原理电路在面包板上首先连接出了图1所示电路。然后在第二天到实验室进行了调试。在刚开始的调试的过程中，无论如何调节变阻器，示波器上都波形都非常不规则。于是按照电路图对电路接线进行了多次检查，接线并没有问题；然后对于导线和器件之间是否接触不良进行了测试，用万用表测导线电阻。测试之后得出结论：所用导线阻值均为0即接触良好。接着又意识到元件之间的影响，于是重新布置了电容的位置，尽量减小影响。但是还没什么进展。一整个上午我们都没发现问题所在，在有些灰心的时候我们决定重新接，从头开始。在重新接的时候我们意识到是面包板的连接上出现了问题，于是非常谨慎地重新连接了电路图1，尤其注意了面包板的接法，一个元件一个元件地对照图重新接好。然后一开始仍然调不出波形，于是对电路接线又进行了检查。最后，我们检查出反馈线我们接错了。调整好接线后，r2、r3调节至适当阻值后，示波器上出现了正弦波。记录数据后，再调节r2、r3至某一值时，出现了梯形波，记录数据。继续调节r2、r3，示波器上渐渐显示出方波，到某值时，方波大体出现了，但是上方有锯齿状波形，我们猜想是电路还有干扰，便继续进行调整，当我们重新布置了二极管的位置后，完美的方波出现了。我们的任务就全部完成了。三、调试结果与分析说明当af等于1时，呈正弦波，三相正弦波的相位差为120；当af微大于1时，呈梯形波，三相梯形波相位差为120；当af远远大于1时，呈方波，三相方波的相位差为120。四、小结与体会这次的课题设计不仅锻炼了我的动手能力，还让我清楚的意识到实践与理论之间的差距。在掌握理论的基础上，连接电路时需要很强的逻辑思维还有极好的耐心。这次课设我们首次