单相交流调压整流带电机

1、中国石油大学胜利学院电力电子和拖动技术课程设计总结报告 题 目：单相交流调压整流带电机 学生姓名： 系 别： 电气信息工程系 专业年级：2014级电气工程及其自动化专业专升本2班 指导教师： 2014年12月 18 日 1、 实验目的与要求1.详细说明单相交流调压触发电路工作原理，并画出（1、2、3、4、5）点的工作波形并详细介绍KC05。2.了解直流电动机的调速方法。3.画出单相交流调压二极管桥式整流直流电动机调速电路图，并说明工作原理。4.掌握单相交流调压整流带电机电路的调试步骤和方法并记录实验数据。二、实验设备及仪器1、DT01B 电源控制屏 2、DT09 转速显示 3、DT15 交流电

2、压表 4、DT14 直流电流表 5、DT20 电阻 （900欧） 6、DT04 电阻 （3000欧） 7、DT02 220V直流稳压电源 8、DDS12单相交流调压电路触发器 9、DD202 晶闸管、二极管、续流二极管、电感 10、导线若干 11、双踪示波器 12、KC05触发器 13、D17直流并励电动机三、 实验线路设计及原理1、主电路设计 本课程实验及研究的电路：单相交流调压整流带电机电路，由触发电路和主电路组成，即可看成由三个分支电路整合组成。1.单相交流调压电路。2.二极管桥式整流电路。3.直流电动机调速电路。下面就上述三个电路做简单分析。 (1)单相交流调压整流电路 交流调压就是将

3、两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，在每半个周波内通过控制晶闸管开通相位，可以方便的调节输出电压的有效值。图中的晶闸管VT1和VT2也可以用一个双向晶闸管代替。在交流电源U1的正半周和负半周，分别对VT1和VT2的移相控制角 进行控制就可以调节输出电压。和整流电路一样，交流调压电路的工作情况与负载的性质有很大的关系，因此下面就阻感负载、反电动势负载予以重点讨论。1.1单相交流调压电路电路结构（阻-感性负载）图1.单相交流调压电路（阻-感性负载）电路图及其波形1.1.1单相交流调压电路工作原理（阻-感性负载） 当电源电压U2在正半周时，晶闸管VT1承受正向电压，但是没有触发脉冲晶闸管VT1没有导

4、通，在（控制角）时刻来了一个触发脉冲，晶闸管VT1导通，晶闸管VT2在电源电压是正半周时承受反向电压截止，当电源电压反向过零时，由于负载电感产生感应电动势阻止电流变化，故电流不能马上为零，随着电源电流下降过零进入负半周，电路中的电感储存的能量释放完毕，电流到零，晶闸管VT1关断。反之VT3关断。单相交流调压电路用两只反并联的普通晶闸管或一只双向晶闸管与负载电阻R电感L串联组成主电路，因为比电阻性负载多了一个电感，在感应电动势的作用下，输出的电压都延迟了一段且阻感负载时的移相范围<。（阻抗角）。（2）二极管桥式整流电路及其原理 电路中采用四个二极管，互相接成桥式结构。利用二极管的电流导向作

5、用，在交流输入电压U2的正半周内，二极管D1、D3导通，D2、D4截止，在负载RL上得到上正下负的输出电压；在负半周内，正好相反，D1、D3截止，D2、D4导通，流过负载RL的电流方向与正半周一致。因此，利用变压器的一个副边绕组和四个二极管，使得在交流电源的正、负半周内，整流电路的负载RL上都有方向不变的脉动直流电压和电流 。(3)他励直流电动机控制电路a.主要元器件名称及作用：L1蓄能电感，使工作电流连续；L2励磁绕组，获得磁通；VD续流二极管；R限流电阻，保护VD；Ra电枢电阻（启动电阻）；Rf励磁调节电阻b.启动 ：实验前先检查电枢电阻Ra是否调至最大，磁场调节电阻Rf是否调至最小，否则

6、励磁绕组在弱磁状态下电枢电流会过大；然后接通励磁直流电源，产生磁场，再接通直流可调电源即接通电枢电源，电动机安全启动。并逐渐减小Ra，直至完全切除。调节可调电源电压，使其电动机的端电压保持220V，电动机的额定电流达到1.1A，并调节Rf励磁调节电阻，使其额定励磁电流If小于0.16A。通过触发电路改变其输入的直流电压即可调节电动机转速，并时刻注意各表的变化，以防止过电压过电流损坏电动机。c.停机：先断开电枢电源,在断开励磁电源；并将Ra电枢电阻调至最大，Rf励磁调节电阻调至最小为下次启动做好准备。2、触发电路设计 1. KC05驱动电路图及其工作原理原理：由KC05可控硅移相集成触发器为主的

7、单相交流调压触发电路，利用其同步检测、锯齿波形成、脉冲移相、脉冲形成环节和脉冲变压器及脉冲信号输出电路共同作用，并调节RP2可观察输出脉冲的移相范围变化，调节RP1能调节锯齿波电压斜率。给调压电路中晶闸管VT1、VT2以不同的的控制信号实现可靠地调压功能1.1 KC05可控硅移相集成触发器的结构及原理 KC05适用于双向可控硅或反并联可控硅线路的交流相位控制。具有锯齿波线性好、移相范围宽、控制方式简单、易于集中控制、有交互保护、输出电流大等优点。是交流调光、调压的理想电路。同样也适用于半控或全控桥式线路的相位控制。 图2-2 KC05的结构和工作原理同步检测是由KC05内部的整流桥VD1-VD

8、4和V1、V2组成。脚15、脚16接交流电源同步变压器，再同步电压正负两个半周内绝大部分时间几乎都能使V1、V2处于完全导通状态，只有在电网电压在过零点附近，即小于3个PN结开启电压值之和时，V1、V2才截止，由此来控制锯齿波电压的形成，由于二极管的钳位作用，脚15、脚16之间的电压为正负间隔出现的近似梯形波电压，梯形波的幅值Vm=2Vd+Vbe1。如图2-3（a）所示锯齿波形成环节由V3、Vdz1、V5、V6和V5发射极脚4的外接电容C1构成。依靠电容C1的充放电作用在它两端产生锯齿波电压。同步电压过零时，V1、V2截止，V3、V5导通，向电容C1充电，由于充电时间常数很小，C1两端电压迅速

9、充至Vdz1的稳压值8伏左右，作为锯齿波电压的峰值。同步电压过零之后，V1、V2导通，V3、V5截止，电容C1的电荷经V6恒流放电，形成锯齿波电压的下降沿，调节V6外接偏置电阻R1就能调整锯齿波电压的斜率。锯齿波电压波形如图2-3（c）所示。脉冲移向环节由V8、V9、V10、Vdz2、V11组成。V7、V8、V9为恒流源组成的差放电路，起到比较放大的作用。移相电压接至KC05的脚6，当线性下降的锯齿波电压大于移相电压时，V8导通，V9、V10、Vdz2、V11截止。当锯齿波电压小于移相电压时，V9、V10、Vdz2、V11导通，V11的导通经过脉冲形成环节产生脉冲输出。图2-3 KC05相关点

10、波形 脉冲形成环节由VD8、V12、V13、V14，脚13外接电容C2、脚10外接电阻R2组成。V11导通时调整偏置电阻R2使V12导通，与此同时，C2经VD8、V12充电，极性为左正右负。当V11导通时，电容C2上的电荷以反压的形式加于VD8与V12发射结两端，迫使V12截止。复合管V13、V14为输出驱动管，在V12截止期间，V13基极为高电平，通过外接驱动电路触发双向晶闸管。同时C2由15伏电源、R2、V11反向充电，脚10端电压逐步上升，当该电压大于VD8和V12开启电压时，V12导通，V13、V14截止，输出脉冲终止。调节时间常数R2、C2的大小就能获得合适的脉冲宽度。KC05引脚相

11、关的电压波形如图2-3所示。 若将KC05的脚2与脚12相连，便组成了失交保护环节，所谓“失交”就是指一旦移相电压大于锯齿波电压峰值时（此时两电压不存在交点），V9、V10、V11、V12保持导通，V13、V14、保持截止，电路无脉冲输出，电动机在较高的速度下骤然停止，对控制不利。若将KC05的脚2与脚12相连，在电网电压过零时，V1、V2截止，V3、V4导通，V4导通时管压降加于Vdz2和V11的发射结两端，强迫使V11截止，当电网电压过零后，V1、V2导通，V3、V4截止，Vdz2、V11导通,电容C2上预充电电压强迫使V12截止，V13、V14导通，输出触发脉冲，因此，当移相电压大于锯齿

12、波电压峰值时，使晶闸管工作于全导通状态，电机在满电压下运行。四、实验内容和方法1. 电路调试（1）总电路图（单相交流调压二极管桥式整流直流电动机调速电路图） （2）实验方法及调试步骤：a.连接好电路后，首先要检查电路连接是否正确。b.检查正确无误后，才能开始通电，注意把触发电路的开关拨到“开”位置，然后通上电，用示波器测量各点的波形，看是否正确。c.按照上述电动机的启动步骤逐步启动直流电动机，注意观察各表指示变化是否正常。d.电动机正常工作，说明电路连接正确。e.调节触发电路的RP1,RP2可以调节触发角和触发脉冲的斜率，从而改变输入电压的有效值，进而改变电机转速。f.需要停机时应按上述停机步

13、骤停机。 五、实验数据处理1. 直流电动机D17铭牌数据：PN=185W UN=220V IN=1.1A nN=1600rad/min If<0.16A2. 整理并画出实验中各点波形。单相交流调压（1、2、3、4、5、6）点处的工作波形（先是交流，后是直流）1点波形2点波形3点波形4点波形5点波形6点波形3. 实验数据如下表所示转速(r/min)直流电流（mA）直流电压（V）交流电压（V）19001421541882750137129169360613510915244471328612953021306710162001245694六、注意事项1.器件被触发导通的过程非常短暂,注意细心

14、观察,详细记录。2.双踪示波器有两个探头,可同时观测两路信号,但这两探头的地线都与示波器的外壳相连,注意强弱电不共地，要不然容易烧毁示波器。3.在电感性负载下，不能用窄脉冲触发，否则当<时会发生一只SCR无法导通现象，输出电流出现很大的直流分量，会烧毁熔断器或晶闸管。4.电动机的励磁回路接线必须牢靠，启动时必须串联启动电阻启动。5应有必要的短路保护、低压保护等保护措施。7、 结论与心得王汉松：（1） 本课程设计主电路由哪几部分组成？单相交流调压；桥式整流；电枢电路；励磁电路（2）电枢电路与励磁电路中Ra启动电阻，Rf励磁调节电阻，电机启动前怎么调节？电动机启动时为什么启动电流会过大，正常

15、运行后又变小了？电枢电路与励磁电路通电之前Ra调到最大，以防止启动电流过大损坏电机；Rf调到最小以防止电枢电路在弱磁状态下电枢电流过大；电动机启动时电流过大是因为电枢电路的电阻很小并且此时反电动势为零，故启动时电流会过大，正常运行后有了反电动势的制约故电流会比刚启动时降低变小。感受：在一开始接到课程设计的题目后，结合给定的要求，对整个题目有了整体的框架，然后又分成几部分逐一发现问题解决问题，并且认识到书到用时方恨少！基础不扎实只好下苦功夫弥补。从一开始的一知半解到有所理解再由老师的指导下真正明白。我深刻的认识到做学问做研究没有严谨的态度、积极克服困难的心态以及科学逻辑缜密的思维，一处很小的错误

16、带来的后果都将是不能原谅的。并且认识到个人的力量毕竟是有限的，要学会发挥、团结团队里每一个成员的力量，以集体的力量与智慧去克服一个接一个的问题与困难，最终获得成功！黄志海：主电路由哪几部分组成？单相交流调压；桥式整流；电枢电路；励磁电路RP1和RP2的作用及其它们怎样联动的？RP1的作用是调节触发角，RP2是控制移相范围。使用时，应先调节RP2使的调节范围为0180°，然后在控制RP1在0180°内改变触发角从而达到调压的目的。感想：在实验之初每个组员，都对课题相关知识没有太多了解，对课程设计也没有思路，面对课题可谓是束手无策。但是每个人都没有放弃，都在积极的在书上、网上查

17、找相关的信息和知识。你一言我一语，实验设计渐渐的有了雏形，特别是在主电路各个部分的作用，很多的每个人都做出自己的贡献，都积极的去网上书上查找信息，最后直到把实验各个环节作用全部理清楚，从对实验的毫无头绪到最后每个环节都弄明白，大家一起付出了很大的努力。团结就是力量，要想解决难题，应将它分解开来逐个击破，从而达到成功。许伟姣：（1）问题：磁场调节电阻Rf为什么调到最小？防止励磁绕组在弱磁状态下电枢电流会过大 。（2）问题：为什么要把启动电阻Ra放在那个地方？为什么把启动电阻调到最大？防止电动机损坏；由公式 I=U-Eo/Ra+Rao知，因为U不变，转速逐渐增大，则Eo由零逐渐

18、增大，而Ra逐渐减小，所以电流逐渐减小。感受：课程设计结束了，在这次的课程设计中体检了我所学习的知识，经过这次设计使我对这门课程中的知识更加深刻。从中，我也发现了自己平时学习的不足和薄弱环节，在以后的学习中我会更加努力，弥补自己的不足。在此谢谢我们的老师，老师严谨细致，一丝不苟作风是我以后学习的榜样，这次课程设计的实验细节和每个数据，都离不开老师的细心指导。您宽容的态度帮组我们很快完成这次课程设计。同时感谢帮助过我的同学们，谢谢你们对我的帮助。宋宇飞：问题：如何调节电动机的速度？调节电动机的速度，可以调节电动机的电压V2。调节RP1使触发角改变，从而改变电压V2。感受：在本次的单相交流调压整流带电机实