单相半波可控整流电路设计说明

1、电力电子技术 课程设计说明书单相半波可控整流电路设计学生：学号：学生：学号：学 院：计算机与控制工程学院专 业： 电气工程及其自动化指导教师：2016年 月中北大学课程设计任务书2015/2016 学年第 一 学期学院：计算机与控制工程学院专业：电气工程及其自动化学生姓名：学号：学生学号：课程设计题目：单相半波可控整流电路设计起期迄日2015年12月27日 2016年1月8日课程占八、设计地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

2、图软件和Matlab仿真软件2. 设计容和要求(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Rl 5,单相交流电压U 100cos100 t (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 Ul 25V和Ul 30V 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 Ul 25V和Ul 30V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：

3、 VVSK VK n VV VV n： * VV VVS-1! H-VSH vr m VV W VV1) 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。课程设计任务书4. 主要参考文献：亠：li AUBBa J. H J E BAHBBAUBBa J. H B J E

4、A AKBBIB li J. K B E A AHBBIBL J. H B A A B IB i J. U B J E A * U IB Ji J. U B J. *：1 王兆安电力电子技术机械工业.20082 志刚.电力电子学.清华大学.20093 石 玉.电力电子技术例题与电路设计指导.机械工业.20034 兴，崇巍.PWM整流器及其控制M.北京：机械工业，20125. 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

5、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 月日目录2. 2.单相半波可控整流电路设计22.1课程设计任务及要求 .22.2电路原理图 32.3单相半波可控整流电路的计算公式.42.4带阻感负载时的工作情况51.绪论13. MATLAB 仿真53.1 MATLAB 仿真图 53.1.1主电路仿真图 5参考文献12附录12触发电路仿真图 63.2元器件参数设置 6设置MOSFET参数7设置电阻负载参数 7设置电源参数8设置脉冲参数83.3仿真结果展示 94. 结论111. 绪论电力电子技术是建立在电子学、电工原理和

6、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

7、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、

8、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 R 5V，单相交流电压U 100cos100 t（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UL 25V和UL 30V，功率管相对应的触发角。其次，按

9、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 UL 25V和UL 30V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、MOSFE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

10、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MOSFE导通的两个条件(MOSFE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，U20,MOSFE承受正向电压，可以被触发导通，但在给 MOSFE门极施加触发信号之 前，MOSFE处于正向阻断状态，电流ld=0,输出电压Ud=0,电源电压全部加在 MOSFE上，即卩Uvt=U2。 设在wt

11、 时刻向MOSFE送出触发脉冲，MOSFE被 触发导通，若忽略MOSFE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wt时，电源电压u2=0,使得流过MOSFE的电流降到2维持电流以下而关断，此时电流ld=0，ud=0.在电源电压u2的负半周，u2GonUvnld触发脉冲仿真电路EFiwnlQDIn1SMrtcbxo图5触发电路仿真图3.2 元器件参数设置3.2.1 设置MOSFE参数也 Block Parameters: Ihyristor S3resistance (Kon) and induet巧nu尸 (LorJ.For nost applicatio

12、ns the iriternal induetHntushou 1 d be set to zeronIn off-state the Thyristor as an infiniLe iltipE ialicc.ParamettrgResistarice Kon (Ohms):0.001Induct ance Lon (H):0Forward yo!tags 7f 0而且有触发电流 时， MOSFE导通，电阻负载承受电源电压，每个周期重复上述情况。4. 结论及体会结合以上波形图，我们可以分析出单相半波可控整流电路具有以下的特点：1、阻性负载时Ud和Id波形相同；2、MOSFE在触发时换流；3

13、、在一个周期，Ud只有一个波形；这次课程设计让我明白了很多关于电力电子技术方面的知识，尤其是在 课本中没有完全介绍的。要完成这次课程设计，关靠书本知识是远远不够的, 所以我查阅了很多关于电力电子的书籍，并且也通过网络查到了很多相关的 知识，为这次课程设计做了很多帮助。对于课程设计的容，首先要做的应是 对设计容的理论理解，在理论充分理解的基础上，才能做好课程设计，才能 设计出性能良好的电路。整流电路中，基本元件的选择是最关键的，开关器 件和触发电路选择的好，对整流电路的性能指标影响很大。设计过程中，我 明白了整流电路，尤其是单相半波可控整流电路的重要性以及整流电路设计 方法的多样性。通过这次课程设计，我对文档的编排也有了一定的掌握，这对于以后的 毕业设计及工作需要都有很大的帮助，在完成课程设计的同时我也在复习一 遍电力电子这门课程，把以前一些没弄懂的问题这次弄明白了一部分