单结晶体管触发电路构成的单相半波可控整流电机调压调速电路
电力电子和拖动技术课程设计
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题
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目:单结晶体管触发电路构成单相半波可控整流电机调压
调速电路
学生姓名: 董乾隆
系 别: 电气信息
工程
路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理
系
专业年级: 2008级电气工程及其自动化专业本科2班
指导教师: 苏晓鹰
2011年1月 16 日
一、实验目的与要求
(1) 理解并掌握单结晶体管触发电路的工作原理。
(2) 熟悉单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。
(3) 根据相关理论以及根据单结晶体管的工作原理能准确绘制出电路各点的电压波形。
(4) 熟练掌握单相半波可控电路(可控晶闸管)的工作原理并能实际运用。
(5) 从感性上更深刻地认识到可以通过调压的方法从而达到调节直流电动机转速的目的。
二、实验设备及仪器
示波器、220V三相交流电源、单结晶体管触发电路、交流电压
表
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、晶闸管、续流二极管、普通二极管、电阻、滑线变阻器、他励直流电动机
三、实验线路及原理
(1)单结晶体管触发电路工作原理及
电路图:
单结晶体管触发电路由单结晶体管VT、整流稳压二极管及三极管3
VT，VT构成的等效可变电阻等组成，其原理图如上图所示: 12
由同步变压器副边输出60V的交流同步电压，经二极管VD半波整流，1再由稳压管VST，VST进行削波而得到梯形波电压，梯形波经过R，124VT向电容C充电，当充电电压达到单结晶体管VT的峰点电压时，单223
结晶体管VT导通，从而通过脉冲变压器输出脉冲。同时电容C经单32结晶体管VT放电，由于时间常数T很小，U很快下降至VT的谷点3cC23电压，VT重新关断，C再次充电。每个梯形波周期，VT可能导通，323关断多次，但只有第一个输出脉冲起作用。电容C的充电常数T由2c充电电流决定，调节RP1的滑动触头可改变VT的基极电压，使VT,VT112电流发生变化，即充电电流大小可由RP1来调节，也就是说，一个梯形波周期内的第一个脉冲出现时候，即控制角可由RP1来调节。 (2)单相半波可控整流电机调压调速电路图及工作原理: 将单结晶体管触发电路的输出端G、K端分别接至晶闸管VT的门、阴极，即可构成如下图所示的实验路线。
说明:图中二极管VD为续流二极管。
2.1电路图工作原理:
正弦波U正半周期内，单结晶体管触发电路在设计的时间周期内产生触发脉冲至晶体管VT门极，晶闸管导通，流经电动机电枢支路电流几乎为直流，此处认为其为直流。电动机在直流电压下运转工作(励磁回路为他励，励磁回路产生可认为是恒定大小的磁场，为电枢之路提供磁通，励磁之路的讨论在下边)。
正弦波U负半周期内， 其波形过零变负，使续流二极管VD自然导通，U钳位为零。此时波形为负值的正弦波U通过VD向晶闸管VTd
施加反压使其关断。在VT关断之后，流过VT的电流变为零，但电动机M为感性元件，其流过的电流并不能突变为零，它正处在减小的过程中，由于其L(di/d)<0，自感电势上正下负，为VD和电动机电枢td
绕组提供正偏压，即流经电枢绕组支路电流i方向不变 ，i在ddRb-M-VD-Ra-L回路中继续流通，此过程通常称为续流。正是由于VD的续流通路取代了原来的VT路径，保证了VT关断之后i的连d续性。
在负载为反电动势负载情况下，在VT关断期间，当U
UM时，VD可持续导通，使i连续，且i波形接近于dd一条水平线，如下图(c)所示。
在一个周期内，i的连续波形分为两段:wt=α~π期间，VT导通，d
其导通角为(π-α)，i流过VT，晶闸管电流i的波形如下图(d)dVT
所示，其余时间i流过VD,续流二极管VD电流i波形如下图(e)所dVD
示，VD的导通角为(π+α)。i波形由流过两器件(晶闸管VT，续流d
二极管VD)的电流拼合而成。若近似认为i为一条水平线，恒为I，dd则流过晶闸管的电流平均值I和有效值I分别为: dTT
续流二极管的电流平均值I和有效值I分别为: dDRDR
α角的移相范围为0?~180?。晶闸管两端电压波形U如图(f)所示,VT其承受的最大反向电压均为U的峰值。续流二极管承受最大反向电压也为U的峰值。
2.2三相不可控整流电路做励磁电源分析
他励直流电动机电路图:
三相不可控整流电路做励磁电源电路及波形图:
如上图所示，三个二极管采用共阴极连接方式，三个二极管都有可能导通，但彼此之间有排他性，但只能是谁的阳极电位高谁导通，由a,b,c三点的电位高低来决定，三个二极管对应的相电压中，哪一个的值最大，则该相所对应的二极管导通，并使另两相的二极管承受反压关断，输出整流电压，即为该相的相电压，波形如上图u波形所f示。在一个周期中，器件工作情况如下:
在wt1~wt2期间，a相电压最高，VD导通，u=u; 1fa
在wt2~wt3之间，b相电压最高VD导通，u=u; 2fb
在wt3~wt4之间，c相电压最高，VD导通，u=u 3cf
此后，在下一周期相当于wt的位置，即wt时刻，VD又导通，重复141前一周期的工作情况。如此一个周期中，VD，VD，VD轮流导通，每123管各导通120?，u的波形为三个相电压在正半周期的包络线。 f
在相电压的交点，wt,wt,wt,均出现了二极管换相，即电流由一个123
二极管向另一个二极管转移，称这些交点为自然换相点。
2.3直流电动机D17铭牌数据:
PN=185W UN=220V IN=1.1A nN=1600rad/min If<0.16A
他励直流电动机励磁绕组两端电压及励磁调节电阻计算 励磁绕组两端电压u f:
U为u,u,u的有效值。 2abc
若U=220V，则U=257.4V 2f
直流电动机励磁支路调节电阻计算:
R=(U-U)/IffNf
I < 0.16A此处取I=0.16Af,f
R = (257.4-220)/0.16=233.75Ω f
在本实验中，R由2个单电阻为900Ω的滑线变阻器并联而成。通过f
调节滑动触头，使并联电阻器阻值调节为233Ω左右。 四、实验内容和方法
内容:1)根据上述实验原理，按图接线
2)接线完毕，自己检查线路是否有误，如线路无误则按下通电按钮准备通电
3)单结晶体管触发电路各点波形的观察。理论波形如下:
3)调节RP1的大小，即调节相控角的大小，当控制角α最小时，
用示波器测出1-2、1-3、1-4、1-5的波形图并
记录
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绘制
4)保持恒转矩负载不变，调节RP1的大小，列表记录不同转速及此时相应的电压Ud的大小，并绘出不同转速时相应的Ud的波形。 五、实验数据处理
1. 在电动机转速n=591r/min，晶闸管两端电压U=75.70V，控制角αd
=0?，此时其触发电路各点工作波形图:
1-2、1-3、1-4、1-5的波形图分别如图1-2、1-3、1-4、1-5所示。 2. 保持恒转矩负载不变时调节RP1的大小，记录转速、负载转矩和电压Ud如下表:
转速n(r/min) 负载转矩(mNm) 电压U(V) d1 591 120 75.70 2 518 110 66.52 3 404 109 53.08 4 303 129 40.74 5 234 111 34.60 6 99 116 15.65 此时输出电压Ud的波形分别如图2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6。
图1-2 图2-1
图1-3 图2-2
图1-4 图2-3
图1-5 图2-4
图2-5
图2-6
六、结论与心得
经过我们的努力和老师的耐心指导，将课程设计按计划完成。在这次课程设计中，我们遇到了许许多多问题也学到了许多知识，有很多问题我们都没有想到，但是在我们组同学的努力和老师的耐心讲解下，最终克服了那些难题，找出了问题的所在，这样既锻炼了我们
的实践动手能力，又使我们得到了实践的机会，真正做到了理论与实践的有效结合。
在这过程中，光靠个人的力量是不可达到的，而且只知道理论也是不够的，还必须懂一些实际中的问题。所以在实验技术的训练中，我们把实验课与课堂教学结合起来，锻炼自己的理论联系实际的能力和实际操作能力。
通过这次课程设计，我在实验方法和实验技术上得到训练，进而培养理论联系实际的能力，实际操作的能力，以及培养正确处理数据、分析和综合实验结果;也对单节晶体管触发电路、单相半波可控整流电路、直流电机调压调速电路的工作原理以及由此构成的单相半波可控整流电机调压调速电路的工作原理有了更加深入的了解。 七、参考文献
【1】《电力电子技术与运动控制系统实验》 潘再平，唐益民 浙江大学出版社
【2】《电力电子技术》 张家胜 张磊 中国石油大学出版社 【3】《电机与拖动基础》 林瑞光 浙江大学出版社
浙公网安备 33021202002483