KSD-1型晶闸管直流随动控制系统地分析报告与校正
前言
这次的课程设计是基于自动控制理论的，主要是练习自动控制系统的校正方法。本报告主要是采用老师课上所教的串联校正的方法：串联滞后校正，串联超前校正，串联滞后-超前校正。然后分别按照预定的系统指标进行设计，求出校正系统的传递函数，得出校正后系统的传递函数。最后通过matlab软件来加以验证校正好的系统的各项性能指标，若满足要求则求出校正系统的网络参数，否则返回去改变校正时选择的参数，继续校正直到符合要求为止。
在撰写报告的过程中可能会有许多不规范的地方，希望老师能指出错误。谢谢！
编者
2014年3月
目录
自动控制理论课程设计任务书.................................... - 1 - KSD-1型随动系统的工作原理和性能指标........................... - 2 - 主要环节数学模型.............................................. - 3 - 串联相位滞后校正............................................. - 10 - 串联相位超前校正............................................. - 12 - 校正网络的实现............................................... - 16 - 心得与体会................................................... - 17 - 附录......................................................... - 18 -
自动控制理论课程设计任务书
一、题目：
KSD—1 型随动系统实验装置的分析及校正。
二、目的和要求：
1、利用所学的《反馈控制理论》知识分析 KSD—1型随动自动控制系统，并设计该系统的校正装置，使之满足给定的指标要求。通过本课程设计，加深对反馈控制理论的掌握、理解，并使之与实际联系相结合。
2、培养对自动控制系统及其有关部件的分析研究、计算、校正、调试的能力。
3、提高实验技能，了解设计步骤，培养学生分析问题和解决问题的能力。
三、设计内容：
1、了解 KSD—1 型晶闸管直流随动系统实验装置的总体结构、主要单元的作用和工作原理。
2、求取各环节的数学模型。
3、设计校正环节，使整个系统达到给定的性能指标。
4、每个同学必须独立完成课程设计报告，并由指导教师进行质疑考核。
四、课程设计报告内容：
1、整个装置的工作原理及任务指标。
2、主要环节数学模型的求取。
3、校正装置的设计。
4、整个装置性能指标的验算。
5、校正网络的实现。
6、收获体会和存在问题的分析。
五、工程图纸：
1、校正网络电路图一张。
2、伯德图一张。
3、系统框图一张。
六、设计时间：
一周。
KSD-1型随动系统的工作原理和性能指标
工作原理：
KSD-1型随动系统实验装置是采用自整角机作为反馈元件，线性运算放大器作为放大元件。可控硅作为功率放大元件，直流伺服电机作为执行元件的小功率随动系统。为了改善系统的动态品质指标，采用了直流测速发电机反馈作为并联校正，用电压放大器作为有源串联校正器。
本系统是采用电枢控制直流伺服电机的随动系统，系统采用变压式自整角机对，用来测量两个机械的转角差，当系统静止时两个自整角机转子相对于三相绕组的夹角之差为零。两个自整角机处于平衡状态，自整角接收机c S 的输出绕组没有电压输出，整个系统处于协调状态。假设系统有一输入角1θ，这时，自整角机的转子相对于三相绕组的夹角差不为零，于是自整角接收机的输出绕组就输出误差电压c U ，通过输出变压器加到全波桥式相敏整流器上，相敏整流器输出直流时，脉动很大，必须通过低通滤波器消除不必要的频率成分，取出近似正比于误差角的直流有效讯号，（具有正、负极性）加到线性组件o K 的反向输出端，经过电压放大后，加到同相器TX 和反相器PX 的同相和反相输入端作为可控硅（简称S 、C 、R ），控制角的控制信号，经触发线路1CP 或2CP 产生触发脉冲，去触发可控硅，有可控硅功率放大器输出控制伺服电动机转动，经过减速器i 同时带动自整角接收机c S 的转子转动，直至c S 跟上r S 的转角后，系统重新处于平衡，为了使系统正常工作，改善系统的动态品质，必须加入串联校正装置或并联校正装置。
校正后系统性能指标：
（1）输入轴最大变化速度50度/秒，最大角加速度50度/秒2。
（2）静态误差不大于0.5度。 （3）震荡次数小于2次。 （4）超调量≤30% 。 （5）调节时间≤0.7秒。
（6）系统速度误差≤1度（最大速度为50度/秒）。r=50t
50150
=∴==
v v
sr K K e
主要环节数学模型
1、敏感元件—自整角机
本系统采用图1所示的变压器式自整角机对，用来测量两个机械轴的转角差。
自整角机发送机r S 的转子与输入轴相接。接收机c S 的转子和系统输出轴相
连，自整角机对必须事先校正零位。
图1
变压式自整角机对的原理图
确定自整角机对的传递函数)(1s K
假设系统的输入角为1θ，系统的输出角为2θ，角θ为系统误差角，即
21θθθ-=，如图1所示。 设在r S 的激磁绕组上加交流电压
t E t e r r ωsin )(=
（1）
则在接收机r S 的变压器绕组上输出的感应电势y U 为
t U U m y ωθsin sin ??=
（2）
接收机的感应电势是一个调幅的载波信号，载波频率与发送机激磁电源频率相同，在工频情况下f=50周/秒，自整角机的输出特性如图2所示。 由图2（b ）可见，输出电压的有效值是失调角θ的正弦函数（图中包络虚线）即 θsin ?=m y U U
（3）
通常随动系统工作期间，失调角θ（绝对值）是比较小的，其输出电压
)(θf U y =曲线可以看成直线，（3）式可近似写成
θ?=m y U U
（4）
由此可见，自整角机对的传递函数可看成是一个线性放大环节，即在0=θ处的斜率
0)(
)(1=??=θθ
y U s K （5）
图2 自整角机对的输出特性
因此，可用实验测得其输出特性如下，r S 和c S 分别为N404和CC405。
7.0)8/1()(8
11=??=∑
=i y U s K θ
伏/度
换算成弧度7.0)(1=s K 伏/度= 40伏/弧度
2、相敏整流元件与低通滤波器
系统相敏整流元件选用的是二极管全波桥式相敏整流器，相敏整流的特点是输出直流电压的极性能反映输入交流信号的相位，输入控制信号为自整角机变压器输出电压y U ，交流同步电压U ～为参考电压。
实验测得相敏整流电路的输入—输出特性，相敏整流器的传递函数可以测量结果得出（取线性范围内）
图3 相敏整流器与滤波器测量示意图
354.1])/()[()4/1()(4
12=??=∑=i y p i U i U s K
低通滤波器的作用是减小相敏整流器的输出电压的脉动成分，消除不必要的
高频成分，其电路如图4所示。由15C 、35R 、45R 组成。
图4 低通滤波器
ms C R R R R T F
C K R R 85)]55/()55[(47.15105514433143=?+?==Ω==μ （6）
将滤波器环节的放大倍数归到后级电压放大环节，所以滤波器的传递环数为
)1008.0/(1)1/(1)(33+=+=s s T s K
滤波电路是一个小时间常数的惯性环节。 3、电压放大环节)(s K v
相敏整流输出电压经滤波后的直流信号加到油线性组件组成的电压放大器的反相端，其输出Us 作为可控硅控制角的控制信号，原理电路如图5所示。
图5 电压放大器
31R 为反馈电阻，输入端二极管1D 、2D ，分别限制加到放大器输入端基极上
的最大负向和正向电压，由31W 、41W 、3D 和4D 组成了输出端的限幅电路。 电压放大器的传递函数可由计算求出
2/1)5/()1()](/[)]([)(433-=+-=-=R R R s Z s Z s K r f v
4、直流伺服电动机
图6是直流伺服电动机的电路图，d U 是加在电枢两端的控制电压，d I 是电枢电流，s L 、s R 分别是电枢电感和电阻。
图6 直流伺服电动机
d M —电枢电流所产生的转矩（千克米）
Ω—电机角速度（弧度每秒）
Js —电枢转动惯量（千克—米—秒2） i —减速比
L J —负载转动惯量（千克—米—秒2） c M —负载转矩 Ω?+?
+?=e d
s s d d C dt
dI L R I U
（9） d M d I C M ?=
（10） dt d J M M M c d /Ω?=-=
（11）
其中M C —转矩常数（千克米/安）
e C —反电势常数 2/i J J J L s +=
由于系统负载转矩很小，所以只考虑惯性负载，利用（9）、（10）、（11）三个方程的拉普拉斯变换，可求得电枢控制直流伺服电动机的传递函数为：
)1/(1)]([)]
([)(2++???
? ??=Ω=S T S T T C s U s s W M M s e s m （12）
通常M s T T <<又因为本系统是电流断续的情况，因此直流伺服电动机传递函数可简化为
)1/()1
()(/)()(+=Ω=s T C s U s s W M e
d m
(13)
直流伺服电动机的传递函数可根据实验测定，或由名牌数据直接计算。
下面我们来确定（13）式中各个系数。
由（9）式可知，电机处于稳态运行时有：
)
60/2()()(n R I U R I U C s d d
s d d e π?-=Ω?-= (14) 根据电机的实验测定各个参数，我们采用过渡过程曲线，如图7所示，由示波器上测量得出s T M 375.0=，所有直流伺服电动机的传递函为
)1375.0/(52.3)(+=s s W m
图7 电机过度过程曲线
5、可控硅功率放大器的传递函数
可控硅功率放大器是一个延迟环节，其最大延迟时间决定于可控整流相数和电源频率，即
mf T SCR 2/1=
（16）
m —整流相数 f —供电电源频率
在本系统中，m=1 f=50周/秒，所以
ms s T SCR 1001.0)502/(1==?=
可控硅功率放大器的传递函数可表示为
)ex p()(S T K s K SCR SCR SCR ?-?=
式中SCR K 由触发电路输入信号电压到可控硅输出电压的传递系数。
实际可以认为可控硅功率放大器是一个小时间常数的惯性环节。SCR K 的数值
可用实验测取。
实测触发器输入信号电压与可控硅输出电压之间的输入输出特性如图所示。
图8
因为我们所关心的知识失调角很小时系统的性能，所以我们去协调位置附近的曲线斜率，作为可控硅功率放大倍数，这样取)150(150SCR s K K =
6、减速器
减速器的作用是将直流伺服电动机的角速度按照一定的减速比转化成低速的转速。
图9
则该系统的传递函数为：
s
si s s s K 21611)
()
()(6==
Ω=
θ 在这个系统中减速器的减速比i=216。 未校正系统的框图如下：
图10
则未校正系统的传递函数为：
)()()()()()()()(63210s K s K s W s K s K s K s K s G S m v ??????=
)1375.0)(101.0)(1008.0(2
.66)(2161
1375.052.3101.0150)5.0(1008.01354.140)(00+++-=
??
+?+?-?+?
?=?s s s s s G s
s s s s G
要求校正后的系统速度误差≤1度（最大速度为50度/秒）。r=50t ∴有50,150
===
v v
sr K K e ，即取系统的开环增益为50 在系统串联一个比例环节使得：
)
1375.0)(101.0)(1008.0(50
)1375.0)(101.0)(1008.0(2.66)(1+++=+++-=
s s s s s s s s K s G
解得：K=-0.755
在matlab 命令窗口输入：
>> s=tf('s');G=50/(s*(0.008*s+1)*(0.01*s+1)*(0.375*s+1)); >> bode(G),grid
画出未校正系统的bode 图，如下：
图11
在图中可以看出，系统的剪切频率)/(1.12s rad c =ω，相角裕度o 59.1=γ，增益裕度)(12.1dB Kg =。很明显系统的相角裕度不足，需要加校正装置。
串联相位滞后校正
设计：取校正后的期望相角裕度o 501=γ，相角滞后补偿量o 10=ε 原系统在新剪切频率'c ω处应具有的相角裕度：
o c 60)(1'=+=εγωγ
因此 o o o c 12060180)('-=+-=ωφ 在未校正的系统bode 图查的，当
)/(41.1's rad c ==ωω
时，o 120)(-=ωφ，此时对应的幅值为29.9dB 。
为使校正后系统在'c ω处穿过0dB 线，则要求滞后环节在'c ω出衰减29.9dB
26.319.29lg 20=?=ββ
选择滞后网络第二个转折频率为：
)/(282.02.0/1'2s rad T c ===ωω
则有： 546.3/12==ωT 85.110=T β 校正网络的传递函数为：
1
85.1101
546.3)('++=
s s s G c
校正后系统的传递函数为：
)
1375.0)(101.0)(1008.0)(185.110()
1546.3(50)()()('1+++++=
?=s s s s s s s G s G s G c
校验：在maltlab 命令窗口中输入： >>
s=tf('s');G=50*(3.546*s+1)/(s*(110.85*s+1)*(0.008*s+1)*(0.01*s+1)*(0.375*s+1));
>> bode(G),grid
画出校正后系统的bode 图，如下：
由图可以看出，校正后系统的剪切频率为)/(44.1's rad c =ω，相角裕度为
o 5.49'=γ。系统稳定且具有一定的裕度，故系统的稳态指标符合要求。
图12
再看校正后系统的阶跃响应曲线 在matlab 命令窗口中输入： >> Gs=G/(1+G);
>> figure(2),step(Gs,10),grid 画出系统的阶跃响应曲线，如下：
图13
由图可以求出，系统的超调量为：
%25%1001
125.1=?-=Mp （符合指标）
而系统的调节时间s t 已远远大于要求的0.7s,从原系统的bode 图看出，若靠减小
系统的相角裕度来加快阶跃响应，其效果不明显，故该方法不符。
串联相位超前校正
设计：取校正后的期望相角裕度o 500=γ，则校正网络在新剪切频率处的超前相角为：
o o o o m 5559.659.1500=+-=+-=εγγφ
因此 1.0sin 155sin 1=+-=
o
o
α 在校正后系统的剪切频率m c ωω='处校正网络的增益为
()dB 101.0/1lg 10=
找出为未校正系统在衰减为-10dB 处对应的频率即为'c ω，由未校正系统的bode 图求得
)/(1.20's rad c m ==ωω
于是校正网络的两个交接频率分别为
)
/(6.63/)/(356.621s rad s rad m m ====αωωαωω
则有校正网络的时间常数分别为
0157
.0/1157.0/12211====ωωT T
故校正网络的传递函数为
1
0157.01
157.0)('++=
s s s G c
校正后系统的传递函数为
)
1375.0)(101.0)(1008.0)(10157.0()
1157.0(50)()()('1+++++=
?=s s s s s s s G s G s G c
校验：在matlab 命令窗口输入： >>
s=tf('s');G=50*(0.157*s+1)/(s*(0.0157*s+1)*(0.008*s+1)*(0.01*s+1)*(0.375*s+1));
>> bode(G),grid
画出校正后系统的bode 图，如下：
由图可以看出，校正后系统剪切频率)/(1.20's rad c =ω，相角裕度o 42'=γ。系统
稳定且具有一定的稳定裕度，系统在稳态指标方面符合要求。
图14
再看系统的动态指标
在matlab命令窗口输入：
>> Gs=G/(1+G);
>> figure(2),step(Gs),grid
画出校正后系统的单位阶跃响应曲线，如下：
图15
由图可知，系统的超调量为：
%30%31%1001
1
31.1≥=?-=
Mp 故系统的动态指标不符合要求。
再设计：返回重新取相角裕度o 551=γ，则有校正网络在系统新剪切频率的超前相角为：
o o o o m 6059.659.1551=+-=+-=εγγφ
则 072.060sin 160sin 1=+-=
o
o
α 在校正后系统的剪切频率m c ωω='处校正网络的增益为：
dB 43.11)072.0/1lg(10=
找出为未校正系统在衰减为-11.43dB 处对应的频率即为'c ω，由未校正系统的bode 图求得
)/(8.21's rad c m ==ωω
于是校正网络的两个交接频率分别为
)
/(3.81/)/(58.521s rad s rad m m ====αωωαωω
则有校正网络的时间常数分别为
0123
.0/117.0/12211====ωωT T
故校正网络的传递函数为
1
0123.01
17.0)('++=
s s s G c
校正后系统的传递函数为
)
1375.0)(101.0)(1008.0)(10123.0()
117.0(50)()()('1+++++=
?=s s s s s s s G s G s G c
校验：在matlab 命令窗口中输入： >>
s=tf('s');G=50*(0.17*s+1)/(s*(0.0123*s+1)*(0.008*s+1)*(0.01*s+1)*(0.375*s+1));
>> bode(G),grid
画出校正后系统的bode 图，如下：
由图可以看出，校正后系统的剪切频率)/(7.21's rad c =ω，相角裕度为o 8.44'=γ。系统的具有稳定性且有较大的裕度，设计时已考虑系统速度误差，所以速度误差
也符合要切，此外系统为 型系统，所以静态误差为0。
图16
再看系统的阶跃响应曲线
在matlab命令窗口中输入：
>> Gs=G/(1+G);
>> figure(2),step(Gs,1.5),grid
画出校正后系统的阶跃响应曲线，如下：
图17
由图可以求得：
超调量：%30%28%1001
1
28.1≤=?-=
Mp 调节时间：s s t s 7.0231.0≤= 系统的震荡次数为1次，符合指标小于2次。
校正网络的实现
在前面已经求出校正网络的传递函数：
1
0123.01
17.0)('++=
s s s G c 有因为在满足
实现该传递函数的电路图如下：
则有
2
122
12
1211072.00123.017.0R R R C R R R R T C R T +=
=+=
===α
解上面三个方程得：
uF C 1=
Ω=K R 1701
Ω=K R 2.132
又因为在满足系统速度误差的时候系统串联了一个比例环节：
K=-0.775
其实现电路如下图：
则有
取Ω==K R R 10010 解得Ω=K R 5.772
综上可知，系统的总校正网络传递函数为：
1
0123.0)
117.0(775.0)('++-=
?=s s G K s G c c 其实现的电路图在附录中给出
C R1
R2
R1
R0
R2-+
1
01
2775
.0R R R R K =-=-=
心得与体会
时光飞逝，我们很快的学完了重要的专业基础课程——自动控制理论。虽然说上学期上课的时候没有做到认认真真的听课，但是经过考试复习周之后我还是对自动控制理论这门课程有所了解，考试也取得了理想的成绩。然后我却一直在迷茫，自动控制在实际是干什么用的？说实话，做完了这次课程设计我还是无法回答这个问题。在我的印象中好像我们学的东西只能用来做做题目什么的。即便如此，经过这次的课程设计我还是多多少少有点收获的，至少加深了对上学期所学内容的印象。
这次的课程设计可以说并没有什么难度，因为各个环节的传递函数已经给出了，而我们需要做的只是计算的问题。把每个环节串联起来后的开环传递函数求出来，然后按照老师上课时教我们的步骤来做，最后得到满足性能指标的系统。完成这设计的期间遇到了不少问题，像减速器的减速比不知道取多少，不知道如何处理电压放大环节的负号，还有就是不会使用matlab软件进行计算等。后来经过仔细地看参考书才知道怎么解决这些问题。
总的来说，这次的课程设计的收获还是不少的。首先是对KSD-1型随动系统的工作原来有所了解，其次就是对串联校正的设计方法有所掌握，学会了使用matlab软件进行一些简单的运算，还有就是解决问题能力的提升。我觉得这是最大的收获了，同时也是最重要的，因为在以后的生活和工作中都会遇到许许多多的问题，我们不可能也无法去提前知道问题的答案，一切都是靠我们现场解决的，所以这能力的提升是相当重要的。
无论如何，这次的课程设计算是完成了，但是对不对还需要老师的检阅，希望老师能指出其中存在的问题，提出宝贵的意见。最后谢谢老师批阅！
作者
3月17日
附录
100K Ω
100K
Ω
77.5K Ω
-+
1uF
170K Ω
13.2K Ω
校正网络电路图
校正后系统bode 图
PID
自整角机
相敏整流
滤波器电压放大
可控硅放大
电动机
减速器
校正后系统框图
直流稳压电源知识题解答
第六章习题参考答案 6-1 在图6-23中，已知直流电压表V 2的读数为90V ，负载电阻Ω100=L R ，二极 管的正向压降忽略不计。试求：①直流电流表A 的读数；②交流电压表V 1的读数；③变压器二次侧电流有效值。 图6-23 习题6-1图 解 1）直流电流表A 的读数 A 9.0100 90 2= = =L A R U I 2）交流电压表1V 的读数 V 20045 .090 45.021=== U U 3）变压器二次侧电流有效值 A 245 .0==A I I 6-2 图6-24为变压器二次侧绕组有中心抽头的单相整流电路，二次侧电压有效值为U ，试分析： 1）标出负载电阻L R 上电压o u 和滤波电容C 的极性; 2）分别画出无滤波电容和有滤波电容两种情况下o u 的波形。整流电压平均值o U 与变压器二次侧电压有效值U 的数值关系如何？ 3）有无滤波电容两种情况下,二极管上所承受的最高反向电压DRM U 各为多大? 4）如果二极管VD 2虚焊；极性接反；过载损坏造成短路，电路会出现什么问题? 5）如果变压器二次侧中心抽头虚焊；输出端短路两种情况下电路又会出现什么问题? 图6-24 习题6-2图 解 1）负载电阻L R 上电压o u 和滤波电容C 的极性如题6-2解图（a ）所示。 2）无滤波电容和有滤波电容两种情况下o u 的波形分别如题6-2解图（b ）和题6-2 图4－2 题4－2图
解图（c ）所示。 无滤波电容时 U U o 9.0= 有滤波电容时 U U o 2.1= 3）有无滤波电容两种情况下，二极管上所承受的最高反向电压皆为U U DRM 22=。 4）二极管V 2虚焊时相当于开路，电路变为单相半波整流电路，输出电压将降为原来的一半。极性接反和过载损坏造成短路时，在输入电压正半周，1V 、2V 通路导通，由于二极管正向电阻很小，产生很大电流，将造成电源、变压器和二极管烧毁。 5）变压器二次侧中心抽头虚焊时相当于断路，无论是u 的正半周还是u 的负半周都不会构成电流的通路，因此负载电阻没有电压输出。输出端短路时，由于二极管电阻很小，会产生很大电流，使电源、变压器和二极管烧毁。 6-3 图6-25电路中，已知Ωk 5=1L R ，Ωk 3.0=2L R ，其他参数已标在图中。试求： ①VD 1、VD 2、VD 3各组成何种整流电路? ②计算1o U 、2o U ，及流过三只二极管电流的平均值各是多大? ③选择三只二极管的型号。 解 1）1V 单相半波整流电路；2V 、3V 组成单相桥式整流电路。 2） V 45)1090(45.01-=+?-=o U V 9109.02=?=o U mA 95 45 1==V I mA 303 .09 32 ===V V I I 图6-25 习题6-3图 3）1V 反向电压最大值 V 1411002=?=DRM U 2V 、3V 反向电压最大值 题6-2解图（b ） 题6-2解图（c ）
三相晶闸管交流调压电路的设计与仿真
目录 1设计任务及分析 (1) 1.1 电路设计任务 (1) 1.2 电路设计的目的 (1) 2.1 主电路的原理分析 (2) 3 MATLAB建模与仿真 (5) 3.2 参数设置 (6) 3.3 仿真结果及分析 (7) 总结 (8) 参考文献 (9)
三相晶闸管交流调压电路的设计与 仿真 1设计任务及分析 1.1 电路设计任务 （1）用simulink设计系统仿真模型；能够正常运行得到仿真结果。 （2）比较理论分析结果与仿真结果异同，总结规律。 （3）设计出主电路结构图和控制电路结构图。 （4）根据结构图设计出主电路图和控制电路图，对主要器件进行选型。 1.2 电路设计的目的 电力电子装置及控制是我们大三下学期学的一门很重要的专业课，课本上讲了很多电路，比如各种单相可控整流电路，斩波电路，电压型逆变电路，三相整流电路，三相逆变电路，等各种电路，通过对这些电路的学习，让我们知道了如何将交流变为直流，又如何将直流变为交流。并且通过可控整流调节输出电压的有效值，以达到我们的目的。而本次三相交流调压电路的设计与仿真，我们需要用晶闸管的触发电路来实现调节输入电压的有效值，然后加到负载上。本次课程设计期间，我们自己通过老师提供的Matlab仿真技术的资料和我们在网上搜索相关的资料，到图书馆查阅书籍，以及同学之间的相互帮助，让我们学到了很多知识。通过对主电路的设计与分析，对晶闸管触发电路的设计与分析，了解了他们的工作原理，知道了该电路是如何实现所要实现的功能的，把课堂所学知识运用起来，使我更能深刻理解所学知识，这让我受益匪浅。通过写课程设计报告，电路的设计，提高了我的能力，为我以后的毕业设计以及今后的工作打下了坚实的基础。 2 主电路的设计
直流稳压电源的设计
电力电子技术课程设计说明书 设计课题：直流稳压电源的设计 专业班级：13级电气一班 姓名：李建建 学号：1308441100 指导教师：张小莉 完成时间：2015年12月13日
前言 电子技术的应用已深入到工农业经济建设,交通运输,空间技术,国防现代化,医疗,环保等亿万人们日常生活的各个领域,进入21世纪后电力电子技术的应用更加广泛,因此对电力电子技术的研究更为重要。 通过一学期的对《电力电子技术》的学习，我对电力电子中的基本电路如整流电路、逆变电路、DC/DC变换电路、交流电力控制电路等的工作原理及分析方法都有了比较深入的认识；对保护电路及电力电子器件的缓冲电路也了解了一些；也认识到了电力电子技术在当今社会各方面的广泛应用。但是，仅仅了解书本上的理论知识而不会把它们应用到实际中去，这不能叫真正掌握了一门技术。只有学以致用、在实践中检验理论的正确性，才是学习的好方法。
目录 一、设计任务及要求 (4) 二、主电路的设计及器件选择 (5) 2.1 三相全控桥的工作原理 (5) 2.2 参数计算 (7) 三、触发电路设计 (10) 3.1 集成触发电路 (10) 3.2 KJ004的工作原理 (10) 3.3 集成触发器电路图 (11) 四、保护电路的设计 (13) 4.1 晶闸管的保护电路 (13) 4.2 交流侧保护电路 (14) 4.3 直流侧阻容保护电路 (15) 五、MATLAB 建模与仿真 (16) 5.1 MATLAB建模 (16) 5.2 MATLAB 仿真 (18) 5.3 仿真结构分析 (19) 六、课程设计体会 (21) 参考文献 (21) 附录一元器件清单 (21) 附录二（触发电路与仿真原理图） (22)
晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定
§5-1 晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定 一、 实验目的 （1） 熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构 （2） 掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法 二、 实验原理 晶闸管直流直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机-发电机组等组成。 在本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路可直接由给定电压U g 作为触发器的移相控制电压U ct ，改变U g 的大小α即可改变控制角，从而获得可调的直流电压，以满足实验要求。实验系统的组成原理如图5-1所示。 1V L d 三 相 电 源 输 出A M A V G VT 4VT 1VT 3VT 5VT 6VT 2 I 1给定触发电路正桥功放U f G 1K 1G 2K 2G 3K 3G 4K 4G 5K 5G 6K 6励磁电源I 2U 2R U ct 图5-1 晶闸管直流调速实验系统原理图 三、 实验内容 （1） 测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻值R 。 （2） 测定晶闸管直流调速系统主电路电感值L 。 （3） 测定直流电机-直流发电机-测速发电机组的飞轮惯量GD 2。 （4） 测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数Td 。 （5） 测定直流电动机电势常数C e 和转矩常数C M 。 （6） 测定晶闸管直流调速系统机电时间常数T M 。 （7） 测定晶闸管触发及整流装置特性U d =f (U ct )。 （8） 测定测速发电机特性U TG =f (n )。 四、 实验仿真 晶闸管直流调速实验系统的原理如图5-1所示。该系统由给定信号、同步脉冲触发器、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等部分组成。图5-2是
晶闸管—直流电动机调速系统教学文稿
7.1 晶闸管—直流电动机调速系统 采用晶闸管可控整流电路给直流电动机供电，通过移相触发，改变直流电动机电枢电压，实现直流电动机的速度调节。这种晶闸管—直流电动机调速系统是电力驱动中的一种重要方式，更是可控整流电路的主要用途之一。可以图7-1所示三相半波晶闸管—直流电动机调速系统为例，说明其工作过程和系统特性。 直流电动机是一种反电势负载，晶闸管整流电路对反电势负载供电时，电流容易出现断续现象。如果调速系统开环运行，电流断续时机械特性将很软，无法负载；如果闭环控制，断流时会使控制系统参数失调，电机发生振荡。为此，常在直流电机电枢回路内串接平波电抗器Ld，以使电流Id尽可能连续。这样，晶闸管—直流电动机调速系统的运行分析及机械特性，必须按电流连续与否分别讨论。 8.1.1 电流连续时 如果平波电抗器Ld电感量足够大，晶闸管整流器输出电流连续，此时晶闸管—直流电动机系统可按直流等值电路来分析，如图7-2所示。图中，左半部代表电流连续时晶闸管整流器的等效电路，右半部为直流电动机的等效电路。由于电流连续，晶闸管整流器可等效为一个直流电源Ud与内阻的串联，Ud为输出整流电压平均值 （7-1） 式中U为电源相压有效值，为移相触发角。
电流连续情况下，晶闸管有换流重迭现象，产生出换流重迭压降，相当于整流电源内串有一个虚拟电阻，其中LB为换流电感。再考虑交流电源（整流变压器）的等效内电阻Ro，则整流电源内阻应为，如图所示。 电流连续时直流电动机可简单地等效为为反电势E与电枢及平波电抗器的电阻总和Ra 串联，而平波电抗器电感Ld在直流等效电路中是得不到反映的。 这样，根据图7-2等效电路，可以列写出电压平衡方程式为 （7-2） 式中，Ce为直流电机电势常数，φ为直流电机每极磁通。求出电机转速为 （7-3） 可以看出，在电枢电流连续的情况下，当整流器移相触发角固定时，电动机转速随 负载电流Id的增加而下降，下降斜率为。当角改变时，随着空载转速点no的变化，机械特性为一组斜率相同的平行线。 但是在一定的平波电抗器电感Ld下，当电流减小到一定程度时，Ld中储能将不足以维持电流连续，电流将出现断续现象，此时直流电动机机械特性会发生很大变化，不再是直线，图7-3中以虚线表示。这部分的机械特性要采用电流断续时的运行分析来确定。 二、电流断续时
第6章 直流稳压电源 习题解答
第六章习题参考答案 6-1 在图6-23中，已知直流电压表V 2的读数为90V ，负载电阻Ω100=L R ，二极 管的正向压降忽略不计。试求：①直流电流表A 的读数；②交流电压表V 1的读数；③变压器二次侧电流有效值。 图6-23 习题6-1图 解 1）直流电流表A 的读数 A 9.0100 90 2===L A R U I 2）交流电压表1V 的读数 V 20045 .090 45.021=== U U 3）变压器二次侧电流有效值 A 245 .0==A I I 6-2 图6-24为变压器二次侧绕组有中心抽头的单相整流电路，二次侧电压有效值为 U ，试分析： 1）标出负载电阻L R 上电压o u 和滤波电容C 的极性; 2）分别画出无滤波电容和有滤波电容两种情况下o u 的波形。整流电压平均值o U 与变压器二次侧电压有效值U 的数值关系如何？ 3）有无滤波电容两种情况下,二极管上所承受的最高反向电压DRM U 各为多大? 4）如果二极管VD 2虚焊；极性接反；过载损坏造成短路，电路会出现什么问题? 5）如果变压器二次侧中心抽头虚焊；输出端短路两种情况下电路又会出现什么问题? 图6-24 习题6-2图 解 1）负载电阻L R 上电压o u 和滤波电容C 的极性如题6-2解图（a ）所示。 2）无滤波电容和有滤波电容两种情况下o u 的波形分别如题6-2解图（b ）和题 6-2 图4－2 题4－2图
140 解图（c ）所示。 无滤波电容时 U U o 9.0= 有滤波电容时 U U o 2.1= 3）有无滤波电容两种情况下，二极管上所承受的最高反向电压皆为U U DRM 22=。 4）二极管V 2虚焊时相当于开路，电路变为单相半波整流电路，输出电压将降为原来的一半。极性接反和过载损坏造成短路时，在输入电压正半周，1V 、2V 通路导通，由于二极管正向电阻很小，产生很大电流，将造成电源、变压器和二极管烧毁。 5）变压器二次侧中心抽头虚焊时相当于断路，无论是u 的正半周还是u 的负半周都不会构成电流的通路，因此负载电阻没有电压输出。输出端短路时，由于二极管电阻很小，会产生很大电流，使电源、变压器和二极管烧毁。 6-3 图6-25电路中，已知Ωk 5=1L R ，Ωk 3.0=2L R ，其他参数已标在图中。试求： ①VD 1、VD 2、VD 3各组成何种整流电路? ②计算1o U 、2o U ，及流过三只二极管电流的平均值各是多大? ③选择三只二极管的型号。 解 1）1V 单相半波整流电路；2V 、3V 组成单相桥式整流电路。 2） V 45)1090(45.01-=+?-=o U V 9109.02=?=o U mA 95 45 1==V I mA 303 .09 32 ===V V I I 图6-25 习题6-3图 3）1V 反向电压最大值 V 1411002=?=DRM U 2V 、3V 反向电压最大值 V 2.281022=?=DRM U 题6-2解图（b ） 题6-2解图（c ）
可控硅调压电路图
可控硅调压电路图 可控硅是一种新型的半导体器件，它具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、动作快以及使用方便等优点，目前交流调压器多采用可控硅调压器。这里介绍一台电路简单、装置容易、控制方便的可控硅交流调压器，这可用作家用电器的调压装置，进行照明灯调光，电风扇调速、电熨斗调温等控制。这台调压器的输出功率达100W，一般家用电器都能使用。 1：电路原理： 可控硅交流调压器由可控整流电路和触发电路两部分组成，其电路原里图如下图所示。从图中可知，二极管D1—D4组成桥式整流电路，双基极二极管T1构成张弛振荡器作为可控硅的同步触发电路。当调压器接上市电后，220V交流电通过负载电阻RL经二极管D1—D4整流，在可控硅SCR的A、K两端形成一个脉动直流电压，该电
压由电阻R1降压后作为触发电路的直流电源。在交流电的正半周时，整流电压通过R4、W1对电容C充电。当充电电压Uc达到T1管的峰值电压Up时，T1管由截止变为导通，于是电容C通过T1管的e、b1结和R2迅速放电，结果在R2上获得一个尖脉冲。这个脉冲作为控制信号送到可控硅SCR的控制极，使可控硅导通。可控硅导通后的管压降很低，一般小于1V，所以张弛振荡器停止工作。当交流电通过零点时，可控硅自关断。当交流电在负半周时，电容C又从新充电……如此周而复始，便可调整负载RL上的功率了。 2：元器件选择 调压器的调节电位器选用阻值为470KΩ的WH114-1型合成碳膜电位器，这种电位器可以直接焊在电路板上，电阻除R1要用功率为1W的金属膜电阻外，其佘的都用功率为1/8W的碳膜电阻。D1—D4选用反向击穿电压大于300V、最大整流电流大于0.3A的硅整流二极管,如2CZ21B、2CZ83E、2DP3B等。SCR选用正向与反向电压大于300V、额定平均电流大于1A的可控硅整流器件，如国产3CT系例。
实验二 _晶闸管直流调速系统主要单元的调试
信息工程学院 11级应用电子（4）班杨汉良 3111002718 实验二晶闸管直流调速系统主要单元的调试 一、实验目的 (1)熟悉直流调整系统主要单元部件的工作原理及调速系统对其提出的要求。 (2)掌握直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。 二、实验所需挂件及附件 三、实验内容 (1)速度调节器的调试 (2)电流调节器的调试 四、实验方法 将DJK04挂件的十芯电源线与控制屏连接，打开电源开关，即可以开始实验。 (1)速度调节器的调试 ①调节器调零
将DJK04中“速度调节器”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻120K接到“速度调节器”的“4”、“5”两端，用导线将“5”、“6”短接，使“电流调节器”成为P 调节器。调节面板上的调零电位器RP3，用万用表的毫伏档测量电流调节器“7”端的输出，使调节器的输出电压尽可能接近于零。 ②调整输出正、负限幅值 把“5”、“6”短接线去掉，将DJK08中的可调电容0.47uF接入“5”、“6”两端，使调节器成为PI (比例积分)调节器，然后将DJK04的给定输出端接到转速调节器的“3”端，当加一定的正给定时，调整负限幅电位器RP2，观察输出负电压的变化，当调节器输入端加负给定时，调整正限幅电位器RP1，观察调节器输出正电压的变化。 ③测定输入输出特性 再将反馈网络中的电容短接（将“5”、“6”端短接），使速度调节器为P （比例）调节器，在调节器的输入端分别逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅，并画出曲线。 ④观察PI特性 拆除“5”、“6”短接线，突加给定电压，用慢扫描示波器观察输出电压的变化规律。改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化。 (2)电流调节器的调试 ①调节器的调零 将DJK04中“电流调节器”所有输入端接地，再将DJK08中的可调电阻13K接“速度调节器”的“8”、“9”两端，用导线将“9”、“10”短接，使“电流调节器”成为P调节器。调节面板上的调零电位器RP3，用万用表的
(完整版)晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定
晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定一、实验目的 （1）熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。 （2）掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。 二、实验原理 晶闸管直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机-发动机组等组成。 在本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路可直接由给定电压U g作为触发器的移相控制电压U ct，改变U g的大小即可改变控制角α，从而获得可调直流电压，以满足实验要求。实验系统的组成原理如图1所示。 图1 晶闸管直流调速试验系统原理图
三、实验内容 （1） 测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻值R 。 （2） 测定晶闸管直流调速系统主电路电感值L 。 （3） 测定直流电动机-直流发电机-测速发电机组的飞轮惯量GD 2。 （4） 测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数T d 。 （5） 测定直流电动机电势常数C e 和转矩常数C M 。 （6） 测定晶闸管直流调速系统机电时间常数T M 。 （7） 测定晶闸管触发及整流装置特性()ct d U f U =。 （8） 测定测速发电机特性()n f U TG =。 四、实验仿真 晶体管直流调速实验系统原理图如图1所示。该系统由给定信号、同步脉冲触发器、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等部分组成。图2是采用面向电气原理图方法构成的晶闸管直流调速系统的仿真模型。下面介绍各部分的建模与参数设置过程。 4.1 系统的建模和模型参数设置 系统的建模包括主电路的建模与控制电路的建模两部分。 （1）主电路的建模与参数设置 由图2可见，开环直流调速系统的主电路由三相对称交流电压源、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等部分组成。由于同步脉冲触发器与晶闸管整流桥是不可分割的两个环节，通常作为一个组合体来讨论，所以将触发器归到主电路进行建模。 ①三相对称交流电压源的建模和参数设置。首先从电源模块组中选取一个交流电压源模块，再用复制的方法得到三相电源的另两个电压源模块，并用模块标题名称修改方法将模块标签分别改为“A 相”、“B 相”、“C 相”，然后从元件模块
十二篇可控硅交流调压电路解析
第一篇： 可控硅是一种新型的半导体器件，它具有体积小、重量轻、效率高、寿命长、动作快以及使用方便等优点，目前交流调压器多采用可控硅调压器。这里介绍一台电路简单、装置容易、控制方便的可控硅交流调压器，这可用作家用电器的调压装置，进行照明灯调光，电风扇调速、电熨斗调温等控制。这台调压器的输出功率达100W，一般家用电器都能使用。 1：电路原理：电路图如下 可控硅交流调压器由可控整流电路和触发电路两部分组成，其电路原里图如下图所示。从图中可知，二极管D1—D4组成桥式整流电路，双基极二极管T1构成张弛振荡器作为可控硅的同步触发电路。当调压器接上市电后，220V交流电通过负载电阻RL经二极管D1—D4整流，在可控硅SCR的A、K两端形成一个脉动直流电压，该电压由电阻R1降压后作为触发电路的直流电源。在交流电的正半周时，整流电压通过R4、W1对电容C充电。当充电电压Uc达到T1管的峰值电压Up时，T1管由截止变为导通，于是电容C通过T1管的e、b1结和R2迅速放电，结果在R2上获得一个尖脉冲。这个脉冲作为控制信号送到可控硅SCR的控制极，使可控硅导通。可控硅导通后的管压降很低，一般小于1V，所以张弛振荡器停止工作。当交流电通过零点时，可控硅自关断。当交流电在负半周时，电容C又从新充电……如此周而复始，便可调整负载RL上的功率了。 2：元器件选择 调压器的调节电位器选用阻值为470KΩ的WH114-1型合成碳膜电位器，这种电位器可以直接焊在电路板上，电阻除R1要用功率为1W的金属膜电阻外，其佘的都用功率为1/8W的碳膜电阻。D1—D4选用反向击穿电压大于300V、最大整流电流大于0.3A的硅整流二极管,如2CZ21B、2CZ83E、2DP3B等。SCR选用正向与反向电压大于300V、额定平均电流大于1A的可控硅整流器件，如国产3CT系例。 第二篇： 本例介绍的温度控制器，具有SB260取材方便、性能可靠等特点，可用于种子催芽、食用菌培养、幼畜饲养及禽蛋卵化等方面的温度控制，也可用于控制电热毯、小功率电暖器等家用电器。
晶闸管直流调速系统资料
4 -1 晶闸管直流调速系统主要单元调试 一、实验目的 1.熟悉直流调速系统主要单元部件的工作原理及调速系统对其提出的要求。 2.掌握直流调速系统主要单元部件的调试步骤和方法。 二、实验内容 1.调节器的调试 2.电平检测器的调试 3.反号器的调试 4.逻辑控制器的调试 三、实验设备及仪器 1 . DKSZ 一l 型实验装置主控制屏DK01 2 ． DK02 、DK03、DK04挂箱 3 ．二踪扫描示波器 4 ．万用电表 四、实验方法 实验中所用的各控制单元的原理图见第二章有关内容。 1 ．调节器（AsR 、ACR ）的调试 合上低压直流电源开关，观察各指示灯指示是否正常。 ( l ）调零.将调节器输入端接地，把串联反馈网络中的电容短接，使调节器变为P调节器，再调节面板上的调零电位器，使调节器的输出为零。 ( 2 ）调整输出正、负限幅值. 将反馈电容短接线去掉，使调节器变为PI 调节器，加入一定的输入电压，调整正、负限幅电位器，使输出正负最大值为所需的数值。 ( 3 ）测定输入输出特性.向调节器输入端逐渐加入正负电压，测出相应的输出电压，直至输出限幅值，并画出曲线。 ( 4 ）观察PI 特性.突加给定电压UG，用示波器观察输出电压的变化规律，改变调节器的放大倍数及反馈电容，观察输出电压的变化。反馈电容由外接电容箱改变数值。 2 ．电平检测器的调试 1）测定转矩极性鉴别器DPT的环宽，要求环宽为0.4-0.6V，记录高电平值，调节RP1使环宽对称纵坐标。 2）测定零电流检测器DPZ的环宽，要求环宽也为0.4-0.6V，调节RP1使回环向纵坐标右侧偏离0.1-0.2V。 3）按测得数据，画出两个电平检测器的回环。 3 ．反号器（AR）的调试
晶闸管-直流调速系统参数和环节特性的测定
实验七晶闸管-直流调速系统参数和环节特性的测定 一、实验目的 (1)熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。 (2)掌握晶闸管直流调速系统参数测定方法扩及原理。 二、实验所需挂件及附件
三、实验线路及原理 晶闸管直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机-发电机组等组成。 在本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路可直接由给定电压U g作为触发器的移相控制电压U ct，改变U g的大小即可改变控制角α，从而获得可调的直流电压，以满足实验要求。实验系统的组成原理图如图7-1所示。 图7-1 实验系统原理图 四、实验内容 (1)测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻值R。 (2)测定晶闸管直流调速系统主电路电感值L。 (3)测定直流电动机-直流发电机-测速发电机组的飞轮惯量GD2。 (4)测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数T 。 d (5)测定直流电动机电势常数C e和转矩常数C M。
(6)测定晶闸管直流调速系统机电时间常数T M。 (7)测定晶闸管触发及整流装置特性U d=f(U ct)。 (8)测定测速发电机特性U TG=f(n)。 五、预习要求 学习教材中有关晶闸管直流调速系统各参数的测定方法。 六、实验方法 为研究晶闸管－电动机系统，须首先了解电枢回路的总电阻R、总电感L 以及系统的电磁时间常数T d与机电时间常数T M，这些参数均需通过实验手段来测定，具体方法如下： (1)电枢回路总电阻R的测定 电枢回路的总电阻R包括电机的电枢电阻R a、平波电抗器的直流电阻R 及 L 整流装置的内阻R n，即 R = R a十R L十R n (7-1) 由于阻值较小，不宜用欧姆表或电桥测量，因是小电流检测，接触电阻影响很大，故常用直流伏安法。为测出晶闸管整流装置的电源内阻须测量整流装置的理想空载电压Uｄ0，而晶闸管整流电源是无法测量的，为此应用伏安比较法，实验线路如图7-2所示。
晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定实验报告
晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定实验报告 一、实验目的 1.熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。 2.掌握晶闸管直流调速系统的参数测试及反馈环节测定方法和测试条件。 二、实验内容 1.测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻 R。 2.测定晶闸管直流调速系统主电路总电感 L。 3.测定直流电动机 - 发电机 - 测速发电机飞轮惯量 GD2。 4.测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数 T d。 5.测定直流发电机电动势常数C e和转矩常数 C T。 6.测定晶闸管直流调速系统机电时间常数 T m。 7.测定晶闸管触发及整流装置特性 U d =?(U ct)。 8.测定测速发电机特性 U TG =?(n)。 三、实验设备
四、实验原理 五、实验步骤 （一）测定晶闸管直流调速系统主电路电阻。伏安比较法测量
1. 测量电枢回路总电阻R R=R a + R L + R n (电枢电阻R a、平波电抗器电阻R L 、整流装置内阻R n ）（1）不加励磁、电机堵转 （2）合上S1和S2， 调节给定，使输出电压到30%-70%的额定电压 调节电阻，使枢电流80%-90%的额定电流 测定U1和I1。 （3）断开S2 测定U2和I2。 （4）计算电枢回路总电阻 R=(U2-U1)/( I1 - I2) 合上S1和S2测得U1=100V, I1=; 断开S2测得U2=103V，I2=；
R=(U2-U1)/( I1 - I2)=(103V-100V)/电枢电阻 R a （1）短接电机电枢 （2）不加励磁、电机堵转 （3）合上S1和S2， 调节给定，使输出电压到30%-70%的额定电压 调节电阻，使枢电流80%-90%的额定电流 测定U1’和I1’。 （4）断开S2 测定U2’和I2’。 （5）计算 平波电抗器电阻R L和整流装置内阻R n： R L + R n =(U2’-U1’)/(I2’-I1’) 电枢电阻R a ：R a =R-(R L + R n) 合上S1和S2测得U1’=95V，I1’= 断开S2测得U2’=97V，I2’= R L + R n =(U2’-U1’)/(I2’-I1’)=(97V-95V)/=R-(R L + R n)=ΩΩ=Ω 3. 平波电抗器电阻 R L （1）短接电抗器两端 （2）不加励磁、电机堵转 （3）合上S1和S2，
交流调压原理—可控硅
6.1 交流调压电路 交流调压电路采用两单向晶闸管反并联（图6-1(a)）或双向晶闸（图6-1（b）），实现对交流电正、负半周的对称控制，达到方便地调节输出交流电压大小的目的，或实现交流电路的通、断控制。因此交流调压电路可用于异步电动机的调压调速、恒流软起动，交流负载的功率调节，灯光调节，供电系统无功调节，用作交流无触点开关、固态继电器等，应用领域十分广泛。 图6-1 交流调压电路 交流调压电路一般有三种控制方式，其原理如图6-2所示。 图6-2 交流调压电路控制方式 （1）通断控制 通断控制是在交流电压过零时刻导通或关断晶闸管，使负载电路与交流电源接通几个周波，然后再断开几个周波，通过改变导通周波数与关断周波数的比值，实现调节交流电压大小的目的。 通断控制时输出电压波形基本正弦，无低次谐波，但由于输出电压时有时无，电压调节不连续，会分解出分数次谐波。如用于异步电机调压调速，会因电机经常处于重合闸过程而出现大电流冲击，因此很少采用。一般用于电炉调温等交流功率调节的场合。 （2）相位控制 与可控整流的移相触发控制相似，在交流的正半周时触发导通正向晶闸管、负半周时触发导通反向晶闸管，且保持两晶闸的移相角相同，以保证向负载输出正、负半周对称的交流电压波形。 相位控制方法简单，能连续调节输出电压大小。但输出电压波形非正弦，含有
丰富的低次谐波，在异步电机调压调速应用中会引起附加谐波损耗，产生脉动转矩等。 （3）斩波控制 斩波控制利用脉宽调制技术将交流电压波形分割成脉冲列，改变脉冲的占空比即可调节输出电压大小。 斩波控制输出电压大小可连续调节，谐波含量小，基本上克服了相位及通断控制的缺点。由于实现斩波控制的调压电路半周内需要实现较高频率的通、断，不能采用晶闸管，须采用高频自关断器件，如GTR、GTO、MOSFET、IGBT等。 实际应用中，采取相位控制的晶闸管型交流调压电路应用最广，本章将分别讨论单相及三相交流调压电路。 6.1.1 单相交流调压电路 单相交流调压电路原理图如图6-1所示，其工作情况与负载性质密切相关。 1．电阻性负载 纯电阻负载时交流调压电路输出电压、输出电流波形如图6-3所示。电路 工作过程是：在电源电压正半周、移相控制角时刻，触发导通晶闸管VT1，使正半周的交流电压施加到负载电阻上，电流、电压波形相同。当电压过零时，VT1 因电流为零而关断。在控制角为时触发导通VT2，负半周交流电压施加在负载上，当电压再次过零时，VT2因电流为零而关断，完成一个周波的对称输出。 当时，输出电压最大；当时。改变控制角大小可获得大小可调的交流电压输出，其波形为“缺块”正弦波。正因为电压波形有缺损，
晶闸管直流调速完整系统参数和环节特性的测定实验
《功率电子学课程设计》 设计报告 设计时间：2012.06.05 班级：10应用电子及技术（1）班 姓名： 报告页数：15
广东工业大学课程设计报告 设计题目晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定实验学院信息工程专业应用电子技术班（1） 学号姓名 成绩评定_______ 教师签名_______
晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定实验 1、实验目的 （1）熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。 （2）掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。 2、实验原理 晶闸管直流调速系统由整流变压器、晶闸管整流调速装置、平波电抗器、电动机—发电机住等组成。 在本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制电路可直接由给定电压U g作为触发器的移相控制电压U ct，改变Ug的大小即可改变控制角α，从而获得可调的直流电压，以满足实验要求。实验系统的组成原理如图1所示。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。 图1 晶闸管直流调速实验系统原理图 3、实验内容 （1）测定晶闸管直流调速系统主电路总电阻值R。 （2）测定晶闸管直流调速系统住电感值L。 （3）测定直流电机—直流发电机—测速发电机组的飞轮惯量GD2。
（4）测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数T d。 （5）测定直流电动机电势常数C e和转矩常数C M。 （6）测定晶闸管直流调速系统机电时间常数T M。 （7）测定晶闸管出发及整流装置特性U d=?(U ct)。 （8）测定测速发电机特性U TG=?（n）。 4、实验仿真 晶闸管直流调速实验系统的原理图如图1所示。该系统由给定信号、同步脉冲触发器、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等部分组成。图2是采用面向电气原理图方法构成的晶闸管直流调速系统的仿真模型。下面介绍各部分建模与常数设置过程。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。 图2 晶闸管开环直流调速系统的仿真模型 4.1系统的建模和模型参数设置 系统的建模包括主电路的建模和控制电路的建模两部分。 （1）主电路的建模和参数设置 由图2可见，开环直流调速系统的主电路由三相对称交流电压源、晶闸管整流桥、平波电抗器、直流电动机等部分组成。由于同步脉冲触发器与晶闸管整流桥不可分割的两个环节，通常作为一个组合体来讨论，所以将触发器归到主电路
晶闸管实验报告
实验报告 实验室用直流可控电源实验人员:xxxxx xxxx xx
1 一 设计任务 1.1设计目的 目前，电子系统的应用越来越广泛，种类也越来越丰富。 电子设备己成为人设备提供所需要的能量，起着至关重要的作用。然而在通信、航天、汽车、计算机、办公和家用电器等行业，直流稳压电源起着重要作用。研究实验室用直流可调电源，解决实验室存在的直流电源调压问题，进一步加深对直流可调稳压电源的了解，提高自己的动手制作能力和设计能力，加强对电力电子电路的认识，从而为以后从事相关工作做准备。 1.2设计内容 从实验室直流电源存在的问题出发，设计实验室用直流可调电源，主要是用于实验室直流控制电机调速。 1.3设计意义 通过此次直流可调电源设计，解决实验室直流电源工作问题，为以后研究高质量使用性能和电气性能的直流稳压电源，做了一个可行性前期实验准备工作，有利于了解直流电源在生产生活中的作用，特别是在设备稳定运行方面表现出的电气特性；从实验室直流电源入手研究，有助于积累解决生产生活中的碰到的问题；从实验团队中相互合作共同进行相关工作，培养了我们的合作意识，为以后我们参加相应工作提供了一个简单模型；研究过程中的分析和改进，增加了我们对相关知识的把握，补充自身的不足；从需求-分析-设计-实验过程中，培养了我们对以后解决相关问题的认识。 1.4设计过程 二 器件选择 变压器： 220V/220V/38V 二极管： 稳压二极管 、发光二极管、普通二极管4007、5108 晶体管： 普通三极管9015、可控硅TNY816、单结晶体管BT33F 电 容： 电解电容 整流桥： KBPC1510整流桥堆 电 阻： 18个大小不等电阻
直流稳压电源的设计与仿真
淮海工学院课程设计报告书 课程名称：通信电子线路课程设计题目：直流稳压电源的设计系（院）：东港学院 学期：2010-2011-1 专业班级：D通信081 姓名：宗淙 学号：510822114
直流稳压电源 1引言 近些年来，随着微机，小型计算机的普及和航空数据的通信，交通邮电事业的讯速发展，和对各种自动化仪器、仪表和设备配套的供求，当代对电源的需求量不断增大，而且对电源的性能、效率、重量、尺寸和可靠性以及诸如程序控制、电源通/断、远距离操作和信息保护等功能提出了更高的要求。人们对于这些要求，传统的线性稳压电源[1]已不能满足我们的日常要求，和线性稳压电源相比，稳压电源具有以下的一些优越性: 1.工作效率高 2.稳压效果好 3.体积小质量小 4.安全性能好 1.1 设计目的 1.通过本次课程设计课题的设计,较好掌握电子线路系统的设计方案和设计步骤。 2.学会直流稳压电源的设计方法和PCB板的制作 3.培养操作Protel的技能以及分析和解决实际问题的能力。 1. 2 设计意义 1.通过本次的课程设计，进一步加强理解了所学的理论专业知识和实践技能 2.在本次的课程设计过程中着重培养独立工作、独立思考并运用已所学的专业知识解决实际问题的能力，同时还培养了独立获取新知识的能力； 3.通过本次课程设计加强对调研调查、资料获取、实验方法、数据资料的综合处理、计算机应用等最基本的工作实践和科研能力的培养。 1.3 设计的内容要求 1.设计并制作一个连续可调直流稳压电源，主要技术指标要求 （1）输出电压可调：U =+3V～+15V o =800mA （2）最大输出电流：I omax ≤15mV （3）输出电压变化量：ΔU o ≤0.003 （4）稳压系数[2]：S V 2.设计电路原理图结构，运用Protel画出相应的原理电路图，通过计算确定元件参数，选择电路元件。 3.自拟实验方法、步骤及数据表格，制出电路原理图的PCB板
直流调速系统实验指导书11
直流调速系统实验指导书 江西理工大学应用科学学院 机电工程系 2007年10月
目录 实验一晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定 (1) 实验二晶闸管直流调速系统主要单元调试 (6) 实验三不可逆单闭环直流调速系统静特性的研究 (9) 实验四双闭环晶闸管不可逆直流调速系统 (13) 实验五逻辑无环流可逆直流调速系统 (18) 实验六双闭环可逆直流脉宽调速系统 (22)
实验一晶闸管直流调速系统参数和环节特性的测定一．实验目的 1．了解电力电子及电气传动教学实验台的结构及布线情况。 2．熟悉晶闸管直流调速系统的组成及其基本结构。 3．掌握晶闸管直流调速系统参数及反馈环节测定方法。 二．实验内容 1．测定晶闸管直流调速系统主电路电阻R 2．测定晶闸管直流调速系统主电路电感L 3．测定直流电动机的飞轮惯量GD2 4．测定晶闸管直流调速系统主电路电磁时间常数T d 5．测定直流电动机电势常数C e和转矩常数C M 6．测定晶闸管直流调速系统机电时间常数T M 三．实验系统组成和工作原理 晶闸管直流调速系统由三相调压器，晶闸管整流调速装置，平波电抗器，电动机——发电机组等组成。 本实验中，整流装置的主电路为三相桥式电路，控制回路可直接由给定电压Ug作为触发器的移相控制电压，改变U g的大小即可改变控制角，从而获得可调的直流电压和转速，以满足实验要求。 四．实验设备及仪器 1．教学实验台主控制屏。 2．NMCL—33组件 3．NMEL—03组件 4．电机导轨及测速发电机（或光电编码器） 5．直流电动机M03 6．双踪示波器 7．万用表 五．注意事项 1．由于实验时装置处于开环状态，电流和电压可能有波动，可取平均读数。 2．为防止电枢过大电流冲击，每次增加U g须缓慢，且每次起动电动机前给定电位器应调回零位，以防过流。 3．电机堵转时，大电流测量的时间要短，以防电机过热。 六．实验方法
晶闸管直流电动机不可逆调速系统设计说明
摘要 直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大围平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到应用。晶闸管问世后，生产出成套的晶闸管整流装置，组成晶闸管—电动机调速系统（简称V-M系统），和旋转变流机组及离子拖动变流装置相比，晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性。 本文首先明确了设计的任务和要求，在了解了转速电流双闭环直流调速系统的调速原理后依次对晶闸管相控整流调速系统的主电路，保护电路，检测电路和触发电路进行了设计，并且计算了相关参数。 最后给出了这次设计的心得体会，参考文献和系统的电气总图。 目录 设计任务及要求 (Ⅰ) 摘要 (Ⅲ) 第二章系统主电路原理分析 (4) 第一节晶闸管直流电动机不可逆调速系统原理 (4) 第二节总体方案 (5) 第三节三相桥式全控整流电路 (7) 第三章系统参数计 (8) 第一节整流变压器参数计算 (8) 第二节晶闸管参数计算 (9)
第三节其他参数计算 (10) 第四章保护电路 (11) 第一节过电压保护 (11) 第二节过电流保护 (14) 第五章系统控制电路设计 (16) 第一节信号检测电路设计 (16) 第二节系统调节器 (16) 第三节触发电路 (17) 后记 (20) 参考文献 (21) 附录：电气原理总图 (22)
第二章系统主电路原理分析 第一节晶闸管直流电动机不可逆调速系统原理 晶闸管相控整流直流电动机调速系统原理框图如图3.1所示：
图3.1 晶闸管相控整流直流电动机调速系统原理框图 系统采用转速、电流双闭环的控制结构。两个调节器分别调节转速和电流，两者之间实行串行连接，转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管的触发电路。从闭环反馈的结构上看，电流调节环是环，按典型I型系统设计；速度调节环为外环，按典型Ⅱ型系统设计。为了获得良好的静、动态性能，双闭环调速系统的两个调节器都采用
晶闸管直流调速系统实验
第一章DJDK-1 型电力电子技术及电机控制 实验装置简介 1-1 控制屏介绍及操作说明 一、特点 (1)实验装置采用挂件结构，可根据不同实验内容进行自由组合，故结构紧凑、使用方便、功能齐全、综合性能好，能在一套装置上完成《电力电子技术》、《自动控制系统》、《直流调速系统》、《交流调速系统》、《电机控制》及《控制理论》等课程所开设的主要实验项目。 (2)实验装置占地面积小，节约实验室用地，无需设置电源控制屏、电缆沟、水泥墩等，可减少基建投资；实验装置只需三相四线的电源即可投入使用，实验室建设周期短、见效快。 (3)实验机组容量小，耗电小，配置齐全；装置使用的电机经过特殊设计,其参数特性能模拟3KW左右的通用实验机组。 (4)装置布局合理，外形美观，面板示意图明确、清晰、直观；实验连接线采用强、弱电分开的手枪式插头，两者不能互插，避免强电接入弱电设备，造成该设备损坏；电路连接方式安全、可靠、迅速、简便；除电源控制屏和挂件外，还设置有实验桌，桌面上可放置机组、示波器等实验仪器，操作舒适、方便。电机采用导轨式安装，更换机组简捷、方便；实验台底部安装有轮子和不锈钢固定调节机构，便于移动和固定。 (5)控制屏供电采用三相隔离变压器隔离，设有电压型漏电保护装置和电流型漏电保护装置，切实有效保护操作者的人身安全，为开放性的实验室创造了前提条件。 (6)挂件面板分为三种接线孔，强电、弱电及波形观测孔，三者有明显的区别，不能互插。 (7)实验线路选择紧跟教材的变化，完全配合教学内容，满足教学大纲要求。 图1-1 DJDK-1 电力电子技术及电机控制实验装置外形图
二、技术参数 (1)输入电压三相四线制 380V±10% 50±1Hz (2)工作环境环境温度范围为-5～40℃，相对湿度≤75%，海拔≤1000m (3)装置容量：≤1.5kVA (4)电机输出功率:≤200W (5)外形尺寸：长×宽×高=1870㎜×730㎜×1600㎜ 1-2 DJK01电源控制屏 电源控制屏主要为实验提供各种电源，如三相交流电源、直流励磁电源等；同时为实验提供所需的仪表，如直流电压、电流表，交流电压、电流表。屏上还设有定时器兼报警记录仪，供教师考核学生实验之用；在控制屏正面的大凹槽内，设有两根不锈钢管，可挂置实验所需挂件，凹槽底部设有12芯、10芯、4芯、3芯等插座，从这些插座提供有源挂件的电源；在控制屏两边设有单相三极220V电源插座及三相四极380V电源插座，此外还设有供实验台照明用的40W 日光灯。 图1-2 主控制屏面板图 1、三相电网电压指示 三相电网电压指示主要用于检测输入的电网电压是否有缺相的情况，操作交流电压表下面的切换开关，观测三相电网各线间电压是否平衡。 2、定时器兼报警记录仪 平时作为时钟使用，具有设定实验时间、定时报警和切断电源等功能，它还可以自动记录由于接线操作错误所导致的告警次数。（具体操作方法详见DJDK-1型电力电子技术及电机控制实验装置使用说明书） 3、电源控制部分 它的主要功能是控制电源控制屏的各项功能，它由电源总开关、启动按钮及停止按钮组成。当打开电源总开关时，红灯亮；当按下启动按钮后，红灯灭，绿灯亮，此时控制屏的三相主电路及励磁电源都有电压输出。