模電課程設(shè)計---振蕩式微型電機(jī)三相變流電源的設(shè)計

1、<p><b>　　本科生課程設(shè)計報告</b></p><p>　　題目：振蕩式微型電機(jī)三相變流電源的設(shè)計</p><p><b>　　物聯(lián)網(wǎng)工程 學(xué)院</b></p><p>　　電氣工程及其自動化專業(yè)</p><p>　　學(xué) 號 0701090104 </p>

2、<p><b>　　模電課程設(shè)計報告</b></p><p><b>　　一、原理與電路設(shè)計</b></p><p>　?。ㄒ唬⒄袷幨秸也ㄗ兞麟娫?lt;/p><p>　　1、設(shè)計內(nèi)容：輸入直流電壓30V，輸出三相交流電壓20V，頻率405Hz，輸出電流200mA，三相電壓不對稱度2%，頻率穩(wěn)定度，正弦波失真

3、度1%。</p><p>　　2、設(shè)計要求：將輸入的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，再將直流電轉(zhuǎn)換成對稱三相交流電。</p><p><b>　　3、原理及參數(shù)選擇</b></p><p>　　微電機(jī)驅(qū)動電源的基本單元電路如圖1所示，集成功率運(yùn)算放大器AR1和外圍元件R1、R2、R3，電容C1構(gòu)成有源移相器，其頻率特性為</p><p&

4、gt;<b>　　（1）</b></p><p><b>　　其幅頻特性為</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　其相頻特性為</b></p><p><b>　?。?）</b></p&

5、gt;<p>　　式中，為反相輸入運(yùn)算放大器的基本相移；為有源移相器的附加相移。</p><p>　　由式（2）得出有源移相器的對數(shù)幅頻特性為</p><p><b>　　（4）</b></p><p><b>　　圖1.有源移相器</b></p><p>　　若取,并代入式（3）、式

6、（4）可得到有源移相器的增益</p><p>　　A（w）=1,這是有源移相器構(gòu)成正弦波振蕩器的幅值平衡條件；相移，表明輸出電壓領(lǐng)先輸入電壓相位角，是有源移相器構(gòu)成正弦波振蕩器的相位平衡條件。</p><p>　　根據(jù)三相變流電源的技術(shù)指標(biāo)的要求，可調(diào)節(jié)并確定有源移相器的參數(shù)，當(dāng)，，，時，在虛擬頻率特性圖示儀上觀測到有源移相器的一組數(shù)據(jù)為：，相移，增益。</p><p&

7、gt;　　將三個圖1所示的有源移相器級聯(lián)，并將AR3的輸出端與AR1的輸入端連接，形成閉環(huán)電路，構(gòu)成振蕩式微型電動機(jī)三相變流電源，如圖2.所示。其環(huán)路增益AF=1,，三相有源移相器總相移為，該電路將產(chǎn)生正弦波振蕩，在AR1、AR2、AR3的輸出端，即W、V、U端產(chǎn)生對稱的三相正弦波電壓，三相正弦波電壓的相序是U-V-W即</p><p>　　三相對稱電源的頻率為，圖2中的直流電壓V1由交流電源經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓

8、電路后獲得。</p><p>　　圖2.振蕩式微型電動機(jī)三相變流電源</p><p>　　（二）、微型電動機(jī)三相梯形波變流電源</p><p>　　1、設(shè)計要求：要求采用電子工作平臺（EWB）軟件設(shè)計</p><p>　　移相式微型電動機(jī)三相梯形波變流電源</p><p><b>　　2、技術(shù)指標(biāo)：</

9、b></p><p>　　移相式微電機(jī)三相梯形波驅(qū)動電源的輸入直流電壓為30V，輸出三相交流電壓為14V，頻率為500Hz，電流為200mA，三相電壓不對稱度為2%，頻率穩(wěn)定度為，正弦波失真度1%。</p><p>　　3、原理及參數(shù)選擇：</p><p>　　移相式微型電動機(jī)三相梯形波電源的基本構(gòu)成電路與正弦波電源基本電路圖1構(gòu)成相同。為產(chǎn)生梯形波振蕩，需使

10、，并保證相位平衡條件，利用集成運(yùn)放的非線性限幅特性，產(chǎn)生梯形波輸出。根據(jù)該條件選擇，，，，這時運(yùn)放的靜態(tài)增益。</p><p>　　微型電動機(jī)的功率因素較低，電流滯后角較大，圖2中的整流管D1~D6，構(gòu)成續(xù)流電橋；電阻器R10，R11，R12和電容器C4、C5、C6構(gòu)成負(fù)載的無功率補(bǔ)償電路，電阻器R10、R11、R12還兼有限制輸出電流的作用，避免無意中照成的電源的損壞。</p><p>

11、　　三相對稱梯形波輸出電壓（）波形</p><p>　?。ㄈ⑷喾讲ㄗ兞麟娫?lt;/p><p>　　1、設(shè)計要求：要求采用電子工作平臺(EWB)軟件,設(shè)計模擬振蕩式三相方波變流電源 2、技術(shù)指標(biāo)：模擬振蕩式三相對稱方波變流電源輸入直流電壓30V,輸出方波電壓15V,頻率406HZ,電流200mA,三相電壓不對稱度2%,頻率穩(wěn)定度～</p><p>　　3、

12、原理及參數(shù)選擇：</p><p>　　模擬振蕩式三相方波變流電源將單相交流電經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后獲得的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)槿喾讲妷?以驅(qū)動三相微型電動機(jī)。其基本單元電路由具有過電流保護(hù)和過熱保護(hù)環(huán)節(jié)的集成功率運(yùn)算放大器和相位滯后的RC移相電器組成。RC移相電路如圖4所示.</p><p>　　圖4 RC移相電路</p><p>　　其頻率特性為 （6）&

13、lt;/p><p>　　頻特性為 （7）</p><p>　　其相頻特性為 （8）</p><p>　　其對數(shù)幅頻特性為 （9）</p><p>　　由式(8)可知,附加相移ψ=-60°,是產(chǎn)生三相方波振蕩的相位條件,由此,可導(dǎo)出該條件下振蕩角頻率,頻率 ,是產(chǎn)生方波振蕩的幅值條件,

14、因集成運(yùn)算放大器開環(huán)工作而滿足.輸出方波的幅值受集成運(yùn)算放大器振幅的非線性特性的限制而穩(wěn)定。</p><p>　　圖5 三相方波電流源原理圖</p><p>　　在設(shè)定電路參數(shù) R=100K ,C=6800pF時,從掃頻儀觀測到附加相移 =-60°,F=-6dB,f=406HZ,所示該移相器與開環(huán)工作的集成運(yùn)算放大器相結(jié)合,能滿足產(chǎn)生方波振蕩的幅值條件和相位條件。將RC移相

15、電路和三個功率集成運(yùn)算放大級聯(lián),并將AR3的輸出端與R1連接,形成閉環(huán)電路,組成模擬振蕩式三相方波電源,其環(huán)路增益AF>>1,環(huán)路相移。該電路產(chǎn)生方波振蕩,在AR1,AR2,AR3的輸出端U,V,W產(chǎn)生對稱的三相方波電壓。通過計算機(jī)仿真,在虛擬示波器上觀測到波形如圖6所示</p><p><b>　　圖6</b></p><p>　　該變流電源可過到如下指

16、標(biāo),輸入直流電壓12V,輸出方波電壓15V,頻率406HZ,電流200mA,三相電壓階躍不對稱度2%,頻率穩(wěn)定度~10。</p><p>　　二、電路的連接與調(diào)試</p><p>　　在拿到實驗器件后，我與同組成員按照原理電路在面包板上首先連接出了圖1所示電路。然后在第二天到實驗室進(jìn)行了調(diào)試。</p><p>　　在剛開始的調(diào)試的過程中，無論如何調(diào)節(jié)變阻器，示波器上

17、都波形都非常不規(guī)則。于是按照電路圖對電路接線進(jìn)行了多次檢查，接線并沒有問題；然后對于導(dǎo)線和器件之間是否接觸不良進(jìn)行了測試，用萬用表測導(dǎo)線電阻。測試之后得出結(jié)論：所用導(dǎo)線阻值均為0即接觸良好。接著又意識到元件之間的影響，于是重新布置了電容的位置，盡量減小影響。但是還沒什么進(jìn)展。一整個上午我們都沒發(fā)現(xiàn)問題所在，在有些灰心的時候我們決定重新接，從頭開始。在重新接的時候我們意識到是面包板的連接上出現(xiàn)了問題，于是非常謹(jǐn)慎地重新連接了電路圖1，尤其

18、注意了面包板的接法，一個元件一個元件地對照圖重新接好。</p><p>　　然后一開始仍然調(diào)不出波形，于是對電路接線又進(jìn)行了檢查。最后，我們檢查出反饋線我們接錯了。調(diào)整好接線后，R2、R3調(diào)節(jié)至適當(dāng)阻值后，示波器上出現(xiàn)了正弦波。記錄數(shù)據(jù)后，再調(diào)節(jié)R2、R3至某一值時，出現(xiàn)了梯形波，記錄數(shù)據(jù)。繼續(xù)調(diào)節(jié)R2、R3，示波器上漸漸顯示出方波，到某值時，方波大體出現(xiàn)了，但是上方有鋸齒狀波形，我們猜想是電路還有干擾，便繼續(xù)進(jìn)

19、行調(diào)整，當(dāng)我們重新布置了二極管的位置后，完美的方波出現(xiàn)了。我們的任務(wù)就全部完成了。</p><p>　　三、調(diào)試結(jié)果與分析說明</p><p>　　當(dāng)AF等于1時，呈正弦波，三相正弦波的相位差為120°；</p><p>　　當(dāng)AF微大于1時，呈梯形波，三相梯形波相位差為120°；</p><p>　　當(dāng)AF遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1時，

20、呈方波，三相方波的相位差為120°。</p><p><b>　　四、小結(jié)與體會</b></p><p>　　這次的課題設(shè)計不僅鍛煉了我的動手能力，還讓我清楚的意識到實踐與理論之間的差距。在掌握理論的基礎(chǔ)上，連接電路時需要很強(qiáng)的邏輯思維還有極好的耐心。這次課設(shè)我們首次接觸了面包板，并學(xué)習(xí)掌握其使用方法。有時候就是很簡單的一個小錯誤就使整個實驗無法出預(yù)期的結(jié)果