单相电路

单相电路（共8篇）

单相电路 篇1

引言

在工农业生产和科学实验中, 一般使用交流电, 但在精密仪器和家用电器中往往需要直流稳压电源, 而稳压电源的第一部分是整流电路, 它的作用是把大小和方向都变化的正弦交流电压变为单向脉动电压。常用的整流电路有单相半波整流电路和单相桥式整流电路。

1 单相半波整流电路

1.1 电路的结构及工作原理

单相半波整流电路如图1所示。该电路中, 在电源电压的一个周期内, 流过负载的电流和负载两端的电压只有半个周期, 所以称为半波整流。

设u2为正半周时, 极性为上正下负, 这时加在二极管两端的为正向电压, 因此二极管导通, 电路中有电流流过, 并且负载和二极管上的电流相等, 因为二极管的正向电压很小, 可以忽略不计, 所以负载两端的输出电压近似等于变压器副边电压, 输出电压的波形和变压器副边的电压相同。

当u2为负半周时, 极性为上负下正, 这时加在二极管两端的为反向电压, 因此二极管截止, 电路中没有电流, 输出电压uo=0, 变压器副边电压全部加在二极管上。[1]

1.2 参数计算

1.2.1 负载上的电压平均值和电流平均值

负载上得到的整流电压虽然是单方向的, 但大小是变化的, 常用一个周期的平均值来衡量这种单向脉动电压的大小。单相半波整流电路输出电压的平均值为

负载RL上的电流平均值为

1.2.2 整流二极管的电流平均值和承受的最高反向电压

由图1可知, 流过整流二极管的平均电流IV与流过负载的电流相等, 即

二极管承受的最高反向电压URM是二极管截止时两端电压的最大值, 它等于变压器副边电压的最大值, 即

实际中, 根据IV和URM选择合适的整流二极管。二极管的反向峰值电压要选得比URM大一倍左右。

半波整流电路的优点是电路简单, 缺点是电源的利用率低, 输出电压低, 脉动大, 只适用于要求不高的场合。[2]

2 单相桥式整流电路

单相桥式整流电路可以克服单相半波整流电路的缺点。

2.1 电路结构及工作原理

单相桥式整流电路如图2所示, 它是由四个整流二极管接成电桥的形式构成的。

设u2正半周时, 极性为上正下负, 这时加在二极管V1、V3两端的为正向电压, 因此二极管V1、V3导通, 而加在二极管V2、V4两端的为反向电压, 因此二极管V2、V4截止。此时电流的路径为a→V1→RL→V3→b。

当u2负半周时, 极性为上负下正, 这时加在二极管V2、V4两端的为正向电压, 因此二极管V2、V4导通, 而加在二极管V1、V3两端的为反向电压, 因此二极管V1、V3截止。此时电流的路径为b→V2→RL→V4→a。

可见, 在电压u2变化的一个周期内, 负载RL上都有相同方向的电流流过。

2.2 参数计算

2.2.1 负载上的电压平均值和电流平均值

由上述分析可知, 桥式整流电路中负载上的电压和电流是半波整流的2倍。即

2.2.2 整流二极管的电流平均值和承受的最高反向电压

在桥式整流电路中, 由于二极管V1、V3和V2、V4在电源电压变化的一个周期内轮流导通, 所以流过每个二极管的电流都等于负载电流的一半, 即

二极管承受的最高反向电压URM是二极管截止时两端电压的最大值, 它等于变压器副边电压的最大值, 即

桥式整流电路与半波整流电路相比, 电源利用率提高了1倍, 同时输出电压提高, 波动成分减少[3], 因此桥式整流电路应用非常广泛。桥式整流电路的缺点是二极管用得较多, 容易出错, 因此, 常将四只二极管集成在一起构成整流桥, 内部结构及外形如图3所示。

(a) 半桥堆; (b) 全桥堆

使用一个“全桥”或“半桥“, 就可构成桥式整流电路, 非常方便。

参考文献

[1]李仁华, 冯贇.电子技术[M].北京:北京理工大学出版社, 2010 (86) .

[2]黄冬梅.电子技术[M].北京:中国轻工业出版社, 2011 (10) .

[3]苏士美.模拟电子技术[M].北京:人民邮电出版社, 2007 (182) .

单相电路 篇2

嘉祥职业中专

张晓清

课程名称：《整流电路》

所用教材：《电工电子技术基础与技能》

班级： 12电子1班、2班

课程类别： 专业理论基础课

知识目标：

识记输出电压、电流计算关系及整流二极管的参数选择；

能复述桥式全波整流电路的工作原理；

掌握桥式整流电路的连接方法并会进行电路的故障分析。

能力目标：

体验科学探究过程，提高将理论知识应用的迁移能力；

能用电路分析知识来解决实际应用中的问题，培养学生解决和检修电路故障的能力

过程与方法：

启发 诱导 质疑 自主 探究 合作 交流 练习

情感态度价值观：

引导学生探究和交流，通过问题情景创设来学会解决实际问题，让学生体验学习过程的快乐，保持学习电子技术课程的热情；

培养学生严谨的科学思维逻辑能力和严肃认真的职业道德作风。

教学重点：

发展科学探究能力，桥式全波整流电路的组成及工作原理的理解

教学难点：

桥式全波整流电路的原理理解和故障分析

课前教具准备：

1N4007小功率整流二极管一只、硅堆一只、手机充电器及其配套锂电池

教学活动：

复习导入（约3分钟）

（1）：整流电路的任务是什么？是利用什么原理进行工作的？（2）：单相半波整流电路组成是什么？它的输出电压和电流如何计算？有什么优缺点。导入新课（约3分钟）

师生互动环节（教师展示LED节能灯的电源电路，并让学生拿出自己的电路来看）师：同学们，电路中的四只二极管有什么用呢，你们在组装过程中，遇到什么问题没有？ 生：起整流作用，组装时有四根导线不会接，分不清正负极

师：是的。这四只二极管组成的电路就是今天我们要学习的桥式整流电路，它可以将市电220V，50HZ的交流电能转换为脉动直流电，我们今天主要学习该电路的组成特点和原理分析，这样我们以后在组装过程中就不会再将导线接错了。学习新课（约20分钟）

一、学生自读课本，了解电路的组成和原理（3分钟）

二、掌握桥式整流电路的组成特点

1、电路组成特点：（5分钟）

（让学生读电路图进行自主探究，找出输入、输出端二极管接法的特点）电路由电源变压器、四只二极管和负载电阻组成；

四只二极管首尾相接，连接成电桥形式，所以叫桥式整流电路；

交流输入端为两只二极管的正负混联端，直流输出端的正极为两只二极管的负负端，而正极输出端为正正端；（总结如下：正负混联为输入，正正为负，负负为正）

2、工作原理分析：（5分钟）

根据电路图，让学生理解电流流经的途径，能够复述以下过程。

（1）在U2正半周，V1、V3导通，V２、V４反偏截止，电流由如图流经：a→ V1 →R L→V3→b（2）在U２负半周，V２、V４导通，V1、V3反偏截止，电流如图流经：b→ V2 →R L→V4→a 并根据波形图进行，让学生理解输出电压的波形变化。

3、输出的直流电压和直流电流：（3分钟）Uo=0.9U2 Io=Il=Uo／Rl=0.9U2／Rl ４、整流二极管的选择：（3分钟）

Ip=0.5Io UR=√2U2

5、桥堆：（2分钟）

为了使用方便，生产厂家常将四只整流二极管集成在一起构成整流桥堆，（展示桥堆外形），其中标有～或AC符号的表示与交流电源相连，标有+和-的，则表示是整流输出直流电压的正极和负极，使用时应注意区分。

问题探究：

一、自主探究：（5分钟）

想一想，连一连，根据桥式整流电路组成特点，将下图所示配电盘正确相接（图略）

二、合作探究（10分钟）

画一画，议一议，画出桥式整流电路，组内进行讨论，分析出现下列故障时的后果

1、任一只二极管开路或脱焊

2、某只二极管接反

3、某只二极管短路

4、四只二极管均接反

组内分析讨论，教师小结如下：

任一只二极管开路或脱焊后果：桥式整流变半波整流，输出电压减小一半 某只二极管接反后果：一只二极管短路，变压器被烧 某只二极管短路后果：二极管被烧，变压器被烧 四只二极管接反：输出电压极性相反 测评与小结：（4分钟）（师生互动问答）

1、桥式整流电路的组成特点是什么？

2、若某变压器次级电压为6V，则采用单相桥式整流电路在负载上可得到几伏的输出电压？

3、在选用整流二极管时，应如何选择参数？ 作业：

将问题探究中的两道题坐在作业上。

反思与小结：

板书设计：

单相桥式整流电路

一、电路特点

二、工作原理分析

三、参数计算

单相交流电路教法探讨 篇3

先做如图1所示的实验, 开关S1处在不同位置可以选择电阻R、电感L、电容C中的一种负载, S2可以接通或者断开电源。转换S1选择不同的负载, 在拨动S2接通或者断开电源时, 仔细观察灯泡HL的发光情况、表针的摆动情况及示波器的波形情况, 观察到的现象汇总如图2所示

从实验中我们可以得出如下结论: (1) 在开关通断的瞬间, 电阻上电压与电流是同时出现、同时结束, 并且电压表和电流表指针摆动变化快慢一致, 断开电源后灯立即熄灭。 (2) 在开关通断瞬间, 电感/电容电路中, 电压表和电流表指针摆动变化的快慢不一致, 电感/电容电路在断开电源后还能看到灯亮, 说明电感、电容均是储能元件。 (3) 在开关通断的瞬间, 电感上电压的变化比电流快, 电感上的电压与电流的变化率 (曲线的斜率) 成正比, 并且该电压阻碍电流的变化, 电感能让稳定的直流电通过。 (4) 在开关通断的瞬间, 电容上电压的变化比电流慢。电容是存放电荷的容器。电容上的电压随着存入电荷而升高、随着移出电荷而降低, 并且在电压接近直流电源电压时, 电路中电流最小, 电容对直流电有阻断作用。

在上述实验中, 不断地接通和断开电源开关, 就类似于交流电路, 进而可以引导学生分析, 在正弦交流电路中, 电阻、电感和电容的性质与作用。 (1) 电阻:总是阻碍电荷的移动, 它对变化的电流和不变化的电流都有着相同的阻碍作用, 电阻上的电压与电流是同频率同相位的, 其关系式为:。 (2) 电感:由于变化的电流总是要在电感中产生感应电动势, 该感应电动势也总是阻碍电流的变化, 所以电感对稳恒直流电没有阻碍作用 (忽略电感的直流电阻) , 而对交流电有阻碍作用。该阻碍作用记作XL, 电感上电压与电流间的关系为:。其中:XL=2πf L, L为自感系数, 与线圈的匝数、介质及形状有关。f为电源频率, 频率越高, 对电流的阻碍作用越大。 (3) 电容:电容是储存电荷的容器。存入电荷的过程, 称为充电, 取出电荷的过程称为放电, 在充电和放电的过程中, 电路中都会产生电流, 电容对电流的阻碍作用记作Xc, 电容上电压与电流的关系为:。其中:;C为电容的容量, 容量越大, 对交流的阻碍作用越小。f为电源频率, 频率越高, 电容对电流的阻碍作用就越小。

参考文献

[1]李静.电工基础[M].北京:中国劳动社会保障出版社, 2001.

单相正弦交流电路的实验研究 篇4

关键词：正弦交流电,实验,验证,相位差

1实验线路及原理

本实验采用KCO5晶闸管集成移相触发器。该触发器适用于双向晶闸管或两个反向并联晶闸管电路的交流相位控制, 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、有失交保护、输出电流大等优点。

单相晶闸管交流调压器的主电路由两个反向并联的晶闸管组成, 如图3-15所示。

图1中电阻R用D42三相可调电阻, 将两个900Ω接成并联接法, 晶闸管则利用DJK02上的反桥元件, 交流电压、电流表由DJK01控制屏上得到, 电抗器Ld从DJK02上得到, 用700m H。

2实验方法及目的

2.1实验方法

2.1.1 KCO5集成晶闸管移相触发电路调试

将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧使输出线电压为200V, 用两根导线将200V交流电压接到DJK03的“外接220V”端, 按下“启动”按钮, 打开DJK03电源开关, 用示波器观察“1”~“5”端及脉冲输出的波形。调节电位器RP1, 观察锯齿波斜率是否变化, 调节RP2, 观察输出脉冲的移相范围如何变化, 移相能否达到170°, 记录上述过程中观察到的各点电压波形。

2.1.2单相交流调压带电阻性负载

将DJKO2面板上的两个晶闸管反向并联而构成交流调压器, 将触发器的输出脉冲端“G1”、“K1”、“G2”和“K2”分别接至主电路相应晶闸管的门极和阴极。接上电阻性负载, 用示波器观察负载电压、晶闸管两端电压Uv T的波形。调节“单相调压触发电路”上的电位器RP2, 观察在不同α角时各点波形的变化, 并记录α=60°、60°、90°、120°时的波形。

2.1.3单相交流调压接电阻电感性负载

(1) 在进行电阻电感性负载实验时, 需要调节负载阻抗角的大小, 因此应该知道电抗器的内阻和电感量。常采用直流伏安法来测量内阻。电抗器的内阻为

电抗器的电感量可采用交流伏安法测量, 如图2所示。由于电流大时, 对电抗器的电感量影响较大, 采用自耦调压器调压, 多测几次取其平均值, 从而可得到交流阻抗。

电抗器的电感为

这样, 即可求得负载阻抗角

在实验中, 欲改变阻抗角, 只需改变滑线变阻器R的电阻值即可。

(2) 切断电源, 将L与R串联, 改接为电阻电感性负载。按下“启动”按钮, 用双踪示波器同时观察负载电压U1和负载电流I1的波形。调节R的数值, 使阻抗角为一定值, 观察在不同α角时波形的变化情况, 记录α>φ、α=φ、α<φ三种情况下负载两端的电压U1和流过负载的电流I1波形。

2.2实验目的

(1) 学习交流仪表及功率表的使用方法。

(2) 验证单相正弦交流电路总电压、电流与各元件电压、电流的相量关系。

(3) 日光灯电路的连接。

(4) 熟悉功率因数提高的方法及功率的测量方法。

2.3需要注意的事项

(1) 触发脉冲是从外部接入DJKO2面板上晶闸管的门极和阴极, 此时, 应将所用晶闸管对应的正桥触发脉冲或反桥触发脉冲的开关拨向“断”的位置, 并将Ulf及Ulr悬空, 避免误触发。

(2) 可以用DJK02-1上的触发电路来触发晶闸管。

(3) 由于“G”、“K“输出端有电容影响, 故观察触发脉冲电压波形时, 需将输出端“G”和“K”分别接到晶闸管的门极和阴极 (或者也可用约100Ω左右阻值的电阻接到“G”、“K”两端, 来模拟晶闸管门极与阴极的阻值) , 否则, 无法观察到正确的脉冲波形。

3结果分析

(1) 在交流电路中, 基尔霍夫的两大定律中直流电流在任何时刻, 流入任一结点的电流 (电压) 代数和恒为零, 交流电流在任何时刻, 流入任一结点的电流 (电压) 矢量和恒为零。

(2) 启辉器由双金属片组成, 电路接通后, 供电电压通过填充气体引起辉光放电。由于两种金属片热膨胀系数不同, 缓慢加热的接触片产生了相对弯曲, 当接触片碰在一起时, 通过镇流器和灯丝形成了串联电路, 使一个相当强的电流将灯丝迅速加热。金属片接触后, 辉光放电结束, 金属片开始冷却, 接触点弹开, 电路断开连接, 灯光点燃

(3) 电感和电容的无功功率是异号的, 在感性电路中并联电容, 可以降低无功功率, 提高功率因数;串联电容也可以提高功率因数, 因为串联电容也可以降低无功功率, 提高功率因数, 但是负载上的电压改变流入。

(4) 并联电容后, 灯管两端的电压不变, 电流也不改变, 消耗的功率不变;总功率因数会因为总无功功率减小而提高。

参考文献

[1]王飞.单相光伏并网系统的分析与研究[D].合肥:合肥工业大学, 2005.

[2]易映萍.单相正弦波逆变蓄电池回馈放电技术的研究[D].长沙:湖南大学, 2005.

[3]邢毅川.单相-三相电力电子变换器调制策略研究[D].沈阳:大连理工大学, 2014.

单相电路 篇5

随着现代工业技术的发展,电力电子非线性负载大量增加,使电网受到严重的谐波污染。有源电力滤波器(APF)是一种动态抑制谐波、补偿无功电流的新型电力电子装置,其补偿效果很大程度上取决于对指令信号准确、实时地检测[1]。1983年,赤木泰文等人提出了三相电路瞬时无功功率理论[2],以该理论为基础的谐波和无功电流检测方法在三相有源电力滤波器中得到了成功的应用。但事实上由单相电路中的非线性负载引起的谐波危害也很严重,能否实时检测单相系统谐波及无功电流与整个有源滤波器的补偿特性直接相关。但三相电路瞬时无功功率理论使用了众多的乘法器,计算误差大,调整困难,而且对电路的原件参数敏感,用于单相电路检测时,其效果不理想[3,4]。因此,瞬时无功功率理论不能简单、实时地应用于单相电路是该理论的一个不足。

本文在瞬时无功功率理论的基础上,从傅里叶变换出发,引入了一种基于基波幅值分离法的谐波检测方法。该方法利用三角函数的特性,对畸变电流中的基波成分和无功电流分量的幅值分别进行计算,然后通过低通滤波器把它们分离出来,最后得到基波有功和无功电流分量。该方法不但解决了单相谐波及无功电流实时检测,而且算法简单、可靠,硬件实现起来容易。

2 基于瞬时无功功率理论的单相电路谐波及无功电流的谐波检测

研究基于瞬时无功功率的三相电路谐波检测方法可发现,其实质是把待检测的三相信号经线性变换后得到有功分量及无功分量,经低通滤波器(LPF)后再做相应的反变换,即可得到谐波和无功电流。对于单相电路,只需再构造一个滞后于实际电流90°的虚拟电流和实际电流形成两相坐标信号,进而可以检测出谐波和无功电流,其检测原理如下:

设单相电网电压瞬时值为

us(t)=Ucos(ωt) (1)

单相电网电流瞬时值:

$i{}_{\text{s}}(t)=\underset{n=1}{\overset{\infty }{{\displaystyle \Sigma }}}{\rm I}{}_n\cos (n\omega t+\phi {}_n)=i{}_{\alpha }(2)$

构造β的虚拟电流:

$i{}_{\beta }=\underset{n=1}{\overset{\infty }{{\displaystyle \Sigma }}}{\rm I}{}_n\cos [n(\omega t-\frac{\text{π}}{2})+\phi {}_n](3)$

$\left[\begin{array}{l}i{}_{\alpha }\\ i{}_{\beta }\end{array}\right]=\left[\begin{array}{l}\underset{n=1}{\overset{\infty }{{\displaystyle \Sigma }}}{\rm I}{}_n\cos (n\omega t+\phi {}_n)\\ \underset{n=1}{\overset{\infty }{{\displaystyle \Sigma }}}{\rm I}{}_n\cos [n(\omega t-\frac{\text{π}}{2})+\phi {}_n]\end{array}\right](4)$

根据瞬时功率理论可得,

$\begin{array}{l}\left[\begin{array}{l}i{}_{\text{p}}\\ i{}_{\text{q}}\end{array}\right]=C\left[\begin{array}{l}i{}_{\alpha }\\ i{}_{\beta }\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\sin (\omega t)& -\cos (\omega t)\\ -\cos (\omega t)& -\sin (\omega t)\end{array}\right]\left[\begin{array}{l}i{}_{\alpha }\\ i{}_{\beta }\end{array}\right]\\ =\left[\begin{array}{l}\overline{i}{}_{\text{p}}\\ \overline{i}{}_{\text{q}}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{l}\tilde{i}{}_{\text{p}}\\ \tilde{i}{}_{\text{q}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{l}{\rm I}{}_1\cos \phi {}_1\\ {\rm I}{}_1\sin \phi {}_1\end{array}\right]+\left[\begin{array}{l}\tilde{i}{}_{\text{p}}\\ \tilde{i}{}_{\text{q}}\end{array}\right](5)\end{array}$

式中:为基波电流引起的有功、无功直流分量;为单相电网的有功、无功交流分量。

经低通滤波器(LPF)后将和滤掉,得到ip和iq,再将其进行反变换可得基波有功、基波无功电流iαf,iβf:

$\begin{array}{l}\left[\begin{array}{l}i{}_{\alpha \text{f}}\\ i{}_{\beta \text{f}}\end{array}\right]=C{}^{-1}\left[\begin{array}{l}\overline{i}{}_{\text{p}}\\ \overline{i}{}_{\text{q}}\end{array}\right]\\ =\left[\begin{array}{cc}\sin (\omega t)& -\cos (\omega t)\\ -\cos (\omega t)& -\sin (\omega t)\end{array}\right]\left[\begin{array}{l}{\rm I}{}_1\cos \phi {}_1\\ {\rm I}{}_1\sin \phi {}_1\end{array}\right]\\ =\left[\begin{array}{l}{\rm I}{}_1\cos (\omega t+\phi {}_1)\\ {\rm I}{}_1\sin (\omega t-\frac{\text{π}}{2}+\phi {}_1)\end{array}\right](6)\end{array}$

可以看出,从is(t)中减去if可得ih;再加iq可得谐波及无功电流之和,

图1中,PLL为锁相环,其后正、余弦信号发生电路,它的输出是与us同相的正弦信号和滞后90°的余弦信号-cos(ωt)[5];LPF为低通滤波器,用来滤掉基波以外的其他高次谐波。

3 基于基波幅值分离法的单相电路谐波及无功电流的检测原理

单相电网电压:

us(t)=Usin(ωt) (8)

电网瞬时电流:

$\begin{array}{l}i{}_{\text{s}}(t)=\underset{n=1}{\overset{\infty }{{\displaystyle \Sigma }}}{\rm I}{}_n\sin (n\omega t+\phi {}_n)\\ ={\rm I}{}_1\sin (\omega t+\phi {}_1)+\underset{n=2}{\overset{\infty }{{\displaystyle \Sigma }}}{\rm I}{}_n\sin (n\omega t+\phi {}_n)\\ =i{}_1(t)+i{}_{\text{h}}(t)(9)\end{array}$

把式(10)代入式(9)得:

$\begin{array}{l}i{}_{\text{s}}(t)={\rm I}{}_{\text{p}}\sin (\omega t)+{\rm I}{}_{\text{q}}\cos (\omega t)+\underset{n=2}{\overset{\infty }{{\displaystyle \Sigma }}}{\rm I}{}_n\sin (n\omega t+\phi {}_n)\\ =i{}_1(t)+i{}_{\text{p}}(t)+i{}_{\text{q}}(t)(11)\end{array}$

式中:i1(t)为基波电流分量;ih(t)为所有高次谐波分量组成的谐波电流分量;ip(t)为瞬时基波有功电流;iq(t)为瞬时基波无功电流。

将式(11)两端分别乘以2sin(ωt),则有:

式(12)是由直流分量和交流分量组成,用低通滤波器(LPF)可得到直流分量Ip,再乘以标准正弦信号sin(ωt),就得

ip(t)=Ipsin(ωt) (13)

同理,将式(11)两边同乘以2cos(ωt),就有

式(14)也是由直流分量和交流分量组成,也通过低通滤波器(LPF)分离出直流分量Iq,再与cos(ωt)相乘,得

iq(t)=Iqcos(ωt) (15)

把计算出的ip(t)和iq(t)代入式(10)可得i1(t),再把其代入式(9),得到谐波电流:

ic(t)=ih(t)=is(t)-ip(1) (16)

但如果对谐波和无功电流同时补偿,则要断开通道2,再用电网电流减去基波有功电流,即

ic(t)=ih(t)+iq(t)=is(t)-ip(1) (17)

综上所述,算法见图2。

值得注意的是,在图2中,电源电压us(t)有畸变以及电源频率的漂移不会影响谐波及无功电流的检测。当us(t)畸变时,正余弦信号(sin(ωt),cos(ωt))应由us(t)的基波分量决定,ip(t)和us(t)的基波分量同相,但iq(t)和us(t)的基波分量正交,但式(12)～式(14)的计算过程不变。当电源频率漂移时,sin(ωt),cos(ωt)和is(t)中的i1(t)及各次谐波的频率也同步变化,式(12)～式(14)的计算过程是一样的。

研究表明,当只检测谐波时,可以不必跟踪电源电压基波分量的相位,锁相环PLL可以省去,只通过控制电路产生与电源电压同频率的正余弦信号参与计算即可,实现起来更为方便,相位可以任意[6],也就是说相位差不影响谐波电流的检测。

4 系统仿真分析及结论

在以上分析的基础上,用Matlab分别对基于瞬时无功理论和基于基波分离法的单相电网谐波及无功电流检测算法进行仿真。仿真对象为单相感性负载的整流电路,电路模型的主要参数为:系统电压Vs(t)=5.77 kV,频率f=50 Hz,谐波源含有3,5,7等高次谐波电流,LPF为二阶Butterworth低通滤波器。仿真结果见图3。

从图3a中可看出,电网电流中不但含有谐波电流成分,还含有基波无功电流成分;图3b的波形可明确看出这种检测算法是有效的;通道1检测输出的电流为基波电流if(t),而通道2输出为滞后于基波电流π/2的电流,因此该检测算法时延比较大,不能满足实时检测的要求。

图4表明该算法是有效的,能够实时检测出系统的谐波及无功分量。

由图5可知,第1条曲线是基于瞬时无功功率理论检测算法的谐波电流,而第2条曲线是基于基波幅值分离法的谐波电流。通过第1种检测算法需要经过多于2个基波电流周期(0.04 s)才能达到稳定值,而第2种检测算法仅需一个半基波电流周期,所以很明显该算法动态响应速度快。

本文提出了2种单相电路谐波及无功电流实时检测算法,仿真结果表明二者都能满足检测要求。基于瞬时无功功率理论检测算法比较准确,但时延大、动态响应慢;而基于基波幅值分离法的检测算法,其电路简单、所用器件少、检测精度高、动态响应速度快,更能适合于APF动态谐波装置来检测谐波及无功电流,是值得推广的检测算法。

参考文献

[1]Akagi H,Kanazawa Y,Nabae A.Generalized Theory of theInstantaneous Reactive Power in Three-phrase Circuits[C]∥In:IEEE&JIEE.Proceedings IPEC.Tokyo:IEEE,1983:1375-1381.

[2]Akagi H,Kanazawa Y,Nabae A.Instantaneous ReactivePower Compensator Comprising,Switching Devices With-out Energy Storage Components[J].IEEE Trans.on IA,1984,20(3):625-633.

[3]Hsu C Y,Wu H Y.A New Single-phase Power Filter withReduced Energy-storage Capacity[J].IEEE Proc.Electr.Power,1996,143(1):25-30.

[4]Wang Zhaoan,Wang Qun,Yao Weizheng.A Series ActivePower Adopting Hybrid Control Approach[J].IEEETrans.on Power Electronics,2001,16(3):301-310.

[5]王兆安,杨军,刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社,1998.

单相电路 篇6

一、根据学生实际, 创新三维教学目标

所谓三维教学目标, 是教师根据教材内容设定的课堂教学需要达成的知识目标、能力目标和情感目标。这已经成为教学设计的基本定律, 我们的教学也是围绕教学目标展开的。

按照教材内容, 单相桥式整流电路学习, 知识目标必然要有单相全波整流电路的结构特点、工作原理和参数计算等。

在能力目标设置时, 自然要培养学生的观察、分析等逻辑思维能力, 还要培养学生运用理论知识指导实践的能力等。这样的知识目标对大部分学生而言, 都是无法完成的任务。

至于情感目标, 无论设计什么内容, 都是比较虚的, 不存在能不能完成的问题。这样看来, 根据教材内容设计“三维目标”对中技学生来说, 当然是存在脱离实际的现象。

为此, 笔者结合学生实际进行教学目标设计, 其效果就大不一样了。知识目标:了解单相全波整流电路的结构特点;简单叙述桥式单相全波整流电路的工作原理;理清桥式单相全波整流电路涉及的参数。能力目标:培养学生观察分析能力;增强自主与合作学习的能力。情感目标:体验参与的快乐;培养团结协作精神;激发求知欲望。

二、依据教学特点, 创新课堂教学方法

叶圣陶说过:“教是为了不教。”这句话的意思是教师通过成功点拨之后, 能够引起学生学习热情, 从而积极主动去学习。对中技学生而言, 要达到这个教学境界, 其难度是很大的。但教师在课堂教学中, 经常进行教法改革, 也会给学生带来不一样的感觉。这对激发学生学习热情有积极帮助。

在前面几节课的学习中, 大多数学生都已经掌握了两种整流电路, 也就是单相半波整流电路和单相全波整流电路, 为下面的学习奠定良好基础。

教师要从教学实际出发, 适时调整教法。要结合所学内容, 让学生在观看教师操作的基础上, 动手完成各项技术指标设定。特别要充分互动, 用集体的力量解决实际问题。

在单相桥式整流电路教学中, 教师要注意根据学生实际理解能力和动手实践能力创新教法。像目标分步展示法、讨论总结法、图文结合法、专题训练法、分层教学法、多媒体演示法、联系生活实际法等等, 都是可以选择的。

目标展示法, 将学习目标进行分解, 然后让学生分步掌握, 并适时进行成果展示。首先是识记V1、V2、Iv、IL的关系, 可以让学生板书画图连接展示;其次让学生复述桥式全波整流电路的工作原理;再就是用桥式全波整流电路解决一些实际问题, 书面完成。

讨论总结法, 就是让学生以小组谈论互动形式来解决一些实际问题。像讨论桥式整流电路在生活中有哪些实际应用。教师可以先播放多媒体课件, 展示整流桥堆, 学生在小组讨论中组装成日常生活中的电路产品, 在小组中展示。小组成员讨论推荐进行班级内展示。这样可以极大调动学生动手实践积极性。

联系生活实际法, 教师可以将手机充电器拿到教室里, 告诉学生, 这节课要学习的桥式单相全波整流电路与这充电器有关, 学生自然就会进入学习状态。

教学有法, 教无定法。在实际操作中, 教师要依据教学特点, 针对学生学习实际, 适时调整教法, 给学生提供更多动手实践机会, 通过理论联系实际, 让学生在创新体验中获得新知。

三、针对学习重点, 创新难点突破形式

教学单相桥式整流电路的重点是让学生掌握单相桥式整流电路的原理, 并运用这些原理解决一些实际问题。

首先要弄清桥式单相全波整流电路结构, 为了让学生能够直观感知电路结构, 教师可以通过播放大屏课件的方式, 让学生根据图示理清单相桥式整流电路。

如图1所示:

根据图示, 可以让学生亲自动手进行电路连接安装。为了便于讨论互动, 要把学生分成若干小组, 指定小组负责人。教师先对小组负责人进行单独培训, 然后由小组负责人回到小组, 进行实际操作训练。

在实际操作训练之前, 教师要针对学生可能出现的问题进行梳理:这四个二极管任意一只出现开路或者脱焊;任意一只二极管接反;任意一只出现短路现象;四只二极管全部接反。如果出现上述情况会分别产生什么后果呢?学生先进行讨论, 由学生代表发言, 最后教师总结:如果出现任意一只二极管开路或者脱焊, 单相桥式整流电路变半波整流, 而且电压要减小一半;任意一只二极管接反, 变压器会烧毁;任意一只二极管短路, 二极管和变压器都会被烧毁;如果四只二极管都接反, 输出电压极性相反。

明确了这些基本操作原理和失误操作后果, 学生在实际操作时, 就会特别注意, 在接通电源之前进行反复检查, 确保百分百正确, 才接通电源, 进行实际验证。

因为学生基础参差不齐, 如果让一个学生单独来解决这些问题, 其难度是比较大的, 让学生分组讨论, 就可以形成学习合力。自主合作探究学习是新课改的要求, 教师要积极引导学生讨论, 并给出一定的思路和方法。这样就可以让绝大数学生都能够掌握。让学生来复述, 这也是检验学生学习实效的好办法。只有真正学会才能说清楚, 这也给学生带来一定的压力, 避免滥竽充数的现象发生。

四、利用电子课件, 创新课堂训练内容

为了让学生能够深入到课堂教学之中, 不妨在多媒体运用时, 增加一些趣味性的图片, 将电子教学生活化。学习单相全波桥式整流电路中运用多媒体, 可以将电路图进行分解, 然后一步一步拼接, 让学生跟随多媒体画面获得最直观的感知。还可以将生活中涉及桥式单相全波整流电路的例子, 用图片或者视频的形式展现在大屏幕上, 让学生从生活体验入手, 实现理论和实践的相结合。

为了让学生有更切实的体验, 教师可以将有缺陷的桥式单相全波整流电路展示给学生, 然后让学生来操作补修, 学生通过亲自操作多媒体, 不仅动脑还动手了, 其学习效果一定是可期待的。也可以让学生在黑板上搭建一个桥式单相全波整流电路, 教师同步将这个电路图转化成多媒体幻灯片, 这样也可以让学生感觉很新鲜。

五、结语

电子专业课堂教学要创新, 教师要关注教学主体, 抓住几个创新角度, 充分激发学生主动学习的热情, 要针对学生实际采取针对性措施, 将课堂教学内容有形化直观化, 降低学习难度, 增加练习密度、提高教学强度, 这样才能体现现代中职教学改革的新方向。

摘要：开展单相桥式整流电路设计与教学创新探索, 不仅涉及整流电路的相关内容, 也是对整个电子专业课堂教学的反思。本文分四个方面, 从教学目标设计、教法调整、重难点突破和多媒体使用等角度, 结合具体教学内容对电子专业课堂教学创新进行分析和总结, 希望能够获得一些有益的启示。

关键词：单相,桥式,整流电路,设计,教学创新

参考文献

[1]严萍.单相桥式整流电路的教学设计[J].时代教育, 2012.

[2]王琴.单相桥式整流电路教学反思[J].黑河教育, 2013.

串联谐振单相全桥逆电路的设计 篇7

1 电路设计

1.1 主电路及工作原理

串联补偿逆变电路如图所示:

电路由三相晶闸管全控整流桥、滤波电容、平波电感、单相全控桥式逆变电路、续流二极管、负载构成。

其中, 三相晶闸管全控整流桥主要是用来整流生成脉动的直流电。要求是恒压源, 因此电路中需要大滤波电容, 而当电容足够大时, 可认为输入是恒压, 而平波电感在此起切断直流作用。

串联补偿逆变电路主要通过自然换流的方式实现晶闸管之间的转换, 其工作原理:晶闸管SCR1、SCR4首先被触发, 电流经过SCR1、负载、SCR4, 正端流入负端流出, 附带的补偿电容C也充上了电。由于电流为正弦波, 而当电流为负向时, 则通过续流二极管D1、D4续流, 并给同桥臂的SCR1、SCR4加上反压, 并关断。一段时间后, SCR1、SCR4被完全断开, 晶闸管SCR2、SCR3被触发。且立刻导通。补偿电容C通过后续续流二极管、晶闸管回路放电。放电完成后, 续流二极管不再通过电流。而电容C开始反充电。而当电流再一次为负时, 通过续流二极管D2、D3续流, 且为SCR2、SCR3加上反压, 并使它们断开。最后当SCR2、SCR3断开后, 晶闸管SCR1、SCR4被触发, 而电容C则通过续流二极管和被触发的晶闸管回路放电。放电完成后, 续流二极管中不再有电流, 整个回路重复以上过程。

1.2 串联谐振逆变电路特性

通过对串联补偿逆变电路等效电路的分析, 其具有电压累加特性。电压在谐振电容上时叠加过程每半波都有一个, 除非回路工作于稳态。电压在电容C和电感L上则会渐升, 最后获得电源电压3—5倍的稳态电压。除此之外, 自然换流的特性, 也使晶闸管产生关断动作。且实际工作中, 最多只有两只晶闸管处于导通状态。

2 参数计算

2.1 三类基本元件取值

由主电路中发生串联谐振的条件, 可得:

当感抗等于容抗, 即:

主电路发生串联谐振。因此电阻、电容、电感的取值由此决定。

2.2 晶闸管的电压、电流额定值

把幅值为矩形波展开成傅里叶级数[1]得:

其中基波的幅值和基波有效值分别为:

一个周期内晶闸管两端电压的波形组成为:电压为0前半周期及电压为的后半周期。则, 此时的电压有效值为:

最大电压为:ud

所以, 额定电压为:

而电流有效值:

式中, 额定电流为:

3 触发电路设计

由于要产生门极触发脉冲, 且晶闸管在需要的时刻由阻断会转为导通的晶闸管触发电路设计要求。包括:相位控制电路、触发脉冲的放大和输出电路。

本文主电路采用移相调压控制方式, 通过移相来调节输出电压脉冲宽度, 实现主电路的调压功能。触发电路输出信号用来控制各个晶闸管的导通, 根据要求, 触发电路如图所示。即基于TCA785的触发电路, 该电路主要由锯齿波的形成、脉冲形成与放大环节、脉冲移相环节等部分组成。

4 保护电路设计

由于之前所述的晶闸管变流装置在运行过程中产生过流、过压, 所以实际中需要设计保护电路。

4.1 过电压保护

针对于主电路, 过压保护主要有:浪涌过电压保护、阻容保护、压敏电阻保护。此设计中晶闸管关断过程中产生的尖峰状的瞬时过压, 所采用的保护措施就是器件侧阻容保护。

4.2 过电流保护

实际中通常用作过电保护的: (直流) 快速熔断器、交流断路器。

5 总结

本设计的初衷主要是串联谐振单向全桥逆变电路的输出电压可调, 同时实现对工件的感应加热。在单相全桥逆变电路的基础上, 将直流电压逆变为中频方波, 并加到负载:串联振荡电路。实现对工件进行感应加热。采用了TCA785构成的脉冲触发电路。实现了基本功能但仍有大量不足之处需要改进和完善。

摘要：本文采用基于晶闸管构成的单相全桥逆变电路, 通过逆变的方法将直流电压变化为中频方波 (电压) , 并连接到负载串联振荡电路 (感应线圈、补偿电容组成) , 且整体可以实现对工件的加热、感应加热电源等方面。

关键词：串联谐振单相全桥逆变电路,触发电路,保护电路,晶闸管

参考文献

[1]王兆安, 黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社, 2008.

单相电路 篇8

一、单相全控整流电路的仿真分析

1. 电容滤波的单相桥式全控整流电路的MATLAB仿真模型见图1。

参数设置:交流电压源参数U=220V, f=50Hz;负载参数R=1Ω;脉冲发生器触发信号的振幅为1V, 周期为0.02s (即频率为50Hz) , 脉冲宽度为25%;采样频率8192*4Hz。

2. 电容滤波的单相桥式全控整流电路的MATLAB仿真结果。将滤波电容分别取C=2e-2F和C=1e-2F, 并设置不同的触发角, 即可得到对应的电压电流波形。由于篇幅版面所限, 下面只给出90°触发角的仿真结果, 图中波形由上到下分别为交流侧电流和直流侧电压。

(1) C=2e-2F时, 电容滤波的单相整流电路的仿真结果如图2所示。

(2) C=1e-2F时, 电容滤波的单相整流电路的仿真结果如图3所示。

通过对于仿真波形的观察可以看出, 在整流电路中加入滤波电容, 可以平缓直流侧的输出电压, 使得直流侧输出电压特性明显强于纯电阻负载的电压特性。单相整流电路带电容滤波以后, 整流元件的导通角已不到180°。电路状态分成两个阶段:电容充电和电容放电阶段。电容充电阶段整流元件导通, 相当于电路与正弦电压接通;电容放电阶段, 整流元件截止。

二、电容滤波的单相全控整流电路的谐波分析

从仿真结果可知, 整流电路的交流侧电流波形已不再是理想的正弦波, 但它仍然具有周期性, 故可将其分解为傅里叶级数。MATLAB中的Power Gui模块具有FFT功能, 从而为整流电路的谐波分析提供了极大的便利。由于篇幅所限, 图4中只给出对应于0°、60°触发角的交流侧电流频谱, 图5中只给出对应于0°、60°触发角的直流侧电压频谱, 其中的参数分别与前面对应。

1. 交流侧电流的频谱。

根据以上所给出的数据分析可知, 电容滤波的单相桥式全控整流电路的交流侧电流中除了基波分量外, 还有一系列的高次谐波, 其中以奇次谐波为主, 谐波的幅值与谐波次数成反比。在触发角相同的情况下, 滤波电容大的单相桥式整流电路的谐波幅值较大。在其他参数相同的情况下, 随着触发角的增大, 谐波总畸变率 (THD) 不断增大, 其中基波幅值在60°时达到最大, 其他高次谐波在90°时达到最大。

2. 直流侧电压的频谱。

根据以上频谱可知, 电容滤波的单相桥式全控整流电路的直流侧电压中除了直流分量外, 还有一系列的高次谐波, 其中以偶次谐波为主, 谐波的幅值与谐波次数成反比。在触发角相同的情况下, 滤波电容大的单相桥式整流电路的基波幅值较大, 其他高次谐波幅值随电容增大而减小。在其他参数相同的情况下, 随着触发角的增大, 基波幅值不断减小, 其他高次谐波在60°或90°时达到最大。