可控整流电路与EDA工具的使用|三相半波可控整流电路
[摘要] 整流电路(Rectifier)是电力电子技术中最为重要,也是应用得最为广泛的电路,不仅应用于一般工业,也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、能源系统等其他领域。而整流电路的可控性是目前研究的重点。讨论了EDA仿真工具在电子技术教学中的应用,通过在教学中辅助利用MultiSim仿真软件,不仅克服了传统教学的不足,而且在教学的实施过程中,提高了学生对电路理论的理解,培养了学生实际应用能力,取得更好的教学效果。
[关键词] 可控整流电路 电子设计自动化(EDA) MultiSim
当前,在电子技术课程教学中,大多数学校仍然是在课堂上先把知识点逐一讲述,然后再通过实验课中,在现成的试验箱上或者面包板上,通过元器件硬件连接测试,加深知识点的掌握。这种传统的教学方式不仅受实验室条件的限制,而且新器件、新设备价格昂贵,如果需要增加一些扩展型、设计型的实验时,学校更是无法承受。
随着计算机技术和电子设计自动化(EDA)技术的发展,出现了许多基于Windows的仿真工具,非常适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。这种新型的虚拟电子实验技术,可以直接在元器库中选择需要的元器件和测试仪器,搭建实际的电路,而且与实物外形相似,由于这些仿真工具中的测试仪器和元器件种类多、功能全,可以弥补弥补实验仪器、元器件的短缺及以及规格不符合要求等因素,还能利用软件中提供的各种分析方法,帮助学生更快、更好地掌握教学内容,加深对概念、原理的理解,并能熟悉常用的电工电子仪器的测量方法,进一步培养学生的综合能力和创新能力。
一、可控整流电路
整流电路(Rectifier)是电力电子技术中最为重要,也是应用得最为广泛的电路,不仅应用于一般工业,也广泛应用于交通运输、电力系统、通信系统、能源系统等其他领域。
该部分课程的主要内容包括单相可控整流电路的工作原理、波形分析及计算,续流二极管的作用及有关波形分析。三相半波整流电路的波形分析及计算。三相全控桥的工作原理、波形分析及计算。整流变压器原、附边绕组电流有效值及容量计算。带平衡电抗器的双反星性大功率整流电路工作原理及波形分析。变压器漏抗对整流电路的影响。电路中谐波的产生、组成及抑制方法。整流电路的谐波和功率因数。整流电路的有源逆变工作原理及实施逆变的条件,逆变颠覆及防止措施。触发脉冲与主回路电压的同步,移相工作原理。
其中,重点掌握部分为单相可控整流电路的工作原理、波形分析及计算。三相半波整流电路的波形分析及计算。三相全控桥的工作原理、波形分析及计算。变压器漏抗对整流电路的影响。电路中谐波的产生、组成及抑制方法。整流电路的谐波和功率因数。整流电路的有源逆变工作原理及实施逆变的条件,逆变颠覆及防止措施。触发脉冲与主回路电压的同步,移相工作原理。
二、虚拟电子实验台MultiSim简介
Multisim是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具,目前在各高校教学中普遍使用Multisim10.0。通过Multisim和虚拟仪器技术,电子学教育工作者可以完成理论的讲解、原理图的捕获与仿真以及测试的完整综合设计流程。
Multisim具有直观、方便的操作界面,屏幕左边为元器件和虚拟测试仪器,由于些器件、仪器构造和实际非常相似,使得学生们如同操作实际器件一样,方便构建电路;同时,Multisim拥有大量的元件数据库,特别是大量新增的与现实元件对应的元件模型,增强了仿真电路的实用性,而且还可以从生产厂商的产品使用手册中查找到想要的元器件参数,新建或扩充已经有的元件库; Multisim可以完成电路的瞬态分析和稳定分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法。
三、用MultiSim进行虚拟实验的方法
笔者通过结合教学的实际需要,简要地介绍用该软件构造和测试电路的步骤:
1.从元件库选择元件放置到工作区;
2.将元件按照电路布局进行放置,设置元件参数,采用导线连接元器件;
3.在电路中需要观测的节点放置、连接电压、电流表计和示波器、信号发生器等观测仪器;
4.根据测试要求设定仪器参数,进行电路仿真、观测;
5.点击“运行”后,通过测试仪器,对输入信号进行分析,形成电路的数据值解,并将所得数据送至输出级,从测试仪器如示波器或万用表等上获得仿真运行的结果。
四、可控整流电路的仿真模型
可控整流电路的带纯电阻性负载情况比较复杂,在仿真模型的应用中先对相应的参数设置进行描述:①交流电压源参数U=100V,f=50Hz;②晶闸管参数Rn=0.001Ω,Lon=0H,Vf=0.8V,Rs=10Ω,Cs=250e-6F;③负载参数R=10Ω,L=0H,C=inf;④脉冲发生器触发信号1、2的振幅为5V,周期为0.02s(即频率为50Hz),脉冲宽度为2。
将双踪通用示波器接入输入信号、输出信号端,相邻、相对两桥臂,测得整流桥的信号如图2所示,二极管桥式整流电路波形。该电路具有将双向的交变电压变换为单向的脉动电压的功能。对波形的进一步观察发现,二极管上承载电压的情况, V1、3管、V2、4管分别承受不同周期的反向电压,但管子承受的最大反向电压与电源最大反向电压相同。以上两点满足了我们提高变压器利用率并降低整流管最大反向电压的要求,实现了二极管整流输出的最佳性能。
五、结论
笔者在对单相桥式可控整流电路理论分析的基础上,利用MATLAB面向对象的设计思想和自带的电力系统工具箱,建立了基于MATLAB/Simulink的单相桥式可控整流电路的仿真模型,并对其进行了对比分析研究。通过仿真分析也验证了本文所建模型的正确性,可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的问题。工作者们可以很好地、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真再现出来,并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。极大地提高了学员的学习热情和积极性;真正地做到了变被动学习为主动学习。这些在教学活动中已经得到了很好的体现。
参考文献:
[1]唐益.Multisim软件电路设计与仿真分析[J].乐山师范学院学报,2002,(04).
[2]沙春芳.Multisim2001在电路仿真中的应用[J].现代电子技术,2001,(11).
[3]任斌.虚拟实验平台的辅助教学作用[A].全国高等学校电子技术研究会2008年年会论文集[C].2008.
[4]沈亦红.论物理虚拟实验与真实实验的互补作用[J].中国电化教育,2004,(07).
[5]龚秋声.龚氏桥全可控整流电路[J].洪都科技,2004,(04).
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