单相半波可控整流电路的虚拟实验

1、文章编号:1671-8496(200401-0066-04单相半波可控整流电路的虚拟实验齐群(广东交通职业技术学院,广东广州 510800摘要:本文设计了单相半波可控整流电路,在带不同负载情况下的虚拟实验。关键字:虚拟实验单相半波可控整流电路中图分类号:TN707 文献标识码:AThe Virtual Experiment of Single PhaseHalf Wave Controlled RectifierQI Qun(Guangdong Communication Polytechnic, Guangzhou 510800,China Abstract: This paper desc

2、ribes the virtual experiment of single phase half wave controlled rectifier with different load.Key words: virtual experiment; single phase half wave controlled rectifier1 引言虚拟实验就是利用鼠标的点击、拖动,将微机上虚拟的各种仪器,按实验要求、过程组装成一个完整的实验系统,同时在这个系统上完成整个实验,包括原材料的添加、实验条件的改变、数据采集以及实验结果的模拟、分析。虚拟实验利用计算机软件技术将实验的内容及过程在计算机屏

3、幕上模拟出来,学生可利用在线平台或个人电脑及光盘在家中、在学校随时方便地模拟实验的全过程。归结起来,虚拟实验主要有如下几方面的优势: 适时性、重复性好,便于学生自学。课件(光盘便于携带,客观上实现了实验室空间和时间上的延伸。一方面,学生不必受实验室作息时间的影响,自主选择时间完成实验;另一方面,学生可根据需要,反复进行实验模拟,这对于课前预习实验,充分搞清实验原理、实验过程和仪器设备的使用,建立实验前的直观认识和课后复习、巩固所学的内容有极大的好处; 减少资金投资、丰富的实验内容。虚拟实验课件可提供超出大纲的实验内容,可模拟实验室没有设备的实验。一方面,给教师提供了丰富教学内容,为学有余力的同

4、学拓宽了学习的空间,提供了从模拟走向创造的条件;另一方面,使学生做实验不受实验资源和仪器设备的限制,同时也减少了实验室资金的投入; 课件操作安全,不会损坏仪器,便于学生大胆尝试。为满足培养具有高素质、创新能力人才的要求,实验教学要不断地进行改革,向综合型、设计型转变。但这种新型教学模式的充分实现必须有高技术化的手段和条件支持,因而,网络虚拟实验教学成为现代教育技术应用的大趋势。我国的高等教育教学课件的制作量还很少,水平也低,尤其是理工科专业的虚拟实验用课件,还有很多空白。本文探索设计并实现了电力电子技术课程中单相半波可控整流电路的虚拟实验。但是,虚拟实验也有它明显的不足之处: 完全虚拟,没有实

5、物,缺乏真实实验的氛围; 实验过程理想化,对真实实验中一些细节,特别是易出现的实验故障等问题缺乏模拟,这不利于学生发现问题; 实验数据采集具有统一性,不利于教师及时发现“教与学”两方面的问题,也增加了实验管理的难度。因此,在收稿日期:2003-09-05作者简介:齐群(1972.4-,男,讲师,硕士研究方向:电力电子技术及电气传动教学中应采用虚实并存、优化整合的教学模式。2 电路工作原理单相半波可控整流电路是可控整流电路中最简单 的一种形式,通过本电路的学习,可以使学生迅速理解可控整流电路的基本概念,为学习和掌握各种可控整流电路的原理和分析打下基础。单相半波可控整流电路带不同负载时,对电路工作

6、有不同的影响,下面介绍两种常用负载情况下电路的工作情况。2.1 带电阻负载的工作情况 在生产实际中,一些负载基本是电阻性的,如电阻加热炉、电解、电镀等。单相半波可控整流电路的原理图及 带电阻负载时的工作波形如图1所示。变压器T 起变换电压和隔离的作用1,二次侧电压用u 2表示,VT 是晶闸管,负载电阻为R d 。在u 2的正半周,晶闸管VT 承受正向电压。当触发脉冲到来时,VT 导通,负载电压u d =u 2,u VT =0;当u 2在相位ð从正到负过零时,VT 开始承受反向电压而关断,此时u d =0,u VT =u 2。因为是电阻负载,所以电流波形与电压波形相同。改变触发时刻,u

7、 d 和i d 波形随之改变。2.2 带感性负载的工作情况 生产实践中,更常见的负载是电感性负载,电感性负载的特点是通过电感的电流是不能突变的。带感性负载时,可以分为两种情况进行讨论。2.2.1 无续流二极管电路原理图及工作波形如图2所示。在触发脉冲到来的时刻,VT 承受正电压,同时有触发脉冲,所以VT 导通,负载电压u d =u 2,u VT =0,因为电感的存在,使电流i d 不能突变,i d 从0开始增加,到u 2由零变负的过零处,i d 已处于减小的过程中,但尚未降到零,因此VT 仍然导通。此后,电感释放储能,维持i d 的流动,至ùt 2时刻电感能量释放完毕,i d 降到零

8、,VT 关断并立即承受反压。由于电感的存在延迟了VT 的关断时刻,使u d 波形出现负的部分。2.2.2 有续流二极管由于u 2负半周波形的出现,使输出电压平均值U d 减小了,电感储能越多,U d 越接近于零。因此在整流电路的负载两端并联一个续流二极管,原理图及工作波形如图3所示。此时,u d 的波形与带电阻负载时相同,不再出现负半周的波形,而i d 的波形则接近一条水平线。3 实验目的及内容3.1 实验目的本实验的目的是熟悉单相半波可控整流电路的工作原理,分析带电阻负载和带阻感负载无、有续流 二极管时的输出电压及电路各部分电压、电流的波形。3.2 实验内容主电路接电阻负载,用示波器观察不同

9、á角时输出电压、晶闸管两端电压和负载电流的波形。(a(b图1单相半波可控整流电路带电阻负载原理图及波形(a(b图2 单相半波可控整流带阻感负载、无续流二极管电路原理图及波形(a(b图3单相半波可控整流带阻感负载、有续流二极管电路原理图及波形主电路改接阻感负载,不接续流二极管,用示波器观察不同á角时输出电压、晶闸管两端电压和负载电流的波形(负载电流用虚拟实验电路中的电流检测元件测出,然后传输给示波器显示负载电流的波形,注意此时输出电压会出现负半周波形。 主电路接电阻电感负载,负载并联续流二极管,用示波器观察不同á角时输出电压、晶闸管两端电压和负载电流的波形,比较与不

10、接续流二极管时的波形及电阻负载时波形的异同。4 虚拟实验的实现下面用虚拟实验实现以上实验内容。4.1 单相半波可控整流带电阻负载 用程序元件库提供的元件按图4(a 在程序窗口搭建虚拟实验电路。图中VT 是晶闸管,负载R d =20Ù,u 2=t sin 260V ,电源频率f =50Hz ,脉冲发生器u G 提供晶闸管的触发脉冲;i d 和u d 两个元件分别是电流和电压检测元件,分别测量负载电流i d 和负载电压u d ;VT 的m 端接一个分路器b ,此电路中选择第二路输出,即u VT ;scope 是一只示波器,程序提供的示波器可以任意设定 输入端口数,此电路中示波器输入端口数

11、设为四路,从上至下分别为负载电流i d 、晶闸管两端电压u VT 、负载电压u d 和触发脉冲u G 。设定好电路参数后,按下程序窗口中的仿真按钮,启动仿真程序运行,即可得到图4(b 所示电路各部分的波形。示波器显示的电路电量波形的顺序与示波器的信号输入顺序相同。由比较可知图4(b 的实验波形与图1(b 的理论波形是一致的。4.2 带阻感负载、无续流二极管从元件库选取相应的元件按图5(a 所示电路搭建虚拟实验电路,图中负载是电阻R d 和电感L d 的串联,所以是感性的;以一只电压为u 2的正弦交流电源替代图4(a 中的u 1与变压器组成的输出为u 2的交流电源,示波器四路输入的顺序与图4(a

12、 相同。L d =0.8H ,其它电路参数不变。按仿真按钮启动仿真,得到如图5(b 所示的波形图,比较可知与图2(b 所示理论波形相同。4.3 带阻感负载、有续流二极管按图6(a 所示电路图连接电路,图中i T 测量晶闸管电流,i d 测量负载电流,D 是与负载反向并联的续流二极管,示波器有四路输入,与图4、图5的示波器输入顺序相同,分别是i d 、u VT 、u d 和u G 。负载两端并联一只续流二极管D ,电路其它参数不变。启动仿真,得到如图6(b 所示的实验波形,比较可知与图3(b 所示理论波形基本一致。(下接第72页(a (b 图4单相半波可控整流带电阻负载实验电路及实验波形图(a

13、(b 图5单相半波整流电路带阻感负载无续流二极管实验电路及波形图(a (b 图6单相半波整流电路带阻感负载无续流二极管实验电路及波形图器的CN2端口。综上所述,从理论上分析Z轴伺服电动机是正常的,那么调接后Z轴伺服电动机传输到X轴伺服驱动器的信号是正常的,但X轴伺服驱动器却由于自己内部的电路故障产生成过电流报警误报。于是, DA98-10驱动器就根据过电流的报警状态把X轴伺服电动机锁死,造成X轴的伺服电机不能转动,可见,是X轴伺服驱动器的内部电路故障。只需更换一个新的DA98-10驱动器,整机调试后一切都正常运转。3.3 故障产生的原因及避免方法3.3.1 DA98-10驱动器损坏的原因主要是

14、突发性环境异常而造成对装置的损坏,具体原因有三个方面: 潮湿天气造成个别元件或IC (集成元件失效率增加,而正是该驱动器里某元件或IC失效而造成过电流报警误报,尤其是广州亚热带比较多雨潮湿天气; 某时刻电源质量或外部干扰超过驱动器所能够承受的标准,而造成驱动器的损坏,例如,雷击产生的浪涌电流、或传导瞬变和高频骚扰等; 剧烈碰撞对装置的损坏。3.3.2 避免 DA98-10驱动器损坏的方法根据DA98-10驱动器损坏的可能原因,在数控车床使用时应采取以下方法: 尽量避免在湿度超过数控机床的承受范围外的环境下运行机器; 检查好地线质量; 如有必要可增加避雷器; 检查好周边环境有没有会发生大量干扰的

15、设备(如大功率电台、高压设备等,如果有则应该考虑增设电源滤波设备等; 避免对机器的剧烈碰撞。4结束语数控机床的故障在诊断方法、仪器、仪表的使用中都与传统的机床故障诊断有着很大的区别,维修人员既要懂得机械加工工艺,又要懂电子计算机、自动控制等知识。针对故障的现象,应采取适当的检查方法,才能较快地查出故障的原因并加以排除,达到事半功倍的效果。参考文献:1 机械工业职业技能鉴定指导中心. 高级维修电工技术. 北京:机械工业出版社,19992 任建平主. 现代数控机床故障诊断及维修. 北京:国防工业出版社,20023 郑凤翼. 电工电气线路与设备故障检修600例. 北京:人民邮电出版社,20014 DA98全数字式交流伺服系统安装使用手册. 广州数控设备厂,2000(上接第68页5结论本文设计的单相半波可控整流电路的虚拟实验的实验结果与理论分析结论一致。与真实实验相比较,虚拟实验在实验过程中可以任意变换电路参数,以帮助学生了解