单相交流电路课件

直流稳压电源仿真实训直流稳压电源仿真实训主讲教师：张恩沛教授直流稳压电源仿真实训主讲教师：张恩沛教授1前前 言言 在在在在工工工工农农农农业业业业生生生生产产产产、日日日日常常常常生生生生活活活活和和和和科科科科研研研研工工工工作作作作中中中中，主主主主要要要要用用用用交交交交流流流流电电电电源源源源，但但但但是是是是在在在在电电电电解解解解、电电电电镀镀镀镀、直直直直流流流流电电电电机机机机驱驱驱驱动动动动等等等等工工工工业业业业领领领领域域域域，都都都都需需需需要要要要用用用用直直直直流流流流电电电电源源源源。另另另另外外外外，在在在在仪仪仪仪器器器器仪仪仪仪表表表表、计计计计算算算算机机机机和和和和控控控控制制制制装置中，也需要高质量的稳压电源。装置中，也需要高质量的稳压电源。装置中，也需要高质量的稳压电源。装置中，也需要高质量的稳压电源。现在，我们进行直流稳压电源仿真实验研究。现在，我们进行直流稳压电源仿真实验研究。现在，我们进行直流稳压电源仿真实验研究。现在，我们进行直流稳压电源仿真实验研究。前 言 在工农业生产、日常生活和科研工作中，主要用交2项目项目5 5 直流稳压电源仿真实训直流稳压电源仿真实训 通通过过仿仿真真实实训训，加加深深对对直直流流稳稳压压电电源源的的理理解解，掌掌握握稳稳压压电源的仿真实验方法，并为制作实用稳压电源打下基础。电源的仿真实验方法，并为制作实用稳压电源打下基础。一、实训目的一、实训目的一、实训目的一、实训目的项目5 直流稳压电源仿真实训 通过仿真实训，加3二、实训内容二、实训内容二、实训内容二、实训内容1 1、直流稳压电源基本组成；、直流稳压电源基本组成；2 2、整流电路半波、全波和单相桥式整流电路；、整流电路半波、全波和单相桥式整流电路；3 3、滤波电路电容、电感和复式滤波电路；、滤波电路电容、电感和复式滤波电路；4 4、稳压电路稳压管、并联稳压和集成稳压电路、稳压电路稳压管、并联稳压和集成稳压电路。二、实训内容1、直流稳压电源基本组成；4 直直流流稳稳压压电电源源通通常常是是由由交交流流电电压压转转变变而而成成的的。将将交交流流电电压压转转变变成成稳稳定定的的直直流流电电压压，需需要要经经过过变变变变压压压压、整整整整流流流流、滤滤滤滤波波波波、稳压稳压稳压稳压四个过程。四个过程。5.1 5.1 5.1 5.1 直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成 直流稳压电源通常是由交流电压转变而成的。将交流电压转5电源变压器电源变压器电源变压器电源变压器：将同频率的交流电压变换为需要的电压。：将同频率的交流电压变换为需要的电压。整整整整流流流流电电电电路路路路：利利用用二二极极管管的的单单向向导导电电特特性性，将将交交流流电电压压变换为单向脉动直流电压。变换为单向脉动直流电压。滤滤滤滤波波波波电电电电路路路路：利利用用电电容容或或电电感感的的储储能能特特性性，减减小小整整流流电电压的脉动程度。压的脉动程度。稳稳稳稳压压压压电电电电路路路路：在在电电源源电电压压波波动动或或负负载载变变化化时时，保保持持直直流流输出电压稳定。输出电压稳定。电源变压器：将同频率的交流电压变换为需要的电压。6 整整流流电电路路是是利利用用二二极极管管的的单单向向导导电电特特性性，将将交交流流电电变变换换成成脉脉动动的的直直流流电电。常常用用的的整整流流电电路路有有三三种种：单单单单相相相相半半半半波波波波整整整整流、全波整流和桥式整流流、全波整流和桥式整流流、全波整流和桥式整流流、全波整流和桥式整流。目前广泛使用的是桥式整流电路。目前广泛使用的是桥式整流电路。为分析简单起见，我们把二极管当作理想元件处理，为分析简单起见，我们把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。5.2 5.2 整流电路整流电路 整流电路是利用二极管的单向导电特性，将交流电变换成脉7 单相半波整流电路是最简单的整流电路，仅用一个二单相半波整流电路是最简单的整流电路，仅用一个二极管来实现整流功能，如下图所示。极管来实现整流功能，如下图所示。5.2.1 5.2.1 5.2.1 5.2.1 单相半波整流电路单相半波整流电路单相半波整流电路单相半波整流电路 单相半波整流电路是最简单的整流电路，仅用一个二极管来8u u2 20:0:二极管导通，二极管导通，u uL Lu u2 2 u u2 200:二极管导通，uLu2 9输出波形输出波形输出波形输出波形 在一个周期内，只有正半周导电，负载上得到的是正在一个周期内，只有正半周导电，负载上得到的是正半个正弦波。负半周时，二极管半个正弦波。负半周时，二极管D D承受反向电压，截止。承受反向电压，截止。ui输出波形 在一个周期内，只有正半周导电，负载上得到的是正10仿真实验仿真实验仿真实验仿真实验1 1 1 1单相半波整流电路仿真实验单相半波整流电路仿真实验单相半波整流电路仿真实验单相半波整流电路仿真实验1 1、启动、启动Multisim7Multisim7，做单相半波整流电路，如下图所示。，做单相半波整流电路，如下图所示。仿真实验1单相半波整流电路仿真实验1、启动Multisim112 2、示波器观察半波整流电路输入、输出波形，如下图所示。、示波器观察半波整流电路输入、输出波形，如下图所示。2、示波器观察半波整流电路输入、输出波形，如下图所示。12从变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压从变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压u u2 2。5.2.2 5.2.2 5.2.2 5.2.2 全波整流电路全波整流电路全波整流电路全波整流电路从变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压u2。5.2.2 13当当u u2 2正半周时，正半周时，D D1 1导通，导通，D D2 2截止。截止。当当u u2 2负半周时，负半周时，D D2 2导通，导通，D D1 1截止。截止。当u2正半周时，D1导通，D2截止。14全波整流电压波形全波整流电压波形全波整流电压波形全波整流电压波形全波整流电压波形15由四个二极管组成桥路由四个二极管组成桥路5.2.3 5.2.3 5.2.3 5.2.3 单相单相单相单相桥式整流电路桥式整流电路桥式整流电路桥式整流电路由四个二极管组成桥路5.2.3 单相桥式整流电路16U U2 2正半周时，正半周时，D D1 1、D D3 3导通；导通；D D2 2、D D4 4截止。截止。U2正半周时，D1、D3导通；D2、D4截止。17U U2 2 负半周时，负半周时，D D2 2、D D4 4导通；导通；D D1 1、D D3 3截止。截止。U2 负半周时，D2、D4导通；D1、D3截止。18单相桥式整流电压波形单相桥式整流电压波形单相桥式整流电压波形单相桥式整流电压波形单相桥式整流电压波形19在实际应用中，用在实际应用中，用在实际应用中，用在实际应用中，用“集成硅整流桥集成硅整流桥集成硅整流桥集成硅整流桥”来实现。来实现。来实现。来实现。在实际应用中，用“集成硅整流桥”来实现。20仿真实验仿真实验仿真实验仿真实验2 2 2 2桥式整流电路仿真实验桥式整流电路仿真实验桥式整流电路仿真实验桥式整流电路仿真实验1 1、启动、启动Multisim7Multisim7，做桥式整流电路，如下图所示。，做桥式整流电路，如下图所示。仿真实验2桥式整流电路仿真实验1、启动Multisim7，212 2、示波器观察桥式整流电路输入、输出波形，如下图所示。、示波器观察桥式整流电路输入、输出波形，如下图所示。2、示波器观察桥式整流电路输入、输出波形，如下图所示。22 交流电压经整流后输出的是脉动直流，其中既有直流交流电压经整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。利用电容两端电压成分又有交流成份。利用电容两端电压(或电感中的电流或电感中的电流)不能突变的特性不能突变的特性,滤掉交流成份，保留直流成份，达到平滤掉交流成份，保留直流成份，达到平滑输出电压的目的。滑输出电压的目的。5.3 5.3 滤波电路滤波电路 交流电压经整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又23 最最简简单单的的电电容容滤滤波波电电路路，就就是是在在负负载载上上并并联联一一个个电电容容器器，利用电容器充放电时，端电压不能跃变的特性进行滤波。利用电容器充放电时，端电压不能跃变的特性进行滤波。5.3.1 5.3.1 5.3.1 5.3.1 电容滤波电容滤波电容滤波电容滤波 最简单的电容滤波电路，就是在负载上并联一个电容器，利用24仿真实验仿真实验仿真实验仿真实验3 3 3 3整流滤波电路仿真实验整流滤波电路仿真实验整流滤波电路仿真实验整流滤波电路仿真实验1 1、启动、启动Multisim7Multisim7，做桥式整流滤波电路，如下图所示。，做桥式整流滤波电路，如下图所示。仿真实验3整流滤波电路仿真实验1、启动Multisim7，252 2、用示波器观察电容充放电的滤波波形。、用示波器观察电容充放电的滤波波形。2、用示波器观察电容充放电的滤波波形。263 3、打开仿真开关，用示波器观察电容器充放电波形。、打开仿真开关，用示波器观察电容器充放电波形。3、打开仿真开关，用示波器观察电容器充放电波形。27 电容充放电时间电容充放电时间=RL C,大，充放电时间长，波纹较大，充放电时间长，波纹较小，滤波效果好。电容滤波电路适用于输出电压较高，负小，滤波效果好。电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小的场合。载电流较小的场合。电容充放电时间=RL C,大，充放电时28 电感滤波是在负载上串联一个电感线圈，当通过电感电感滤波是在负载上串联一个电感线圈，当通过电感线圈的电流发生变化时，线圈中自感电动势阻碍电流的变线圈的电流发生变化时，线圈中自感电动势阻碍电流的变化，使负载电流和负载电压的脉动减小。化，使负载电流和负载电压的脉动减小。5.3.2 5.3.2 5.3.2 5.3.2 电感滤波电感滤波电感滤波电感滤波 电感滤波是在负载上串联一个电感线圈，当通过电感线圈的29电感滤波的特点电感滤波的特点电感滤波的特点电感滤波的特点优点优点优点优点：输出比较平坦，适用于低电压大电流的场合。：输出比较平坦，适用于低电压大电流的场合。缺点缺点缺点缺点：电路复杂、电感铁芯体积大。：电路复杂、电感铁芯体积大。电感滤波的特点优点：输出比较平坦，适用于低电压大电流的场合。30 为为了了减减小小脉脉动动，可可采采用用复复式式滤滤波波。如如型型RCRC滤滤波波、型型LCLC滤波、滤波、CLC CLC滤波、滤波、CRC CRC滤波以及滤波以及T T型滤波等。型滤波等。5.3.3 5.3.3 5.3.3 5.3.3 复式滤波复式滤波复式滤波复式滤波LCLC滤波滤波CLCCLC滤波滤波CRCCRC滤波滤波 为了减小脉动，可采用复式滤波。如型RC滤波、型L31 稳稳压压电电路路分分为为线线性性稳稳压压电电路路和和开开关关稳稳压压电电路路两两大大类类。线线性性稳稳压压电电路路制制作作方方便便、简简单单易易行行，但但效效率率低低、体体积积大大。开开关关稳稳压压电电路路体体积积小小、效效率率高高，但但控控制制电电路路复复杂杂。随随着着电电力力电电子子器器件件和和集集成成电电路路的的发发展展，开开关关电电源源已已经经得得到到广广泛泛地地应用。应用。线线性性稳稳压压电电路路主主要要分分为为并并联联稳稳压压电电路路和和串串联联稳稳压压电电路路两种。下面，先介绍并联稳压电路。两种。下面，先介绍并联稳压电路。5.4 5.4 稳压电路稳压电路 稳压电路分为线性稳压电路和开关稳压电路两大类。线性稳32 稳稳压压管管稳稳压压电电路路是是由由限限流流电电阻阻R R、稳稳压压管管VDVD及及负负载载R RL L组组成。其中稳压管与负载并联，限流电阻串联电路中。成。其中稳压管与负载并联，限流电阻串联电路中。5.4.1 5.4.1 5.4.1 5.4.1 并联稳压电路并联稳压电路并联稳压电路并联稳压电路 稳压管稳压电路是由限流电阻R、稳压管VD及负载RL33稳压原理稳压原理稳压原理稳压原理利用稳压管的反向击穿特性利用稳压管的反向击穿特性利用稳压管的反向击穿特性利用稳压管的反向击穿特性。稳压管的输出电压，即为稳压管的反向击穿电压稳压管的输出电压，即为稳压管的反向击穿电压UzUz。稳压原理利用稳压管的反向击穿特性。稳压管的输出电压，即为稳34仿真实验仿真实验仿真实验仿真实验4 4 4 4稳压电路仿真实验稳压电路仿真实验稳压电路仿真实验稳压电路仿真实验 通常是由桥式整流、电容滤波、稳压管稳压所组成的通常是由桥式整流、电容滤波、稳压管稳压所组成的稳压电源。稳压电源。仿真实验4稳压电路仿真实验 通常是由桥式整流、电容滤波35 用示波器可以很清晰的观察到滤波后的输出电压与用示波器可以很清晰的观察到滤波后的输出电压与稳压后的输出电压这两个波形。稳压后的输出电压这两个波形。用示波器可以很清晰的观察到滤波后的输出电压与稳压后36 集集成成稳稳压压电电路路是是将将稳稳压压电电路路集集成成在在一一块块硅硅片片上上，具具有有体积小、使用方便、工作可靠等特点。体积小、使用方便、工作可靠等特点。集集成成稳稳压压器器的的种种类类很很多多，最最普普遍遍的的是是3 3端端式式稳稳压压器器，仅仅有有输输入入端端、输输出出端端和和公公共共端端3 3个个接接线线端端子子。主主要要有有两两个个系列：系列：W78W78和和W79W79稳压器。稳压器。5.4.2 5.4.2 5.4.2 5.4.2 集成稳压电路集成稳压电路集成稳压电路集成稳压电路 集成稳压电路是将稳压电路集成在一块硅片上，具有体积小37常用的集成稳压器常用的集成稳压器常用的集成稳压器常用的集成稳压器W7800W7800系列系列 输出正电压输出正电压 ：W7809 W7809 W7809 W7809 输出输出输出输出+9V +9V +9V +9V W7812 W7812 W7812 W7812 输出输出输出输出+12V+12V+12V+12V W7900W7900系列系列 输出负电压输出负电压 ：W7909 W7909 W7909 W7909 输出输出输出输出-9V -9V -9V -9V W7912 W7912 W7912 W7912 输出输出输出输出-12V-12V-12V-12V 常用的集成稳压器W7800系列 输出正电压：38仿真实验仿真实验仿真实验仿真实验5 5 5 5集成稳压电路仿真实验集成稳压电路仿真实验集成稳压电路仿真实验集成稳压电路仿真实验 它是由整流、滤波、三端稳压器所组成的稳压电源。它是由整流、滤波、三端稳压器所组成的稳压电源。仿真实验5集成稳压电路仿真实验 它是由整流、滤波、三端39整流、滤波和稳压的波形图整流、滤波和稳压的波形图整流、滤波和稳压的波形图40 1 1、直直流流稳稳压压电电源源是是由由交交流流电电源源经经过过变变换换得得来来的的，由由变压、整流、滤波和稳压四部分组成。变压、整流、滤波和稳压四部分组成。2 2、整整流流电电路路是是利利用用二二极极管管的的单单向向导导电电性性，将将交交流流电电转转换换成成单单向向脉脉动动直直流流电电。整整流流电电路路有有多多种种：半半波波、全全波波和和桥桥式式。由由于于单单相相桥桥式式整整流流电电路路的的变变压压器器利利用用率率高高，输出电压脉动成分小，得到广泛应用。输出电压脉动成分小，得到广泛应用。本课小结本课小结 1、直流稳压电源是由交流电源经过变换得来的，由变压、整流41 3 3、滤滤波波电电路路是是利利用用电电容容、电电感感等等储储能能元元件件滤滤去去脉脉动直流电压中的交流成分，使输出电压平滑。动直流电压中的交流成分，使输出电压平滑。采采用用电电容容滤滤波波成成本本低低，输输出出电电压压好好，但但带带负负载载能能力差，适用于负载电流较小的场合。力差，适用于负载电流较小的场合。采采用用电电感感滤滤波波成成本本高高，带带负负载载能能力力强强，适适用用于于负负载载电电流流较较大大的的场场合合。在在要要求求较较高高的的场场合合，可可采采用用LCLC、型、多节型、多节RCRC等复合滤波电路。等复合滤波电路。3、滤波电路是利用电容、电感等储能元件滤去脉动直流电压中42 4 4、对对要要求求不不高高的的小小功功率率稳稳压压电电路路，可可采采用用并并联联型型稳压电路。要求较高的场合可采用串联型稳压电路。稳压电路。要求较高的场合可采用串联型稳压电路。5 5、由由于于集集成成稳稳压压器器具具有有通通用用性性强强、精精度度高高、成成本本低低、体体积积小小、重重量量轻轻、安安装装调调试试方方便便等等优优点点，应应用用非非常广泛。常广泛。4、对要求不高的小功率稳压电路，可采用并联型稳压电路。要431 1、做做单单相相半半波波、桥桥式式整整流流、电电容容滤滤波波电电路路仿仿真真实实验验，用双踪示波器观察波形。用双踪示波器观察波形。2 2、在在滤滤波波电电路路中中分分别别改改变变电电容容值值和和电电阻阻值值，会会出出现现什什么变化？用双踪示波器观察波形。么变化？用双踪示波器观察波形。3 3、分分别别做做稳稳压压管管集集成成稳稳压压电电路路仿仿真真实实验验，用用双双踪踪示示波波器观察波形。器观察波形。4 4、撰写直流稳压电源仿真实训报告。、撰写直流稳压电源仿真实训报告。实训作业实训作业1、做单相半波、桥式整流、电容滤波电路仿真实验，用双踪示波器44实训项目完实训项目完实训项目完45再再 见！见！再 见！46