交流稳压电源的设计毕业设计.docx

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交流稳压电源的设计毕业设计

景德镇陶瓷学院

本科生毕业设计（论文）

中文题目：

交流稳压电源设计

英文题目：

DesignofACVoltageStabilizer

院系：

景德镇陶瓷学院

专业：

电子信息工程

姓名：

金凯明

学号：

200810350117

指导教师：

金光浪

完成时间：

2012-06-07

摘要

交流稳压电源能为负载提供稳定交流电源的电子装置。

又称交流稳压器。

各种电子设备要求有比较稳定的交流电源供电，特别是当计算机技术应用到各个领域后，采用由交流电网直接供电而不采取任何措施的方式已不能满足需要。

随着电力电子技术的发展，很多设备都要求稳定的交流电源供电，但是交流供电系统存在电力欠缺、电网不尽合理等问题。

这一切都会导致用电设备出现工作不正常、精度下降等问题，甚至造成意外的损坏。

交流供电品质的改善成了保证系统正常工作的前提。

传统的交流稳压电源存在效率低、触点磨损、反应时间长、稳压精度低等问题。

针对目前交流稳压电源的不足。

本文设计的交流稳压电源具有设计出一种以电子开关为执行机构来控制多组变压器叠加的主回路补偿工作方式并和可控硅无级调节补偿绕组串联的一种最新颖的交流稳压电源，它具有稳压精度高、效率高、响应快、带负载能力强、电源波形失真小、无机械传动装置和碳刷磨损、免维护、工作可靠、噪音低、抗干扰能力强、并具有延时、过压、欠压保护功能。

关键词：

电子开关；主回路补偿；可控硅无级调节

ABSTRACT

ACpowersupplyfortheloadtoprovidestableACpowerelectronicdevices.AlsoknownasACvoltageregulator.VarietyofelectronicdevicesrequirearelativelystableACpowersupply,especiallywhencomputertechnologyisappliedtovariousfields,directlybytheACmainspowersupplywithouttakinganymeasurescannotmeettheneed.

Withthedevelopmentofpowerelectronicstechnology,manydevicesrequireastableACpower,ACpowersystemisthelackofelectricity,thegridisnotthereasonable.Allthiscanleadtoelectricalequipmentisnotworkingproperly,thedeclineinaccuracy,orevencausedbyaccidentaldamage.ACpowersupplyqualityimprovementhasbecometoensurethatthepremiseofthesystemworkproperly.

ThelowefficiencyofconventionalACpowersupplyexists,contactwear,longreactiontime,lowvoltageaccuracyproblems.ForthecurrentlackofACpowersupply.Inthispaper,thedesignoftheACpowersupplyhastodesignanelectronicswitchfortheimplementingagenciestocontrolthetransformersuperimposedmainloopcompensationworkandSCRsteplessadjustmentofthecompensationwindinginserieswithoneofthemostinnovativeACvoltagestabilizerpowersupplyregulatorhighprecision,highefficiency,fastresponse,withaloadcapacity,thepowersupplywaveformdistortion,nomechanicalgearandbrushwear,maintenance-free,reliableoperation,lownoise,stronganti-jammingcapability,andhasdelay,overvoltage,undervoltageprotectionfunction.

Keywords:

electronicswitch;themainloopcompensation;SCRsteplessadjustment;

引言

随着电子计算机技术应用到各工业、科研领域后，各种电子设备都要求稳定的交流电源供电，而交流稳压电源的出现解决了这一问题。

车站信号电源屏从功能上分为调压、转换（包括2路电源转换和输出转换）、输出（包括交流输出和直流输出）几部分,其中稳压部分是电源屏质量的关键。

目前铁路车站现场应用的电源屏稳压部分其最主要的缺点是响应速度慢,在两路电网转换过程中容易产生过压或欠压;有机械磨损,易损坏;输出失真大。

随着技术进步,继电式设备正逐步被电子设备所取代,设备对电源质量要求越来越高。

稳压电路具有效率高、可靠性高、抗干扰能力强。

补偿变压器功率较小,从而明显降低材料成本及功率损耗,达到提高效率,减小重量体积的目的。

微机控制使控制电路大大简化,还可加入辅助功能,如故障诊断、稳压指示、超限声光报警、延时启动、故障检测、缺相保护等各种功能。

通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。

高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。

在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流（DC/DC）变换器称为二次电源。

一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。

目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源（也称为开关型整流器SMR）通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。

近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。

在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。

对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。

在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。

高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源（逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等）的核心。

1电源技术概述

高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。

上世纪80年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。

接着开关电源技术相继进入了电子、电器设备领域。

计算机技术的发展,提出了绿色电源。

绿色电源系指高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星”计划规定,桌上型个人电脑或相关的外围设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电源的要求。

提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。

就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50W的能源。

通信用高频开关电源就是通过电路控制开关管进行高速的道通与截止．将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压转化为高频交流电的原因是高频交流在变压器变压电路中的效率要比50Hz高很多．所以开关变压器可以做的很小，而且工作时不是很热。

1.1.2直流-直流（DC/DC）变换器

DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。

斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式TS不变，改变ton（通用），二是频率调制。

这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。

用直流斩波器代替变阻器可节约电能20%~30%。

直流斩波器不仅能起调压的作用（开关电源）,同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

通信电源的二次电源DC／DC变换器已商品化，模块采用高频PWM技术，开关频率在500kHz左右，功率密度为5W—20W／in3。

随着大规模集成电路的发展，要求电源模块实现小型化，因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构，目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块，功率密度有较大幅度的提高。

1.1.3不间断电源（UPS）

UPS（UninterruptiblePowerSystem），即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。

主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。

当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时，UPS立即将机内电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。

UPS设备通常对电压过大和电压太低都提供保护。

不间断电源（UPS）是计算机、．通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。

交流电输入经整流器变成直流，一部分能量给蓄电池组充电，另一部分高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源，代表了当今焊机电源的发展方向。

由于IGBT大容量模块的商用化，这种电源更有着广阔的应用前景。

变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。

变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。

工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。

变频电源是将市电中的交流电经过AC→DC→AC变换,输出为纯净的正弦波，输出频率和电压一定范围内可调。

它有别于用于电机调速用的变频调速控制器，也有别于普通交流稳压电源。

理想的交流电源的特点是频率稳定、电压稳定、内阻等于零、电压波形为纯正弦波（无失真）。

变频电源十分接近于理想交流电源，因此，先进发达国家越来越多地将变频电源用作标准供电电源，以便为用电器提供最优良的供电环境，便于客观考核用电器的技术性能。

变频电源主要有二大种类：

线性放大型和SPWM开关型。

逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流（AC-DC-AC-DC）变换的方法。

50Hz交流电经全桥整流变成直流，IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波，经高频变压器耦合，整流滤波后成为稳定的直流，供电弧使用。

由于焊机电源的工作条件恶劣，频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中，因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的