单相交流电源自动稳压器.docx

单相交流电源自动稳压器.docx

《单相交流电源自动稳压器.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单相交流电源自动稳压器.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

单相交流电源自动稳压器

单相交流电源自动稳压器

电力电子应用课程设计报告

院系电子与电气工程学院专业

班级学号姓名

2012年月

一、设计目

的2

二、设计依

据2

三、设计要

求2

四、设计程

序2

1、简要的设计要求与数据资

料2

2、系统总体设

计3

2.1、系统总体结构

2.2、系统总体说

明3

3、系统环节电路设

计3

3.1、电源控制、显示与保护电路设

计3

3.2、自耦变压器设

计4

3.3、晶闸管触发电路设

计5

3.4、调压控制电

路5

3.5、输出电压电流表选

择6

五、电路仿

真6

六、相关性，调试，使用，改进说

明9

七、元器件清

单10

八、设计总

11

九、参考文

11

、八、、

前言近几年来，随着我国经济建设的发展，通信设备和通信网点在全国各地迅速增长，通信手段越来越先进。

在各种程控数字交换设备和数字传输网得到广泛应用的同时，对系统供电设施的要求也越来越高。

目前，国内的各类程控电源已相继投入市场，通信电源系统正在逐步向集中监控、少人职守或无人职守的方向发展。

早期的供电方式为集中供电，即供电设备集中和供电负载集中。

这种方式的优点是：

整流器、蓄电池、监控和配电设备都集中放置在配电室，各种电压的电池组都放置在电池室，因而供电容量大，且无须考虑电池兼容问题，供电设备的干扰也不会影响主通信设备。

但是此种方式也有很多缺点：

设备体积和重量较大，供电线路笨重，系统扩容困难。

为改进这些不足，分散供电方式逐渐得到广泛的使用。

所谓分散供电，就是指供电设备有独立于其他供电设备的负载，即负载分散或电池与负载都分散。

此种方式的优点包括：

占地面积小，节省材料，较低的损耗，运行维护费用低，供电可靠性高等等。

无论哪种方式供电，程控数字交换设备一般都以直流电源供电为主。

直流电源又由基础电源和机架电源构成。

基础电源是指包括整流器、蓄电池、监控和配电设备在内的直流供电系统。

机架电源则是指交换机上的插件电源。

对于基础电源来讲，为产生所需要的各种直流电压（一般为-48V，也有少量采用-24V）,都需要将工频电网的单相220V或三相380V交流电

压进行AC/DC和DC/DC变换。

因此，变换器性能的好坏直接关系到整个通信电源系统的供电质量。

将一种交流电能转换为另一种交流电能的过程称为交流-交流变换过

程，凡能实现这种变换的电路为交流变换电路。

对单相交流电的电压进行调节的电路。

用在电热控制、交流电动机速度控制、灯光控制和交流稳压器等场合。

与自耦变压器调压方法相比，交流调压电路控制方便，调节速度快，装置的重量轻、体积小，有色金属消耗也少。

结构原理简单。

该方案是由变压器、触发电路、整流器、以及一些电路构成的，为一台电阻炉提供电源。

输入的电压为单相交流220V,经电路变换后，为连续可调的交流电。

一、设计目的

1、了解交流调压电路的工作原理。

2、掌握晶闸管电路的设计方法。

3、通过课程设计培养学生的自学能力和分析问题解决问题的能力。

4、通过课程设计使学生具有一定的计算能力、制图能力、查阅手册、使用国家技术标准的能力和一定的文字表达能力。

二、设计依据

利用双向晶闸管设计0-220V连续可调的交流稳压电路，要求进行过流过压保护。

三、设计要求

1、学生在教师指导下，参照设计程序，完成系统总体方案设计、各环节（主电路、自动调压与触发电路、电源控制及保护显示电路等）的结构

设计、设计原理说明、电路图、各元件的计算选择、及相关实验或仿真

2、按时作设计报告

3、上交完整的设计报告书

四、设计程序

1、简要的设计要求与数据资料

1.1、电源输入电压：

单相交流50HZ，200~240V

1.2、输出电压：

0-220V

1.3、调压方式：

自耦变压器分档+晶闸管无触点开关+开环或闭环自动

控制

1.4、电源控制：

空气开关+接触器+起动/停止按钮

1.5、保护：

熔断器过流保护+压敏电阻过压保护

1.6、显示：

输入有电发光二极管显示，输出电压表，分流器+电流表

显示

2、系统总体设计

2.1、系统总体结构图：

2.2、系统总体说明：

当输入电压ui=200〜240V时，电压经过幵关控制。

当幵关闭合时，幵

关控制电路电源显示，说明电路正处于工作状态；然后电压经过流过压保护装置，送到调压控制装置和自耦变压器，在调压控制下，触发晶闸管，从而控制自耦变压器的变比k;最后电压ui经过自耦变压器再经过电压电流显示，输出电压。

3、系统环节电路设计

3.1、电源控制、显示与保护电路设计：

（1）、电路图（电源开关、接触器与起动/停止控制电路、发光二极管电路，熔断器、压敏电阻、电阻、电容）

（2）、工作原理说明：

1）、电路闭合工作原理：

当电源开关S1闭合，输入电压ui经过电路

熔断器

（防止过流），按下起动按钮幵关S2,接触器JC处于工作导通作态，使幵关JC-1、JC-2,JC-3闭合，从而电路导通，发光二极光显示亮，工

作状态正常。

2）、电路断幵工作原理：

按下停止按钮幵关S4,幵关电路断幵，接触

器J使幵关K、S3断幵，从而整个电路断幵。

3.2、自耦变压器的设计

变压器变比的计算：

当1000W全桥软开关电源采用PQ50/50芯片时先给出主功率变压器原边绕组的圈数计算公式和计算过程。

考虑到UC3875的最佳工作频率，又因为采用了高频幵关特性良好的MOSFET功率管，所以选取幵关频率为100KHZ。

首先根据功率容量Ap乘积公式来进行估算。

为了多留些余地，可再减小主功率变压器的最大工作磁通密度Bm=1000GS由计算式得到：

1000*106Pt*106Ap=Ae*Aq=Pt*10==5.56

2?

fBm?

KmKc2*0.9*100*103*1000*2*0.5*1

当最大磁通密度选用1500GS时，功率容量降低到3.7。

若幵关频率降低到

50KHZ,则功率容量乘机增大一倍约11.12，余量就小了

PQ50/50铁氧体磁芯的有效中心柱截面积为Ae=3.1416cm2它的磁芯

窗口面

积为Aq=4.18cm2,因此PQ50/50的功率容量乘积为：

Ap=Ae*Aq=3.1416*418=13.2

可见，在幵关频率为100KHZ时，采用PQ50/50铁氧体磁芯做1000W主功率

变压器，它的功率容量是合理的。

再来计算原边绕组的匝数值：

314*108Vinmax*108?

27.15

Np==34*100*10*1000*3.14164fBmAe

3.3、晶闸管触发电路

1）触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通，对感性和反电动势负载的

变流器应采用宽脉冲或脉冲列触发，对变流器的起动、双星形带平衡电抗器电路的触发脉冲应宽于300,三相全控桥式电路应采用宽于60o或采用

相隔60o的双窄脉冲。

2）触发脉冲应有足够的幅度，对户外寒冷场合，脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发电流的3~5倍，脉冲前沿的陡度也需增加，一般需达1〜2A/小s。

3）所提供的触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额，且在门极伏安特性的可靠触发区域之内。

4）应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。

闸管触发电路的作用是产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在

需要的时刻由阻断转为导通

3.4、调压控制电路设计

（1）输出电压检测与控制电源电路设计

3.5、输出电压、电流表选择

输出电压表：

量程为0〜300V

输出电流表：

选带电阻的分流器电流表量程为0〜20A

五、电路仿真

（1）阻感负载下稳态式a的移相范围应为©冬a冬冗。

取a=60度

时电路波形如图5—1

图5—1电路波形

波形分析：

在a=60度的时候方波脉冲触发上面的晶闸管导通，此时电路开始导通，负载电流由零开始逐渐增大，在负载电压过零后一段时间电流衰减为零。

再经过一小段时间下面的晶闸管被触发导通，电流反向逐渐增大至峰值，然后再衰减至零。

负载电压在晶闸管被触发导通的时候跟随电源电压，当电源电压过零时，由于存在电感，负载电压过零，知道晶闸管两端反向截止，负载电流为零，负载电压为零。

当负载通过电流时，负载电压再次跟随电源电压变化。

（2）a=90度时电路波形如图5—2

图5—2电路波形

此波形分析与在a=60度时相似。

（3）在a=180度时电路波形如图5—

图5—3电路波形

此时电流为理想的正弦波，负载电压也为正弦波且超前负载电流©角,

由此了的阻感负载下稳态时的a移相范围为（t

（4）如上所述，阻感负载时a移相范围为©冬a冬n。

但是a&It；©

=8.5度时，并非电路不能工作，仿真波形如图5—4所示。

图5—4电路波形

当©&It；a&It；n时，VT1和VT2的导通角均小于n。

a越小，9越大；

a二©时，9二n。

当a继续减小，例如在0冬aV©的某一时刻触发VT1，则VT1导通时间将超过n,到wt=n+a时刻触发VT2,负载电流尚未过零，VT1仍在导通，VT2不会立即导通。

直到负载电流过零后，如VT2触发脉

冲有足够的宽度而尚未消失，VT2就会导通。

因为a&It；©,VT2提前导通，负载L被过充电，其放电时间也就延长，使得VT1结束导电时刻大于n+

©并使VT2推迟导通，VT2的导通角当然小于n。

此时wt的范围就不再是a

电路完全相同。

可以看出，I0由两个分量组成，第一项为正弦稳态分

量，第二

项为指数衰减分量。

在指数分量的衰减过程中，VT1的导通时间逐渐

缩短，VT2的导通时间逐渐延长。

当指数分量衰减到零后，VT1和VT2的

导通时间都趋近到n，其稳态的工作情况与a=©时完全相同。

六、相关性能，调试，使用，改进说明：

1）相关性能：

采用补偿式无触头交流全自控稳压电源，采用控制稳压电源一次电压来改变二次补偿电压，解决线路调压瞬间断电现象。

使用开环调节，调整输入电压而达到输出目的电压。

使用大功率晶闸管来控制调压，因而工作十分可靠，使用寿命极长，能连续无故障运行。

电源控制显示保护能够保证稳压电源工作更加有保障和安全。

采用空气无触点开关，响应速度极快，容量为30KVA实现了无触点调压，具有稳定性能好，效率特高等优点，对电网无污染，能在各种恶劣的电网和复杂的负载下可靠地连续工作。

（2）、调试，使用：

1）当输入电压ui=200〜240V时，女口230V（即在档2内），电压经过幵关控制，电源开关S1闭合后，输入电压ui经过电路熔断器（防止过流）

按下幵关S2,接触器J处于工作导通作态，使幵关K、S3闭合，从而电路导通。

开关控制电路电源显示，说明电路正处于工作状态；

2）然后电压经过过流过压保护装置，送到调压控制装置和自耦变压器。

在调压控制电路，输入电压经过变压器与可变电阻，输入给电路中比较器,由LM339输出之前设计好的各档位。

3）经过比较器，调压控制电路输入输出高低电平而触发电路，从而达到调

档输出电压值。

（3）、改进说明：

电路控制方面可以改进为闭环控制，已达到全自动，由系统内部自己调节。

调压控制电路部分可以采用集成片，使整个电路电路图显得更加简洁，原理更清晰。

或者可以试着采用单片机调节控制整个电路，这样使用编程更加准确的控制调节电路

七、元器件清单：

八、课程设计体会与总结

此次《电力电子技术》课程设计顺利完成，设计了单相交流稳压电源。

设计按照指导老师提示的课程设计指导书做参考综合了其他资料，并最终汇总成这一份完整的课程设计报告。

此次课程设计内容个人觉得相对还是有点难度和深度，运用到的知识面比较广，综合了电力电子电路及综合模拟电路,数字电路,自动控制原理各门学科，所以完成起来有了一定的困难，也碰到很多设计中不懂的问题。

特别是对每部分电路设计的原理说明和工作过程都比较模糊。

触发电路设计时也要考虑很多因素，最起码的一点就是双向晶闸管要接地。

本次课程设计利用了protel设计软件为辅助完成电路图设计，很多元器都要查找和查阅资料才能找到，花费也较长时间，而且有一些需要自己画。

列元件清单时，元件的型号，参数设计也是较头疼的部分，需要结合实际配元器件，还要符合设计要求。

通过此次课程设计掌握电力电子电路及综合模拟电路,数字电路,自动

控制设计的各环节基本内容与要求,完成将来实际工程设计的必需的基础训练。

此课程设计涉及的知识难度较大，设计需要较长时间，而且网上的资源比较有限，需要去图书馆参考各种资料。

但是这也让我对有关交流稳压电源的知识有更多的了解，深深体会到了设计需要的知识面有多广，需要较强的自学和选读参考资料的能力。

九、参考文献

[1]王兆安.电力电子技术.第四版.北京：

机械工业出版社,2003

[2]刘胜利现代高频开关电源实用技术电子工业出版社2001.9

[3]苏玉刚电力电子技术重庆大学出版社2004.3

[4]叶慧贞开关稳压电源北京：

国防工业出版社1990

[5]张占松高频开关稳压电源广州：

广东科技出版社1993[6]周志敏开关电源实用技术人民邮电出版社2004.1

[7]张占松高频开关稳压电源广州：

广东科技出版社1993