单相交流电源自动稳压器Word下载.docx

1、计 53.4、 调压控制电路 53.5、 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、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

2、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

3、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

4、、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

5、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， 200240V1.2、输出电压：0-220V1.3、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=200240V时，

6、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-

7、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：1

8、000*106Pt*106Ap=Ae*Aq=Pt*10=5.562?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= 4.18 cm2,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

9、数值： 314*108Vinmax*108?27.15Np=34*100*10*1000*3.14164fBmAe3.3、 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 35倍，脉冲前沿的陡度也需增加，一般需达 12A/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

10、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 0300V输出电流表：选带电阻的分流器电流表量程为 020A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 51图 51 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

11、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 52图 52 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（ta 冗。（4）如上所述，阻感负载时 a移相范围为冬a冬n。但是a

12、&It； =8.5度时，并非电路不能工作，仿真波形如图 54所示。图 54 电路波形当 & a & 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a V 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 & , 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

13、a Wt a + 9 ,而是扩展到a wt ,因为这种情况下I0已不存在断 流区，其过渡过程和带 R-L负载的单相交流调压电路完全相同。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

14、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=200240V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

15、） 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

16、。 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

17、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 ,20032 刘胜利 现代高频开关电源实用技术 电子工业出版社 2001.93 苏玉刚 电力电子技术 重庆大学出版社 2004.34 叶慧贞 开关稳压电源 北京：国防工业出版社 19905 张占松 高频开关稳压电源 广州：广东科技出版社 19936 周 志敏 开关电源实用技术 人民邮电出版社 2004.17 张占松 高频开关稳压电源 广州：广东科技出版社 1993