电力电子设计报告

本科生课程设计课程名称电力电子技术课程设计课程编号1610015学号200711631233学生姓名周一峰所在专业电气工程及其自动化所在班级电气1072指导教师刘丹成绩教师签字年月日课程设计时间：2009年12月28日至2010年1月8日目录一设计目的…………………………………………………………4二设计内容…………………………………………………………4三设计要求…………………………………………………………4四设计流程…………………………………………………………41设计要求与原始资料…………………………………………………42系统总体设计…………………………………………………………………43系统环节电路设计……………………………………………………………53.1电源控制、显示与保护电路设计……………………………………………63.2自耦变压器设计………………………………………………………………63.3调压主电路设计………………………………………………………………63.4调压算法设计…………………………………………………………………83.5调压控制电路设计……………………………………………………………83.6输出电压电流表选择…………………………………………………………11五、系统电路图……………………………………………………………………12六、元器件清单……………………………………………………………………14七、实验总结………………………………………………………………………14八、参考文献………………………………………………………………………14电力电子技术课程设计一、课程设计的意义:学习掌握电力电子技术及综合模拟、数字、自动控制的实际应用设计方法。二、课程设计的主要内容:单相交流电源自动稳压器调压方式：自耦变分级+晶闸管无触点开关+开环或闭环自动控制性能指标：容量3KVA，输入2000~240V，输出220±5V三、课程设计的组织与安排:17周1上午：集中讲解17周1下午~18周4下午：总体方案设计，环节设计，相关实验17周5上午：完成设计报告17周5下午：设计答辩，上交设计报告。四、课程设计的要求:1.按进度安排进行设计。2.个人独立完成全部设计。3.组织小组（5~7人）讨论交流，每人至少作一次环节设计报告。4.答疑时间：18周2~5每天上午；地点：科技楼413。5.设计报告内容:(1)设计任务;(2)总体设计说明;(3)各环节电路设计说明;(4)相关实验;(5)系统电路图;(6)器件清单一设计目的通过课程设计,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。二设计内容单相交流电源自动稳压器调压方式：自耦变分级+晶闸管无触点开关+开环或闭环自动控制性能指标：容量3KVA，输入2000~240V，输出220±5V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.分组做设计报告。3.上交完整的设计报告书四设计流程：单相交流电源晶闸管无触点自动稳压器1设计要求与原始资料1.1容量：额定容量3KVA额定电压220V额定电流15A1.2电源输入电压：单相交流50HZ，200~240V1.3输出空载电压：220±ΔV=220±5V1.4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1.5电源控制：空气开关+接触器+起动/停止按钮1.6保护：熔断器过流保护+压敏电阻过压保护1.7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）过压保护：压敏电阻耐压450V。RC：C=1~5μFR=100~200Ω，20W电路图如下所示：(2).工作原理说明打开开关S1,S2，即可通电。压敏电阻是抑制电路中经常出现的异常过电压，保护电路免受过电压的损害。而RC电路是吸收电压的尖波，即降低电压尖波的数值变小。保险丝是对器件的一种保护，当通过的电流超过了15+-0.5A时，保险丝会自动断开，从而使电路断路。3.2自耦变压器设计(1)输入额定电压电流。(2)输出额定电压分档：A.均匀分档设自耦变压器分档电压差⊿Va(如=8V)则输出偏差指标⊿V=(⊿Va/2)(240/220）=4.4V输入220V时输出电压:标准档:220V升高档VH=220+k⊿Va=220，228，236，……。降低档VL=220-k⊿V=212,204,......对应输入允许最高最低电压:UH=(220+⊿V)/(VL/220)UL=(220-⊿V)/(VH/220)---应满足设计要求,否则应增加VH,降低VL参考计算M程序:DVA=8DV=(240/220)*(DVA/2)VL=220-[1,2,3,4,5,6]*DVAUH=(220+DV)./(VL/220)VH=220+[1,2,3,4,5,6]*DVAUL=(220-DV)./(VH/220)计算结果:DV(ΔV)=4.4V--满足VL=212,204V时UH=241V,VH=228,236,244V,时UL=195V--满足设计结果分6档:204,212,220,228,236,244VB非均匀分档设计:输出偏差指标⊿V(例=4V)则各档变比Kn=[(220+)/(220-)]n,n=0,±1,±2,..输入220V时输出电压:220Kn标准档:220V(n=0)升高档VH=220Kn,n=1,2,3,……。降低档VL=220Kn,n=-1,-2,-3,……UH,UL计算同上参考计算M程序:DV=4%VK=(220+DV)/(220-DV)VL=220*[1/K,1/K^2,1/K^3,1/K^4,1/K^5,1/K^6]UH=(220+DV)./(VL/220)VH=220*[K,K^2,K^3,K^4,K^5,K^6]UL=(220-DV)./(VH/220)计算结果:DV(ΔV)=4V--满足VL=212,205V时UH=240V,VH=228,237V,时UL=200V--满足设计结果分5档:205,212,220,228,237V结论：均匀分档方便制造,非均匀分档系统性能好。本设计采用均匀分档，分为七档。电路图3.3调压主电路设计(1)主电路(2)晶闸管选择：(参考)双向晶闸管电压:(2~3)*电源峰值电压=选:800V,1000V电流有效值:(2~3)*额定电流=选:30A,50A,…。选型:确定触发电流3.4调压算法设计(1)闭环算法:离散I算法输出电压Uo220-ΔV?已输出最高档:Y保持N上调1档输出电压Uo220+ΔV?已输出最低档:Y保持N下调1档(2)控制周期TUo检测电路稳定时间,可取20个工频周期以上.3.5调压控制电路设计(1)输出电压检测与控制电源电路设计(2)时钟电路（3）输出电压判别电路设计工作原理：输出电压经过LM358比较器进行电压比较。当判别电压较大时，第一个比较器起作用；当判别电压较小时，第二个比较器起作用。(4)调压控制电路设计工作原理：在判别电路中，如果输出判别电压大于功放中给定的电压，则输出一个正脉冲，经过SN74LS11N，相与之后给计数器一个脉冲，使计数加1，然后在输出一个2进制的数字，再通过译码决定那个档位输出低电平，继而使三极管导通，放大电流，驱动相对应的晶闸管导通，其他晶闸管承受反压，处于关断状态，进而使电压降低，就可以实现降档的作用了。同理，如果输出判别电压小于功放中给定的电压，则输出一个负脉冲，使计数器减1，进而提高电压，实现升档功能。（4）触发电路设计工作原理说明：由74LS138发出低电平，使相对应的三极管导通，然后放大电流，从而使晶闸管导通，实现调挡功能。3.6输出电压电流表选择五、系统电路图：分两部分且有序号相连接。六、元器件清单编号名称型号（规格）数量1压敏电阻350V12晶闸管BTA4173变压器220V/24V24电阻150欧15可变电阻器8K欧16可变电阻器1K欧27可变电阻器100K欧38运放LM358N295555551103输入与非门SN74LS10N1113输入与门SN74LS11D112十进制可逆计数器SN74LS192N1133-8译码器SN74LS138D114二极管815反压二极管116稳压芯片12VLM7812CT117稳压芯片5VLM7805CT118电阻680欧119发光二极管LED120交流电流表121交流电压表122电容CAP1323整流桥FullWaveDiodeBridge2七、实验总结经过比较长时间的努力分工合作才最终完成任务。这次设计的内容是单相交流电源自动稳压器。这个设计需要很高的要求，之前必须要具备深入了解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。书本上涉及晶闸管的使用、过流过压保护电路、变压器的使用、及其数字电路中常用芯片功能实现运用，数模结合，仿真与实际运用。充分体现了设计过程集大成者，终成大家。经过老师的精心指导和纠正，我们组最终完成了设计。收获良多，更使自己的综合能力、操作软件能力和专业知识的掌握有了很大的提高。八、参考文献电力电子技术：西安交通大学第4版王兆安黄俊主编数字电子技术基础：清华大学电子学教研组编第四版阎石主编无触点稳压：浅谈晶闸管触发电路同步的实现方法：张秀丽