汽车板簧加热用中频电源装置的设计_第1页
汽车板簧加热用中频电源装置的设计_第2页
汽车板簧加热用中频电源装置的设计_第3页
汽车板簧加热用中频电源装置的设计_第4页
汽车板簧加热用中频电源装置的设计_第5页
已阅读5页,还剩32页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

摘 要摘 要本设计是汽车板簧加热用中频电源的设计,中频电源的加热采用的是涡流的加热原理,靠感应线圈把电能传递给要加热的金属,然后在金属内部转化为热能。晶闸管中频电源采用三相桥式全控整流电路将交流电整流为直流电,经电抗器平波后,成为一个恒定的直流电流源,再经单相逆变桥,把直流电流逆变成一定频率(一般为1000至8000Hz)的单相中频电流。负载由感应线圈和补偿电容器组成,连接成并联谐振电路。中频电源采用单片机控制。 中频电源具有可靠性高,结构简单,使用方便等优点,因俄日在工业生产中得到了广泛的应用。目前生产中所使用的晶闸管中频感应电源大多采用晶闸管全控桥调节频率、负载为并联谐振型逆变电路的结构,存在着功率因数低、启动装置繁琐、功率调节有限、控制系统复杂等缺点。因而中频电源在器件选择和控制中还需要改善。本设计主要是完成中频电源设计为目的。包括主电路的设计和控制电路的设计。本文的主要内容分为四章,分别阐述了课题的研究背景及意义、晶闸管感应中频电源的工作原理、主电路的设计、控制电路的设计 。 关键词:晶闸管;整流;平波;逆变;单片机- 33 -AbstractAbstractThis design is heating vehicles leaf spring I with m-frequency power design, Frequency power supply, heating is the eddy current heating principle, rely on induction coil energy to heat the metal, and then the metal, into heat. Medium Frequency Power Supply with fully-controlled three-phase bridge rectifier circuit AC rectified to direct current by the smoothing of the reactor, a constant DC current source, and then single-phase inverter bridge, the inverse of the DC current into certain frequency (typically between 1000 and 8000Hz) single-phase medium frequency current. Load by the induction coil and the compensation capacitor, connected to a parallel resonant circuit. IF power microcontroller.Frequency power supply with high reliability, simple structure, ease of use has been widely used in industrial production due to Russia and Japan. Medium Frequency induction power supply used in the production most of the thyristor controlled bridge to adjust the frequency, load parallel resonant inverter circuit structure, there is the power factor is low, the boot device is cumbersome, and limited power conditioning, control systems complex and other shortcomings. Thus the frequency power supply device selection and control needs to be improved.This design is the completion of the intermediate frequency power supply is designed for the purpose. Including the design of the main circuit and control circuit design. The main content of this paper is divided into four chapters, respectively, described the research background and significance, the thyristor induction frequency power supply works, main circuit and control circuit design.Keywords: The thyristor; Rectification; Flat wave. Inverter; Single chip microcomputer目 录目 录摘 要.ABSTRACT.目 录第一章 绪 论. 1 1.1 课题的研究背景及意义. 1 1.2 设计的主要内容. 3第二章 中频电源的设计方案. 4 2.1 主电路设计方案. 5 2.2 控制电路设计方案. 5第三章 主电路设计 6 3.1 电源技术指标及参数. 6 3.2 整流电路. 6 3.3 滤波部分. 8 3.4 逆变电路. 8 3.5 负载电路. 10 3.6 主电路保护. 10 3.6.1 晶闸管过流保护. 11 3.6.2 晶闸管过压保护. 11 3.6.3 电流、电压上升率抑制保护. 123.7 主电路器件选择及计算. 12 3.7.1 整流和滤波电路计算. 12 3.7.2 逆变电路计算. 14 3.7.3 负载电路选择计算. 15第四章 控制电路设计. 17 4.1 CPU主控电路. 17 4.1.1 CPU选择. 18 4.1.2 CPU主控电路组成. 204.2 数码显示连接电路. 22 4.2.1 单片微处理器选择. 22 4.2.2 开关量输入输出电路. 23 4.2.3 显示模块. 24 4.3 检测保护电路. 25 4.3.1 直流电流过高检测. 25 4.3.2 中频电压过高检测. 26 4.3.3 电网电压缺相检测保护. 27 4.4 驱动电路. 28结 论. 30参考文献. 31致 谢. 32附 录 中频电源原理图. 33第一章 绪论第一章 绪论1.1 课题的研究背景及意义感应加热技术的应用在我国开始于1950年,大多数是来自于外国进口,主要用于各种机械和制造业等。感应加热技术是将电能通过感应线圈传递给需要加热的金属,从而将电能在金属中转化为热能。是不直接接触的电磁感应加热感应线圈的能量转移。应该被特别提到的是,感应加热技术的工作原理和电气中的涡流发热原理是一样的。而两者的相区别的地方是涡流发热原理在电气中是有害处的,恰恰相反感应加热技术正是靠这种原理对工件进行加热。感应加热技术需要将工件设备加热到一定高的温度,才能让工件熔化,一次在感应加热技术中需要将感应电动势尽可能的提高。其中的一个途径是增加加在线圈上的电流,这样可以达到增加要加热工件的交变磁通,因此可以通过增加电流来加大电动势。加大电动势的另一个方法是通过提高电源的频率来达到目的。当电源的频率越大时,电路中磁通的变化也就会变得越快,所以电路中的感应电动势就会变得更大。比较这两种方案可以看出两种方案都可以增加感应电动势来达到加热的目的,但是当频率越大时,电路中的电流和磁通就可以减小,从而能够减小线圈中不必要的铜耗,以达到提高设备效率的目的。因此在现代的感应电源对设备进行加热时常采用的是中频电源。而中频电源的频率范围是50Hz到10000Hz。感应加热技术的原理是晶闸管中频电源将三相交流电转化为单相中频电的装置。常见的晶闸管变频电路有两种:交流-直流-交流变频电路和交流-交流变频电路。交流-直流-交流变频电路的特点是中间加有直流电中间环节,通过整流电路将交流电转化为直流电,再将电流通过逆变电路环节将它转化成为一定频率的单相交流电。交流-直流-交流变频电路的优点是运行可靠、方便调试、电路相对简单、效率很高等,因此在实际的运用中较为常见。交流-交流变频电路是将50Hz的三相交流电直接转化为一定频率的中频电流而省略了其中的交流到直流的中间环节。这种电路虽然效率高但是电路相对比较复杂,因此在实际的工业生产中很少用到。感应加热技术在现代工业的生产中运用十分广泛:在热处理中,运用感应加热技术可以对钢材进行表面淬火、透热、穿透淬火、回火及焖火从而达到对工件的硬度和韧性进行加强的目的;在烧结方中可以运用感应加热技术将碳化物加热到高温的目的;在焊接中,将金属涂料涂抹到金属的表面,运用感应加热技术将表面涂料熔化并且镀到金属的表面;在锻造中,可以运用感应加热技术对钢材进行加工预热等工作。汽车板簧加热用中频电源采用大量的MOSFET及IGBT的电力电子器件,频率从10000Hz到几十万Hz,功率从几千万到几百千瓦,应用于各种机械工件的处理。感应加热用中频电源具有以下优点:(1)中频电源设备的设计比较简单,易于制造,不需要大量的模具和很多的加工设备,因此在工业生产中便于生产。而且周期很短。(2)重量轻 体积较小,因此节约生产材料。(3)电源的能耗低,晶闸管中频电源的效率能达到90%以上。(4)在对工件进行加热的过程中可以根据负载的变化而自动调整,因此能够短时间完成加热,易于控制。(5)设备在运行过程中噪音很小,电源装置安装简单,运行可靠,具有维护简单的特点。随着高科技的发展,各种各样的控制器孕育而生,微机、单片机和可编程控制器(PLC)等的发展,控制器也开始向数字化发展。而且随着电力电子技术的发展,各种性能更好的元器件迅速出现,使得晶闸管中频电源也向着数字化迅速发展。随着数字化的不断运用,中频电源的控制更加容易和准确,可以通过进行控制满足各种各样的工艺要求。因此数字化的发展在中频电源中的运用使得晶闸管中频电源得到了高速的发展。板簧是汽车悬架系统的关键部件,在汽车中起着传递缓冲车架和车轮间的力和力矩的作用,其性能的优劣直接影响着汽车行驶的平稳性、操纵的稳定性以及汽车的承载能力。板簧在轧制过程中,需要先加热再进行轧制变形。而板簧感应透热炉是板簧加热的理想设备,它采用的是晶闸管中频电源,而程序输入由电脑来完成,其脉冲精度高、抗干扰、反应速度快、调试方便。具有截流,截压,过流,过压,欠压,缺相,缺水,等多项保护功能。而且效率高、能耗低、加工工质量优、使用方便有利于环境保护等优点,是新一代板簧加热设备。因此汽车板簧加热用中频电源装置的设计对汽车的发展具有重要意义。 1.2 设计的主要内容本设计主要设计以下内容:1、说明板簧加热用中频电源的基本原理及应用场合。2、根据技术要求确定设计方案:(1)总体方案的确定(包括各种方案的比较):画出系统总体方框图;(2)主回路接线形式的确定(包括各种接线形式的比较):画出具体的主回路接线图3、主回路元件参数的选择。4、控制单元的参数选择。5、绘制电气系统原理总图。最终完成中频电源的设计,通过多片微处理器构成的智能化集散控制系统来实现中频电源进而对负载进行加热。第二章 中频电源设计方案第二章 中频电源设计方案图2-1 系统结构图汽车板簧加热用中频电源的工作原理是感应加热技术,由电磁感应对汽车板簧进行不接触加热。中频电源包括主电路和控制电路。如图2-1所示为系统的结构框图。(1) 三相交流电:为中频电源提供原始电源。(2) 整流电路:把三相交流电整流为直流电压。(3) 逆变电路:将直流电压逆变为交流电。(4) 输出滤波电路:过滤掉交流电中的高次谐波,使系统波形稳定,改善电源的输出波形。(5) 驱动电路:控制电路与主电路之间的控制接口。(6) 保护电路:包括过流保护、缺相保护电路和电压保护等。(7) 主控制电路:主要由单片机及辅助芯片组成。主电路主要是将三相电压转化为特定频率的电源对工件进行加热。但主电路通常会遇到些意外情况导致电路出现过流过压等显现损坏主电路,因此在主电路中应加入保护电路。控制电路主要通过CPU对主电路中晶闸管、控制电路中的显示电路及检测保护电路进行控制。2.1主电路设计方案 主电路的设计主要包括:整流电路设计、逆变电路设计、负载电路设计、保护电路设计。采用感应加热,将三相电源整流为直流电,经过平波后,成为一个恒定的直流源,再将恒定的直流源逆变为一定频率的中频电流,加上保护电路,对负载进行加热,构成主回路。2.2 控制电路设计方案控制电路的设计主要包括: CPU主控电路、显示及接口电路、检测和保护电路。CPU电路由单片机,稳压电源,故障中断保护电路等构成。显示电路包括显示接口和数码显示电路组成。检测电路包括:中频电压相位和过零检测电路,直流电流幅值取样和过压检测电路,中频电压幅值取样和过压检测电路,交流电流幅值取样过流和检测电路,直流电流幅值取样过流和检测电路,感应器漏电检测电路等。第三章 主电路设计第三章 主电路设计加热用中频电源的主电路主要包括以下几个部分部分:整流电路、滤波电路、逆变电路、负载电路、保护电路。其中需要控制电路对整流电路和逆变电路进行控制。如图3-1所示。图3-1 加热用中频电源主电路结构图3.1 电源技术指标及参数额定输入电压 三相380V10%额定输入电流328A额定输入频率50Hz额定输出中频电压750V额定输出中频电流400A额定输出中频功率200KW额定输出中频频率8000Hz3.2 整流电路在电力电子中最经常使用的三种整流电路:半控整流电路、全控整流电路、不可控整流电路。三相不可控整流电路如图3-2所示,三相全控整流电路如图3-3所示,三相半控整流电路如图3-4所示。图3-2 三项不可控整流电路图3-3 三相全控整流电路图3-4 三相半控整流电路(1)半控整流电路由二极管和可控元件构成,因而负载电源极性不能改变。 (2)全控整流电路的整流元件都是可控的,而在输出直流电压的平均值及极性可以通过控制元件的导通状况而得到调节,在这种电路中,功率既可以由负载反馈给电源,也可以由电源向负载传送。(3)不可控整流电路完全由不可控二极管组成的,电路结构一定之后其直整流电压和交流电源电压值的比是固定不变的。通过上述比较可以看出全控整流电路优于其他两种整流电路。和本设计的电压是可调节的因此需要选用全控整流电路。3.3 滤波部分感应加热用中频电源的主电路在整流以后通常情况下会出现很大的脉动出现,因为整流后的电压会出现谐波分量。因此为了达到减小主电路中的谐波分量的目的,尽量使得整流后的直流电压更平滑,需要在整流电路后加入滤波器。滤波器的工作原理是它只允许直流电压通过,而阻碍交流电压通过的器件。滤波器并不能完全滤掉全部的交流成分,而是只能过滤掉直流电压中的部分交流成分。因此滤波器只能将交流成分减小到适合于要求的程度。滤波器大致上可以分为三种:电容滤波器、电感滤波器、型滤波器。电容性滤波器一般适用于负载电流较小的场合,因为电容能够快速的过滤掉电压中的脉动成分,以达到平滑电压的目的。而电感性滤波器一般适用于负载的电流比较大的场所,电感可以消除电压中的谐波分量成分,以达到平滑电压的目的。型滤波器是将电感性滤波和电容型滤波相组合而成的电路,适用性比较强。本设计选用需用电感滤波器,可以达到消除谐波分量的目的,使得电压变得很平滑。3.4 逆变电路使用晶闸管把直流源为电流源的逆变电路被称作电流型逆变电路。感应加热用电源在工作中处于感性,因此需要消耗大量的无功功率,必须通过接入电容来进行补偿。根据感应线圈与补偿电容的连接方式不同,逆变电路可以分为串联逆变电路和并联逆变电路。如图3-5所示为两种逆变电路。图3-5 并联和串联逆变电路串联逆变器和并联逆变器的差别,源于它们所用的振荡电路不同。串联逆变器是用L、R和C串联,并联逆变器是L、R和C并联。两者之间的比较:(1)串联逆变器的负载电路对电源呈现低阻抗,由电压源供电。当逆变失败时电流大,所以保护困难。 并联逆变器的负载电路对电源呈现高阻抗,要求由电流源供电逆变失败时。电流受大电抗限制,冲击不大,较易保护。 (2)串联逆变器的输入电压恒定,输出电压为矩形波,输出电流近似正弦波。并联逆变器的输入电流恒定,输出电压近似正弦波,输出电流为矩形波。(3)串联逆变器是恒压源供电,并联逆变器是恒流源供电。(4)串联逆变电路在经过换流的过程中,晶闸管是通过自然关断的,而并联逆变电路在换流中是通过施加反向电压关断的。因此并联逆变电路损耗大,而串联逆变电路损耗小。(5)串联逆变电路启动较为容易,适用于频繁需要启动的场所,而并联逆变电路的启动需要增加启动电路,因此启动较为困难。主电路在逆变电路的设计中为单相逆变电路,选用并联逆变电路,由于本设计的频率较高,因此晶闸管的反应必须灵敏,从而选用快速性晶闸管。3.5 负载电路负载电路部分包括感应线圈和需要加热的金属工件组成,由于感应加热的功率因数较低,因此需要补偿电容,在逆变电路的设计过程中,选用了并联逆变电路,因此负载电路就选用的是并联谐振负载电路,如图3-6所示。图3-6 并联谐谐振负载电路并联谐振负载电路为单相桥式逆变电路,由四个桥臂组成的,每个桥臂需要串联一个电抗器,用来限制晶闸管在导通过程中的电流变化率,而在电路的各个桥臂之间并不会产生互感。桥臂2、3和1、4以相对应的中频轮番导通,即能在负载中得到中频电源。3.6 主电路保护电路的保护电路,分为两种:一种是在适当的地方安装保护器件。另一种是电子保护电路,检测设备的输出电压或输入电流。第三章 主电路设计3.6.1 晶闸管过流保护 晶闸管过电流可以分为两种:一种是由于整流电路内部原因, 如整流晶闸管损坏或者控制系统有故障等;另一种是外电路发生短路而引起的过电流。对于整流桥内部原因引起的过流或者逆变器负载回路接地时,可以采用第一种保护措施如图3.7所示。快速熔断器的接入方式有三种。 A型快速熔断器和每一个元器件串联,因而都能够保护到,额定电流1.57 ( :晶闸管通态平均电流)。B型快速熔断器能保护交流、直流和元件电路,而其可靠性能降低。C型快速熔断器直流负载侧故障时动作,元件内部短路时却不能起保护作用。对于第二种过流,即整流桥负载外电路发生短路而引起的过电流,则应当采用电子电路进行保护。图3-7 常见三种保护电路3.6.2 晶闸管过压保护 晶闸管在工作过程中会受到过电压的影响,因而在设备中晶闸管都需要进行过压保护。 第一种过电压保护的方法是并接R-C阻容,见图3.8前者电路图。以及用压敏电阻加以抑制,见图3.8后者。 图3-8 过压保护电路3.6.3 电流、电压上升率抑制保护 (1)电流上升率的抑制 晶闸管初开通时电流集中在靠近门极的阴极表面较小的区域,局部电流密度很大,然后迅速将电流扩展到阴极面,因此当晶闸管开通时电流上升率过大,则会导致PN结击穿,所以必须限制晶闸管的电流上升率。最有效的办法是在晶闸管的阳极回路串联入电感加以保护。(2)电压上升率的抑制 加在晶闸管的正向电压上升率应该有所限制,如果电压上升率过大,则产生较大的位移电流,会起到触发电流的作用,导致晶闸管正向阻断能力降低。 为抑制、电压上升率的作用,可以在晶闸管两端并联R-C阻容吸收回路。3.7 主电路器件选择及计算中频电源的主电路设计中整流部分和逆变部分采用晶闸管模块实现,根据本设计的要求,感应加热的电源为:额定输入电压380V、额定输入电流328A、额定输入频率50Hz、额定输出中频电压750V、额定输出中频电流400A、额定输出中频功率200KW、额定输出中频频率8000Hz。3.7.1整流和滤波电路计算晶闸管在工作过程中所承受的最大正向电压和反向电压为其峰值,由于有波动的影响,因此可在计算中按照额定电压的1.1倍选取。 (3.1)当为0度时,整流的输出电压最大,最大值为:而为了工作更加可靠,安全系数22.5。额定输出功率,取=0.9,cos=0.95,整流桥的输出功率为: 整流桥输出电流为: 流过整流电路中晶闸管的电流平均值为: 整流桥的额定电流通常为工作电流的1.52倍,因此额定电流为: 整流桥中的额定电压一般有23倍的裕量: 因此选用额定电流为510A 耐压为1500V晶闸管。熔断器和进线开关的选择计算中进线电流为: 进线开关的选择,根据电流有效值为371A,选用380A的接触器,过流值应为1.1倍的电流有效值,可为410A。熔断器的选择中,由于电流有效值为371A因此可以选用380A快速熔断器。进线电感的选择为进线电压的3%到5%之间。进线电感为: (3.2)因而选用的进线电感为0.1mH,其电流最大值可以选取380A。在滤波电路中,滤波电感的选取应满足: (3.3)式中,是电流输出的有效值,是相电压有效值,是常数()。计算可得到: 3.7.2 逆变电路计算逆变电路中,并联逆变电路最大直流电是在单相逆变桥中。而电流可以近似于看成方波,流过每个桥臂的电流的有效值为: (3.4) 公式中为极限的输出功率,当频率超过一定值时,允许的峰值电流下降,因此峰值电流应选用 在并联逆变电路中,晶闸管所能承受的最大电压为中频电压峰值: 则有: 其中的安全系数K选取1.5到2倍,因此,在逆变电路的晶闸管的选取中,应该选取耐压为1KV的晶闸管,额定电流的大小应为800A。3.7.3 负载电路选择计算负载电路在器件的选择过程中需要遵循的基本要求是:(1) 电路的损耗尽量小,效率要求越高越好。(2) 被电源加热的工件表面所受温度尽量均匀。(3) 冷却性较好。(4) 要有较高的机械强度且设备简单。输出功率为: (3.5)可知额定功率为: (3.6) 由和可得到: 因此谐振电路中的电容器应该选择150uF,而电感选用的是0.2mH。 第四章 控制电路设计第四章 控制电路设计控制电路是晶闸管加热用中频电源的核心部分,主电路中的整流电路、逆变电路等电路的方案实现都需要控制电路来进行控制,控制器的主要功能是采集直流电流、中频电压、逆变角度等。本章主要介绍这些功能的硬件实现。控制电路主要通过C8051F015单片机控制芯片对晶闸管进行驱动从而组成控制电路。控制电路的框图如图4-1所示。图4-1 控制电路框图 4.1 CPU主控电路 本中频电源的设计采用单片机进行控制,CPU主控电路由单片微处理器,晶体振荡电路,稳压电源,故障中断保护电路,IIC串行总线通讯电路,并行总线输入输出等电路组成。4.1.1 CPU选择 本设计采用C8051F015单片机,该单片机是完全集成的混合信号系统级芯片,高速的20MIPS25MIPS与8051全兼容的CIP51内核是能与8051 兼容的微控制器内核,与MCS-51 指令集完全兼容。除了具有标准8052 的数字外设部件之外,片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其它数字外设及功能部件。内部Flash存贮器可实现可作程序存贮器也可作非易失性数据存贮。C8O51F015如图4-2所示。图4-2 C8051F单片机C8051单片机与8051单片机相兼容,而且采用CIP51内核,它的指令与MCS51指令系统完全兼容可用标准ASM51Keil C高级语言来开发编译C8051F系列单片机的程序。 C8051F单片机还具有高速指令处理能力,而标准的8051单片机一个机器的周期要占用12个系统时钟周期才能够执行一条指令,所以最少要一个机器周期。但C8051F单片机的指令处理采用的是流水线结构。机器周期由标准的12个系统时钟周期变为1个系统时钟周期,因而指令处理能力比MCS51提高很多。CIP-51内核70% 指令的执行是在一个或着两个系统时钟周期内完成的,因此如果只有四条指令的执行则需4个以上时钟周期。 CIP-51指令和MCS51指令系统可以全兼容,一共有111条指令。 C8051单片机增加了中断源,由于标准的8051仅有7个中断源,而C8051F系列的单片机扩展中断处理,因此对于多任务系统的处理是非常重要的。扩展中断系统向CIP-51提供了22个中断源,能够允许大量的数字外设的中断。一个中断处理虽然需要较少CPU干预,却有非常高的效率。 C8051单片机增加了复位源,而标准的8051却只有外部的引脚复位,C8051F系列单片机增加了七种复位源,使系统可靠性极大提高,因此每个复位源都可以由用户禁止。它的复位源是: (1)片内电源监视。 (2)WDT看门狗定时器。 (3)时钟丢失检测器。(4)比较器0输出电平检测。 (5)软件强制复位。 (6)CNVSTRAD转换启动。 (7)外部引脚RST复位可双向复位。 (8) 提供内部时钟源。 而标准的8051单片机只有外部时钟,C8051F系列单片机有内部独立的时钟源。C8051F300/F302提供的内部时钟误差在2%以内,在系统复位后默认内部时钟。如果需要,可接外部时钟并可在程序运行时实现内外部时钟之间的切换。外部时钟可以是晶体RCC或外部时钟脉冲,以上的功能在低功耗应用系统中非常有用。C8051F系列储存器包括:数据存贮器和程序储存器。 具数据存贮器有标准8051的程序和数据地址配置,它包括256字节的RAM。其中高128字节用是户只能用直接寻址访问的SFR地址空间,低128字节用户可用直接或间接寻址方式访问,前32个字节为4个通用工作寄存器区,接下来的16字节既可以按字节寻址也可以按位寻址。 C8051F系列单片机程序存储器为8K- 64K字节的Flash存贮器,该存贮器可按512字节为一扇区编程。可以在线编程且不需在片外提供编程电压,该程序存贮器未用到的扇区均可由用户按扇区作为非易失性数据存贮器使用。C8051F系列单片机从功能上分,可以分成基本功能模块和专用功能模块。4.1.2 CPU主控电路组成CPU主控电路主要由单片微处理器C8051F015、晶体振荡电路、3.3V稳压电源、故障中断保护电路、IIC串行总线通信电路、并行总线输入输出等电路组成。图4-3 晶振电路晶体振荡电路时晶体振荡器不外信号激励,自身就可以将直流电能转化为交流电能的装置。本设计选用晶振频率为20MHZ,能够满足本设计的要求,晶体振荡电路如图4-3所示。系统的电源供电采用5V电源,但是C8051F015单片机需要的电压为3.3V稳压电源,因此需要电路将5V电压转变成3.3V稳定电压。因此采用AS1117作为5V电压转化为3.3V电压的芯片。AS1117能够提供稳定的3.3V电压,能够很好的满足C8051F015单片机的需要,专门为主CPU供电 。图4.1.3为电源的连接图。作为5V电压转化为3.3V电压的芯片。AS1117能够提供稳定的3.3V电压,能够很好的满足C8051F015单片机的需要,专门为主CPU供电 。图4-4所示为电源的连接图。图4-4 专供主CPU电源电路系统如果能够在上电后能够正常工作,必须对控制电路加上正确的复位电路,复位电路能够起到抵抗外界干扰的作用。该设计中的复位电路采用双重复位功能,手动复位和上电复位。如图4-5复位电路图所示。图4-5 复位电路4.2 数码显示连接电路数码显示电路主要由单片微处理器、开关量输入输出电路、光电隔离UART、串行通讯电路、六路数码驱动显示等电路组成。4.2.1单片微处理选择 本设计采用PIC16F73处理器,PIC16F73单片机是PIC系列八位单片机,具有4K的程序储存器、192字节的RAM、22个I/O接口、3个定时器、5个8位A/D转换器、两个CCP模块、一个串行口、一个并行口、8个中断源,还具有工作频率可选择、功耗低、体积小、价格低廉等特点。PIC16F73的引脚如图4-6所示。PIC16F73单片机作为控制器,它的主要功能是负责键盘扫描、功能转换、脉冲的产生、显示、AD采样、频率采集等。图4-6 PIC16F73引脚图4.2.2开关量输入输出电路 在开关量输入输出电路中需要用到光电耦合,它的作用是传递开关量信息、实现电气隔离和滤除噪音和干扰。本设计选用TLP521型光电耦合器件。 隔离的作用是:另大功率的电源与低压输入电路相隔离防止器件受损,限制地线与地回路的错误链接带来的干扰,将多个输入电路相隔离减弱干扰。光电耦合器的输出与输入之间没有电气之间的联系;其中的电容极小,但绝缘电阻却很大,因此回路一边的各种干扰噪声都很难通过光电耦合器馈送到另一边去,避免了共阻抗耦合的干扰信号的产生。光电耦合器具有安全保障作用,当外部设备出现故障时,或者输入信号线短接时,也不会损坏仪器仪表。因而光耦合器件的输出和输入之间可以承受上千伏的高压。图4-7 开关量输入电路 开关量输入电路如图4-7所示,开关量输出电路如图4-8所示。图4-8 开关量输出电路4.2.3 显示模块 在单片机控制的显示电路中,通常使用7段发光二级管来显示数字,如图4-9所示为共阴极LED的显示电路及管脚图。 显示模块采用六路数码驱动显示模块,LED的显示包括动态显示和静态显示两种。LED的静态显示容易编程但是所要占用的I/O端口比较多,所以本设计采用LED动态显示,LED动态显示是将所有的段造成并接在一个I/O接口上,公阴极端分别由相应的I/O口线控制。图4-9 共阴极7段LED图4-10 六位数码显示电路 在六位七段LED显示电路中,为了能够简化电路,可将所有的段选线并联在一起,由8个I/O接口来控制,公共端分别由相对应的接口控制,用来实现显示。如图4-10所示为6位的LED动态显示器电路图。4.3 检测保护电路 中频电源在使用过程中会出现各种的意外情况,对于这些意外的情况出现如果不及时采取有效的措施,则中频电源工作在过压、过流等情况下,造成设备的损坏,导致中频电源无法正常使用。常见的检测保护电路有:中频电压相位和过零检测电路,直流电流幅值取样和过压检测电路,中频电压幅值取样和过压检测电路,交流电流幅值取样过流和检测电路,直流电流幅值取样过流和检测电路等。本设计主要介绍直流电流过高检测和中频电压过高检测4.3.1 直流电流过高检测直流电流过高检测电路中需要用到555定时器,555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。555定时器的主要功能是构成施密特触发器用于TTL系统的接口或者整形电路;组成多谐振荡器构成信号产生电路;组成单稳态触发器用于定时延时整形或者其它的定时开关中。如图4-11 所示为直流电流过高检测电路。其中电流通过电阻转化为电压信号送到555定时器的thold引脚,当引脚上的电压大于2/3Vcc时,使得out引脚输出“0”信号,给出信号为保护信号。dischg引脚导通并且接地,这样当直流电流过高时发光二极管会发光并报警。图4-11 直流电流过高检测电路 4.3.2 中频电压过高检测图4-12 中频电压过高检测电路本设计需要对中频电压进行检测,如图4-12 所示为中频电压的过高检测。其中的中频电压通过整流以后,由相连接的电阻分压,接着将信号送到555定时器的thold引脚中。当所加载引脚上的电压大于2/3Vcc时,out引脚就会输出“0”信号,给送出保护信号。discgh引脚导通并且接地,使得当中频电压过高时发光二极管会发光并且报警。4.3.3 电网电压缺相检测保护电网电压缺相检测保护电路如图4-13所示。图4-13 电网电压缺相检测保护电路该电路图有三个运算放大器组成,放大器的反向端分别接光耦的输出端,其中的方波信号的下降沿分别同三相电压反向接零,LM 324的同相端电压固定于7.52V,比较后输出反相方波。如果不缺相时,通过三个运算放大器输入到后一级的运算放大器是一个连续高电平,与7.52V比较,输出低电平,555输出高电平,dischg引脚就会截止,因此无保护动作。如果缺一相时,会出现两个方波滞后正常相位,相“与”后还是一个高电平,仍然无保护动作。如果缺两相时,则其中的光电耦合器会输出“0”信号,与另两路相“与”后会输出很大的脉冲,后者的运算放大器会输出小脉冲给电容充电,另555输入的是高电平,out引脚则会输出“0”,有保护动作。由于dischg引脚会导通接地,因此发光二级管发光并报警。4.4 驱动电路驱动电路的主要功能是连接控制电路和主电路的,由于驱动电路的本身并不能产生驱动的信号,而是通过对对从控制电路中发出的输出信号进行处理,从而达到驱动其他功率型器件的关断或者导通的。除此之外驱动电路的另一个目的是将主电路和控制电路相互隔离。本设计的选择IGBT驱动器进行驱动,驱动电路原理图如图4-14所示。图4-14 驱动电路原理图该电路中,EN端为使能端, TBl和TB2是给出的驱动信号。当TBl 信号为低电平时,其中放大电路输出高电平,D1端截止,两电阻的并联后电阻为门极电阻,使得电流峰值能够达到要求,G1端的电压小于24V,E1端电压为两个稳压管的代数和7V。所以驱动电压为15V左右。当TBl 是给出高平信号时,驱动器输出的是低电平信号,此时E1的电压仍然为7V,除去线路的压降,驱动器的门极和发射极之间电压小于负5V,能够顺利关断IGBT驱动器。结 论结 论本文是以汽车板簧加热中用到的中频电源为背景的。随着汽车工业的快速发展,对于板簧的要求也越来越高,板簧的好坏直接决定着汽车汽车行驶过程中的平稳性,操纵的稳定性及汽车的承载能力。而板簧在轧制过程中,需要先加热再进行变形。而中频电源是加热的理想设备。本设计以中频电源为研究对象,主要内容

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论