单相交流电源自动稳压器.doc

1 本科生课程实习本科生课程实习 题目题目 单相交流电源自动稳压器 课程名称电力电子技术 学生姓名陈劲 学生学号201011631303 所在专业电气工程及其自动化 所在班级 电气 1103 班 日期2013 7 1 指导教师刘丹 成绩 2 目目 录录 一 概述一 概述 3 1 11 1 设计目的设计目的 3 1 21 2 设计内容设计内容 3 二 二 系统总体设计系统总体设计 3 2 2 1 1 系统总体结构图系统总体结构图 3 2 2 2 2 说明说明 4 三 三 系统环节电路设计系统环节电路设计 4 3 13 1 电源控制电源控制 显示 显示与保护电路设计与保护电路设计 4 3 23 2 自耦变压器设计自耦变压器设计 5 3 2 13 2 1 输出电压分档输出电压分档 5 3 2 23 2 2 输入电压范围计算输入电压范围计算 5 3 2 33 2 3 电路图电路图 6 3 33 3 调压主电路设计调压主电路设计 6 3 43 4 输出显示与开关电路输出显示与开关电路 7 3 53 5 调压控制电路设计调压控制电路设计 7 3 5 13 5 1 控制电源电路控制电源电路 7 3 5 23 5 2 触发电路触发电路 8 3 5 33 5 3 输出电压检测电路输出电压检测电路 9 3 5 43 5 4 输出电压判别电路输出电压判别电路 9 3 5 53 5 5 单片机电路设计单片机电路设计 10 3 63 6 软件设计软件设计 11 四 四 设计总结设计总结 11 五 五 附录附录 1 1 系统总电路图 系统总电路图 12 六 六 附录附录 2 2 元器件清单 元器件清单 13 七 七 附录附录 3 3 稳压器控制程序 稳压器控制程序与说明与说明 14 单相交流电源晶闸管无触点自动稳压器单相交流电源晶闸管无触点自动稳压器 3 一 概述一 概述 1 11 1 设计目的设计目的 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 1 21 2 设计内容设计内容 单相交流电源晶闸管无触点自动稳压器 性能指标 容量 额定容量 3KVA 额定电压 220V 额定电流 15A 电源输入电压 单相交流 50HZ 200 240V 输出电压 220 U U 5V 调压方式 自耦变压器分级 晶闸管无触点开关 开环或闭环自动控制 电源控制 空气开关 接触器 起动 停止按钮 保护 熔断器过流保护 压敏电阻过压保护 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 二 二 系统总体设计系统总体设计 2 12 1 系统总体结构图系统总体结构图 2 22 2 说明说明 4 本设计的系统主要包括以下几个大模块 1 电源控制与保护模块 2 自耦变压器模块 3 调压主电路模块 4 调压控制电路 5 输出电压电流 三 三 系统环节电路设计系统环节电路设计 3 13 1 电源控制 显示与保护电路设计电源控制 显示与保护电路设计 1 电路图 过压保护 压敏电阻 过压保护 耐压 450V 熔断器 过流保护 RC 抑制浪涌电流 C 1 5 F R 100 200 20W 单相交流接触器 额定电压 450V 额定电流 30A 2 工作原理说明 单相交流电源 220 240V 从 L 和 N 两个输入端口输入 经闸刀开关 过压过流保护 由单相交流接触器的主接点控制主电路的开与断 主电路 后面接着是接自耦变压器 接触器的控制电路的电源也经熔断器 常闭按钮开关 再接一接触器 的常开辅助开关 把接触器的线圈串在控制电路中 通过 LED 显示电源接通 5 3 23 2 自耦变压器设计自耦变压器设计 3 2 13 2 1 输出电压分档输出电压分档 220V 220V 220V V 220V 2 V 220V 3 V 档差 V 2 U 例 U 4 5V V 8V 分档为 220V 220 8V 220 16V 220 24V 注 最低档不过压 196 220 240 214V 最高档不欠压 244 220 200 222V 3 2 23 2 2 输入电压范围计算输入电压范围计算 设输入 220V 时各档空载输出电压 Uo1 Uo2 Uom 输入最高 Uih 时 最低档 Uo1 空载输出 Uih Uo1 220 上限 Uoh 最低档 o1 下限 Uol 最高档 om 220 Uil Uol 95 2 档间配合 n n 1 档间应满足 Un Un 1 K Uoh Uol 3 例 Uil 200V Uih 240V Uol 216V Uoh 224V K 224 216 1 037 最低档 U1 220 200 216 95 250 档间配合 Un Un 1 K Uoh Uol 224 216 1 037 1 等差分档 U2250V 213V 206V 199V 最低档 205 3V 档间配合 U2 U1 206 199 1 035 最大 K 224 216 1 037 2 等比分档 Un Un 1 K 标准档 220 升高档 220 K 228 14 取228 228 K 236 44取236 然后为244 253 降低档 220 K 213 K 206 200 即分档 200 206 213 220 228 236 244 253 6 3 2 33 2 3电路图电路图 综上所述 与均匀分档相比 非均匀分档性能更好 但均匀分档制造 方便 于是 本设计采用了均匀分档的自耦变压器 右图所示 本变压器 在次级分 5 档 204 212 220 228 236 档差 8V 每 档后面均接双向晶闸管 3 33 3 调压主电路设计调压主电路设计 1 主电路 2 晶闸管选择 双向晶闸管 电压 2 3 电源峰值电压 选 800V 电流有效值 2 3 额定电流 选 50A 选型 确定触发电流 实验数据 实验数据 晶闸管自耦变压器 输出 V 加触发 V 管压降 V 触发电流 mA VT12312291 017 19 7 VT22252231 357 12 VT32202171 157 13 VT42142121 377 07 VT52092071 267 14 3 43 4 输出显示与开关电路输出显示与开关电路 电路图 电压表 电流表分别用于检测输出电压和电流的大小 电压表用量程为 500V 的 电流表用量程为 20V 以上的 3 53 5 调压控制电路设计调压控制电路设计 3 5 13 5 1 控制电源电路控制电源电路 变比为 220 9 的变压器 T1 初级由端口 IN3 和 IN4 输入 输出经整流 滤波后由 IC1 三端稳压器 7805 输出稳定电压 VCC 5V 该电压用于单片 机电源 放大器比较电路和三极管触发电路中 切换晶闸管时 同步信号 us 下沿用于关断原导通管的触发并开通新 导通管的触发 3 5 23 5 2 触发电路触发电路 8 3 5 33 5 3 输出电压检测电路输出电压检测电路 该部分属于控制环节的反馈环节 系统能正常工作的重要环节 采样电压由晶闸管输出电压 OUT1 和 OUT2 两个端口 提供 经降压 和分压 稳压管与可调电阻 后 得到了可以让后面的电压判别电路处理 的小电压信号 范围 控制目标 Uo 200 240V 设 215 225V uf 0 1Uo 20 24V 21 5 22 5V uo uf 20V 0 4V 1 5 2 5V 原理图如下 3 5 43 5 4 输出电压判别电路输出电压判别电路 工作原理说明 9 比较电压从左端输入 是输出电压检测电路提供的 输出端 UH 为 高电平时 表示 U0 过高 要减一档 输出端 UL 为高电平时 表示 U0 过 低 要加一档 如 UH UL 均为低电平时 表明输出电压在允许的范围类 不需换挡 电路如下 3 5 53 5 5 单片机电路设计单片机电路设计 本电路使用的处理单元是 AT89C52 单片机 单片机的工作电压是 5V 左上角的是电源显示电路 也可作为总电路的电源显示电路 电解 电容 电阻及开关组成复位电路 晶振和瓷片电容组成晶振电路 为单片 机提供振荡周期 在 32 个 I O 口中 我们用到了 7 个 P1 口中用了 2 个端口 UH UL 信号 反馈电压信号 从此输入 是档位切换的重要依据 P2 口中用了 5 个端口 用于控制五个档位的三极管 从而驱动相应的晶闸管的工作 稳压器的控制程序在 KEIL 软件的环境下编译并调试 如下图 10 3 63 6 软件设计软件设计 1 调压算法设计 闭环离散 I 算法 输出电压 Uo 220 V 已输出最高档 Y 保持 N 上调 1 档 输出电压 UoUo 检测电路稳定时间 可取 20 个工频周期以上 本设计采用了基于 AT89C52 单片机的闭环控制 具有响应速度快 控 制器可靠性高的特点 11 四 设计总结四 设计总结 此次 电力电子技术 课程设计顺利完成 设计了单相交流电源自动稳压器 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 自耦变压器分档时采用非均匀分档 所 以碰到难以分档合理 最后才根据导师提供的程序编好分档 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 DXP 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 也对有关单相交流电 源自动稳压器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 由于此课程设计涉及的知识难度较大 设计需要较 长时间 在学期末紧张的情况下完成起来相当吃力 所以建议老师以后可以提前把课 程设计让同学们接触 让我们可以在比较空闲的时间段去一步步完成 并且可以掌握 的更加扎实 合理 12 附录附录 2 2 元器件清单 元器件清单 编号名称型号 规格 数量 1 瓷片电容 30pF2 2 钽电容 100uF3 3 电解电容 10uF1 4 发光二级管LED 红色 1 5 全桥整流堆 3A2 6 稳压管 20V1 7 熔断器 15A2 8 稳压芯片 78051 9 单片机 AT89C521 10 单相交流接触器 500V 30A1 11 接触器主触点 500V 30A2 12 双向晶闸管 800V 30A5 13 电阻 100K1 14 可调电阻 1K3 15 电阻 360R10 16 电阻 500R5 17 电阻 1K3 18 电阻 10K1 19 二极管 1 20 压敏电阻 450V1 21 开关 1 22 按钮开关 常闭 30A1 23 按钮开关 30A2 24 接触器的辅助触点 500V 30A 25 自耦变压器 220V 15A 3KW1 26 降压变压器 220V 20V1 27 降压变压器 220V 9V1 28 运算放大器 LM2903D2 29 一个发光二极管与一个晶闸 管组成 5 30 电压表500V 量程 1 31 电流表 30A1 32 晶振 11 0592M1 13 附录附录 3 3 稳压器控制程序与说明 稳压器控制程序与说明 include sbit UH P1 3 sbit UL P1 5 电压比较信号从 P1 3 P1 5 输入 输出控制端 sbit LCT1 P2 0 sbit LCT2 P2 2 sbit LCT3 P2 3 sbit LCT4 P2 4 sbit LCT5 P2 5 define delay ms int main int out n 3 out n P2 0 xf7 while 1 delay ms 1000 if UH 1 out UH 为高电平时 表示输出电压过高 应减 1 挡 if out5 out 5 设定最高档为 5 即最高输出档为 236V 说明 该段程序 根据 UH 和 UL 信号的取值 改变档位 变量 out if out n 当档位变化时 即输出电压不在 220 5 220 5 V if out 1 P2 0 x80