单相交流电源自动稳压器课程设计汇编

1、电力电子技术课程设计 题目： 单相交流电源自动稳压器 学院： 信息学院 专业： 电气工程及其自动化 姓名： 班级： 学号： 指导老师： 刘丹 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 2000240V，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

2、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、分组作设计报告。 3、上交完整的设计报告书 四、设计程序 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 15A 1.2 、电源输入电压：单相交流 50HZ，200240V 1.3 、输出空载电压： 220V=2205V 1.4 、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

3、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，电压经过开关控制。当开关闭合时，开关控制电路电源显 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、电源控制电路、保护电路） 熔断器： 4.55A 压敏电阻耐压： 450v 电阻阻值 :R1:150 R2:150 接触器电压：

4、AC220V 电容： 5F （2）工作原理说明： 1）、电路闭合：当电源开关 S1 闭合，电源输入电压经过熔断器，按下起动按钮开关 QA， 接触器 JC处于工作导通作态，使开关 JC1、JC2 闭合，从而电路导通，发光二极光显示亮，工 作状态正常。 2)、电路关断：按下停止按钮开关 TA，开关电路断开，接触器 JC 使开关 JC1断开，从而 整个电路断开。 3.2 、自耦变压器设计 (1) 输入额定电压 220V 电流 15A。 (2) 输出额定电压分档： 输入电压：单相交流 50HZ 200240V 空载输出电压分档： 220V/220V，220V8，220V16，220V24 根据等差分档

5、原则： K=222/214=1.037 最低档 Ul=(220/200 )*214/0.95=247.8 U2k*U1=211.1 U=211.1-203.5=7.6V 取档差 V=8V 分档为： 220V，212V、204V、196V、228V、236V、244V 注: 最低档不过压 (196/220)240=214V; 最高档不欠压 :(244/220)200=222 输出额定电压分档如下表： 分档 1 2 3 4 5 6 7 U0(V) 196 204 212 220 228 236 244 3.3 调压主电路设计 (1)电路图 (2) 晶闸管选择：双向晶闸管 电压: (23)* 电源峰

6、值电压 =800V 电流有效值 : (23)* 额定电流 =50A。 选型：确定触发电流 20mA 3.5 输出显示与开关电路 输出电压表：量程为 250V 输出电流表：选带电阻的分流器电流表，量程为 20A 3.6 、控制电路设计 1）控制电源电路 电路图 同步信号输出波形： 2)触发电路 (3) 输出电压检测电路 0.2V。 U0=UL时调 R3 使 u0=0.20.4V 。 U0=UH时调 RW2使 u03.5V，比运放饱和电压低 即 U0=ULUH时 u0 应有近 3V 的变化范围。运放可用 LM324。 4)单片机电路设计 仿真电路图： 工作原理说明 的输入电压分七档，各档输入电压变

7、化 本设计是 7 档自动换档调压设计，对 03.84V 范围分别为： Uo（V） 244 236 236 228 228 220 220 212 212 204 204 200 200 196 输出档 7 6 5 4 3 2 1 本设计用的 ADC0808 为八位分辨率的 A/D 转换器，当输入 05V 电压时，对应的数字 量为 00HFFH,即输入每变化 0.0196V 时，数据变化 1。 则用十六进制表示这八档的为电压变化范围为： B0HB7H B7HBEH BEHC5H C5HCCH CCHD3H D3HDAH DAHE1H E1HE8H 档差为 8。外部输入电压 uo 通过变压器和整流

8、器，转化成 A/D 转换器 ADC0808可以接受的 05V 电压，通过 ADC0808按照我们设定的时间周期对输出电压进行扫描并将模拟信号转化 成数字信号，将转换后的信号输入到 AT89C51 芯片进行判断电压属于哪个电压范围，当控 制电路信号源 us的下降沿到来时， 启动中断，由 C51 的输出口将信号输出， 的处理将实现该时刻系统电压的显示和对出现的电压差进行修正，做到自动稳压 对应的输出电压。 单片机 AT89C51 , 同时显示 闭环离散 I 算法 输出电压 Uo220+5=225V 已输出最低档？ : Y 保持 N 下调 1 档 调压算法设计 (2)控制周期 T Uo 检测电路稳定

9、时间 , 取 20 个工频周期 流程图 开始,导 通中间 档 延时 启动 A/D 转 换，输入 U0 数字滤波 U0225 V 否 上调一档 五、系统电路图：附后 六、元器件清单 : 编号 符号 名称 型号（规格） 数 量 1 FU1、FU2 自恢复保险丝 RF-090B 熔断电流 I=25A 2 2 S1 空气开关 DZ10-250 Ie=20 1 JC 接触器 JGL-220V-40A 1 4 QA 常开按钮 LA10-2H-220V-40 1 5 TA 常闭按钮 LA10-2H-220V-40 1 6 R1 碳膜电阻 1501/4W5% 1 7 R2 碳膜电阻 1501/4W5% 1 8

10、 R3 线绕电位器 WX050 1 9 R4 碳膜电阻 5.1 1/4W5% 1 10 R5 碳膜电阻 5.1 1/4W5% 1 11 R6 线绕电位器 WL148 1 12 R7 碳膜电阻 1001/4W5% 1 13 YM 压敏电阻 14D471K 1 14 LED 发光二极管 AD22 1 15 D2 普通整流二极管 IN4001 1 16 D3 稳压二极管 2DW7A 1 17 VT1VT8 双向晶闸管 BTA06-600C 8 18 U1U8 光电耦合器 IC802 8 19 D1D3 单相整流桥 1B4B42 4 20 C1 铝电解电容 50V4.7UF 1 21 C2 铝电解电容

11、 10V 150UF 1 22 C3 铝电解电容 10V 150UF 1 23 C4 铝电解电容 10V 150UF 1 24 C5 铝电解电容 10V 150UF 1 25 P1 运算放大器 LMV358 1 单片机设计部分元器件 26 U1 集成电路 AT89C51 1 27 U2 集成电路 74LS28 2 28 U3 集成电路 NOT 1 29 U5 集成电路 ADC0808 1 30 C1, C2 电容 30nf 2 31 C3 电容 10uf 1 32 R10 电阻 10k 1 33 X1 晶振 CRYSTAL 1 七、相关性能，调试，使用 （1）相关性能： 采用单片机技术的交流全

12、自控稳压器，实现稳压器闭环自动稳压，无须 人为进行操作调压。 单片机稳压系统会按照设定好的扫描周期对系统电压进行周期性扫描， 并 将扫描数据传送到单片机 AT89C51进行处理，根据电压的比较来选择触发双向晶闸管， 实现电 压的调节。 （2）、调试，使用： 1）当输入电压 ui=200240V 时，如 235V（即在档 6 内），电压经过开关控制，电源开关 S1 闭合后，输入电压 ui 经过电路熔断器（防止过流） ，按下开关 S2，接触器 J 处于工作导通 作态，使开关 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

13、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，输入给控制电路 ,由 ADC0808扫描并进行 A/D转换，然后送 到单片机 AT89C51 3）经过单片机 AT89C5处理，选择输出低电平给触发电路， 从而触发选择到的双向晶闸管， 实现调压。 八、总结（设计过程，完成情况，收获，体会，建议，意见） 本次电力电子技术 课程设计在超级紧张的时间里圆满完成， 设计了结合单片机技术的 单相交流电源自动稳压器。 本设计按照课程设计指导书并结合多方面资料， 并最终完成这一份 完整的课程设计报告。 此次课程设计内容是最有难度， 运用到多个科目的知识， 综合了电力电 子电路、模拟电路、数字电路 ,、自动控制原理、单片机等学科，使用了 Matlab、Protues、DXP Protel、Multisim 软件进行仿真设计，对于本次课程设计非常有难度的。所遇到的问题蛮多的： 设计时对元器件符号型号不熟悉， 导致列元件清单说不清； 设计时， 多个仿真软件都可以进行 仿真，但是仿真的效果差别很大，导致无法的得到想要的结果，最后通过咨询老师。 通过此次课程设计掌握电力电子电路、模拟电路、数字电路、自动控制原理、单片机的各 环节基本知识 ,熟悉了 Matlab、Protues