電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)--直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速可控整流電源設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速可控整流電源設(shè)計(jì)</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　1.通過(guò)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試，要求

2、學(xué)會(huì)：</p><p>　　2.選擇變壓器、整流二極管、濾波電容及集成穩(wěn)壓器來(lái)設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓源；</p><p>　　3.掌握直流穩(wěn)壓電路的調(diào)試及主要技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試方法。</p><p>　　4.輸出電壓在1.26V-15V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，輸出電流最大可達(dá)1A;</p><p>　　5.輸出紋波電壓小于5mV，穩(wěn)壓系數(shù)小于3%，輸出電阻小于0.

3、1Ω。</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)計(jì)劃</b></p><p>　　電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)共1周。</p><p>　　第1天：選題，查資料；</p><p>　　第2天：方案分析比較，確定設(shè)計(jì)方案；</p><p>　　第3～4天：電路原理設(shè)計(jì)與電路仿真；</p><

4、p>　　第5天：編寫(xiě)整理設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)。</p><p><b>　　四、設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1. 畫(huà)出整體電路圖。</p><p>　　2. 對(duì)所設(shè)計(jì)的電路全部或部分進(jìn)行仿真，使之達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)要求。</p><p>　　3. 寫(xiě)出符合設(shè)計(jì)格式要求的設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)。</p><p>

5、;<b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p>　　時(shí) 間：2015年12月23日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 總體方案設(shè)計(jì)1</p><p>　　1.1 總體方案框圖1</p><p>　　1.2 電源變壓器1<

6、;/p><p>　　1.3 整流電路2</p><p><b>　　1.4濾波電路2</b></p><p><b>　　1.5穩(wěn)壓電路3</b></p><p>　　1.6其他元件的選擇4</p><p>　　1.7可調(diào)直流穩(wěn)壓源電路原理圖5</p>&

7、lt;p>　　2 可調(diào)直流穩(wěn)壓源仿真6</p><p><b>　　3 總結(jié)7</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)8</b></p><p><b>　　1 總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1.1 總體方案框圖</p><p&

8、gt;　　可調(diào)直流穩(wěn)壓電源的原理框圖如下圖2-1所示，</p><p>　　圖2-1 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源原理框圖</p><p><b>　　1.2 電源變壓器</b></p><p>　　城市電網(wǎng)提供的一般為220V（或380V）/50HZ的正弦交流電，電源變壓器的作用是將電網(wǎng)交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓。然后再將其次級(jí)輸出電壓去

9、整流、濾波和穩(wěn)壓，最后得到所需要的直流電壓幅值。</p><p>　?。?）電源電壓變壓器參數(shù)介紹</p><p><b>　　a）電壓比 </b></p><p>　　初、次級(jí)電壓和線(xiàn)圈圈數(shù)具有以下關(guān)系，即:</p><p><b>　　b）效率 </b></p><p>

10、　　在額定功率時(shí)，變壓器的輸出功率和輸入功率的比值稱(chēng)為變壓器的效率，即:</p><p>　　變壓器的效率與變壓器的功率等級(jí)有密切關(guān)系，通常功率越大，損耗就越小，效率也就越高；反之，功率越小，效率也就越低。</p><p><b>　　c）額定電壓</b></p><p>　　指在變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈上所允許施加的電壓，正常工作時(shí)，變壓器初級(jí)繞組上

11、施加的電壓不得大于規(guī)定值。 </p><p><b>　　d）額定功率</b></p><p>　　額定功率是指變壓器在規(guī)定的頻率和電壓下能長(zhǎng)期工作，而不超過(guò)規(guī)定溫升時(shí)次級(jí)輸出的功率。</p><p><b>　　e）調(diào)整率</b></p><p>　　變壓器的調(diào)整率=（空載電壓-滿(mǎn)載電壓）/滿(mǎn)載

12、電壓。一般10W以下變壓器的調(diào)整率在20%以上，要想在使用中降低變壓器的調(diào)整率，只有選大一些的功率變壓器，如3W的變壓器的調(diào)整率為28%，使用功率為1.5W，調(diào)整率為 12%。</p><p>　　（2）電源變壓器的選擇</p><p>　　由設(shè)計(jì)要求可知輸出最大電壓為12V，又考慮到電阻等元件上的壓降，故在選擇電源變壓器時(shí)，變壓器次級(jí)電壓應(yīng)在15V左右為宜。</p><

13、;p><b>　　1.3 整流電路</b></p><p>　　橋式整流電路的作用是利用單向?qū)щ娦缘恼髟O管，將正負(fù)交替的正弦交流電壓整流成為單向脈動(dòng)電壓。但是，這種單向電壓往往包含著很大的脈動(dòng)成分，距離理想的直流電壓還差得很遠(yuǎn)。下圖即為整流電路部分的原理圖和經(jīng)整流后輸出的波形。</p><p>　　圖2-2整流電路原理圖</p><p

14、>　　圖2-3整流電路波形</p><p>　　整流橋的選擇:我們采用把四個(gè)二極管封裝在一起接成全橋的形式，選用的型號(hào)為平均電流為 2A（2W10，2W06等）。</p><p><b>　　1.4濾波電路</b></p><p>　　濾波電路由電容、電感等儲(chǔ)能元件組成。它的作用是盡可能地將單向脈動(dòng)電壓中交流成分濾掉，使輸出電壓成為比較平

15、滑的直流電壓。濾波電路即是將電容并聯(lián)在整流電路上或者串聯(lián)上電感。其波形圖如圖2-4示。</p><p>　　圖2-4 濾波電路波形</p><p>　　電容的選擇：在整個(gè)電路中，有多處必須用到電容以使得輸出電壓更平滑更穩(wěn)定。</p><p><b>　　其中，</b></p><p>　　C1：濾波，C1=1200 &#

16、181;F；</p><p>　　C2：抑制自激振蕩，C2=(0.1～0.3)µF/63V；</p><p>　　C3：濾波，用以減小輸出電壓的波紋電壓(即輸出電壓中的交變電壓分量)。 </p><p>　　C3=10uF/16V；</p><p>　　C4：濾波作用，使Uo中的波動(dòng)減小;C4=100µF/16V<

17、/p><p><b>　　1.5穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　穩(wěn)壓電路的作用是采取某些措施，使輸出的直流電壓在電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)保持穩(wěn)定。 隨著集成技術(shù)的發(fā)展，穩(wěn)壓電路也迅速實(shí)現(xiàn)集成化。目前已能大量生產(chǎn)各種型號(hào)的單片集成穩(wěn)壓電路。集成穩(wěn)壓器具有體積小，可靠性高以及溫度特性好等優(yōu)點(diǎn)，而且使用靈活，價(jià)格低廉，被廣泛應(yīng)用于儀器，儀表及其它各種電子設(shè)備中

18、，特別是三端集成穩(wěn)壓器。</p><p>　　三端集成穩(wěn)壓器有多種型號(hào)：</p><p>　　正壓系列：78XX系列等</p><p>　　固定式三端穩(wěn)壓器 </p><p>　　負(fù)壓系列：79XX系列等</p><p><b>　　三端集成穩(wěn)壓器</b></p><p&g

19、t;　　正壓系列：W317系列等</p><p>　　可調(diào)式三端穩(wěn)壓器 </p><p>　　負(fù)壓系列：W337系列等</p><p>　　在這里我們選用LM317，下圖2-5為其引腳圖。</p><p>　　圖2-5 LM317引腳圖</p><p>　　LM317具體工作原理:</p><p&

20、gt;　　電路連接：輸入引腳接輸入正電壓,輸出引腳接負(fù)載,電壓調(diào)節(jié)引腳一個(gè)腳接電阻(200歐姆左右)接到輸出引腳,另一個(gè)接可調(diào)電阻(幾K)接于地，輸入和輸出引腳對(duì)地要接濾波電容。當(dāng)LM317穩(wěn)壓器離電源濾波器有一定距離時(shí)必須接電容。</p><p><b>　　但我們需要注意：</b></p><p>　　⑴輸入至少要比輸出高2V，否則不能調(diào)壓；</p>

21、<p>　　⑵輸入電壓最高不能超過(guò)40V。輸出電流最好不超過(guò)1A。輸入12V的話(huà)，輸出最高就是10V左右。</p><p>　　⑶由于它內(nèi)部還是線(xiàn)性穩(wěn)壓，因此功耗比較大。當(dāng)輸入輸出電壓差比較大且輸出電流也比較大時(shí)，注意317的功耗不要過(guò)大。一般加散熱片后功耗也不超過(guò)20W。因此電壓差大時(shí)建議分檔調(diào)壓。</p><p>　　另外，在使用LM317時(shí)要注意功耗、散熱問(wèn)題。</

22、p><p>　　1.6其他元件的選擇</p><p>　　降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓器件是整個(gè)電路的核心部分，但是除此之外，還需要保護(hù)和調(diào)節(jié)部分，整個(gè)電路才能正常工作。</p><p>　　當(dāng)電容C3充電完成開(kāi)始放電后，電流會(huì)通過(guò)在三端穩(wěn)壓集成塊的GND端，流入LM317，造成其被燒壞，為了解決這個(gè)反向電流，我們可以在GND于Vout端并上一個(gè)二極管即可。另外，當(dāng)LM317

23、輸入端元件短路時(shí)，出現(xiàn)UI<UO,則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)由其輸出端經(jīng)LM317流入輸入端的反向泄放電流。這個(gè)電流將可能損壞LM317。為此，在LM317輸入、輸出端并上一個(gè)二極管即可保護(hù)LM317。對(duì)于二極管的選擇，一般選取1N4001或者1N4007。</p><p>　　為了調(diào)節(jié)最后的輸出電壓以提供不同情況下的需求，我們還必須添加電位器以控制輸出電壓的大小。（粗調(diào)）RP1：1.5KΩ，1/8W。（細(xì)調(diào)）RP2：2

24、20Ω，1/8W。</p><p>　　由于LM317的穩(wěn)定工作要求的最小電流為：Iomin〞=1.5mA~5mA（安全），故取R1為180Ω——250Ω。</p><p>　　1.7可調(diào)直流穩(wěn)壓源電路原理圖</p><p>　　圖2-6 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源原理圖</p><p>　　可調(diào)直流穩(wěn)壓電源工作過(guò)程分析：由于我們期望得出的最大電壓為1

25、5V左右，而在橋式整流部分采用二極管連接而成的橋，其整流后輸出電壓平均值應(yīng)為，即對(duì)變壓器二次側(cè)輸出的電壓進(jìn)行了升壓，整流后的電壓還存在著一定的脈動(dòng)成分和其他干擾信號(hào)，因此將輸出電壓通過(guò)各電容進(jìn)行濾波，便可得到脈動(dòng)成分較小，波形較為平整的輸出電壓。濾波之后，由于各種干擾，輸出電壓信號(hào)或許不穩(wěn)定，但采用三端集成穩(wěn)壓器可對(duì)濾波電路輸出的電壓進(jìn)行穩(wěn)壓，這樣我們便可以得到平整穩(wěn)定的直流電壓。為了實(shí)現(xiàn)可調(diào)，我們采用了電位器,來(lái)調(diào)節(jié)所需要的輸出電壓，

26、其中，分別為細(xì)調(diào)，粗調(diào)。這樣，可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓在1.26V-15.2V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，輸出電流最大可達(dá)1A。</p><p>　　2 可調(diào)直流穩(wěn)壓源仿真 </p><p>　　在以上原理的基礎(chǔ)上，為了保證我們的直流穩(wěn)壓電源能正常工作，有必要用proteus對(duì)其進(jìn)行仿真，不同的輸出電壓從電壓表清晰可見(jiàn)。通過(guò)調(diào)節(jié)電位器（細(xì)調(diào)，粗調(diào)）可得到不同輸出的穩(wěn)定可調(diào)直流電壓。仿真結(jié)果如下圖3-1、圖3-

27、2所示。</p><p>　　圖3-1 直流穩(wěn)壓電壓源最大輸出電壓</p><p>　　圖3-2直流穩(wěn)壓電壓源最小輸出電壓</p><p>　　有了軟件的支持，我們?cè)俑鶕?jù)電路中各元件的具體參數(shù)選擇適當(dāng)?shù)脑陔娐钒迳线B成電路，按照電路圖焊接起來(lái)，再經(jīng)調(diào)試即可得到一個(gè)在1.26V-15.2V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源。</p><p>&l

28、t;b>　　3總結(jié)</b></p><p>　　在本次電力電子課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我學(xué)到了許多東西，但同時(shí)也遇到了很多問(wèn)題。</p><p>　　首先，我們把平時(shí)在課堂上學(xué)到的電力電子理論知識(shí)同本次直流穩(wěn)壓可調(diào)電源的設(shè)計(jì)聯(lián)系起來(lái)，深刻理解了橋式整流可控與不可控的區(qū)別。在選擇器件時(shí)也懂得了各個(gè)器件選擇的原則及其工作原理，這對(duì)我們?cè)僖院蟮膶W(xué)習(xí)工作是很有幫助的。其次，理論設(shè)計(jì)和實(shí)

29、踐總算存在很大差距的，因此，在具體焊接電路之前，我們用proteus軟件繪制出了原理圖，并進(jìn)行了仿真，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器可以發(fā)現(xiàn)輸出電壓的確是平穩(wěn)的且在1.26V~15V可調(diào)，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。</p><p>　　但在另一方面也遇到了很多問(wèn)題。對(duì)我們來(lái)說(shuō)理論是簡(jiǎn)單的，實(shí)際電路卻麻煩很多，也容易出現(xiàn)很多問(wèn)題。在使用proteus設(shè)計(jì)原理圖時(shí)，很容易的從元件庫(kù)里選出了各元件，也按照原理圖連好線(xiàn)，可是開(kāi)始仿真時(shí)卻問(wèn)題不

30、斷，比如，電壓表沒(méi)有示數(shù)而且報(bào)錯(cuò)，在反復(fù)檢查電路連線(xiàn)和各元件參數(shù)后運(yùn)行，仍然沒(méi)有報(bào)錯(cuò)。最后，我們請(qǐng)教了老師，在老師指導(dǎo)下我們更改了電源的電壓為311V（峰值電壓），變壓器變壓比為60:1，然后運(yùn)行，總算有了示數(shù)且也滿(mǎn)足要求。</p><p>　　從本次課程設(shè)計(jì)中，我們得到了很多啟示,又掌握了一個(gè)繪圖軟件，明白了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，關(guān)鍵時(shí)刻應(yīng)該多和老師討論等等?？傊@樣的課程設(shè)計(jì)對(duì)我們的動(dòng)手實(shí)踐還是很有幫助的，我們

31、可以把課堂上的理論同實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)，一方面加強(qiáng)了對(duì)理論知識(shí)的理解，另一當(dāng)面也增強(qiáng)了動(dòng)手實(shí)踐的能力。在以后的學(xué)習(xí)工作過(guò)程中，我們應(yīng)該努力思考，把學(xué)習(xí)中的各種經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用到工作中。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王兆安，黃俊，電力電子技術(shù)，第4版，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.</p><p>　　[2] 王

32、兆安，張明勛，電力電子設(shè)備設(shè)計(jì)和應(yīng)用手冊(cè)，第2版，北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[3] 陳治明，電力電子器件基礎(chǔ)，北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[4] 李序葆，趙永健，電力電子器件及其應(yīng)用，北京，機(jī)械工業(yè)出版社，1996</p><p>　　[5] 李響初，數(shù)字電路基礎(chǔ)與應(yīng)用，北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2008</p&g