74电力电子技术课程设计

1《电力电子技术》课程设计课程名称电力电子技术设计题目单相交流电源晶闸管无触点自动稳压器专业班级电气1081班学生姓名学号指导教师设计时间成绩教师签字2目录一、设计意义…………………………………………………………3二、设计内容…………………………………………………………3三、设计要求…………………………………………………………3四、设计程序…………………………………………………………31、设计要求与原始资料……………………………………………32、系统总体设计……………………………………………………33、系统环节电路设计………………………………………………43.1电源控制、显示与保护电路设计………………………………43.2自耦变压器设计…………………………………………………53.3晶闸管选择………………………………………………………53.4调压算法设计……………………………………………………63.5调压控制电路设计………………………………………………73.6输出电压电流表选择……………………………………………10五、系统电路图………………………………………………………10六、元器件清单………………………………………………………10七、相关性能,调试,使用,改进说明…………………………………12八、设计总结…………………………………………………………12九、附图………………………………………………………………133摘要：本次设计是一个单相交流电源自动稳压器，通过变压整流、然后再调压控制，选通给定的触发电路，最后输出电路，达到稳压的效果，是一个综合性的设计性实验。由于此设计使用大功率晶闸管来控制调压，因而工作十分可靠，使用寿命极长，能连续无故障运行。除此之外，此设计有稳定性能好，效率特高等优点。关键词：电源控制变压整流调压控制选通给定触发晶闸管冷却设计一、设计意义：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、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200~240V，输出220±5V三、设计要求：1.按进度安排进行设计。2.个人独立为主完成全部设计。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：16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6.设计步骤：1)变压器设计2)晶闸管计算，选择；冷却设计3)控制电路设计4)触发电路设计5)开关保护与显示电路设计6)相关实验7)设计报告四、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15A1.2电源输入电压：单相交流50HZ，200~240V1.3输出空载电压：220±5V41.4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：（1）系统总体结构图：（2）系统总体说明：当LN两端输入电压ui=200~240V时，电路经过了过流保护装置，按下启动开关，开关控制电路电源显示，说明电路正处于工作状态，按下停止开关，则电路开关断开，电路停止工作；然后电压经过过压保护装置，送到调压控制装置和自藕变压器，在调压控制下，触发晶闸管，从而控制自藕变压器变比k，选择输出档位，最后电压ui经过自藕变压器，输出电压范围为：uo=217~223V3、系统环节电路设计3.1电源控制、显示与保护电路设计：5(1)电路图（电源开关S1、接触器与起动S2/停止控制电路S4、发光二极管电路D1,熔断器F1、压敏电阻R2）如下：D1S1S2S31KR1F11KR2S4K1JCLN200~240V(2).工作原理说明：1、电路闭合工作原理：当电源开关S1闭合，输入电压ui(200~240V)经过电路熔断器（防止过流），按下开关S2，接触器JC处于工作导通作态，使开关K1、S3闭合，从而电路导通,开始工作。2、电路断开工作原理：按下开关S4，开关电路断开，接触器JC使开关K1、S3断开，从而整个电路断开，这时电路处于关闭状态。3.2自耦变压器设计(1)电路图如下：Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8G1G2G3G4G5G6G7G8239.0V232.5V226.0V220.0V214.0V208.5V197.5V203.0V(2)输入额定电压：220V输入额定电流：15A(3)输出额定电压分档：选取设计电路最终输出电压uo=217~223V，因此变比K=223/217=1.0276。自藕变压器输出额定电压为：6U1=K3*220V=239.0V;U2=K2*220V=232.5V;U3=K*220V=226.0V;U4=220.0V;U5=220V/K=214.0V;U6=220V/K2=208.5V;U7=220V/K3=203.0V;U8=220V/K4=197.5V所以输出额定电压分档如下：分档12345678U（V）239.0232.5226.0220.0214.0208.5203.0197.53.3晶闸管选择：双向晶闸管：电压:(2~3)*电源峰值电压=1000V电流有效值:(2~3)*额定电流=50A选型:确定触发电流I=0.01A3.4调压算法设计：(1)作(M语言)变压器输入/(各档)输出特性图：ui=200:1:240k=223/217u1=uiu2=k*u1u3=k*u2u4=k*u3u5=u1/ku6=u5/ku7=u6/ku8=u7/kplot(ui,u1,ui,u2,ui,u3,ui,u4,ui,u5,ui,u6,ui,u7,ui,u8)7VDD(2)确定输入电压—输出档/输出电压对应表：（计算:略）3.5调压控制电路设计(1)输入电压检测与控制电源电路设计：1、电路图：T1220V6VD3Bridge11uFC10.33uFC2500R4IN32OUT1GNDW7805ViBACVcc输入电压ui(V)199.90205.48205.48~211.16211.16~217.00217.00~223.00223.00~229.17229.17~235.50235.50~242.01242.01~248.71输出档123456788V1VCC2、工作原理说明：电路中，整流部分采用了四个二极管组成的桥式整流器成品；经稳压器W7805后输出电压为Vcc=5V，最大输出电流为1.5A；电路中电容C2用于抵消输入线教长是的电感效应，以防止电路产生自激真振荡，其容量较小；电容C1用于消除输出电压中的高频噪声，可取1uF，以便输出较大的脉冲电流。(2)输入电压判别与输出档选择电路设计：1、电路图:100uFC3100uFC4500R5R15R8R10R7R9R11R12R14R1348657U5B23418U6A48657U6B48657U7B23418U4A48657U4B23418U1A23418U7AViVccUr1Ur2Ur3Ur4Ur5Ur6Ur7Ur82、工作原理说明：电路图中，Vcc为控制电源电路中经过稳压器W7805输出电压为Vcc=5V，经过可变电阻R7~R14调压，得出每个给定参考电压ur，输出档如下表所示；Vi为输入电压200~240V经过变压器变比为K=6/220降压后的电压，再经过R5、C3、C4滤波，然后经过可变电阻R15进行调压，得到最终输入电压ui=Ui/Ki(其中设Ki=55，Ui为调压控制电路输入电压uAB=200~240V)送到每个比较器的“+”端，再与给定参考电压ur经过比较器进行电压判别比较，最后决定每个比较器输出端的高低电平。ur1=205.48/55=3.74V;ur2=211.16/55=3.84V;ur3=217.00/55=3.95V;ur4=223.00/55=4.06V;ur5=229.17/55=4.17V;ur6=235.50/55=4.28V;ur7=242.01/55=4.40V;ur8=248.71/55=4.52V9VDD(3)触发电路设计：1、电路图：A1B2C3OE2A4OE2B5OE16Y77GND8Y69Y510Y411Y312Y213Y114Y015VCC16U3SN74LS138DI010I111I212I313I41I52I63I74EI5EO15GS14A09A17A26VCC16GND8U2SN74LS148DVcc65432178G1G2G3G4G5G6G7G82、工作原理说明：74LS148芯片引脚图，它有I0~I7八个输入端，其中，I0为最低位，I7为最高位。有三个输出端A0~A2。E1为输入使能端，低电平有效，E1=0时，编码器工作，E1=1时，输出均为高电平，编码器不工作。E0为输出使能端。GS为片选优先编码输出端，当E1为0，且至少有一个输入端有编码请求（即逻辑0）时，GS为0，表明编码处于工作状态，否则为1。当两根或两根以上的输入线电平为0时，输出就产生代表输入线中出现0的最高位线的编码，即输出“优先”以高位线出现0的输入来进行编码，而不管比它低的各位线是否出现0。74LS148真值表输入输出E101234567A2A1A0GsE01ФФФФФФФФ1111101111111111101输入电压Ui(V)199.95~205.48205.48~211.16211.16~217.00217.00~223.00223.00~229.17229.17~235.50235.50~242.01242.01~248.71输出ui=Ui/Ki3.64~3.743.74~3.843.84~3.953.95~4.064.06~4.174.17~4.284.28~4.404.40~4.52输出档12345678给定ur(V)3.743.843.954.064.174.284.404.52100ФФФФФФФ0000100ФФФФФФ01001100ФФФФФ011010100ФФФФ0111011100ФФФ01111100100ФФ011111101100Ф01111111101000111111111110注：Ф为任意状态74LS138芯片引脚。其中三根地址输入线C，B，A，它们共有八种状态的组合，即可译出8个输出信号Y0~Y7。G1、G2A和G2B为三个使能输入端，对于正逻辑，当G1为1，且G2A和G2B为0时，译码器处于工作状态。74LS138真值表输入输出G1G2AG2BCBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y70ФФФФФ11111111Ф10ФФФ11111111Ф01ФФФ111111111000000111111110000110111111100010110111111000111110111110010011110111100101111110111001101111110110011111111110注：Ф为任意状态3.6输出电压电流表选择：输出电压表：量程为350V电压表输出电流表：选带电阻的分流器电流表，量程为20A分流器电流表11五、系统电路图（附于最后）六、元器件清单编号名称Description符号封装数量型号(规格)1分流器电流表ShuntammeterA1FL-220A2电压表VoltageMeterV1XJ92300V3光敏二极管PhotosensitiveDiodeD1PIN21Ф54熔断器FuseF1PIN-W2/E2.81SMD5接触开关Dual-PoleSingle-ThrowRelayK1DIP-P6/D331DB56双向二级管SiliconBidirectionalTriodeThyristorQ1SFM-T3/A2.4V1DB37双向二级管SiliconBidirectionalTriodeThyr