单相交流电源自动稳压器课程设计

《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2000~240V，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15A1.2、电源输入电压：单相交流50HZ，200~240V1.3、输出空载电压：220±ΔV=220±5V1.4、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：4.5~5A压敏电阻耐压：450v电阻阻值:R1:150ΩR2:150Ω接触器电压：AC220V电容：5μF（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50HZ200~240V空载输出电压分档：220V/220V，220V±8，220V±16，220V±24根据等差分档原则：K=222/214=1.037最低档Ul=(220/240)*222=203.5最高档Um=（220/200）*214/0.95=247.8U2k*U1=211.1△U=211.1-203.5=7.6V取档差ΔV=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1234567U0（V）196204212220228236244（3）电路图：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:(2~3)*电源峰值电压=800V电流有效值:(2~3)*额定电流=50A。选型：确定触发电流20mA3.5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20A3.6、控制电路设计（1）控制电源电路电路图切换晶闸管时，交流过0信号us下沿用于切换晶闸管。比较器可用LM324。同步信号输出波形：12V（2）触发电路(3)输出电压检测电路U0=UL时调R3使u0=0.2~0.4V。U0=UH时调RW2使u0~3.5V，比运放饱和电压低0.2V。即U0=UL~UH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：工作原理说明本设计是7档自动换档调压设计，对0~3.84V的输入电压分七档，各档输入电压变化范围分别为：本设计用的ADC0808为八位分辨率的A/D转换器，当输入0~5V电压时，对应的数字量为00H~FFH,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：B0H~B7HB7H~BEHBEH~C5HC5H~CCHCCH~D3HD3H~DAHDAH~E1HE1H~E8H档差为8。外部输入电压uo通过变压器和整流器，转化成A/D转换器ADC0808可以接受的0~5V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~Uo（V）244～236236～228228～220220～212212～204204～200200～196输出档7654321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，单片机AT89C51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,同时显示对应的输出电压。调压算法设计闭环离散I算法输出电压Uo220-5=215V已输出最高档？:Y保持N上调1档输出电压Uo220+5=225V已输出最低档？:Y保持N下调1档(2)控制周期TUo检测电路稳定时间,取20个工频周期。流程图开始,导通中间档启动A/D转换，输入U0U0215V否是已输出最高档？输出并显示U0225V否是延时数字滤波下调一档已输出最低档？上调一档否是五、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1FU1、FU2自恢复保险丝RF-090B熔断电流I=25A22S1空气开关DZ10-250Ie=201JC接触器JGL-220V-40A14QA常开按钮LA10-2H-220V-4015TA常闭按钮LA10-2H-220V-4016R1碳膜电阻150Ω1/4W±5%17R2碳膜电阻150Ω1/4W±5%18R3线绕电位器WX05019R4碳膜电阻5.1Ω1/4W±5%110R5碳膜电阻5.1Ω1/4W±5%111R6线绕电位器WL148112R7碳膜电阻100Ω1/4W±5%113YM压敏电阻14D471K114LED发光二极管AD22115D2普通整流二极管IN4001116D3稳压二极管2DW7A117VT1～VT8双向晶闸管BTA06-600C818U1～U8光电耦合器IC802819D1～D3单相整流桥1B4B42420C1铝电解电容50V4.7UF121C2铝电解电容10V150UF122C3铝电解电容10V150UF123C4铝电解电容10V150UF124C5铝电解电容10V150UF125P1运算放大器LMV3581单片机设计部分元器件26U1集成电路AT89C51127U2集成电路74LS28228U3集成电路NOT129U5集成电路ADC0808130C1,C2电容30nf231C3电容10uf132R10电阻10k133X1晶振CRYSTAL1七、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=200~240V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AT89C513）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、DXPProtel、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、DXPProtel、Multisim仿真软件，完成了此次课程设计。同时，查阅了许多有关单相交流电源自动稳压器的知识，了解到这一方面的发展。最后，由于这次课程设计涉及的知识广，设计需要较长时间，需要强调的是在大三接近期末这段时间来做这个设计，对我们来说很痛苦的。因此建议老师以后可以适当将设计时间延长，可以延迟到暑假阶段，让我们有充沛的时间去完成，并且更加充分运用知识，通过实践去将理论知识更加深入理解。