交直流通用型調(diào)壓器設(shè)計(jì)報(bào)告【浙江理工大學(xué)】.doc

大型電氣課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū) 題 目： 交直流通用型調(diào)壓器設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化XX（X）班 姓 名： XXX 學(xué) 號(hào)： XXXXXXXX 指導(dǎo)老師： XXX XXX 浙江理工大學(xué)本科大型電氣課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課題名稱交直流調(diào)壓（調(diào)速）器設(shè)計(jì)主要任務(wù)一、主要任務(wù)1、設(shè)計(jì)出通用型交直流調(diào)壓器，可用于直流電機(jī)及單相交流電機(jī)的調(diào)速。2、輸入電源：220V，50Hz單相交流電源。3、輸出：交流調(diào)壓：0220V AC 直流調(diào)壓：0220V DC 功率：大于或等于500W4、能通過(guò)簡(jiǎn)單的改變接線實(shí)現(xiàn)交、直流調(diào)壓器輸出的切換。5、具有過(guò)流保護(hù)功能。主要內(nèi)容本課題主要研究交直流調(diào)壓器的工作原理與設(shè)計(jì)，采用單向橋式全波整流，同步信號(hào)獲取，鋸齒波信號(hào)獲取，利用反相器放大電路方向，與控制電壓通過(guò)電壓比較器比較，經(jīng)推挽電路放大驅(qū)動(dòng)信號(hào)功率，調(diào)節(jié)控制電壓控制MOSFET導(dǎo)通角，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)壓目的。該同學(xué)主要工作是各模塊控制電路的設(shè)計(jì)，實(shí)際電路的焊接、測(cè)試與實(shí)現(xiàn)。基本內(nèi)容：1、設(shè)計(jì)交直流調(diào)壓器總體方案；2、主回路設(shè)計(jì)；3、同步信號(hào)、鋸齒波發(fā)生電路設(shè)計(jì)；4、調(diào)壓控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)；5、MOSFET驅(qū)動(dòng)電路與過(guò)流保護(hù)電路設(shè)計(jì)；6、記錄波形分析數(shù)據(jù)。主要參考資料及文獻(xiàn)閱讀任務(wù)一、主要參考文獻(xiàn)1、電力電子技術(shù)，王兆安，機(jī)械工業(yè)出版社；2、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及工程應(yīng)用 ，林敏，國(guó)防工業(yè)出版社；3、Protel DXP 2004電路設(shè)計(jì)與制版；目錄1.設(shè)計(jì)指標(biāo)12.設(shè)計(jì)要求分析13.電路設(shè)計(jì)23.1主回路23.2同步信號(hào)獲取23.3鋸齒波發(fā)生電路設(shè)計(jì)33.4調(diào)壓控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路33.5 MOSFET驅(qū)動(dòng)電路43.6過(guò)電流保護(hù)電路44.實(shí)驗(yàn)性電路試驗(yàn)55.PCB版設(shè)計(jì)56.焊接57.結(jié)束語(yǔ)6 浙江理工大學(xué)大型電氣課程設(shè)計(jì) 交直流通用型調(diào)壓器設(shè)計(jì)1. 設(shè)計(jì)指標(biāo)1、設(shè)計(jì)出通用型交直流調(diào)壓器，可用于直流電機(jī)及單相交流電機(jī)的調(diào)速。2、輸入電源：220V，50Hz單相交流電源。3、輸出：交流調(diào)壓：0220V AC直流調(diào)壓：0220V DC功率：大于或等于500W4、能通過(guò)簡(jiǎn)單的改變接線實(shí)現(xiàn)交、直流調(diào)壓器輸出的切換。5、具有過(guò)流保護(hù)功能。2.設(shè)計(jì)要求分析第1頁(yè)浙江理工大學(xué)大型電氣課程設(shè)計(jì)1、主回路可以采用但功率MOSFET控制的交、直流通用型調(diào)壓電路，通過(guò)簡(jiǎn)單的變換接線方式，實(shí)現(xiàn)輸出的交流、直流變化。2、設(shè)計(jì)合理的同步電路，解決導(dǎo)通控制信號(hào)與主電路的同步問(wèn)題。導(dǎo)通控制信號(hào)為MOSFET驅(qū)動(dòng)信號(hào)，不能采用原用于可控硅SCR的觸發(fā)脈沖信號(hào)。3、設(shè)計(jì)合理的MOSFET驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)主電路的控制，要簡(jiǎn)單，低耗。4、由于要與主電源同步，驅(qū)動(dòng)信號(hào)應(yīng)與同步電路協(xié)調(diào)，輸出與電源同步的信號(hào)。5、由于是可關(guān)斷的MOSFET器件，應(yīng)能設(shè)計(jì)出更好的過(guò)流保護(hù)電。整體的電路框圖設(shè)計(jì)如下：調(diào)壓電路 輸出電源電路驅(qū)動(dòng)信號(hào)鋸齒波發(fā)生器同步信號(hào)浙江理工大學(xué)大型電氣課程設(shè)計(jì)3電路設(shè)計(jì)3.1 主回路采用通用型交、直流調(diào)壓電路作為主回路，具體電路如下：D1D4作為不可控整流電路，控制環(huán)節(jié)由Q1來(lái)實(shí)現(xiàn)，D5為直流輸出時(shí)的續(xù)流元件，防止Q1受反電勢(shì)沖擊損壞。工作原理：（1） 作為直流調(diào)壓器使用時(shí)，短路1、2端子，負(fù)載接入3、4端子?？刂芃OSFET的通斷，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。（2） 作為交流調(diào)壓器使用時(shí)，短路3、4端子，負(fù)載接入1、2端子。3.2 同步信號(hào)獲取同步信號(hào)的目的就是與主電源的過(guò)零點(diǎn)同步起來(lái)。同步獲取電路與電源電路結(jié)合，省掉同步信號(hào)的變壓器繞組，直接通過(guò)主電源電路的整流電路來(lái)獲取。電路設(shè)計(jì)如下：第2頁(yè)浙江理工大學(xué)大型電氣課程設(shè)計(jì)D5起隔離作用，這樣UA的波形為全波整流波形，不受后級(jí)的濾波電容影響。R1，R2，C3為濾波電路，由于回路工作模式為波形切塊運(yùn)行，會(huì)引入很多的諧波分量，如不加濾波電路易受干擾，尤其是輸出電壓低時(shí)。工作時(shí)?？梢缘玫紺點(diǎn)的與主回路過(guò)零點(diǎn)同步的短路信號(hào)，每次主回路過(guò)零時(shí)，C點(diǎn)均受到短路，保持與主回路的同步關(guān)系。3.3 鋸齒波發(fā)生電路設(shè)計(jì)有了同步信號(hào)后，需產(chǎn)生一個(gè)鋸齒波信號(hào)，又鋸齒波信號(hào)來(lái)獲取調(diào)壓控制信號(hào)就相對(duì)簡(jiǎn)單了，所以需要利用同步信號(hào)來(lái)產(chǎn)生一個(gè)鋸齒波波形。具體電路如下：鋸齒波發(fā)生電路是由同步信號(hào)與恒流充電電路組成，其中，R5、R6、R7、T3構(gòu)成一個(gè)恒流充電電路，給C4電容充電，恒流電流計(jì)算公式：I充=(12-0.7-12*R6/(R5+R6)/R7由于后級(jí)比較電路采用運(yùn)放單電源工作方式構(gòu)成，所以輸入電壓不能到0，為此電路中可以墊入一個(gè)二極管D6，使鋸齒波波形最低電壓變?yōu)?.7V，為后級(jí)電路正常工作做準(zhǔn)備。3.4 調(diào)壓控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路為了得到調(diào)壓控制信號(hào)，將Uc4電壓波形進(jìn)行處理，運(yùn)用運(yùn)放的反相放大電路。與控制電壓Uk作比較時(shí)可以得到不同導(dǎo)通角度的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)調(diào)壓控制的目的。反相放大電路如下所示：第3頁(yè)3.5 MOSFET驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)MOSFET可以選用專用的驅(qū)動(dòng)電路，但對(duì)于本店路而言，由于工作頻率降低而且沒(méi)有調(diào)制的高頻，所以驅(qū)動(dòng)電路可以選用簡(jiǎn)單的推完電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體電路如下：3.6過(guò)電流保護(hù)電路由于主回路有電流采樣電阻獲得了電流信號(hào)，利用這個(gè)信號(hào)設(shè)計(jì)一個(gè)可靠的過(guò)流保護(hù)電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的可靠保護(hù)。 第4頁(yè)浙江理工大學(xué)大型電氣課程設(shè)計(jì)4.實(shí)驗(yàn)性電路實(shí)驗(yàn)4.1同步信號(hào)的獲取同信號(hào)獲取電路采用與電源供電電路同一變壓器繞組，節(jié)省了一個(gè)繞組，這樣的設(shè)計(jì)能取得同步信號(hào)，對(duì)電源電路有影響，電源電路的電壓會(huì)變小了，同類型的電路可以采用半波整流電路。4.2鋸齒波信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)合理的參數(shù)使鋸齒波波形達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在鋸齒波發(fā)生電路上的C4、R5、R6、R7都會(huì)影響鋸齒波波形。設(shè)計(jì)時(shí)要注意電阻的合理取值、T3型號(hào)的選取。4.3驅(qū)動(dòng)信號(hào)的獲取驅(qū)動(dòng)信號(hào)采用比較器電路，而比較器由運(yùn)放組成，運(yùn)放為單電源供電。這樣在輸入控制電壓UK從0上升時(shí)，在低數(shù)值0時(shí)會(huì)造成比較器失控，為了克服這一問(wèn)題，可以在電源輸入的電路前加一個(gè)二極管D6，使得UK最低電位從0.7V開(kāi)始。4.4測(cè)試點(diǎn)的選擇為了調(diào)試方便，在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮設(shè)置測(cè)試信號(hào)，可以利用測(cè)試板構(gòu)建上述相關(guān)電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性電路的實(shí)驗(yàn)，確定可用性。有問(wèn)題的電路需重新設(shè)計(jì)，重新試驗(yàn)，直5.PCB板設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)允許安裝尺寸，設(shè)計(jì)相應(yīng)PCB板，盡量減少板的面積以節(jié)省成本。面積受限時(shí)，宜采用雙面封裝制版。需注意雙面焊接封裝電路板設(shè)計(jì)時(shí)，貼片元件宜集中于其中一面。為提高焊接質(zhì)量，降低焊接難度，貼片元件PCB封裝均比實(shí)物封裝大一個(gè)等級(jí)。電阻電容等均以1206型號(hào)PCB封裝對(duì)應(yīng)實(shí)物0805型號(hào)。6.焊接初次接觸貼片元件焊接的同學(xué)，在焊接時(shí)宜先用焊錫點(diǎn)一下焊盤(pán)一端，用鑷子擺正元件，先完成一邊的焊接，再完成另一邊。掌握一定技巧后，可以用焊錫點(diǎn)焊盤(pán)兩端，再用焊槍蘸點(diǎn)焊錫直接吸附元件放置在焊盤(pán)之上。焊接時(shí)還需注意先低后高的原則，同時(shí)對(duì)于有方向第5頁(yè)的元器件一定注意不能弄錯(cuò)方向。7.結(jié)束語(yǔ)此次課程設(shè)計(jì)相當(dāng)?shù)挠幸饬x，具有非常高的實(shí)用價(jià)值，不僅使我們對(duì)常用的電路諸如全控整流、鋸齒波發(fā)生電路運(yùn)算放大電路、過(guò)流保護(hù)電路、推挽電路等的實(shí)際應(yīng)用有了更加形象具體的認(rèn)識(shí)。而且對(duì)于整個(gè)交直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程和相關(guān)模塊