電力電子技術(shù)課程設(shè)計觸摸式調(diào)光臺燈電源的設(shè)計

1、電力電子技術(shù)課程設(shè)計報告 觸摸式調(diào)光臺燈電源的設(shè)計 課程設(shè)計指導(dǎo)教師評定成績表項目分值優(yōu)秀(100>x90)良好(90>x80)中等(80>x70)及格(70>x60)不及格(x<60)評分參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)態(tài)度15學(xué)習(xí)態(tài)度認真，科學(xué)作風(fēng)嚴謹，嚴格保證設(shè)計時間并按任務(wù)書中規(guī)定的進度開展各項工作學(xué)習(xí)態(tài)度比較認真，科學(xué)作風(fēng)良好，能按期圓滿完成任務(wù)書規(guī)定的任務(wù)學(xué)習(xí)態(tài)度尚好，遵守組織紀律，基本保證設(shè)計時間，按期完成各項工作學(xué)習(xí)態(tài)度尚可，能遵守組織紀律，能按期完成任務(wù)學(xué)習(xí)馬虎，紀律渙散，工作作風(fēng)不嚴謹,不能保證設(shè)計時間和進度技術(shù)水平與實際能力25設(shè)

2、計合理、理論分析與計算正確，實驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，有很強的實際動手能力、經(jīng)濟分析能力和計算機應(yīng)用能力，文獻查閱能力強、引用合理、調(diào)查調(diào)研非常合理、可信設(shè)計合理、理論分析與計算正確，實驗數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，有較強的實際動手能力、經(jīng)濟分析能力和計算機應(yīng)用能力，文獻引用、調(diào)查調(diào)研比較合理、可信設(shè)計合理，理論分析與計算基本正確，實驗數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，有一定的實際動手能力，主要文獻引用、調(diào)查調(diào)研比較可信設(shè)計基本合理，理論分析與計算無大錯，實驗數(shù)據(jù)無大錯設(shè)計不合理，理論分析與計算有原則錯誤，實驗數(shù)據(jù)不可靠，實際動手能力差，文獻引用、調(diào)查調(diào)研有較大的問題創(chuàng)新10有重大改進或獨特見解，有一定實用價值有較大改進或新穎的見解，實用

3、性尚可有一定改進或新的見解有一定見解觀念陳舊論文(計算書、圖紙)撰寫質(zhì)量50結(jié)構(gòu)嚴謹，邏輯性強，層次清晰，語言準(zhǔn)確，文字流暢，完全符合規(guī)范化要求，書寫工整或用計算機打印成文；圖紙非常工整、清晰結(jié)構(gòu)合理，符合邏輯，文章層次分明，語言準(zhǔn)確，文字流暢，符合規(guī)范化要求，書寫工整或用計算機打印成文；圖紙工整、清晰結(jié)構(gòu)合理，層次較為分明，文理通順，基本達到規(guī)范化要求，書寫比較工整；圖紙比較工整、清晰結(jié)構(gòu)基本合理，邏輯基本清楚，文字尚通順，勉強達到規(guī)范化要求；圖紙比較工整內(nèi)容空泛，結(jié)構(gòu)混亂，文字表達不清，錯別字較多，達不到規(guī)范化要求；圖紙不工整或不清晰指導(dǎo)教師評定成績：指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日自動化學(xué)院2

4、008級自動化專業(yè)電力電子技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書一、課程設(shè)計的教學(xué)目的和任務(wù)電力電子技術(shù)是研究利用電力電子器件、電路理論和控制技術(shù)，實現(xiàn)對電能的控制、變換和傳輸?shù)目茖W(xué)，其在電力、工業(yè)、交通、通信、航空航天等很多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。電力電子技術(shù)不但本身是一項高新技術(shù)，而且還是其它多項高新技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。因此，提高學(xué)生的電力電子領(lǐng)域綜合設(shè)計和綜合應(yīng)用能力是教學(xué)計劃中必不可少的重要一環(huán)。通過電力電子技術(shù)的課程設(shè)計達到以下幾個目的：1、培養(yǎng)學(xué)生文獻檢索的能力，特別是如何利用intel網(wǎng)檢索需要的文獻資料。2、培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。3、培養(yǎng)學(xué)生運用知識的能力和工程設(shè)計的能力。4、提

5、高學(xué)生的電力電子裝置分析和設(shè)計能力。5、提高學(xué)生課程設(shè)計報告撰寫水平。二、課程設(shè)計的基本要求1. 教師確定方向，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生自立題目注意事項： 所立題目必須是某一電力電子裝置或電路的設(shè)計，題目難度和工作量要適應(yīng)在一周內(nèi)完成，題目要結(jié)合工程實際。學(xué)生也可以選擇規(guī)定題目方向外的其他電力電子裝置設(shè)計，如開關(guān)電源、調(diào)光燈、鎮(zhèn)流器、ups電源等，但不允許選擇其他班題目方向的內(nèi)容設(shè)計（復(fù)合變換除外）。 通過圖書館和intel網(wǎng)廣泛檢索和閱讀自己要設(shè)計的題目方向的文獻資料，確定適應(yīng)自己的課程設(shè)計題目。自立題目后，首先要明確自己課程設(shè)計的設(shè)計內(nèi)容。要給出所要設(shè)計裝置（或電路）的主要技術(shù)數(shù)據(jù)（如輸入要求

6、，輸出要達到的目標(biāo)，裝置容量的大小以及裝置要具有哪些功能）。如：直流電動機調(diào)壓調(diào)速可控整流電源設(shè)計主要技術(shù)數(shù)據(jù)輸入交流電源：三相380v10% f=50hz直流輸出電壓：0220v50220v范圍內(nèi)，直流輸出電流額定值100a直流輸出電流連續(xù)的最小值為10a設(shè)計內(nèi)容：整流電路的選擇整流變壓器額定參數(shù)的計算晶閘管電流、電壓額定的選擇平波電抗器電感值的計算保護電路的設(shè)計觸發(fā)電路的設(shè)計畫出完整的主電路原理圖和控制電路原理圖2. 在整個設(shè)計中要注意培養(yǎng)靈活運用所學(xué)的電力電子技術(shù)知識和創(chuàng)造性的思維方式以及創(chuàng)造能力。要求具體電路方案的選擇必須有論證說明，要說明其有哪些特點。具體電路元器件的選擇應(yīng)有計算和說

7、明。課程設(shè)計從確定方案到整個系統(tǒng)的設(shè)計，必須在檢索、閱讀及分析研究大量的相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，經(jīng)過刨析、提煉，設(shè)計出所要求的電路（或裝置）。課程設(shè)計中要不斷提出問題，并給出這些問題的解決方法和自己的研究體會。（注意：所確定的主電路方案如果沒有論證說明，成績不能得優(yōu)；設(shè)計報告最后給出設(shè)計中所查閱的參考文獻最少不能少于5篇，且文中有引注，否則也不能得優(yōu)）。3. 在整個設(shè)計中要注意培養(yǎng)獨立分析和獨立解決問題的能力。要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，獨力完成所設(shè)計的系統(tǒng)主電路和控制電路等詳細的設(shè)計（包括計算和器件選型），嚴禁抄襲。4. 課題設(shè)計的主要內(nèi)容是主電路的設(shè)計，主電路的分析說明，主電路元器件的計算和選型，以

8、及控制電路設(shè)計。 5. 課題設(shè)計報告要求圖表規(guī)范，文字通順，邏輯性強。課題設(shè)計報告字數(shù)5000字左右。三、課程設(shè)計的工作計劃課程設(shè)計時間5天。第1天上午，指導(dǎo)教師向?qū)W生講授課程設(shè)計的目的、任務(wù)、設(shè)計方法和注意事項。第1天下午和第2天學(xué)生到圖書館和intel網(wǎng)上按照指導(dǎo)教師的要求查找所需要的文獻，并在閱讀分析中確定自己的研究題目、技術(shù)數(shù)據(jù)和設(shè)計內(nèi)容，交指導(dǎo)教師審閱。第3天學(xué)生的主要任務(wù)是確定方案。第4天和第5天，學(xué)生的任務(wù)是綜合所學(xué)知識，進行主電路和控制電路的設(shè)計，撰寫課程設(shè)計報告。四、各班的題目方向1班題目方向：相控整流技術(shù)的工程應(yīng)用2班題目方向：斬波技術(shù)的工程應(yīng)用 3班題目方向：交流調(diào)壓或交

9、流調(diào)功技術(shù)的工程應(yīng)用 4班題目方向：無源逆變技術(shù)的工程應(yīng)用目 錄1 引言12 觸摸式調(diào)光臺燈的電源設(shè)計的基本要求13 觸摸式調(diào)光臺燈的電源電路總體方案的設(shè)計及相關(guān)原理13.1 基本電路圖及相關(guān)原理13.2 方案論證24 觸摸式調(diào)光臺燈的電源主電路設(shè)計及參數(shù)計算24.1 主電路設(shè)計24.2參數(shù)計算45 觸摸式調(diào)光臺燈的電源觸發(fā)電路4 51控制電路設(shè)計4 52控制電路中注意的問題66 保護電路67 課程設(shè)計總結(jié)6參考文獻7觸摸式調(diào)光臺燈的電源設(shè)計1 引言電力電子技術(shù)是一門新興的應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)，就是使用電力電子器件（如晶閘管，gto，igbt等）對電能進行變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)所變

10、換的“電力”功率可大到數(shù)百mw甚至gw，也可以小到數(shù)w甚至1w以下，和以信息處理為主的信息電子技術(shù)不同電力電子技術(shù)主要用于電力變換。隨著科技的不斷發(fā)展和人們要求的不斷提高，電力電子技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛?！?】交流調(diào)壓電路廣泛應(yīng)用于燈光控制（如調(diào)光臺燈和舞臺燈光控制）及異步電動機的軟啟動，也用于異步電動機調(diào)速。本次課程設(shè)計，我設(shè)計的是一個觸摸式調(diào)光臺燈【4】的電源的設(shè)計。臺燈是我們生活中的重要的生活用品，我們正在進入一個低碳的社會，節(jié)約能源成了我們生活重要的一部分。而觸摸式調(diào)光臺燈則可以幫助我們節(jié)約能源。2觸摸式調(diào)光臺燈的電源設(shè)計的基本要求21主要技術(shù)指標(biāo)輸入：單相220v交流電壓，f=50hz

11、輸出：單相交流電壓 0220v22電源的設(shè)計要求1具有交流調(diào)壓的功能2具有輸出電壓可調(diào)的功3具有保護電路和電子器件的功能3觸摸式調(diào)光臺燈的電源電路總體方案設(shè)計及相關(guān)原理31基本電路圖及相關(guān)原理現(xiàn)在市場上調(diào)光臺燈的種類繁多，經(jīng)過對比之后，我決定選擇一下設(shè)計方案來設(shè)計我的觸摸式調(diào)光臺燈電源的設(shè)計，電路中應(yīng)用晶閘管來調(diào)節(jié)輸出電壓?！?】圖1電路設(shè)計的總體方案基本原理：調(diào)光臺燈電源的設(shè)計由主電路和控制電路。主電路采用的是交流調(diào)壓電路，我采用雙向晶閘管來代替兩個晶閘管的反并聯(lián)串入電路中。我們通過控制雙向晶閘管的觸發(fā)角的大小來調(diào)節(jié)輸出電壓。而晶閘管的觸發(fā)則采用芯片ba2101來控制。ba2101是一個觸摸

12、高靈敏度的集成電路，我們通過觸摸m來使芯片來調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角，從而來調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。在電路中有加入了一個電感和電容來組成低通濾波器，用來防止臺燈產(chǎn)生的高次諧波輻射對其它電器的影響，比如手機、電腦等。32方案論證通過與市場先在流行的調(diào)光臺燈電源的對比，通過觸摸式的控制，使人能夠更加方便地調(diào)節(jié)?，F(xiàn)在國家正在提倡低碳社會，而觸摸式調(diào)光臺燈電源的設(shè)計可以充分地幫助我們節(jié)約電能。通過一個集成的ba2101芯片簡化了電路，卻能夠方便的實現(xiàn)觸摸控制，對比傳統(tǒng)的一個開關(guān)的臺燈電源設(shè)計，本設(shè)計有較大的優(yōu)勢。同時新穎的觸摸式調(diào)光設(shè)計也能夠吸引人們的眼球。4觸摸式調(diào)光臺燈的電源主電路設(shè)計及參數(shù)計算41主電路設(shè)

13、計主電路我們采用的是交流調(diào)壓的方式。所謂的交流調(diào)壓就是把兩個晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，在每半個周波內(nèi)通過對晶閘管開通相位的控制，可以方便地調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值，這種電路稱為交流調(diào)壓電路?！?】相位控制交流調(diào)壓又稱相控調(diào)壓，是交流調(diào)壓中的最基本的控制方式，應(yīng)用最為廣泛。主電路如圖2所示： 圖2單相交流調(diào)壓電路圖3 電路輸入、輸出電壓和電流波形圖【2】單相交流調(diào)壓電路的工作原理：單相交流調(diào)壓電路的基本工作原理是：在 u1的正半周和負半周，對雙向晶閘管分別開通角進行控制就可以調(diào)節(jié)輸出電壓，正、負半周 起始時刻（ =0）均為電壓過零時刻。穩(wěn)態(tài)時，正、負半周的 相等，負載電壓波形是電源電壓波形的一

14、部分，帶電阻性負載時負載電流（也即電源電流）和負載電壓的波形相同。42參數(shù)計算由主電路圖可知，電路中主要應(yīng)用帶電力電力器件。下面我們來進行參數(shù)運算，選擇合適的電力電子器件。主電路中，我們可以看成是電阻性負載，由所學(xué)知識可知，晶閘管承受的的最大正向電壓和最大反向電壓為2u1。流過晶閘管的電流和流過小燈的電流相同。選用晶閘管時，額定電壓要留有一定裕量，一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓的23倍【2】，即ut(av)=(23)2u1電路中流過燈泡的電流有效值為it,當(dāng)控制角=0o時，it=（u/r）a。晶閘管的通態(tài)平均電流it(av）選取時考慮到一定的安全裕量，即it(av)=(1.52

15、)it1.57我們選用220v，20w的臺燈，則由計算可得臺燈的電阻大小r=2420，流過臺燈的有效電流為it=0.0909a=90.9ma。根據(jù)上述公式可求得，要選取的晶閘管必須滿足以下要求：額定電壓為622.25933.38v,額定電流為86.8115.8ma。5觸摸式調(diào)光臺燈的電源觸發(fā)電路51控制電路的設(shè)計 ba2101是bec公司生產(chǎn)的專用于調(diào)光臺燈的集成電路，它具有高觸摸靈敏度的控制特性，可適用于金屬感應(yīng)面板控制。ba2101芯片可適用于50hz60hz兩種交流市電頻率，其控制方式為三段式步進亮度及開關(guān)控制，即每觸摸一次臺燈上的金屬感應(yīng)電極，臺燈亮度按“弱光、中光、強光、關(guān)、弱光”變

16、化?！?】ba210l典型應(yīng)用電路如圖4 所示。直流電源由vd1、vs、r3和c4組成，通電后在c4的兩端可獲得9v左右的直流電壓供集成電路用電，r4為集成電路提供交流同步信號，r5是集成電路外接振蕩電阻器，c3是隔離安全電容，m為觸摸電極。 當(dāng)人手觸摸電極m時，人體感應(yīng)的交流雜波信號經(jīng)c3、r8、r7送到集成電路第腳，經(jīng)集成電路ba2101內(nèi)部電路處理后，第腳輸出觸發(fā)信號經(jīng)c1、rl加至晶閘管的門極，使vth導(dǎo)通，電燈e點亮；第二次觸摸m時，可改變第腳輸出脈沖前沿到達時間，因而可使燈光的亮度發(fā)生變化。反復(fù)觸摸m，燈的亮度就按“弱光、中光、強光、關(guān)、弱光”循環(huán)變化。改變放電電阻r6的大小和放電

17、電容c2的數(shù)值就可以改變各檔亮度的差異。該電路非常適用于臺燈、壁燈和電風(fēng)扇的調(diào)速控制。【3】vth采用mac94a4型觸發(fā)電流較小的小型塑封雙向晶閘管、vd1采用in4004、vd2、vd3采用1n4148型開關(guān)二極管、vs采用2cw57、r3采用rj2w型金屬膜電阻器，其余的電阻用rtx-l/8w型碳膜電阻器，各電阻的阻值分別為r1為150、r2為10k、r3為39k、r4為2m、r5為620k、r6為2m、r7為470、r8為1k；c1用滌綸電容器；c2、c4用cd11-16v型電解電客器；c3采用耐高壓的cbb 1000v型聚丙稀電容器。電容量分別為c1為0.033f 、c2為l0f,、

18、c3為560pf、c4為47f?！?】 圖4 ba2101芯片的典型應(yīng)用電路我們將ba2101芯片接入電路中，發(fā)揮它的觸摸高靈敏度【4】，來實現(xiàn)我們的觸摸式調(diào)光臺燈電源的設(shè)計。52控制電路中注意的問題應(yīng)當(dāng)注意的是，控制電路的頻率需和主電路一致，能夠保證實現(xiàn)對主電路的控制作用。對于觸摸極，我們應(yīng)當(dāng)予以保護，以免觸摸極失效，從而失去對主電路的控制。6保護電路我們在設(shè)計好的電路，選取合適參數(shù)的電力電子器件的同時，也要注意對電路的保護，采取合適的過電壓保護、過電流保護、du/dt保護和di/dt保護是必要的。抑制du/dt，一般采用rc吸收電路即可，如圖5所示。抑制di/dt，我們采用圖6的方法。 圖5抑制du/dt 圖6抑制di/dt7課程設(shè)計總結(jié)通過本次課程設(shè)計，我對電力電子技術(shù)在生活中的應(yīng)用有了更深刻的體會，同時鞏固和提高了我所學(xué)的知識，尤其是有關(guān)交流調(diào)壓電路方面的知識。在本次課程設(shè)計中，我對于怎樣搜集資料、查找論文、提取自己所需要的知識，有了進一