交直流通用型調(diào)壓器設(shè)計報告【浙江理工大學】.doc

大型電氣課程設(shè)計報告書 題 目： 交直流通用型調(diào)壓器設(shè)計 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化XX（X）班 姓 名： XXX 學 號： XXXXXXXX 指導老師： XXX XXX 浙江理工大學本科大型電氣課程設(shè)計任務書課題名稱交直流調(diào)壓（調(diào)速）器設(shè)計主要任務一、主要任務1、設(shè)計出通用型交直流調(diào)壓器，可用于直流電機及單相交流電機的調(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、能通過簡單的改變接線實現(xiàn)交、直流調(diào)壓器輸出的切換。5、具有過流保護功能。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，采用單向橋式全波整流，同步信號獲取，鋸齒波信號獲取，利用反相器放大電路方向，與控制電壓通過電壓比較器比較，經(jīng)推挽電路放大驅(qū)動信號功率，調(diào)節(jié)控制電壓控制MOSFET導通角，從而實現(xiàn)調(diào)壓目的。該同學主要工作是各模塊控制電路的設(shè)計，實際電路的焊接、測試與實現(xiàn)?；緝?nèi)容：1、設(shè)計交直流調(diào)壓器總體方案；2、主回路設(shè)計；3、同步信號、鋸齒波發(fā)生電路設(shè)計；4、調(diào)壓控制驅(qū)動信號產(chǎn)生電路設(shè)計；5、MOSFET驅(qū)動電路與過流保護電路設(shè)計；6、記錄波形分析數(shù)據(jù)。主要參考資料及文獻閱讀任務一、主要參考文獻1、電力電子技術(shù)，王兆安，機械工業(yè)出版社；2、計算機控制技術(shù)及工程應用 ，林敏，國防工業(yè)出版社；3、Protel DXP 2004電路設(shè)計與制版；目錄1.設(shè)計指標12.設(shè)計要求分析13.電路設(shè)計23.1主回路23.2同步信號獲取23.3鋸齒波發(fā)生電路設(shè)計33.4調(diào)壓控制驅(qū)動信號產(chǎn)生電路33.5 MOSFET驅(qū)動電路43.6過電流保護電路44.實驗性電路試驗55.PCB版設(shè)計56.焊接57.結(jié)束語6 浙江理工大學大型電氣課程設(shè)計 交直流通用型調(diào)壓器設(shè)計1. 設(shè)計指標1、設(shè)計出通用型交直流調(diào)壓器，可用于直流電機及單相交流電機的調(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、能通過簡單的改變接線實現(xiàn)交、直流調(diào)壓器輸出的切換。5、具有過流保護功能。2.設(shè)計要求分析第1頁浙江理工大學大型電氣課程設(shè)計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，通過簡單的變換接線方式，實現(xiàn)輸出的交流、直流變化。2、設(shè)計合理的同步電路，解決導通控制信號與主電路的同步問題。導通控制信號為MOSFET驅(qū)動信號，不能采用原用于可控硅SCR的觸發(fā)脈沖信號。3、設(shè)計合理的MOSFET驅(qū)動電路，實現(xiàn)對主電路的控制，要簡單，低耗。4、由于要與主電源同步，驅(qū)動信號應與同步電路協(xié)調(diào)，輸出與電源同步的信號。5、由于是可關(guān)斷的MOSFET器件，應能設(shè)計出更好的過流保護電。整體的電路框圖設(shè)計如下：調(diào)壓電路 輸出電源電路驅(qū)動信號鋸齒波發(fā)生器同步信號浙江理工大學大型電氣課程設(shè)計3電路設(shè)計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來實現(xiàn)，D5為直流輸出時的續(xù)流元件，防止Q1受反電勢沖擊損壞。工作原理：（1） 作為直流調(diào)壓器使用時，短路1、2端子，負載接入3、4端子。控制MOSFET的通斷，實現(xiàn)調(diào)壓。（2） 作為交流調(diào)壓器使用時，短路3、4端子，負載接入1、2端子。3.2 同步信號獲取同步信號的目的就是與主電源的過零點同步起來。同步獲取電路與電源電路結(jié)合，省掉同步信號的變壓器繞組，直接通過主電源電路的整流電路來獲取。電路設(shè)計如下：第2頁浙江理工大學大型電氣課程設(shè)計D5起隔離作用，這樣UA的波形為全波整流波形，不受后級的濾波電容影響。R1，R2，C3為濾波電路，由于回路工作模式為波形切塊運行，會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。工作時?？梢缘玫紺點的與主回路過零點同步的短路信號，每次主回路過零時，C點均受到短路，保持與主回路的同步關(guān)系。3.3 鋸齒波發(fā)生電路設(shè)計有了同步信號后，需產(chǎn)生一個鋸齒波信號，又鋸齒波信號來獲取調(diào)壓控制信號就相對簡單了，所以需要利用同步信號來產(chǎn)生一個鋸齒波波形。具體電路如下：鋸齒波發(fā)生電路是由同步信號與恒流充電電路組成，其中，R5、R6、R7、T3構(gòu)成一個恒流充電電路，給C4電容充電，恒流電流計算公式：I充=(12-0.7-12*R6/(R5+R6)/R7由于后級比較電路采用運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二極管D6，使鋸齒波波形最低電壓變?yōu)?.7V，為后級電路正常工作做準備。3.4 調(diào)壓控制驅(qū)動信號產(chǎn)生電路為了得到調(diào)壓控制信號，將Uc4電壓波形進行處理，運用運放的反相放大電路。與控制電壓Uk作比較時可以得到不同導通角度的驅(qū)動信號，實現(xiàn)調(diào)壓控制的目的。反相放大電路如下所示：第3頁3.5 MOSFET驅(qū)動電路驅(qū)動MOSFET可以選用專用的驅(qū)動電路，但對于本店路而言，由于工作頻率降低而且沒有調(diào)制的高頻，所以驅(qū)動電路可以選用簡單的推完電路來實現(xiàn)。具體電路如下：3.6過電流保護電路由于主回路有電流采樣電阻獲得了電流信號，利用這個信號設(shè)計一個可靠的過流保護電路，實現(xiàn)對電路的可靠保護。 第4頁浙江理工大學大型電氣課程設(shè)計4.實驗性電路實驗4.1同步信號的獲取同信號獲取電路采用與電源供電電路同一變壓器繞組，節(jié)省了一個繞組，這樣的設(shè)計能取得同步信號，對電源電路有影響，電源電路的電壓會變小了，同類型的電路可以采用半波整流電路。4.2鋸齒波信號發(fā)生電路設(shè)計合理的參數(shù)使鋸齒波波形達到設(shè)計要求，在鋸齒波發(fā)生電路上的C4、R5、R6、R7都會影響鋸齒波波形。設(shè)計時要注意電阻的合理取值、T3型號的選取。4.3驅(qū)動信號的獲取驅(qū)動信號采用比較器電路，而比較器由運放組成，運放為單電源供電。這樣在輸入控制電壓UK從0上升時，在低數(shù)值0時會造成比較器失控，為了克服這一問題，可以在電源輸入的電路前加一個二極管D6，使得UK最低電位從0.7V開始。4.4測試點的選擇為了調(diào)試方便，在設(shè)計時需要考慮設(shè)置測試信號，可以利用測試板構(gòu)建上述相關(guān)電路進行實驗性電路的實驗，確定可用性。有問題的電路需重新設(shè)計，重新試驗，直5.PCB板設(shè)計根據(jù)實際系統(tǒng)允許安裝尺寸，設(shè)計相應PCB板，盡量減少板的面積以節(jié)省成本。面積受限時，宜采用雙面封裝制版。需注意雙面焊接封裝電路板設(shè)計時，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封裝均比實物封裝大一個等級。電阻電容等均以1206型號PCB封裝對應實物0805型號。6.焊接初次接觸貼片元件焊接的同學，在焊接時宜先用焊錫點一下焊盤一端，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，可以用焊錫點焊盤兩端，再用焊槍蘸點焊錫直接吸附元件放置在焊盤之上。焊接時還需注意先低后高的原則，同時對于有方向第5頁的元器件一定注意不能弄錯方向。7.結(jié)束語此次課程設(shè)計相當?shù)挠幸饬x，具有非常高的實用價值，不僅使我們對常用的電路諸如全控整流、鋸齒波發(fā)生電路運算放大電路、過流保護電路、推挽電路等的實際應用有了更加形象具體的認識。而且對于整個交直流系統(tǒng)設(shè)計的過程和相關(guān)模塊