单相交流电源自动稳压器课程设计.docx

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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

：

班级：

学号：

指导老师：

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15A

1.2、电源输入电压：

单相交流50HZ，200~240V

1.3、输出空载电压：

220±ΔV=220±5V

1.4、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:

150Ω

R2:

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=247.8

U2

△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

1

2

3

4

5

6

7

U0（V）

196

204

212

220

228

236

244

（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20mA

3.5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20A

3.6、控制电路设计

（1）控制电源电路

电路图

12V

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：

（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，各档输入电压变化围分别为：

~Uo（V）

244～

236

236～

228

228～

220

220～

212

212～

204

204～

200

200～

196

输出档

7

6

5

4

3

2

1

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围为：

B0H~B7HB7H~BEHBEH~C5HC5H~CCH

CCH~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围，当控制电路信号源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Uo<220-5=215V→已输出最高档？

:

Y→保持

N→上调1档

输出电压Uo>220+5=225V→已输出最低档？

:

Y→保持

N→下调1档

（2）控制周期T>Uo检测电路稳定时间,取20个工频周期。

流程图

5、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

1

FU1、FU2

自恢复保险丝

RF-090B熔断电流I=25A

2

2

S1

空气开关

DZ10-250Ie=20

1

JC

接触器

JGL-220V-40A

1

4

QA

常开按钮

LA10-2H-220V-40

1

5

TA

常闭按钮

LA10-2H-220V-40

1

6

R1

碳膜电阻

150Ω1/4W±5%

1

7

R2

碳膜电阻

150Ω1/4W±5%

1

8

R3

线绕电位器

WX050

1

9

R4

碳膜电阻

5.1Ω1/4W±5%

1

10

R5

碳膜电阻

5.1Ω1/4W±5%

1

11

R6

线绕电位器

WL148

1

12

R7

碳膜电阻

100Ω1/4W±5%

1

13

YM

压敏电阻

14D471K

1

14

LED

发光二极管

AD22

1

15

D2

普通整流二极管

IN4001

1

16

D3

稳压二极管

2DW7A

1

17

VT1～VT8

双向晶闸管

BTA06-600C

8

18

U1～U8

光电耦合器

IC802

8

19

D1～D3

单相整流桥

1B4B42

4

20

C1

铝电解电容

50V4.7UF

1

21

C2

铝电解电容

10V150UF

1

22

C3

铝电解电容

10V150UF

1

23

C4

铝电解电容

10V150UF

1

24

C5

铝电解电容

10V150UF

1

25

P1

运算放大器

LMV358

1

单片机设计部分元器件

26

U1

集成电路

AT89C51

1

27

U2

集成电路

74LS28

2

28

U3

集成电路

NOT

1

29

U5

集成电路

ADC0808

1

30

C1,C2

电容

30nf

2

31

C3

电容

10uf

1

32

R10

电阻

10k

1

33

X1

晶振

CRYSTAL

1

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），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AT89C51

3）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。