直流可控電源研究報告

1、實驗室用可控直流電源研究報告 姓 名： 指導教師: 完成日期：摘要 工業(yè)可調穩(wěn)壓電源作為工業(yè)發(fā)展領域不可或缺的重要組成部分，是工業(yè)自動化發(fā)展中一個重要的研究領域。直流電源調壓是一種采用可控硅觸發(fā)電路實現(xiàn)調節(jié)電壓的直流電機調速裝置，該調速板具有價格低廉、技術成熟可靠、調速精度高等優(yōu)點，可廣泛應用造紙、橡塑、食品、印刷、冶金等需要調速的機械設備。本文將交流電能轉換為直流電能的整流電路的主要電力電子器件是半控型的晶閘管，與其對應的主要變換電路是相控整流電路。相控整流電路結構簡單、控制方便、性能穩(wěn)定，是目前獲得直流電能的主要方法，得到了廣泛的應用。單結晶體管觸發(fā)晶閘管整流電路，該設計電路可靠性、穩(wěn)定性

2、和實用價值均高，且維護方便，而電路集成的交直流調壓控制實用性也大大提高，外接端子式的接線方式方便工業(yè)控制需要。關鍵詞：直流電源；整流電路；單結晶體；晶閘管；目錄摘要11緒論31.1概述31.2設計要求41.3設計任務42.方案論證63電路設計73.1設計原理圖73.2器件選擇84硬件電路84.1觸發(fā)電路84.2整流電路105實驗分析105.1樣機試驗105.2樣機實驗105.3實驗數(shù)據(jù)116參考文獻111緒論1.1概述 實驗室用直流可調電源是一種采用可控硅(TNY816)觸發(fā)電路實現(xiàn)調節(jié)電壓的直流電機調速裝置。單相通用型可控硅觸發(fā)板是通過調整可控硅的導通角來實現(xiàn)電氣設備的電壓電流功率調整的一種

3、移相型的電力控制器，其核心部件采用國外生產的高性能、高可靠性的軍品級可控硅觸發(fā)專用集成電路。輸出觸發(fā)脈沖具有極高的對稱性及穩(wěn)定性，且不隨環(huán)境溫度變化，使用中不需要對脈沖對稱度及限位進行調整。現(xiàn)場調試一般不需要示波器即可完成。它可廣泛的應用于工業(yè)各領域的電壓電流調節(jié)，適用于電阻性負載、電感性負載、變壓器一次側及各種整流裝置等， 該調速電壓主要應用于以下負載：鎳鉻、鐵鉻鋁、遠紅外發(fā)熱元件及硅鉬棒、硅碳棒等為加熱元件的溫度控制。單結晶體管構成晶閘管觸發(fā)電路還可用于：鹽浴爐、工頻感應爐、淬火爐、熔融玻璃的溫度加熱控制。 整流變壓器、調功機（純電感線圈）、電爐變壓器一次側、直流電機控制。 單相電焊機、電

4、阻焊機、點焊機控制等各種調場合。 單相風機水泵調速節(jié)能控制 電壓、電流、功率、燈光等無級平滑調節(jié)。1.2設計要求1.2.1基本功能1、用可控硅觸發(fā)實現(xiàn)無級調速；2、引入電壓負反饋技術使速度平穩(wěn)；3、帶過電流保護裝置使性能更可靠；4、帶軟啟動裝置消除電機啟動電流過大；5、備有靈活的多功能接口；6、配合光電開關實現(xiàn)遠距離控制。基本參數(shù)正常工作電壓： AC 180-245V最大工作電流： 5A最大工作電流： 10A勵磁輸出電壓： 220V電樞調節(jié)電壓： 0-215V1.3設計任務1.3.1設計目的1、了解相關電力電子元器件；2、學會掌握相關電力電子結構電路；3、學會對電路進行相關測試分析；4、合理運

5、用相關電路解決工業(yè)現(xiàn)場問題。1.3.2設計功能1、采用直流電機構成直流直接調速；2、引入直流電機和剎車電阻等實現(xiàn)能耗制動調速；3、加入直流電機和位移控制器組成位移控制自動調速；4、備用直流電機和霍爾雙速開關完成霍爾開關控制；5、帶有紅外光電和直流電機構成電源隔離的光電眼控制調速。1.3.3使用環(huán)境 1、周圍空氣溫度：-1040C 2、空氣相對濕度85%以下，通風良好 3、無爆炸危險介質并且沒有導電金屬粉粒的場合1.3.4安全使用1、調速板端子接線說明: -12V:非隔離負電源, 0V:非隔離正電源, IN外接放枓電眼輸出端,(注:不接放枓電眼時-12V與IN接外接常開觸點可以控制電機的啟動和停

6、止), 4接速度調節(jié)低速端, 5接速度調速端即4.7K電位器中心點, 6接速度調節(jié)高速端, H1接直流電機電樞-, C2接直流電機電樞+, F1直流電機勵磁+, F2直流電機勵磁-, 220V/相線電源輸入 另一個220V/零線,電源輸入 。 2、帶外殼直流電機調速器鏈接:750w直流馬達調速器；1500W直流調速器2.方案論證方案一：采用PLC編程實現(xiàn)直流調壓：這種結構主要采用PLC和EM232組成，通過編程編輯程序實現(xiàn)模塊控制。此外，改變PLC控制程序和接線方式可以實現(xiàn)多種應用場合，抗干擾能力強，穩(wěn)定性好，可以實現(xiàn)遠程控制。然而，成本高，成熟的格局不易于實驗中了解內部機構，且實驗破壞性大，

7、不堪用于實驗；方案二：單片機構成直流電源：單片機實現(xiàn)直流調壓主要是通過單片機最小系統(tǒng)實現(xiàn)，只需要實現(xiàn)編程和硬件的結合便可以實現(xiàn)控制要求。但是該種設計結構不能很好適應復雜的工業(yè)控制場合，抗干擾能力不夠，穩(wěn)定性次，實驗效果較好；方案三：可控硅直流調壓：可控硅控制適應性強，可以承受電壓波動大的使用場合，對于電壓質量要求不夠，環(huán)境適應比較強，小的硬件電路設計方便實用，端子接線方式可以方便較為頻繁的接線實現(xiàn)不同場合控制，實驗效果顯著；方案四：基于DSP直流電源：DSP作為一種控制芯片，具有直接針對電源的專業(yè)系列芯片，可以高質量實現(xiàn)電機調速調壓，準確度和控制精密高，抗干擾性強，可以解決非線性問題，良好的網

8、絡可以實現(xiàn)遠程控制，智能化程度高，然后需要構建外部模塊，編程需要專業(yè)工具，成本高，比較脆弱不適應于實驗。 綜上所述，通過比較我們選擇了方案三的可控硅直流可調電源方案。3電路設計3.1設計原理圖根據(jù)實驗室直流源要求，設計直流電源原理圖，如圖3.1圖3.1可控硅直流電源原理圖3.2器件選擇變壓器：變壓器、脈沖變壓器二極管：穩(wěn)壓二極管 、發(fā)光二極管、普通二極管4007、5108晶體管：普通三極管9015 、 可控硅TNY816、單結晶體管BT33F電 容：電解電容 整流橋：KBPC1510整流橋堆電 阻：18個大小不等電阻電位計：電位計2.2K熔斷器：TC1152654硬件電路4.1觸發(fā)電路 單結晶

9、體管構成的晶閘管觸發(fā)電路如圖所示，與單結晶體管構成弛張振蕩電路相比較，電路的振蕩部分相同，同步是通過對電源電路的改進實現(xiàn)的。取自主電路的正弦交流電通過同步變壓器T 降壓，變?yōu)檩^低的交流電壓，然后經二極管整流橋變成脈動直流。穩(wěn)壓管VW 和電阻RW的作用是“削波”，脈動電壓小于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值時，VW 不導通，其兩端的電壓與整流輸出電壓相等；如果脈動電壓大于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值，將使VW 擊穿，其兩端電壓保持穩(wěn)壓值，整流橋輸出電壓高出穩(wěn)壓值的部分降在電阻RW上。這樣VW 兩端的電壓波形近似與一個梯形波，用這個電壓取代弛張振蕩電路中的直流電源，起到同步作用。 由于振蕩電路的電源為梯形波，在主電路正弦波每一半

10、波結束和開始的一段時間，振蕩電路的電源電壓很小，電路不振蕩，同時電容電壓釋放到0。當電源電壓接近梯形波的頂部時，振蕩電路開始工作，當電容充電使兩端的電壓達到單結晶體管峰點電壓Vp時，單結晶體管導通電容放電，放電電流流過R1與被觸發(fā)晶閘管的門極的并聯(lián)電路形成輸出，為晶閘管提供觸發(fā)脈沖，使晶閘管導通。然后電路進入下一振蕩周期，但晶閘管一經導通門極就失去控制作用，一個電源電壓半周中振蕩電路輸出的脈沖只是第一個起到觸發(fā)作用，后面的脈沖是無效的。在主電路電壓的半周接近結束時，振蕩電路的電源電壓進入梯形波的斜邊并迅速下降，振蕩電路停振，同時電容電壓釋放到0。因此在主電路的每一個半波中，電容總是從0開始充電

11、，保證了觸發(fā)脈沖與主電路電壓的同步，如圖4.1圖4.1觸發(fā)電路4.2整流電路 整流后的直流電壓為0.9倍的交流輸入電壓，且整流后的直流電流最大不超過整流橋KBPC1510 額定電流值（15A），滿足整流后的直流電壓為0.9倍的交流輸入電壓。而輸出不加濾波電容時整流后的直流電壓為0.9倍的交流輸入電壓，輸出加濾波電容時整流后的直流電壓為1.2倍的交流輸入電壓，整流后直流電流最大為15安培，具體是多少取決于所接的負載。5實驗分析5.1樣機試驗 焊接完元器件后，樣機基本完成，進入到樣機試驗階段。在樣機試驗階段主要是檢查虛焊現(xiàn)象、元器件是否正常工作、測試相關線路、樣機通電檢測等。檢查虛焊現(xiàn)象是由于焊接

12、過程中焊錫、元器件、雜物等造成的焊接出現(xiàn)異常，不能使所連線路正常工作；元器件是否正常工作，主要針對一些不耐熱的元器件是否在焊接過程中出現(xiàn)溫度過高而出現(xiàn)元器件損壞，毀壞；在測試相關線路過程中，主要是排除焊接過程中出現(xiàn)的短路和斷路現(xiàn)象，元器件是否連接正常，線路是否導通等；樣機通電檢測主要是測試相關電路的工作情況，包括主電路和控制電路在通電過程中的表現(xiàn)出的電氣特性，以及測試相關電路工作時的相關參數(shù)，并對相關參數(shù)進行相應的分析，為帶負載實驗提供實驗數(shù)據(jù)和實驗準備，保證帶負載情況下能夠穩(wěn)定運行。 在樣機測試過程中主要是測試電源設備中H1和C2之間的電壓，通過調節(jié)電位器大小，記錄相關電壓變化。此外測試單結

13、晶體管脈沖輸出的波形，查看觸發(fā)電路工作情況。5.2樣機實驗 虛擬負載主要是將H1和C2間輸出電壓接入電路中，通過在純電阻工作下測試相關的電壓、電流，并通過調節(jié)電位器大小，記錄下相關電壓與電流情況。將測試的電壓、電流與樣機前測試的作比較，分析純電阻負載的與樣機工作時的參數(shù)。5.3實驗數(shù)據(jù)1.純電阻負載實驗數(shù)據(jù)：電壓(V)5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50. 電流（mA)6.4 11.5 17.1 23.5 28.7 35.3 40.9 46.4 51.6 57.3電壓(V)60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 110.0 1

14、20.0 130.0 140.0 電流（mA)68.9 80.7 91.4 103.7 114.9 125.2 136.2 148.3 152.7 2.電機負載試驗數(shù)據(jù)：電壓(V)10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 68.0 電流（mA)50.0 53.0 54.0 56.0 58.0 60.0 61.0 轉速（r/min）70.0 137.0 208.0 281.0 353.0 428.0 484.0 3.實驗數(shù)據(jù)分析： 經過實驗數(shù)據(jù)對比：1. 純電阻負載時電壓和電流呈線性關系變化；2. 電機負載時轉速與電壓和電流也呈線性變化；3. 阻抗負載時，產生阻抗電動勢阻礙電壓

15、變化。6參考文獻1王兆安，劉進軍.電力電子技術M.機械工業(yè)出版社 2009.2浣喜明，姚為正.電力電子技術M.北京：高等教育出版社, 2004.3黃俊.半導體變流技術M.北京：機械工業(yè)出版社,1980.4莫正康.半導體變流技術M.北京：機械工業(yè)出版社, 1999.5 趙良炳. 現(xiàn)代電力電子技術基礎M.北京：清華大學出版社,1995. 6黃繼昌主編. 電子元器件應用手冊M.北京：人民郵電出版社,2004.7陳治明. 電力電子器件基礎M.北京：機械工業(yè)出版社,1992.8盧春煥，王紅閣.變電所直流系統(tǒng)調壓裝置自動化改造方案J.鄭州：鄭州工業(yè)高等?？茖W校學報,2002(3).49同向前，周永倉，張智會.變電所直流系統(tǒng)調壓裝置的研制J.西安：電力電子科技,1999(4).510張代潤.升壓式開關直流調壓器的不變性控制法J.西南交通大學學報,1996,03:116-120.11胡大友.大功率晶閘管調壓觸發(fā)控制電路J.電工技術,1995,07:20-23.12同向前,周永倉,張智會.變電所直流系統(tǒng)自動調壓裝置的研制