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(diào)穩(wěn)壓電源作為工業(yè)發(fā)展領(lǐng)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(lǐng)域。直流電源調(diào)壓是一種采用可控硅觸發(fā)電路實現(xiàn)調(diào)節(jié)電壓的直流電機調(diào)速裝置，該調(diào)速板具有價格低廉、技術(shù)成熟可靠、調(diào)速精度高等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用造紙、橡塑、食品、印刷、冶金等需要調(diào)速的機械設(shè)備。本文將交流電能轉(zhuǎn)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(yīng)的主要變換電路是相控整流電路。相控整流電路結(jié)構(gòu)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(yīng)用。單結(jié)晶體管觸發(fā)晶閘管整流電路，該設(shè)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(diào)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(guān)鍵詞：直流電源；整流電路；單結(jié)晶體；晶閘管；目錄摘要11緒論31.1概述31.2設(shè)計要求41.3設(shè)計任務(wù)42.方案論證63電路設(shè)計73.1設(shè)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(diào)電源是一種采用可控硅(TNY816)觸發(fā)電路實現(xiàn)調(diào)節(jié)電壓的直流電機調(diào)速裝置。單相通用型可控硅觸發(fā)板是通過調(diào)整可控硅的導通角來實現(xiàn)電氣設(shè)備的電壓電流功率調(diào)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(chǎn)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(diào)整?，F(xiàn)場調(diào)試一般不需要示波器即可完成。它可廣泛的應(yīng)用于工業(yè)各領(lǐng)域的電壓電流調(diào)節(jié)，適用于電阻性負載、電感性負載、變壓器一次側(cè)及各種整流裝置等， 該調(diào)速電壓主要應(yīng)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(jié)晶體管構(gòu)成晶閘管觸發(fā)電路還可用于：鹽浴爐、工頻感應(yīng)爐、淬火爐、熔融玻璃的溫度加熱控制。 整流變壓器、調(diào)功機（純電感線圈）、電爐變壓器一次側(cè)、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(diào)場合。 單相風機水泵調(diào)速節(jié)能控制 電壓、電流、功率、燈光等無級平滑調(diào)節(jié)。1.2設(shè)計要求1.2.1基本功能1、用可控硅觸發(fā)實現(xiàn)無級調(diào)速；2、引入電壓負反饋技術(shù)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(guān)實現(xiàn)遠距離控制?；緟?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(diào)節(jié)電壓： 0-215V1.3設(shè)計任務(wù)1.3.1設(shè)計目的1、了解相關(guān)電力電子元器件；2、學會掌握相關(guān)電力電子結(jié)構(gòu)電路；3、學會對電路進行相關(guān)測試分析；4、合理運

5、用相關(guān)電路解決工業(yè)現(xiàn)場問題。1.3.2設(shè)計功能1、采用直流電機構(gòu)成直流直接調(diào)速；2、引入直流電機和剎車電阻等實現(xiàn)能耗制動調(diào)速；3、加入直流電機和位移控制器組成位移控制自動調(diào)速；4、備用直流電機和霍爾雙速開關(guān)完成霍爾開關(guān)控制；5、帶有紅外光電和直流電機構(gòu)成電源隔離的光電眼控制調(diào)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(zhì)并且沒有導電金屬粉粒的場合1.3.4安全使用1、調(diào)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(diào)節(jié)低速端, 5接速度調(diào)速端即4.7K電位器中心點, 6接速度調(diào)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(diào)速器鏈接:750w直流馬達調(diào)速器；1500W直流調(diào)速器2.方案論證方案一：采用PLC編程實現(xiàn)直流調(diào)壓：這種結(jié)構(gòu)主要采用PLC和EM232組成，通過編程編輯程序?qū)崿F(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(yīng)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(nèi)部機構(gòu)，且實驗破壞性大，

7、不堪用于實驗；方案二：單片機構(gòu)成直流電源：單片機實現(xiàn)直流調(diào)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(jié)合便可以實現(xiàn)控制要求。但是該種設(shè)計結(jié)構(gòu)不能很好適應(yīng)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(diào)壓：可控硅控制適應(yīng)性強，可以承受電壓波動大的使用場合，對于電壓質(zhì)量要求不夠，環(huán)境適應(yīng)比較強，小的硬件電路設(shè)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(zhì)量實現(xiàn)電機調(diào)速調(diào)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(wǎng)

8、絡(luò)可以實現(xiàn)遠程控制，智能化程度高，然后需要構(gòu)建外部模塊，編程需要專業(yè)工具，成本高，比較脆弱不適應(yīng)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(diào)電源方案。3電路設(shè)計3.1設(shè)計原理圖根據(jù)實驗室直流源要求，設(shè)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(jié)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(jié)晶

9、體管構(gòu)成的晶閘管觸發(fā)電路如圖所示，與單結(jié)晶體管構(gòu)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(jīng)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(jié)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(jié)晶體管峰點電壓Vp時，單結(jié)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(jīng)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(jié)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(guān)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(guān)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(guān)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(guān)電路工作時的相關(guān)參數(shù)，并對相關(guān)參數(shù)進行相應(yīng)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(shè)備中H1和C2之間的電壓，通過調(diào)節(jié)電位器大小，記錄相關(guān)電壓變化。此外測試單結(jié)

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(guān)的電壓、電流，并通過調(diào)節(jié)電位器大小，記錄下相關(guān)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(zhuǎn)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(jīng)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(guān)系變化；2. 電機負載時轉(zhuǎn)速與電壓和電流也呈線性變化；3. 阻抗負載時，產(chǎn)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(shù)M.機械工業(yè)出版社 2009.2浣喜明，姚為正.電力電子技術(shù)M.北京：高等教育出版社, 2004.3黃俊.半導體變流技術(shù)M.北京：機械工業(yè)出版社,1980.4莫正康.半導體變流技術(shù)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(shù)基礎(chǔ)M.北京：清華大學出版社,1995. 6黃繼昌主編. 電子元器件應(yīng)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(chǔ)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(diào)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(diào)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(guān)直流調(diào)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(diào)壓觸發(fā)控制電路J.電工技術(shù),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(diào)壓裝置的研制