实验室用可控直流电源项目可行性研究报告.docx

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实验室用可控直流电源项目可行性研究报告

实验室用可控直流电源

研究报告

姓名：

指导教师:

完成日期：

摘要

工业可调稳压电源作为工业发展领域不可或缺的重要组成部分，是工业自动化发展中一个重要的研究领域。

直流电源调压是一种采用可控硅触发电路实现调节电压的直流电机调速装置，该调速板具有价格低廉、技术成熟可靠、调速精度高等优点，可广泛应用造纸、橡塑、食品、印刷、冶金等需要调速的机械设备。

本文将交流电能转换为直流电能的整流电路的主要电力电子器件是半控型的晶闸管，与其对应的主要变换电路是相控整流电路。

相控整流电路结构简单、控制方便、性能稳定，是目前获得直流电能的主要方法，得到了广泛的应用。

单结晶体管触发晶闸管整流电路，该设计电路可靠性、稳定性和实用价值均高，且维护方便，而电路集成的交直流调压控制实用性也大大提高，外接端子式的接线方式方便工业控制需要。

关键词：

直流电源；整流电路；单结晶体；晶闸管；

目录

摘要1

1绪论3

1.1概述3

1.2设计要求4

1.3设计任务4

2.方案论证6

3电路设计7

3.1设计原理图7

3.2器件选择8

4硬件电路8

4.1触发电路8

4.2整流电路10

5实验分析10

5.1样机试验10

5.2样机实验10

5.3实验数据11

6参考文献11

1绪论

1.1概述

实验室用直流可调电源是一种采用可控硅（TNY816）触发电路实现调节电压的直流电机调速装置。

单相通用型可控硅触发板是通过调整可控硅的导通角来实现电气设备的电压电流功率调整的一种移相型的电力控制器，其核心部件采用国外生产的高性能、高可靠性的军品级可控硅触发专用集成电路。

输出触发脉冲具有极高的对称性及稳定性，且不随环境温度变化，使用中不需要对脉冲对称度及限位进行调整。

现场调试一般不需要示波器即可完成。

它可广泛的应用于工业各领域的电压电流调节，适用于电阻性负载、电感性负载、变压器一次侧及各种整流装置等，

该调速电压主要应用于以下负载：

镍铬、铁铬铝、远红外发热元件及硅钼棒、硅碳棒等为加热元件的温度控制。

单结晶体管构成晶闸管触发电路还可用于：

　　盐浴炉、工频感应炉、淬火炉、熔融玻璃的温度加热控制。

整流变压器、调功机（纯电感线圈）、电炉变压器一次侧、直流电机控制。

单相电焊机、电阻焊机、点焊机控制等各种调场合。

单相风机水泵调速节能控制

电压、电流、功率、灯光等无级平滑调节。

1.2设计要求

1.2.1基本功能

1、用可控硅触发实现无级调速；

2、引入电压负反馈技术使速度平稳；

3、带过电流保护装置使性能更可靠；

4、带软启动装置消除电机启动电流过大；

5、备有灵活的多功能接口；

6、配合光电开关实现远距离控制。

基本参数

正常工作电压：

AC180-245V

最大工作电流：

5A

最大工作电流：

10A

励磁输出电压：

220V

电枢调节电压：

0-215V

1.3设计任务

1.3.1设计目的

1、了解相关电力电子元器件；

2、学会掌握相关电力电子结构电路；

3、学会对电路进行相关测试分析；

4、合理运用相关电路解决工业现场问题。

1.3.2设计功能

1、采用直流电机构成直流直接调速；

2、引入直流电机和刹车电阻等实现能耗制动调速；

3、加入直流电机和位移控制器组成位移控制自动调速；

4、备用直流电机和霍尔双速开关完成霍尔开关控制；

5、带有红外光电和直流电机构成电源隔离的光电眼控制调速。

1.3.3使用环境

1、周围空气温度：

-10～40°C

2、空气相对湿度85%以下，通风良好

3、无爆炸危险介质并且没有导电金属粉粒的场合

1.3.4安全使用

1、调速板端子接线说明:

-12V:

非隔离负电源,0V:

非隔离正电源,IN外接放枓电眼输出端,（注:

不接放枓电眼时-12V与IN接外接常开触点可以控制电机的启动和停止）,4接速度调节低速端,5接速度调速端即4.7K电位器中心点,6接速度调节高速端,H1接直流电机电枢-,C2接直流电机电枢+,F1直流电机励磁+,F2直流电机励磁-,220V/相线电源输入另一个220V/零线,电源输入。

2、带外壳直流电机调速器链接:

750w直流马达调速器；1500W直流调速器

2.方案论证

方案一：

采用PLC编程实现直流调压：

这种结构主要采用PLC和EM232组成，通过编程编辑程序实现模块控制。

此外，改变PLC控制程序和接线方式可以实现多种应用场合，抗干扰能力强，稳定性好，可以实现远程控制。

然而，成本高，成熟的格局不易于实验中了解内部机构，且实验破坏性大，不堪用于实验；

方案二：

单片机构成直流电源：

单片机实现直流调压主要是通过单片机最小系统实现，只需要实现编程和硬件的结合便可以实现控制要求。

但是该种设计结构不能很好适应复杂的工业控制场合，抗干扰能力不够，稳定性次，实验效果较好；

方案三：

可控硅直流调压：

可控硅控制适应性强，可以承受电压波动大的使用场合，对于电压质量要求不够，环境适应比较强，小的硬件电路设计方便实用，端子接线方式可以方便较为频繁的接线实现不同场合控制，实验效果显著；

方案四：

基于DSP直流电源：

DSP作为一种控制芯片，具有直接针对电源的专业系列芯片，可以高质量实现电机调速调压，准确度和控制精密高，抗干扰性强，可以解决非线性问题，良好的网络可以实现远程控制，智能化程度高，然后需要构建外部模块，编程需要专业工具，成本高，比较脆弱不适应于实验。

综上所述，通过比较我们选择了方案三的可控硅直流可调电源方案。

3电路设计

3.1设计原理图

根据实验室直流源要求，设计直流电源原理图，如图3.1

图3.1可控硅直流电源原理图

3.2器件选择

变压器：

变压器、脉冲变压器

二极管：

稳压二极管、发光二极管、普通二极管4007、5108

晶体管：

普通三极管9015、可控硅TNY816、单结晶体管BT33F

电容：

电解电容

整流桥：

KBPC1510整流桥堆

电阻：

18个大小不等电阻

电位计：

电位计2.2K

熔断器：

TC115265

4硬件电路

4.1触发电路

单结晶体管构成的晶闸管触发电路如图所示，与单结晶体管构成弛张振荡电路相比较，电路的振荡部分相同，同步是通过对电源电路的改进实现的。

取自主电路的正弦交流电通过同步变压器T降压，变为较低的交流电压，然后经二极管整流桥变成脉动直流。

稳压管VW和电阻RW的作用是“削波”，脉动电压小于稳压管的稳压值时，VW不导通，其两端的电压与整流输出电压相等；如果脉动电压大于稳压管的稳压值，将使VW击穿，其两端电压保持稳压值，整流桥输出电压高出稳压值的部分降在电阻RW上。

这样VW两端的电压波形近似与一个梯形波，用这个电压取代弛张振荡电路中的直流电源，起到同步作用。

由于振荡电路的电源为梯形波，在主电路正弦波每一半波结束和开始的一段时间，振荡电路的电源电压很小，电路不振荡，同时电容电压释放到0。

当电源电压接近梯形波的顶部时，振荡电路开始工作，当电容充电使两端的电压达到单结晶体管峰点电压Vp时，单结晶体管导通电容放电，放电电流流过R1与被触发晶闸管的门极的并联电路形成输出，为晶闸管提供触发脉冲，使晶闸管导通。

然后电路进入下一振荡周期，但晶闸管一经导通门极就失去控制作用，一个电源电压半周中振荡电路输出的脉冲只是第一个起到触发作用，后面的脉冲是无效的。

在主电路电压的半周接近结束时，振荡电路的电源电压进入梯形波的斜边并迅速下降，振荡电路停振，同时电容电压释放到0。

因此在主电路的每一个半波中，电容总是从0开始充电，保证了触发脉冲与主电路电压的同步，如图4.1

图4.1触发电路

4.2整流电路

整流后的直流电压为0.9倍的交流输入电压，且整流后的直流电流最大不超过整流桥KBPC1510额定电流值（15A），满足整流后的直流电压为0.9倍的交流输入电压。

而输出不加滤波电容时整流后的直流电压为0.9倍的交流输入电压，输出加滤波电容时整流后的直流电压为1.2倍的交流输入电压，整流后直流电流最大为15安培，具体是多少取决于所接的负载。

5实验分析

5.1样机试验

焊接完元器件后，样机基本完成，进入到样机试验阶段。

在样机试验阶段主要是检查虚焊现象、元器件是否正常工作、测试相关线路、样机通电检测等。

检查虚焊现象是由于焊接过程中焊锡、元器件、杂物等造成的焊接出现异常，不能使所连线路正常工作；元器件是否正常工作，主要针对一些不耐热的元器件是否在焊接过程中出现温度过高而出现元器件损坏，毁坏；在测试相关线路过程中，主要是排除焊接过程中出现的短路和断路现象，元器件是否连接正常，线路是否导通等；样机通电检测主要是测试相关电路的工作情况，包括主电路和控制电路在通电过程中的表现出的电气特性，以及测试相关电路工作时的相关参数，并对相关参数进行相应的分析，为带负载实验提供实验数据和实验准备，保证带负载情况下能够稳定运行。

在样机测试过程中主要是测试电源设备中H1和C2之间的电压，通过调节电位器大小，记录相关电压变化。

此外测试单结晶体管脉冲输出的波形，查看触发电路工作情况。

5.2样机实验

虚拟负载主要是将H1和C2间输出电压接入电路中，通过在纯电阻工作下测试相关的电压、电流，并通过调节电位器大小，记录下相关电压与电流情况。

将测试的电压、电流与样机前测试的作比较，分析纯电阻负载的与样机工作时的参数。

5.3实验数据

1.纯电阻负载实验数据：

电压

（V）

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

45.0

50.

电流

（mA）

6.4

11.5

17.1

23.5

28.7

35.3

40.9

46.4

51.6

57.3

电压

（V）

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

110.0

120.0

130.0

140.0

电流

（mA）

68.9

80.7

91.4

103.7

114.9

125.2

136.2

148.3

152.7

2.电机负载试验数据：

电压（V）

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

68.0

电流（mA）

50.0

53.0

54.0

56.0

58.0

60.0

61.0

转速（r/min）

70.0

137.0

208.0

281.0

353.0

428.0

484.0

3.实验数据分析：

经过实验数据对比：

1.纯电阻负载时电压和电流呈线性关系变化；

2.电机负载时转速与电压和电流也呈线性变化；

3.阻抗负载时，产生阻抗电动势阻碍电压变化。

6参考文献

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4