电力电子应用课程设计报告
院系      电子与电气工程学院     
专业                             
班级            学号             
姓名                             
2012 年  月
目录
一、设计目的…………………………………………………………………………2
二、设计依据…………………………………………………………………………2
三、设计要求…………………………………………………………………………2
四、设计程序…………………………………………………………………………2
1、简要的设计要求与数据资料……………………………………………………2
2、系统总体设计……………………………………………………………………3
2.1、系统总体结构图…………………………………………………………………3
2.2、系统总体说明……………………………………………………………………3
3、系统环节电路设计………………………………………………………………3
3.1、电源控制、显示与保护电路设计…………………………………………………3
3.2、 自耦变压器设计………………………………………………………………4
3.3、晶闸管触发电路设计……………………………………………………………5
3.4、调压控制电路……………………………………………………………………5
3.5、输出电压电流表选择……………………………………………………………6
五、电路仿真…………………………………………………………………………6
六、相关性，调试，使用，改进说明………………………………………………9
七、元器件清单……………………………………………………………………10
八、设计总结………………………………………………………………………11
九、参考文献………………………………………………………………………11
前言
近几年来，随着我国经济建设的发展，通信设备和通信网点在全国各地迅速增长，通信手段越来越先进。在各种程控数字交换设备和数字传输网得到广泛应用的同时，对系统供电设施的要求也越来越高。目前，国内的各类程控电源已相继投入市场，通信电源系统正在逐步向集中监控、少人职守或无人职守的方向发展。
早期的供电方式为集中供电，即供电设备集中和供电负载集中。这种方式的优点是：整流器、蓄电池、监控和配电设备都集中放置在配电室，各种电压的电池组都放置在电池室，因而供电容量大，且无须考虑电池兼容问题，供电设备的干扰也不会影响主通信设备。但
是此种方式也有很多缺点：设备体积和重量较大，供电线路笨重，系统扩容困难。为改进这些不足，分散供电方式逐渐得到广泛的使用。所谓分散供电，就是指供电设备有独立于其他供电设备的负载，即负载分散或电池与负载都分散。此种方式的优点包括：占地面积小，节省材料，较低的损耗，运行维护费用低，供电可靠性高等等。
无论哪种方式供电，程控数字交换设备一般都以直流电源供电为主。直流电源又由基础电源和机架电源构成。基础电源是指包括整流器、蓄电池、监控和配电设备在内的直流供电系统。机架电源则是指交换机上的插件电源。对于基础电源来讲，为产生所需要的各种直流电压（一般为-48V，也有少量采用-24V），都需要将工频电网的单相220V或三相380V交流电压进行AC/DC和DC/DC变换。因此，变换器性能的好坏直接关系到整个通信电源系统的供电质量。
将一种交流电能转换为另一种交流电能的过程称为交流-交流变换过程，凡能实现这种变换的电路为交流变换电路。对单相交流电的电压进行调节的电路。用在电热控制、交流电动机速度控制、灯光控制和交流稳压器等场合。与自耦变压器调压方法相比，交流调压电路控制方便，调节速度快，装置的重量轻、体积小，有色金属消耗也少。结构原理简单。该
方案是由变压器、触发电路、整流器、以及一些电路构成的，为一台电阻炉提供电源。输入的电压为单相交流220V，经电路变换后，为连续可调的交流电。
一、 设计目的
1、了解交流调压电路的工作原理。
2、掌握晶闸管电路的设计方法。
3、通过课程设计培养学生的自学能力和分析问题解决问题的能力。
4、通过课程设计使学生具有一定的计算能力、制图能力、查阅手册、使用国家技术标准的能力和一定的文字表达能力。
二、 设计依据
利用双向晶闸管设计0-220V连续可调的交流稳压电路，要求进行过流过压保护。
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、按时作设计报告。
3、上交完整的设计报告书
四、设计程序
1、 简要的设计要求与数据资料
1.1、电源输入电压：单相交流50HZ，200~240V
1.2、输出电压：0-220V
1.3、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
1.4、电源控制：空气开关+接触器+ 起动/停止按钮
1.5、保护：熔断器过流保护+压敏电阻过压保护
1.6、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、接触器与起动/停止控制电路、发光二极管电路，熔断器、压敏电阻、电阻、电容）
(2)、工作原理说明：
1）、电路闭合工作原理：当电源开关S1闭合，输入电压ui经过电路熔断器（防止过流），按下起动按钮开关S2，接触器JC处于工作导通作态，使开关  JC-1、JC-2，JC-3闭合，从而电路导通，发光二极光显示亮，工作状态正常。
2）、电路断开工作原理：按下停止按钮开关S4，开关电路断开，接触器J使开关K、S3断开，从而整个电路断开。
3.2、自耦变压器的设计
变压器变比的计算：
当1000W全桥软开关电源采用PQ50/50芯片时先给出主功率变压器原边绕组的圈数计算公式和计算过程。考虑到UC3875的最佳工作频率，又因为采用了高频开关特性良好的MOSFET功率管，所以选取开关频率为100KHZ。
首先根据功率容量Ap乘积公式来进行估算。为了多留些余地，可再减小主功率变压器的最大工作磁通密度Bm=1000GS,由计算式得到：
Ap=Ae*Aq=Pt*10==5.56
    当最大磁通密度选用1500GS时，功率容量降低到3.7。若开关频率降低到50KHZ，则功率容量乘机增大一倍约11.12，余量就小了。
    PQ50/50铁氧体磁芯的有效中心柱截面积为Ae=3.1416cm它的磁芯窗口面积为Aq=  4.18 cm,因此PQ50/50的功率容量乘积为：
            Ap=Ae*Aq=3.1416*418=13.2
  可见，在开关频率为100KHZ时，采用PQ50/50铁氧体磁芯做1000W主功率变压器，它的功率容量是合理的。
  再来计算原边绕组的匝数值：
        Np==

3.3、 晶闸管触发电路   
1)触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通，对感性和反电动势负载的变流器应采用宽脉冲或脉冲列触发，对变流器的起动、双星形带平衡电抗器电路的触发脉冲应宽于30o，三相全控桥式电路应采用宽于60o或采用相隔60o的双窄脉冲。
  2)触发脉冲应有足够的幅度，对户外寒冷场合，脉冲电流的幅度应增大为器件最大触发电流的3~5倍，脉冲前沿的陡度也需增加，一般需达1~2A/μs。
   3)所提供的触发脉冲应不超过晶闸管门极的电压、电流和功率定额，且在门极伏安特性的可靠触发区域之内。
  4)应有良好的抗干扰性能、温度稳定性及与主电路的电气隔离。
闸管触发电路的作用是产生符合要求的门极触发脉冲，保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通。
3.4、调压控制电路设计
(1)输出电压检测与控制电源电路设计
3.5、输出电压、电流表选择
，
输出电压表：量程为0～300V
输出电流表：选带电阻的分流器电流表量程为0～20A
五、电路仿真
（1）阻感负载下稳态式α的移相范围应为φ≤α≤π。
取α=60度时电路波形如图5—1
图5—1电路波形
波形分析：在α=60度的时候方波脉冲触发上面的晶闸管导通，此时电路开始导通，负载电流由零开始逐渐增大，在负载电压过零后一段时间电流衰减为零。再经过一小段时间下面的晶闸管被触发导通，电流反向逐渐增大至峰值，然后再衰减至零。负载电压在晶闸管被触发导通的时候跟随电源电压，当电源电压过零时，由于存在电感，负载电压过零，知道晶闸管两端反向截止，负载电流为零，负载电压为零。当负载通过电流时，负载电压再次跟随电源电压变化。
（2）α=90度时电路波形如图5—2
图5—2电路波形
  此波形分析与在α=60度时相似。
（3）在α=180度时电路波形如图5—3
图5—3电路波形
此时电流为理想的正弦波，负载电压也为正弦波且超前负载电流φ角，由此了的阻感负载下稳态时的α移相范围为φ≤α≤π。
（4）如上所述，阻感负载时α移相范围为φ≤α≤π。但是α<φ=8.5度时，并非电路不能工作，仿真波形如图5—4所示。
图5—4电路波形
    当φ<α<π时，VT1和VT2的导通角均小于π。α越小，θ越大；α=φ时，θ=π。当α继续减小，例如在0≤α＜φ的某一时刻触发VT1，则VT1导通时间将超过π，到wt=π+α时刻触发VT2，负载电流尚未过零，VT1仍在导通，VT2不会立即导通。直到负载电流过零后，如VT2触发脉冲有足够的宽度而尚未消失，VT2就会导通。因为α<φ，VT2提前导通，负载L被过充电，其放电时间也就延长，使得VT1结束导电时刻大于π+φ并使VT2推迟导通，VT2的导通角当然小于π。此时wt的范围就不再是α≤wt≤α＋θ,而是扩展到α≤wt≤∞, 因为这种情况下I已不存在断流区，其过渡过程和带R--L负载的单相交流调压电路完全相同。可以看出，I由两个分量组成，第一项为正弦稳态分量，第二项为指数衰减分量。在指数分量的衰减过程中，VT1的导通时间逐渐缩短，VT2的导通时间逐渐延长。当指数分量衰减到零后，VT1和VT2的导通时间都趋近到π,其稳态的工作情况与α＝φ时完全相同。

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