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1、电力电子技术课程设计说明书 电子调光电路 系 、 部： 电气与信息工程系 学生姓名： 蔡 俊 指导教师： 职称 讲师 专 业： 自动化 班 级： 自本0801 学 号： 完成时间： 2011-6-1 电力电子技术课程设计任务书系：电气与信息工程系 年级：大三 专业： 自动化 指导教师姓名学生姓名蔡俊课题名称电子调光电路的设计内容及任务一、 设计任务和要求训练学生综合运用学过的变流电路原理的基础知识，独立进行查找资料、选择方案、设计电路、撰写报告，进一步加深对变流电路基本理论的理解，提高运用基本技能的能力，为今后的学习和工作打下坚实的基础。二、设计内容制作一个电子调光电路，通过对电路上旋钮的调节
2、，来调节灯泡亮度的目的,灯泡功率为30W，可调范围为20W30W。三、技术指标在灯泡额定电压范围内对灯泡亮度进行调节，最大亮度时，此时的功率的额定功率，电压为额定电压。功率能够向下调节10W。进度安排起止日期设计内容5.17根据设计要求设计电路5.18-5.21对电路中元件进行参数设置5.22对元件参数进行验证5.23-5.27原理图的绘制5.28整理文档主要参考资料王兆安.电力电子技术.第五版北京：机械工业出版社，2009.5答辩成绩指导教师评阅意见目 录1 绪论11.1 晶体管的发展11.2 电子调光电路的作用21.3 电子调光电路对大学生的意义21.4 设计思路22 设计目的及设计要求与
3、设计指标32.1 设计目的32.2 设计要求和技术指标33 理论分析43.1 电子调光电路原理43.2 电子调光电路功能框图53.3 方案的选择73.4 理论分析74 设计内容84.1 电子调光电路原理框图84.2 单元电路的设计94.2.1 电源变压器94.2.2 整流电路104.2.3 滤波电路124.2.4 斩波电路的设计124.2.5 电路设计图134.3 电路的仿真174.4 电子调光电路的性能指标185 心得体会19参考文献20附录A 元件清单211 绪论1.1 晶闸管的发展晶闸管出现前的时期可称为电力电子技术的史前期或黎明期。1904年出现了电子管，它能在真空中对电子流进行控制，
4、并应用于通信和无线电，从而开启了电子技术用于电力领域的先河。20世纪30年代到50年代，水银整流器广泛用于电化学工业、电气铁道直流变电所以及轧钢用直流电动机的传动，甚至用于直流输电。这一时期，各种整流电路、逆变电路、周波变流电路的理论已经发展成熟并广为应用。在这一时期，也应用直流发电机组来变流.。1947年美国著名的贝尔实验室发明了晶体管，引发了电子技术的一场革命晶闸管是一种半控型器件，晶闸闸管是晶体闸流管的简称，又称作可控硅整流器（SCR）。1957年美国通用电器公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化； 晶闸管由于其优越的电气性能和控制性能，使之很快就取代了水银整流器和旋
5、转变流机组，并且其应用范围也迅速扩大。电力电子技术的概念和基础就是由于晶闸管及晶闸管变流技术的发展而确立的，从而开辟了电力电子技术发展和广泛应用的崭新时代，其标志就是以晶闸管为代表的电力半导体器件的广泛应用，有人称之为继晶体管发明和应用之后的又一次电子技术革命。自20世纪80年代以来，晶闸管的地位开始被各种性能更好的全控型器件所取代，但是由于性所能承受的电压和电流容量仍然是目前电力电子技术器件是最高的，而且工作可靠，因此在大容量的应用场合仍然具有比较重要的地位。晶闸管这个名称往往专指晶闸管的一种基本类型普通晶闸管。但从广义上讲，晶闸管还包括许多类型的派生器件。1.2 电子调光电路的作用电子调光
6、电路应用非常广泛，尤其是一般市售台灯调光电路上。基本都采用电子式的调光电路，有的高档台灯能实现无级调光，普通台灯则是有级调光，可见电子调光在一些灯具上面用途是非常广泛的。给我们的生活带来了方便。由此可见电子调光的电路的商业潜在价值也是很大的。1.3 电子调光电路对大学生的意义 作为大学生的我们，在很多制作过程之中很多东西都需要用一些特定的调压电路作为驱动装置。因此，电子调光电路对我们而言都是一个非常常见而且必需的电路，以故自己便选择制作电子调光电路。而且，在我们刚接触的课程设计之中，电子调光电路的制作相对简单些，也为我们以后制作实物做个铺垫。同时，也为我们今后制作培养兴趣，不至于很讨厌甚至于害
7、怕。1.4 设计思路市电一般是220V交流电，但是电子调光电路中选用的是低电压直流灯泡，故此电路中需要变压器和整流电路，另外需要控制灯泡的亮度，所以需要一个控制电路，从而对输出电压占空比进行调节，这里还需一个斩波电路，从而来控制灯泡亮度。电子调光电路课程设计综合了电子电子技术中的许多理论知识，它使理论知识得到了更好的巩固，并使理论知识与实际问题相联系。其中主要用到的基础知识有升降压斩波电路和整流电路的工作原理和应用，晶闸管的应用，滤波电容的分析方法和应用等。在设计的过程中还涉及到了应用Protel99制作原理图一些基础知识。对于综合运用所学过的知识有一定的帮助。本课程设计的编写是以实验研究为主
8、线，以科学实验研究所运用的实验技术为主要内容，按照实验是什么，为什么，干什么，怎么干的逻辑思维体系和实验的构成要素（主体，手段，对象和目的）为教材内容展开。在加强学生基础理论学习的同时，还要加强实验技术的训练。实践动手能力和课堂理论知识是相辅相成的。将理论知识、课题内容的作业、讨论与技能训练相结合，融为一体，使能力培养贯穿于整个教学过程 。通过本课题的设计，培养学生掌握电子技术的科学实验规律，实验技术，测量技术等实验研究方法，使其具有独立实验研究的能力，以便在未来的工作中开拓创新。2 设计目的及其设计要求与技术指标2.1 设计目的1）学习电子调光电路的设计方法；2）研究电子调光电路的设计方案；
9、3）掌握SG2535升降压斩波电路结构和工作原理，参数设定方法；2.2 设计要求和技术指标1）技术指标：在灯泡额定电压范围内对灯泡亮度进行调节，最大亮度时，此时的功率的额定功率，电压为额定电压。功率能够向下调节10W。2）设计基本要求：a) 设计一个能进行调光的电子调光电路；b) 拟定设计步骤和测试方案； c) 根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数；d) 要求绘出原理图；e) 观察最大亮度时灯泡的功率；f) 测量电子调光电路的输出电压稳压系数、纹波电压；3 理论分析31 电子调光电路原理电子调光电路主要由变压器,滤波电路,升降压斩波电路构成，采用不同的控制电路和斩波电路可以设计出不
10、同的设计方案。其原理图大致可以以如下图来表示：图31 电子调光电路的功能框图3.2 电子调光电路功能框图原理可用四个过程来表示：1） 变压过程：为了得到输出电压的额定范围, 此过程主要是由变压器来完成。所以,变压器的主要作用是将电网电压转为所需的交流电压,同时还可以起到直流电源与电网的隔离作用。根据电压器的原副级的电压比的原理公式有 ： V1:V2=n:1 （321）其中，V1为电源的输入端输入的交流电压，V2为变压后的变压器的输出端的输出电压，n为变压器原副级线圈匝数比。此过程本实验采用n=4,故V1:V2=4:12） 整流过程：整流电路的任务是将交流电变换成直流电。本过程主要是利用二极管的
11、单向导电性实现的，一次二极管是本过程的关键元件。根据二极管的数量及连接方式可以形成以下几种电路：单相半波、全波、桥式和倍压整流电路。本实验为了使整理效果更佳采用电桥全波整流连接方式。本过程主要是用这集成整流桥实现。3） 滤波过程:滤波电路用于滤去整流输出电压的纹波，一般由电抗元件组成，滤波电路可分为电容滤波电路和电压电路。由于电抗元件具有储能作用，并联的电容器C在电源供给的电压升高时，能将部分能量储存起来，当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压比较平滑，即电容C具有平波作用,L也有平波作用,原理和电容相同。本试验将采用并联电容的方式来做滤波电路。根据以上理论分析及实验设计要求，可设计电
12、路图如图32所示。图32 电子调光电路主电路和控制电路Protel原理图3.3 方案的选择 根据电子调光电路的构造，在设计电子调光电路时各组成部分有多种方案可以选择，但考虑各个方面，只有一个最优方案。整流电路的选择：整流电路主要有单相半波、全波、桥式和位压整流电路，考虑到成本已及性能等原因，在这里选用单相桥式整流。四个二极管集成在一个模块上。滤波电路的选择方案一：电容滤波的原理：电容是一个能储存电荷的元件。有了电荷，两极板之间就有电压UC=Q/C。在电容量不变时，要改变两端电压就必须改变两端电荷，而电荷改变的速度，取决于充放电时间常数。时间常数越大，电荷改变得越慢，则电压变化也越慢，即交流分量越小，也就“滤除”了交流分量从滤波效果看，滤波电容C容量大些好，但太大将使电源体积增大，成本提高。通常都选用电解电容方案二：电感滤波电路利用电感器两端的电流不能突变的特点，把电感器与负载串联起来，以达到使输出电流平滑的目的。从能量的观点看，电感器L把能量存储起来；而当电流减小时，又把能量释放出来，使负载电流平滑，所以电感L有平波作用,它的优点是整流二极管的导电角
