電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)---觸摸式調(diào)光臺燈電源的設(shè)計(jì)

1、<p>　　電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　觸摸式調(diào)光臺燈電源的設(shè)計(jì)</p><p>　　自動化學(xué)院2008級自動化專業(yè)</p><p>　　電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p>　　一、課程設(shè)計(jì)的教學(xué)目的和任務(wù)</p><p>　　電力電子技術(shù)是研究利用電力電子器件、電路理論和控制技術(shù)，

2、實(shí)現(xiàn)對電能的控制、變換和傳輸?shù)目茖W(xué)，其在電力、工業(yè)、交通、通信、航空航天等很多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。電力電子技術(shù)不但本身是一項(xiàng)高新技術(shù)，而且還是其它多項(xiàng)高新技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。因此，提高學(xué)生的電力電子領(lǐng)域綜合設(shè)計(jì)和綜合應(yīng)用能力是教學(xué)計(jì)劃中必不可少的重要一環(huán)。</p><p>　　通過電力電子技術(shù)的課程設(shè)計(jì)達(dá)到以下幾個目的：</p><p>　　1、培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)檢索的能力，特別是如何利用Intel

3、網(wǎng)檢索需要的文獻(xiàn)資料。</p><p>　　2、培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。</p><p>　　3、培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識的能力和工程設(shè)計(jì)的能力。</p><p>　　4、提高學(xué)生的電力電子裝置分析和設(shè)計(jì)能力。</p><p>　　5、提高學(xué)生課程設(shè)計(jì)報(bào)告撰寫水平。</p><p>　　二、課程設(shè)計(jì)的基

4、本要求</p><p>　　1. 教師確定方向，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生自立題目</p><p><b>　　注意事項(xiàng)：</b></p><p>　?、?所立題目必須是某一電力電子裝置或電路的設(shè)計(jì)，題目難度和工作量要適應(yīng)在一周內(nèi)完成，題目要結(jié)合工程實(shí)際。學(xué)生也可以選擇規(guī)定題目方向外的其他電力電子裝置設(shè)計(jì)，如開關(guān)電源、調(diào)光燈、鎮(zhèn)流器、UPS電源等，但

5、不允許選擇其他班題目方向的內(nèi)容設(shè)計(jì)（復(fù)合變換除外）。</p><p>　　② 通過圖書館和Intel網(wǎng)廣泛檢索和閱讀自己要設(shè)計(jì)的題目方向的文獻(xiàn)資料，確定適應(yīng)自己的課程設(shè)計(jì)題目。自立題目后，首先要明確自己課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)內(nèi)容。要給出所要設(shè)計(jì)裝置（或電路）的主要技術(shù)數(shù)據(jù)（如輸入要求，輸出要達(dá)到的目標(biāo)，裝置容量的大小以及裝置要具有哪些功能）。如：</p><p>　　直流電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速可控整流電源

6、設(shè)計(jì)</p><p><b>　　主要技術(shù)數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　輸入交流電源：</b></p><p>　　三相380V10% f=50Hz</p><p><b>　　直流輸出電壓：</b></p><p><b>　　

7、0~220V</b></p><p>　　50~220V范圍內(nèi)，直流輸出電流額定值100A</p><p>　　直流輸出電流連續(xù)的最小值為10A</p><p><b>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容：</b></p><p><b>　　整流電路的選擇</b></p><p>　

8、　整流變壓器額定參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　晶閘管電流、電壓額定的選擇</p><p>　　平波電抗器電感值的計(jì)算</p><p><b>　　保護(hù)電路的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　畫出完整的主電路原理圖和控制電路

9、原理圖</p><p>　　2. 在整個設(shè)計(jì)中要注意培養(yǎng)靈活運(yùn)用所學(xué)的電力電子技術(shù)知識和創(chuàng)造性的思維方式以及創(chuàng)造能力。要求具體電路方案的選擇必須有論證說明，要說明其有哪些特點(diǎn)。具體電路元器件的選擇應(yīng)有計(jì)算和說明。課程設(shè)計(jì)從確定方案到整個系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，必須在檢索、閱讀及分析研究大量的相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過刨析、提煉，設(shè)計(jì)出所要求的電路（或裝置）。課程設(shè)計(jì)中要不斷提出問題，并給出這些問題的解決方法和自己的研究體會。（

10、注意：所確定的主電路方案如果沒有論證說明，成績不能得優(yōu)；設(shè)計(jì)報(bào)告最后給出設(shè)計(jì)中所查閱的參考文獻(xiàn)最少不能少于5篇，且文中有引注，否則也不能得優(yōu)）。</p><p>　　3. 在整個設(shè)計(jì)中要注意培養(yǎng)獨(dú)立分析和獨(dú)立解決問題的能力。要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，獨(dú)力完成所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主電路和控制電路等詳細(xì)的設(shè)計(jì)（包括計(jì)算和器件選型），嚴(yán)禁抄襲。</p><p>　　4. 課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是主電路的設(shè)

11、計(jì)，主電路的分析說明，主電路元器件的計(jì)算和選型，以及控制電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　5. 課題設(shè)計(jì)報(bào)告要求圖表規(guī)范，文字通順，邏輯性強(qiáng)。課題設(shè)計(jì)報(bào)告字?jǐn)?shù)5000字左右。</p><p>　　三、課程設(shè)計(jì)的工作計(jì)劃</p><p>　　課程設(shè)計(jì)時間5天。第1天上午，指導(dǎo)教師向?qū)W生講授課程設(shè)計(jì)的目的、任務(wù)、設(shè)計(jì)方法和注意事項(xiàng)。第1天下午和第2天學(xué)生到圖書館和Int

12、el網(wǎng)上按照指導(dǎo)教師的要求查找所需要的文獻(xiàn)，并在閱讀分析中確定自己的研究題目、技術(shù)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)內(nèi)容，交指導(dǎo)教師審閱。第3天學(xué)生的主要任務(wù)是確定方案。第4天和第5天，學(xué)生的任務(wù)是綜合所學(xué)知識，進(jìn)行主電路和控制電路的設(shè)計(jì)，撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。</p><p><b>　　四、各班的題目方向</b></p><p>　　1班題目方向：相控整流技術(shù)的工程應(yīng)用</p>

13、<p>　　2班題目方向：斬波技術(shù)的工程應(yīng)用</p><p>　　3班題目方向：交流調(diào)壓或交流調(diào)功技術(shù)的工程應(yīng)用</p><p>　　4班題目方向：無源逆變技術(shù)的工程應(yīng)用</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p>

14、;<p>　　2 觸摸式調(diào)光臺燈的電源設(shè)計(jì)的基本要求1</p><p>　　3 觸摸式調(diào)光臺燈的電源電路總體方案的設(shè)計(jì)及相關(guān)原理1</p><p>　　3.1 基本電路圖及相關(guān)原理1</p><p>　　3.2 方案論證2</p><p>　　4 觸摸式調(diào)光臺燈的電源主電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算2</p>

15、<p>　　4.1 主電路設(shè)計(jì)2</p><p><b>　　4.2參數(shù)計(jì)算4</b></p><p>　　5 觸摸式調(diào)光臺燈的電源觸發(fā)電路4</p><p>　　5．1控制電路設(shè)計(jì)4</p><p>　　5．2控制電路中注意的問題6</p><p><b>　　6

16、 保護(hù)電路6</b></p><p>　　7 課程設(shè)計(jì)總結(jié)6</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)7</b></p><p>　　觸摸式調(diào)光臺燈的電源設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　電力電子技術(shù)是一門新興的應(yīng)用于電

17、力領(lǐng)域的電子技術(shù)，就是使用電力電子器件（如晶閘管，GTO，IGBT等）對電能進(jìn)行變換和控制的技術(shù)。電力電子技術(shù)所變換的“電力”功率可大到數(shù)百M(fèi)W甚至GW，也可以小到數(shù)W甚至1W以下，和以信息處理為主的信息電子技術(shù)不同電力電子技術(shù)主要用于電力變換。隨著科技的不斷發(fā)展和人們要求的不斷提高，電力電子技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛?！?】</p><p>　　交流調(diào)壓電路廣泛應(yīng)用于燈光控制（如調(diào)光臺燈和舞臺燈光控制）及異步電動機(jī)的

18、軟啟動，也用于異步電動機(jī)調(diào)速。本次課程設(shè)計(jì)，我設(shè)計(jì)的是一個觸摸式調(diào)光臺燈【4】的電源的設(shè)計(jì)。臺燈是我們生活中的重要的生活用品，我們正在進(jìn)入一個低碳的社會，節(jié)約能源成了我們生活重要的一部分。而觸摸式調(diào)光臺燈則可以幫助我們節(jié)約能源。</p><p>　　2觸摸式調(diào)光臺燈的電源設(shè)計(jì)的基本要求</p><p><b>　　2．1主要技術(shù)指標(biāo)</b></p>&l

19、t;p>　　輸入：單相220V交流電壓，f=50Hz</p><p>　　輸出：單相交流電壓 0～220V</p><p>　　2．2電源的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　1具有交流調(diào)壓的功能</p><p>　　2具有輸出電壓可調(diào)的功</p><p>　　3具有保護(hù)電路和電子器件的功能</p>&l

20、t;p>　　3觸摸式調(diào)光臺燈的電源電路總體方案設(shè)計(jì)及相關(guān)原理</p><p>　　3．1基本電路圖及相關(guān)原理</p><p>　　現(xiàn)在市場上調(diào)光臺燈的種類繁多，經(jīng)過對比之后，我決定選擇一下設(shè)計(jì)方案來設(shè)計(jì)我的觸摸式調(diào)光臺燈電源的設(shè)計(jì)，電路中應(yīng)用晶閘管來調(diào)節(jié)輸出電壓?！?】</p><p>　　圖1電路設(shè)計(jì)的總體方案</p><p>　　基

21、本原理：調(diào)光臺燈電源的設(shè)計(jì)由主電路和控制電路。主電路采用的是交流調(diào)壓電路，我采用雙向晶閘管來代替兩個晶閘管的反并聯(lián)串入電路中。我們通過控制雙向晶閘管的觸發(fā)角α的大小來調(diào)節(jié)輸出電壓。而晶閘管的觸發(fā)則采用芯片BA2101來控制。BA2101是一個觸摸高靈敏度的集成電路，我們通過觸摸M來使芯片來調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角，從而來調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。在電路中有加入了一個電感和電容來組成低通濾波器，用來防止臺燈產(chǎn)生的高次諧波輻射對其它電器的影響，比如手機(jī)

22、、電腦等。</p><p><b>　　3．2方案論證</b></p><p>　　通過與市場先在流行的調(diào)光臺燈電源的對比，通過觸摸式的控制，使人能夠更加方便地調(diào)節(jié)?，F(xiàn)在國家正在提倡低碳社會，而觸摸式調(diào)光臺燈電源的設(shè)計(jì)可以充分地幫助我們節(jié)約電能。通過一個集成的BA2101芯片簡化了電路，卻能夠方便的實(shí)現(xiàn)觸摸控制，對比傳統(tǒng)的一個開關(guān)的臺燈電源設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)有較大的優(yōu)勢。同

23、時新穎的觸摸式調(diào)光設(shè)計(jì)也能夠吸引人們的眼球。</p><p>　　4觸摸式調(diào)光臺燈的電源主電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算</p><p><b>　　4．1主電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　主電路我們采用的是交流調(diào)壓的方式。所謂的交流調(diào)壓就是把兩個晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，在每半個周波內(nèi)通過對晶閘管開通相位的控制，可以方便地調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值

24、，這種電路稱為交流調(diào)壓電路?！?】相位控制交流調(diào)壓又稱相控調(diào)壓，是交流調(diào)壓中的最基本的控制方式，應(yīng)用最為廣泛。主電路如圖2所示：</p><p>　　圖2單相交流調(diào)壓電路</p><p>　　圖3 電路輸入、輸出電壓和電流波形圖【2】</p><p>　　單相交流調(diào)壓電路的工作原理：單相交流調(diào)壓電路的基本工作原理是：在 u1的正半周和負(fù)半周，對雙向晶閘管分別開通角α

25、進(jìn)行控制就可以調(diào)節(jié)輸出電壓，正、負(fù)半周α 起始時刻（α =0）均為電壓過零時刻。穩(wěn)態(tài)時，正、負(fù)半周的α 相等，負(fù)載電壓波形是電源電壓波形的一部分，帶電阻性負(fù)載時負(fù)載電流（也即電源電流）和負(fù)載電壓的波形相同。</p><p><b>　　4．2參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　由主電路圖可知，電路中主要應(yīng)用帶電力電力器件。下面我們來進(jìn)行參數(shù)運(yùn)算，選擇合適的電力電子器

26、件。</p><p>　　主電路中，我們可以看成是電阻性負(fù)載，由所學(xué)知識可知，晶閘管承受的的最大正向電壓和最大反向電壓為 。流過晶閘管的電流和流過小燈的電流相同。選用晶閘管時，額定電壓要留有一定裕量，一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓的2 3倍【2】，即</p><p>　　電路中流過燈泡的電流有效值為IT,當(dāng)控制角 時，IT=（U/R）A。晶閘管的通態(tài)平均電流 選取時考慮到一

27、定的安全裕量，即</p><p>　　我們選用220V，20W的臺燈，則由計(jì)算可得臺燈的電阻大小R=2420 ，流過臺燈的有效電流為 =0.0909A=90.9mA。</p><p>　　根據(jù)上述公式可求得，要選取的晶閘管必須滿足以下要求：額定電壓為622.25 933.38V,額定電流為86.8 115.8mA。</p><p>　　5觸摸式調(diào)光臺燈的電源觸發(fā)電路

28、</p><p>　　5．1控制電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　BA2101是BEC公司生產(chǎn)的專用于調(diào)光臺燈的集成電路，它具有高觸摸靈敏度的控制特性，可適用于金屬感應(yīng)面板控制。BA2101芯片可適用于50Hz／60Hz兩種交流市電頻率，其控制方式為三段式步進(jìn)亮度及開關(guān)控制，即每觸摸一次臺燈上的金屬感應(yīng)電極，臺燈亮度按“弱光、中光、強(qiáng)光、關(guān)、弱光??”變化?！?】</p>&l

29、t;p>　　BA210l典型應(yīng)用電路如圖4 所示。直流電源由VD1、VS、R3和C4組成，通電后在C4的兩端可獲得9V左右的直流電壓供集成電路用電，R4為集成電路提供交流同步信號，R5是集成電路外接振蕩電阻器，C3是隔離安全電容，M為觸摸電極。 當(dāng)人手觸摸電極M時，人體感應(yīng)的交流雜波信號經(jīng)C3、R8、R7送到集成電路第④腳，經(jīng)集成電路BA2101內(nèi)部電路處理后，第⑥腳輸出觸發(fā)信號經(jīng)C1、Rl加至晶閘管的門極，使VTH導(dǎo)通，電燈E點(diǎn)

30、亮；第二次觸摸M時，可改變第⑥腳輸出脈沖前沿到達(dá)時間，因而可使燈光的亮度發(fā)生變化。反復(fù)觸摸M，燈的亮度就按“弱光、中光、強(qiáng)光、關(guān)、弱光”循環(huán)變化。改變放電電阻R6的大小和放電電容C2的數(shù)值就可以改變各檔亮度的差異。該電路非常適用于臺燈、壁燈和電風(fēng)扇的調(diào)速控制?！?】</p><p>　　VTH采用MAC94A4型觸發(fā)電流較小的小型塑封雙向晶閘管、VD1采用IN4004、VD2、VD3采用1N4148型開關(guān)二極管、

31、VS采用2CW57、R3采用RJ2W型金屬膜電阻器，其余的電阻用RTX-l/8W型碳膜電阻器，各電阻的阻值分別為R1為150Ω、R2為10KΩ、R3為39KΩ、R4為2MΩ、R5為620KΩ、R6為2MΩ、R7為470Ω、R8為1kΩ；C1用滌綸電容器；C2、C4用CD11-16V型電解電客器；C3采用耐高壓的CBB 1000V型聚丙稀電容器。電容量分別為C1為0.033μF 、C2為l0μF,、C3為560pF、C4為47μF?！?】

32、 </p><p>　　圖4 BA2101芯片的典型應(yīng)用電路</p><p>　　我們將BA2101芯片接入電路中，發(fā)揮它的觸摸高靈敏度【4】，來實(shí)現(xiàn)我們的觸摸式調(diào)光臺燈電源的設(shè)計(jì)。</p><p>　　5．2控制電路中注意的問題</p><p>　　應(yīng)當(dāng)注意的是，控制電路的頻率需和主電路一致，能夠保證實(shí)現(xiàn)對主電路的控制作用。對于觸摸極，我

33、們應(yīng)當(dāng)予以保護(hù)，以免觸摸極失效，從而失去對主電路的控制。</p><p><b>　　6保護(hù)電路</b></p><p>　　我們在設(shè)計(jì)好的電路，選取合適參數(shù)的電力電子器件的同時，也要注意對電路的保護(hù)，采取合適的過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)、du/dt保護(hù)和di/dt保護(hù)是必要的。</p><p>　　抑制du/dt，一般采用RC吸收電路即可，如圖5

34、所示。抑制di/dt，我們采用圖6的方法。</p><p>　　圖5抑制du/dt 圖6抑制di/dt</p><p><b>　　7課程設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　通過本次課程設(shè)計(jì)，我對電力電子技術(shù)在生活中的應(yīng)用有了更深刻的體會，同時鞏固和提高了我所學(xué)的知識，尤其是有關(guān)交流調(diào)壓電路方面的知

35、識。在本次課程設(shè)計(jì)中，我對于怎樣搜集資料、查找論文、提取自己所需要的知識，有了進(jìn)一步的提高。通過本次電力電子技術(shù)設(shè)計(jì)，我對于自己所學(xué)的知識在生活中的應(yīng)用有了具體的認(rèn)識，正如xx老師所講，21世紀(jì)，電力電子技術(shù)必將是一門熱門的學(xué)科。在本次設(shè)計(jì)中，我也感覺到自己所學(xué)的知識太少，有很多不足之處，需要更努力的學(xué)習(xí)來補(bǔ)充。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p

36、>　　[1] 梁光耀.電力電子技術(shù)的應(yīng)用. 信息與電腦,2010</p><p>　　[2] 王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)(第四版).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008</p><p>　　[3] 牛軼霞，宋吉江.BA2101、BA5173--兩款燈光控制專用集成電路.家庭電子（愛好者），2005</p><p>　　[4] 趙大風(fēng)，黃樹波.觸摸式調(diào)光臺燈.電子世界