電機(jī)設(shè)計(jì)論文范文
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第1篇
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，用電設(shè)備對電源的要求不斷提高，開關(guān)電源正逐步向著高效率、大功率密度、高可靠性、低電磁抗干擾、無噪聲、維修方便等方向發(fā)展。瞬時同步整流技術(shù)由于實(shí)現(xiàn)簡單，響應(yīng)速度快和具有自然限流等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛地應(yīng)用。
本文在分析DC-DC技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)之上，用Buck電路，運(yùn)用MAX767系列芯片研究一條簡潔的途徑實(shí)現(xiàn)DC-DC直流變換，即應(yīng)用同步整流技術(shù)控制方法，來實(shí)現(xiàn)變換器高效工作。該變換器主電路結(jié)構(gòu)簡單可靠，可以實(shí)現(xiàn)輸入：DC4.5～5.5V，輸出DC5V/3.3A的設(shè)計(jì)。
分析其系統(tǒng)工作原理的過程，為該變換方法和應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)，通過同步整流技術(shù)的方法和應(yīng)用MOSFET管的設(shè)計(jì)，較理想的實(shí)現(xiàn)了DC-DC變換器的設(shè)計(jì)要求。
最后，運(yùn)用這些設(shè)計(jì)成功的設(shè)計(jì)出DC-DC直流變換器。
本文主要介紹Buck電路和MAX767系列DC設(shè)計(jì)，工作原理和主要參數(shù)的設(shè)計(jì)，并對系統(tǒng)的外特性和穩(wěn)定性作了分析。
關(guān)鍵詞：DC-DC直流變換;同步整流技術(shù);MOSFET管
Abstract
Withthedevelopmentoftheelectronictechnology,thehigherrequirementofPowerSupplyareraisedincludinghighefficiency,highpowerdensity,lowEMI,andrapiddynamicresponse.Ahysterics-bandinstantaneouscurrentcontrolPWMTechniqueispopularlyusedbecauseofitssimplicityofimplementation,fastcurrentcontrolresponse,andinherentpeakcurrentlimitingcapability.
Thedesignofthefoundationofupper，withbuckcircuit，handlemax767serieschiplookintoaslipofcompactavenuerealizedc-dcdirectcurrenttransform，namelyapplicationsynchronousrectificationtechnicalcontrolmeans，camerealizeconvectorhighlyactivewroughtofthetextatanalysesdc-dctechnologicaldevelopment.beone''''sturnconvectortrunkfeederstructuresimplicitycredibility，couldrealizeimport：DC4.5～5.5v，outputdc5V/3.3A
Boththatofanalyseshissystemprincipleofoperationcourse，forbeone''''sturntransformmethodandapplicationsupplyknowclearlyrationale，throughthemediumofsynchronousrectificationtechnicalmeansandapplicationMOSFETtabledesign，compareidealrealizeknowclearlydc-dcconvector''''designrequirement.
Atthelast，handlethesebedesignedforwrought''''thoughtoutdc-dcdcconverterto.
Thedesign，combineversussystemicexternalcharacteristicandstabilitydidknowclearlyanalysesofthebothtextmostlyintroducebuckcircuitandmax767seriesDCdesign，principleofoperationandmajorparameter.
keyword：dc-dcdirectcurrenttransformsynchronousrectificationtechnologymosfettube。
主電路的設(shè)計(jì)
電力電子技術(shù)是以電力為對象的電子技術(shù)，它在主要任務(wù)是對電能進(jìn)行控制和交換。現(xiàn)在電力電子技術(shù)已成為信息產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之間的重要接口、弱電與被控強(qiáng)電之間的橋梁。
從SCR、IGBT、SITH；從相控整流電路及周波變換電路到脈寬調(diào)制和高頻斬波電路，現(xiàn)代電力電子技術(shù)正逐漸向集成化、高頻化、全控化、電路弱電化、控制數(shù)字化和多功能化發(fā)展，本文所討論的充電機(jī)系統(tǒng)就是現(xiàn)代電子技術(shù)的產(chǎn)物。
2.1整流濾波電路
整流電路由三相整流橋、充電電阻R、短路開關(guān)S和濾波電容C1構(gòu)成。
當(dāng)電路加電時，開關(guān)S處于斷開狀態(tài)，電網(wǎng)通過整流橋和充電電阻R向電容C1充電。電阻限流作用，防止加電時產(chǎn)生沖擊電流。
當(dāng)電容充電結(jié)束后，開關(guān)S閉合，將限流電阻R短路，電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。開關(guān)S的動作是由控制電路中的軟啟動電路實(shí)現(xiàn)的。
由于整流濾波電路所使用的是不控制元件，對電網(wǎng)影響較少，同時，以軟啟動過程所實(shí)現(xiàn)可防止潮涌電流的產(chǎn)生。
2.2主電路的選型
開關(guān)電源的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)眾多，其中正激式、反激式和半橋型適合小功率電源使用，全橋型適合大功率電源使用，其中正激電路又可以分單管正激和雙管正激等多種。電路形式的最終確定，需要根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書和實(shí)際應(yīng)用場合的具體情況來確定。
一般來說，功率很小的電源（1-100W），采用電路簡單、成本低的反激型電路較好；當(dāng)電源功率在100W以上且工作環(huán)境干擾很大、輸入電壓質(zhì)量惡劣、輸出短路頻繁時，則應(yīng)采用正激型電路；對于功率大于500W、工作條件較好的電源，則應(yīng)采用半橋或全橋電路較合理；如果對成本要求比較嚴(yán)，可以采用半橋電路；如果功率很大，則應(yīng)采用全橋電路；推挽電路通常用于輸入電壓比較低、功率較大的場合。充電機(jī)的核心部分是DC/DC功率變換電路。DC/DC變換器一般可分為自激式和他激式兩種。自激式變換電路輸出功率較小，頻率不易控制，只用于較小故在此只介紹他激式變換電路，在他激式變換電路中，開關(guān)管的控制信號是由可調(diào)頻率的震蕩器給出的。下面對它激式變換電路的組成部分分別加以說明。
目錄
摘要I
AbstractII
第一章緒論1
1.1PWM技術(shù)歷史和現(xiàn)狀1
1.2高頻軟開關(guān)逆變式充電機(jī)2
第二章主電路的設(shè)計(jì)3
2.1整流濾波電路3
2.2主電路的選型4
2.3軟開關(guān)技術(shù)的基本概念6
2.4軟開關(guān)技術(shù)的提出與發(fā)展7
2.5工作過程分析9
2.6全橋型電路的主電路元?dú)饧?shù)的確定12
2.7輸出濾波電路的設(shè)計(jì)16
第三章濾波電路和主電路的計(jì)算18
3.1濾波電感18
3.2濾波電容19
3.3開關(guān)器件的設(shè)計(jì)20
3.4主電路設(shè)計(jì)的具體計(jì)算22
3.5驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)27
第四章控制電路的設(shè)計(jì)及保護(hù)電路的實(shí)現(xiàn)31
4.1控制方案的確定31
4.2PWM信號的產(chǎn)生33
4.3移相及互鎖電路36
4.4開關(guān)信號的產(chǎn)生38
4.5恒流控制電路的設(shè)計(jì)39
4.6調(diào)節(jié)器電路的設(shè)計(jì)41
4.7保護(hù)電路設(shè)計(jì)42
第2篇
1.1電機(jī)型號規(guī)格。電機(jī)型號：ZC493/440；功率：500/350kW(發(fā)電機(jī)規(guī)格、軸輸入功率)；額定電壓：660V額定電流：758/530A；額定轉(zhuǎn)速：1100/2500r/min；勵磁電壓：220V(他勵)；過載倍數(shù)1.5；功率：470/329kW(電動機(jī)規(guī)格、軸輸出功率)；額定電壓：660V；額定電流：758/530A；額定轉(zhuǎn)速：1020~2500/1040~2500r/min；勵磁電壓：220V(他勵)；過載倍數(shù)1.5。
1.2電磁設(shè)計(jì)。由于該電機(jī)主要用于發(fā)電運(yùn)行，因此應(yīng)參照發(fā)電機(jī)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)格進(jìn)行電磁計(jì)算。同時由于電機(jī)熱參數(shù)通常很高，相應(yīng)的軸向散熱要求很驗(yàn)證達(dá)標(biāo)，要想解決這一難題，從而改善通風(fēng)散熱情況，優(yōu)先選擇相應(yīng)的通風(fēng)溝結(jié)構(gòu)為9段分形式的通風(fēng)溝，且每段為8厘米長。
2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1外形與總體。本文高速直流電機(jī)的設(shè)計(jì)主要是針對其要用于拖動立式水輪機(jī)進(jìn)行高水頭水力性能實(shí)驗(yàn)，因此設(shè)計(jì)為立式結(jié)構(gòu)。
2.2定子設(shè)計(jì)。通常情況下高速直流電機(jī)的供電電源采取靜止整流供電，要想適應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷的高變化頻率等要求，相應(yīng)的定子機(jī)座會采用疊片機(jī)座的形式。做為重要零部件的主換向極沖片的厚度應(yīng)為1毫米的Q235鋼板沖制而成，而主極線圈的選擇應(yīng)為聚酯亞胺漆包線QZYB-2/155，從而達(dá)到加大主極線圈與換向極線圈之間間隔的效果，這更有利于電機(jī)的散熱。
2.3電樞設(shè)計(jì)。將0.5毫米厚的厚DW310-50無取向冷軋硅鋼片進(jìn)行沖制，制得電樞沖片。同時，電樞鐵心為無緯帶綁扎固定繞組結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以有效的降低電樞槽高。采取徑向通風(fēng)方式進(jìn)行電樞通風(fēng)。電樞線圈的結(jié)構(gòu)采用用單疊異槽和均壓線形式，同時由于在電機(jī)進(jìn)行高速轉(zhuǎn)動時，換向片在較大離心力的作用下十分容易發(fā)生變形，故換向器采用綁式結(jié)構(gòu)。換向片及整體升高片所使用的制造材料均為銀銅梯排。
2.4軸承。上軸承采用7022A單列向心推力球軸承(其脂極限轉(zhuǎn)速為3600r/min)，由定子機(jī)座承擔(dān)轉(zhuǎn)子全部重量。下軸承采用6024C3單列向心球軸承，起導(dǎo)軸承作用及臥式試驗(yàn)時承受雙向軸向力。因電機(jī)為立式安裝，為防止軸承漏油，油脂粘到換向器護(hù)環(huán)使碳粉堆積。軸承采用三層毛氈密封，有效防止漏油。
2.5通風(fēng)。要想解決電機(jī)通風(fēng)散熱問題，提高電機(jī)相應(yīng)的運(yùn)行質(zhì)量及測試準(zhǔn)確度，在對電機(jī)進(jìn)行通風(fēng)設(shè)計(jì)時，在電機(jī)的上部置有4個出風(fēng)品，且每個通風(fēng)口都安裝有徑向出風(fēng)防破損裝置。同時使用兩臺LKW355S-4低噪音音風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)，共同構(gòu)成風(fēng)冷相應(yīng)的電機(jī)風(fēng)冷系統(tǒng)。鼓風(fēng)機(jī)拖動電機(jī)中心到電機(jī)中心距離約950毫米。風(fēng)機(jī)出風(fēng)口裝一風(fēng)筒，風(fēng)筒與電機(jī)進(jìn)風(fēng)口距離為3到5毫米。
3結(jié)束語
第3篇
關(guān)鍵詞：直流電源后備系統(tǒng)多微控制器充電機(jī)
直流電源后備系統(tǒng)是各類電廠、變電站、電站等必備的。其主要功能是作為主電源的替代電源，當(dāng)主電源突然中斷后，給關(guān)鍵主控設(shè)備、故障監(jiān)測系統(tǒng)、故障保護(hù)系統(tǒng)等提供動力電。它可以包括多個蓄電池組，每組可有多達(dá)一百多只鉛酸或其它種類的蓄電池，容量可達(dá)2000安時以上。
成套的無人值守、免維護(hù)直流電源系統(tǒng)由蓄電池組、充電浮充電裝置、電池監(jiān)測(容量及電壓)裝置、絕緣監(jiān)測裝置、交流監(jiān)測裝置、硅鏈調(diào)壓裝置、一系列遙控開關(guān)、保護(hù)子系統(tǒng)以及將這些裝置連接成一個整體的工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)和中央控制器組成。上述裝置(除中央控制器之外)均可有多套。通信網(wǎng)絡(luò)采用RS485接口，為了提高現(xiàn)場抗干擾的能力，RS485接口應(yīng)采用帶光隔離型的，也可采用工業(yè)現(xiàn)場總線如CAN總線、LonWorks等。中央控制器具有帶漢字液晶顯示的人機(jī)接口，一方面能通過通信網(wǎng)絡(luò)與各子系統(tǒng)(裝置)進(jìn)行雙向通信，取得其運(yùn)行的實(shí)時數(shù)據(jù)，并對這些設(shè)備進(jìn)行遙控、遙調(diào)；另一方面還與電站綜合自動化系統(tǒng)相連，將整個直流系統(tǒng)的信息傳遞至這些更高層的系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
在這些裝置中，充電浮充電裝置(即智能充電機(jī))無疑占據(jù)極其重要的地位，其作用在于提供智能充放電流程控制，自動補(bǔ)充蓄電池因事故放電和合閘操作而損耗的電能，從而使蓄電池組始終處于最佳的蓄能狀態(tài)，保證直流后備電源系統(tǒng)的可靠性。
1蓄電池充放電控制流程及智能充電機(jī)的功能設(shè)計(jì)
直流電源系統(tǒng)中的蓄電池在系統(tǒng)運(yùn)行過程中可能會遇到各種運(yùn)行狀態(tài)，如交流中斷導(dǎo)致的放電，以及長時間運(yùn)行過程中由于內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)而造成的自放電損失等。為了保證電池的容量，必須以一定的控制流程對蓄電池進(jìn)行充電控制。
圖2是原電力部負(fù)責(zé)組織制定的微機(jī)控制直流電源系統(tǒng)運(yùn)行程序的示波圖。從圖中可知，鉛酸蓄電池的充電流程由以下幾個部分組成：
(1)啟動階段
為了避免電壓突變對電池造成沖擊，上電時，充電電壓必須平滑地上升，在十幾秒鐘以后達(dá)到給定值。此階段稱為軟啟動階段，充電機(jī)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)恒流控制。
圖2
(2)0.1C10A恒流充電
軟啟動結(jié)束后，充電機(jī)以0.1C10A的電流對電池進(jìn)行恒流充電。此時，電池的端壓將逐漸上升。當(dāng)端壓上升至2.35×n(n為電池個數(shù))時，恒流充電結(jié)束，轉(zhuǎn)為下一階段。
(3)均充階段
此階段為恒壓控制，給定值為2.35×n。此時充電電流將逐漸減小，當(dāng)電流減小到0.01Cl0A時，計(jì)時系統(tǒng)開始計(jì)時，當(dāng)計(jì)完“均轉(zhuǎn)浮設(shè)定時間”后(此時間可調(diào)，范圍為0～72小時)，系統(tǒng)進(jìn)入下一階段——浮充階段。
(4)浮充階段
此階段也為恒壓控制，但其電壓給定值為2.25×n。浮充階段經(jīng)過一個可設(shè)定的“活化時間”后(1～3個月)，系統(tǒng)重新回到上述第(2)階段。
(5)交流中斷與恢復(fù)供電
當(dāng)電網(wǎng)的交流中斷以后，蓄電池放電給系統(tǒng)以提供后備電源。當(dāng)交流系統(tǒng)恢復(fù)供電以后，充電機(jī)自動對電池進(jìn)行恒流充電，也回到上述第(2)個階段。
綜上所述，智能充電機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能如下：
(1)對蓄電池進(jìn)行完整的充放電控制。
(2)所有的控制參數(shù)均可由用戶設(shè)定，包括均充、浮充電壓給定、恒流充電電流給定、均充轉(zhuǎn)浮充時間、活化時間等。
(3)完善的報(bào)警保護(hù)功能，包括交流中斷、缺相、過壓、過流、短路等。
(4)RS485通信接口及相應(yīng)的通信協(xié)議，包括提供上位機(jī)遠(yuǎn)控功能。
(5)恒壓恒流精度可達(dá)±1%，紋波系數(shù)在1%以下，功率因數(shù)及效率也可達(dá)到用戶給定的指標(biāo)。
(6)溫度對蓄電池充電特性有一定影響，因此需具備溫度補(bǔ)償功能。
2智能充電機(jī)的硬件設(shè)計(jì)
本充電機(jī)采用可控硅三相全控橋的相控整流主電路型式。
本系統(tǒng)的特點(diǎn)是控制精度要求較高、任務(wù)較多，為了提高硬件可靠性，系統(tǒng)采用了多微控制器(單片機(jī))的設(shè)計(jì)。
系統(tǒng)整個運(yùn)行任務(wù)按功能獨(dú)立性及負(fù)荷均勻的原則大致可分為以下四個大的子任務(wù)：同步脈沖產(chǎn)生、移相觸發(fā)脈沖生成、流程控制及恒壓恒流算法實(shí)現(xiàn)、接口及串行通信等。這些任務(wù)由一兩塊單片機(jī)完成是不可能的，為此使用四塊單片機(jī)，每塊單片機(jī)完成上述的一個子任務(wù)，各單片機(jī)之間通過硬件握手信號及共享RAM存儲器來通信。圖3是這些單片機(jī)的聯(lián)系邏輯圖。
同步單片機(jī)完成同步脈沖的產(chǎn)生，包括相序的判定、缺相的判定等，從而使系統(tǒng)達(dá)到不認(rèn)相序無需調(diào)整的要求。
觸發(fā)單片機(jī)完成6個觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生與分配(根據(jù)相序信號及來自于控制單片機(jī)的單相導(dǎo)通信號來判定)。
圖5
人機(jī)接口單片機(jī)所擴(kuò)展的功能電路單元較多，其原理框圖如圖4所示。
首先是溫度采樣。由于電池柜與控制器相距可達(dá)百米，因此采用溫度電流傳感芯片AD590。AD590輸出一個與絕對溫度值成正比的電流信號。由于其具有高阻抗的恒流源輸出特性，因此對長線阻抗不敏感，同時也能抗現(xiàn)場干擾。溫度采樣電路如圖5所示，圖中的兩個電位器可以對零點(diǎn)和滿刻度進(jìn)行校正。
由于蓄電池?cái)?shù)目較多，所占面積也較大，因此使用三只均勻放置的AD590，將它們并聯(lián)，所得測量結(jié)果為三點(diǎn)溫度的平均值。
顯示接口采用兩片串行的7219LED顯示驅(qū)動芯片，并擴(kuò)展4x4位的LED數(shù)碼管顯示及若干LED發(fā)光指示燈。7219可自動完成LED數(shù)碼管動態(tài)掃描的顯示控制。
日歷時鐘芯片12C887提供充電流程控制所需要的日期時間標(biāo)尺，同時其片內(nèi)近128Byte的不掉電內(nèi)存單元還可用于不掉電存儲控制參數(shù)。
DSl609是一個雙口RAM，共256Byte。在本系統(tǒng)中，它作為人機(jī)接口單片機(jī)與控制單片機(jī)的共享內(nèi)存，傳遞公用信息。防止兩個單片機(jī)同一瞬間對1609同一單元進(jìn)行讀寫而造成沖突是應(yīng)用的關(guān)鍵，系統(tǒng)采用信號郵箱的方式解決這一問題，如后所述。
控制單片機(jī)的接線較為簡單，主要是為觸發(fā)單片機(jī)輸出單同步移相觸發(fā)信號。
3軟件設(shè)計(jì)
限于篇幅，僅討論接口單片機(jī)與控制單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)。接口單片機(jī)的軟件較為復(fù)雜，整個軟件運(yùn)行受兩個中斷源驅(qū)動：一是主同步信號外中斷，另一個是串行口中斷。整體軟件是一個多任務(wù)后臺切換的結(jié)構(gòu)，任務(wù)包括電壓電流采樣、鍵盤掃描、與1609通信、采樣值的標(biāo)度變換、采樣值的顯示、報(bào)警處理、溫度的采樣與顯示、判斷是否接收到完整的串行通信數(shù)據(jù)與命令幀、串行通信命令幀解釋等。在每個主同步信號外中斷發(fā)生后，接口單片機(jī)必須完成前四個任務(wù)，其它不太急切的任務(wù)則由主控程序輪流挑選一個激活執(zhí)行，激活的唯一依據(jù)就是次序。
對共享內(nèi)存的讀寫使用了幾個信號量標(biāo)志，如表1所示。
表1對共享內(nèi)存的讀寫所使用的信號量標(biāo)志
符號意義邏輯
Leftmsgchg左單片機(jī)寫入新的信息左置右清
Fetchingleftmsg右單片機(jī)正讀取1609信息右置右清
Rightmsgchg右單片機(jī)寫更新了的信息右置左清
Fetchingrightmsg左單片機(jī)正讀取1609信息左置左清
上表中，左單片機(jī)指的是接口單片機(jī)，右單片機(jī)指的是控制單片機(jī)，所謂“左置右清”指的是標(biāo)志是由接口單片機(jī)置位，由控制單片機(jī)復(fù)位。
左單片機(jī)讀1609共享信息的流程圖如圖6所示。
可以證明通過對以上四個標(biāo)志的運(yùn)用，可完全避免對共享內(nèi)存單元的讀寫沖突。
控制單片機(jī)的主要任務(wù)是完成控制算法并輸出控制量，其軟件的運(yùn)行是受每20ms一次的同步脈沖帶來的外中斷驅(qū)動的。恒壓恒流算法采用抗微分飽和的PID算法。由于控制量輸出的是一個移相角，此角度是由片內(nèi)定時器D(t0)的定時時間決定的。根據(jù)89C52定時器的定時時間常數(shù)與主頻(11.059MHz)的關(guān)系可以推算得:定時常數(shù)=216-921.6×1/18×α(度)=216-51.2×α(度)。
