電機設計論文范文

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第1篇

隨著電力電子技術的發展，用電設備對電源的要求不斷提高，開關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、維修方便等方向發展。瞬時同步整流技術由于實現簡單，響應速度快和具有自然限流等優點而得到廣泛地應用。

本文在分析DC-DC技術發展的基礎之上，用Buck電路，運用MAX767系列芯片研究一條簡潔的途徑實現DC-DC直流變換，即應用同步整流技術控制方法，來實現變換器高效工作。該變換器主電路結構簡單可靠，可以實現輸入：DC4.5～5.5V，輸出DC5V/3.3A的設計。

分析其系統工作原理的過程，為該變換方法和應用提供了理論基礎，通過同步整流技術的方法和應用MOSFET管的設計，較理想的實現了DC-DC變換器的設計要求。

最后，運用這些設計成功的設計出DC-DC直流變換器。

本文主要介紹Buck電路和MAX767系列DC設計，工作原理和主要參數的設計，并對系統的外特性和穩定性作了分析。

關鍵詞：DC-DC直流變換;同步整流技術;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。

主電路的設計

電力電子技術是以電力為對象的電子技術，它在主要任務是對電能進行控制和交換。現在電力電子技術已成為信息產業和傳統產業之間的重要接口、弱電與被控強電之間的橋梁。

從SCR、IGBT、SITH；從相控整流電路及周波變換電路到脈寬調制和高頻斬波電路，現代電力電子技術正逐漸向集成化、高頻化、全控化、電路弱電化、控制數字化和多功能化發展，本文所討論的充電機系統就是現代電子技術的產物。

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S和濾波電容C1構成。

當電路加電時，開關S處于斷開狀態，電網通過整流橋和充電電阻R向電容C1充電。電阻限流作用，防止加電時產生沖擊電流。

當電容充電結束后，開關S閉合，將限流電阻R短路，電路進入正常工作狀態。開關S的動作是由控制電路中的軟啟動電路實現的。

由于整流濾波電路所使用的是不控制元件，對電網影響較少，同時，以軟啟動過程所實現可防止潮涌電流的產生。

2.2主電路的選型

開關電源的電路拓撲結構眾多，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，需要根據設計任務書和實際應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；當電源功率在100W以上且工作環境干擾很大、輸入電壓質量惡劣、輸出短路頻繁時，則應采用正激型電路；對于功率大于500W、工作條件較好的電源，則應采用半橋或全橋電路較合理；如果對成本要求比較嚴，可以采用半橋電路；如果功率很大，則應采用全橋電路；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，開關管的控制信號是由可調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技術歷史和現狀1

1.2高頻軟開關逆變式充電機2

第二章主電路的設計3

2.1整流濾波電路3

2.2主電路的選型4

2.3軟開關技術的基本概念6

2.4軟開關技術的提出與發展7

2.5工作過程分析9

2.6全橋型電路的主電路元氣件參數的確定12

2.7輸出濾波電路的設計16

第三章濾波電路和主電路的計算18

3.1濾波電感18

3.2濾波電容19

3.3開關器件的設計20

3.4主電路設計的具體計算22

3.5驅動電路的設計27

第四章控制電路的設計及保護電路的實現31

4.1控制方案的確定31

4.2PWM信號的產生33

4.3移相及互鎖電路36

4.4開關信號的產生38

4.5恒流控制電路的設計39

4.6調節器電路的設計41

4.7保護電路設計42

第2篇

1.1電機型號規格。電機型號：ZC493/440；功率：500/350kW(發電機規格、軸輸入功率)；額定電壓：660V額定電流：758/530A；額定轉速：1100/2500r/min；勵磁電壓：220V(他勵)；過載倍數1.5；功率：470/329kW(電動機規格、軸輸出功率)；額定電壓：660V；額定電流：758/530A；額定轉速：1020~2500/1040~2500r/min；勵磁電壓：220V(他勵)；過載倍數1.5。

1.2電磁設計。由于該電機主要用于發電運行，因此應參照發電機相關設計規格進行電磁計算。同時由于電機熱參數通常很高，相應的軸向散熱要求很驗證達標，要想解決這一難題，從而改善通風散熱情況，優先選擇相應的通風溝結構為9段分形式的通風溝，且每段為8厘米長。

2結構設計

2.1外形與總體。本文高速直流電機的設計主要是針對其要用于拖動立式水輪機進行高水頭水力性能實驗，因此設計為立式結構。

2.2定子設計。通常情況下高速直流電機的供電電源采取靜止整流供電，要想適應運轉負荷的高變化頻率等要求，相應的定子機座會采用疊片機座的形式。做為重要零部件的主換向極沖片的厚度應為1毫米的Q235鋼板沖制而成，而主極線圈的選擇應為聚酯亞胺漆包線QZYB-2/155，從而達到加大主極線圈與換向極線圈之間間隔的效果，這更有利于電機的散熱。

2.3電樞設計。將0.5毫米厚的厚DW310-50無取向冷軋硅鋼片進行沖制，制得電樞沖片。同時，電樞鐵心為無緯帶綁扎固定繞組結構，這種結構可以有效的降低電樞槽高。采取徑向通風方式進行電樞通風。電樞線圈的結構采用用單疊異槽和均壓線形式，同時由于在電機進行高速轉動時，換向片在較大離心力的作用下十分容易發生變形，故換向器采用綁式結構。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(其脂極限轉速為3600r/min)，由定子機座承擔轉子全部重量。下軸承采用6024C3單列向心球軸承，起導軸承作用及臥式試驗時承受雙向軸向力。因電機為立式安裝，為防止軸承漏油，油脂粘到換向器護環使碳粉堆積。軸承采用三層毛氈密封，有效防止漏油。

2.5通風。要想解決電機通風散熱問題，提高電機相應的運行質量及測試準確度，在對電機進行通風設計時，在電機的上部置有4個出風品，且每個通風口都安裝有徑向出風防破損裝置。同時使用兩臺LKW355S-4低噪音音風機鼓風，共同構成風冷相應的電機風冷系統。鼓風機拖動電機中心到電機中心距離約950毫米。風機出風口裝一風筒，風筒與電機進風口距離為3到5毫米。

3結束語

第3篇

關鍵詞：直流電源后備系統多微控制器充電機

直流電源后備系統是各類電廠、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，當主電源突然中斷后，給關鍵主控設備、故障監測系統、故障保護系統等提供動力電。它可以包括多個蓄電池組，每組可有多達一百多只鉛酸或其它種類的蓄電池，容量可達2000安時以上。

成套的無人值守、免維護直流電源系統由蓄電池組、充電浮充電裝置、電池監測(容量及電壓)裝置、絕緣監測裝置、交流監測裝置、硅鏈調壓裝置、一系列遙控開關、保護子系統以及將這些裝置連接成一個整體的工業通信網絡和中央控制器組成。上述裝置(除中央控制器之外)均可有多套。通信網絡采用RS485接口，為了提高現場抗干擾的能力，RS485接口應采用帶光隔離型的，也可采用工業現場總線如CAN總線、LonWorks等。中央控制器具有帶漢字液晶顯示的人機接口，一方面能通過通信網絡與各子系統(裝置)進行雙向通信，取得其運行的實時數據，并對這些設備進行遙控、遙調；另一方面還與電站綜合自動化系統相連，將整個直流系統的信息傳遞至這些更高層的系統。系統結構圖如圖1所示。

在這些裝置中，充電浮充電裝置(即智能充電機)無疑占據極其重要的地位，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，保證直流后備電源系統的可靠性。

1蓄電池充放電控制流程及智能充電機的功能設計

直流電源系統中的蓄電池在系統運行過程中可能會遇到各種運行狀態，如交流中斷導致的放電，以及長時間運行過程中由于內部化學反應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行充電控制。

圖2是原電力部負責組織制定的微機控制直流電源系統運行程序的示波圖。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，在十幾秒鐘以后達到給定值。此階段稱為軟啟動階段，充電機應該實現恒流控制。

圖2

(2)0.1C10A恒流充電

軟啟動結束后，充電機以0.1C10A的電流對電池進行恒流充電。此時，電池的端壓將逐漸上升。當端壓上升至2.35×n(n為電池個數)時，恒流充電結束，轉為下一階段。

(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，當電流減小到0.01Cl0A時，計時系統開始計時，當計完“均轉浮設定時間”后(此時間可調，范圍為0～72小時)，系統進入下一階段——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。浮充階段經過一個可設定的“活化時間”后(1～3個月)，系統重新回到上述第(2)階段。

(5)交流中斷與恢復供電

當電網的交流中斷以后，蓄電池放電給系統以提供后備電源。當交流系統恢復供電以后，充電機自動對電池進行恒流充電，也回到上述第(2)個階段。

綜上所述，智能充電機實現的功能如下：

(1)對蓄電池進行完整的充放電控制。

(2)所有的控制參數均可由用戶設定，包括均充、浮充電壓給定、恒流充電電流給定、均充轉浮充時間、活化時間等。

(3)完善的報警保護功能，包括交流中斷、缺相、過壓、過流、短路等。

(4)RS485通信接口及相應的通信協議，包括提供上位機遠控功能。

(5)恒壓恒流精度可達±1%，紋波系數在1%以下，功率因數及效率也可達到用戶給定的指標。

(6)溫度對蓄電池充電特性有一定影響，因此需具備溫度補償功能。

2智能充電機的硬件設計

本充電機采用可控硅三相全控橋的相控整流主電路型式。

本系統的特點是控制精度要求較高、任務較多，為了提高硬件可靠性，系統采用了多微控制器(單片機)的設計。

系統整個運行任務按功能獨立性及負荷均勻的原則大致可分為以下四個大的子任務：同步脈沖產生、移相觸發脈沖生成、流程控制及恒壓恒流算法實現、接口及串行通信等。這些任務由一兩塊單片機完成是不可能的，為此使用四塊單片機，每塊單片機完成上述的一個子任務，各單片機之間通過硬件握手信號及共享RAM存儲器來通信。圖3是這些單片機的聯系邏輯圖。

同步單片機完成同步脈沖的產生，包括相序的判定、缺相的判定等，從而使系統達到不認相序無需調整的要求。

觸發單片機完成6個觸發脈沖的產生與分配(根據相序信號及來自于控制單片機的單相導通信號來判定)。

圖5

人機接口單片機所擴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和滿刻度進行校正。

由于蓄電池數目較多，所占面積也較大，因此使用三只均勻放置的AD590，將它們并聯，所得測量結果為三點溫度的平均值。

顯示接口采用兩片串行的7219LED顯示驅動芯片，并擴展4x4位的LED數碼管顯示及若干LED發光指示燈。7219可自動完成LED數碼管動態掃描的顯示控制。

日歷時鐘芯片12C887提供充電流程控制所需要的日期時間標尺，同時其片內近128Byte的不掉電內存單元還可用于不掉電存儲控制參數。

DSl609是一個雙口RAM，共256Byte。在本系統中，它作為人機接口單片機與控制單片機的共享內存，傳遞公用信息。防止兩個單片機同一瞬間對1609同一單元進行讀寫而造成沖突是應用的關鍵，系統采用信號郵箱的方式解決這一問題，如后所述。

控制單片機的接線較為簡單，主要是為觸發單片機輸出單同步移相觸發信號。

3軟件設計

限于篇幅，僅討論接口單片機與控制單片機的軟件設計。接口單片機的軟件較為復雜，整個軟件運行受兩個中斷源驅動：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后臺切換的結構，任務包括電壓電流采樣、鍵盤掃描、與1609通信、采樣值的標度變換、采樣值的顯示、報警處理、溫度的采樣與顯示、判斷是否接收到完整的串行通信數據與命令幀、串行通信命令幀解釋等。在每個主同步信號外中斷發生后，接口單片機必須完成前四個任務，其它不太急切的任務則由主控程序輪流挑選一個激活執行，激活的唯一依據就是次序。

對共享內存的讀寫使用了幾個信號量標志，如表1所示。

表1對共享內存的讀寫所使用的信號量標志

符號意義邏輯

Leftmsgchg左單片機寫入新的信息左置右清

Fetchingleftmsg右單片機正讀取1609信息右置右清

Rightmsgchg右單片機寫更新了的信息右置左清

Fetchingrightmsg左單片機正讀取1609信息左置左清

上表中，左單片機指的是接口單片機，右單片機指的是控制單片機，所謂“左置右清”指的是標志是由接口單片機置位，由控制單片機復位。

左單片機讀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志的運用，可完全避免對共享內存單元的讀寫沖突。

控制單片機的主要任務是完成控制算法并輸出控制量，其軟件的運行是受每20ms一次的同步脈沖帶來的外中斷驅動的。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，此角度是由片內定時器D(t0)的定時時間決定的。根據89C52定時器的定時時間常數與主頻(11.059MHz)的關系可以推算得:定時常數=216-921.6×1/18×α(度)=216-51.2×α(度)。