实验报告实验室用直流可控电源实验人员:xxxxx xxxx xx1一 设计任务1.1设计目的目前，电子系统的应用越来越广泛，种类也越来越丰富。

电子设备己成为人设备提供所需要的能量，起着至关重要的作用。

然而在通信、航天、汽车、计算机、办公和家用电器等行业，直流稳压电源起着重要作用。

研究实验室用直流可调电源，解决实验室存在的直流电源调压问题，进一步加深对直流可调稳压电源的了解，提高自己的动手制作能力和设计能力，加强对电力电子电路的认识，从而为以后从事相关工作做准备。

1.2设计内容从实验室直流电源存在的问题出发，设计实验室用直流可调电源，主要是用于实验室直流控制电机调速。

1.3设计意义通过此次直流可调电源设计，解决实验室直流电源工作问题，为以后研究高质量使用性能和电气性能的直流稳压电源，做了一个可行性前期实验准备工作，有利于了解直流电源在生产生活中的作用，特别是在设备稳定运行方面表现出的电气特性；从实验室直流电源入手研究，有助于积累解决生产生活中的碰到的问题；从实验团队中相互合作共同进行相关工作，培养了我们的合作意识，为以后我们参加相应工作提供了一个简单模型；研究过程中的分析和改进，增加了我们对相关知识的把握，补充自身的不足；从需求-分析-设计-实验过程中，培养了我们对以后解决相关问题的认识。

1.4设计过程二 器件选择变压器： 220V/220V/38V二极管： 稳压二极管 、发光二极管、普通二极管4007、5108晶体管： 普通三极管9015、可控硅TNY816、单结晶体管BT33F 电 容： 电解电容整流桥： KBPC1510整流桥堆电 阻： 18个大小不等电阻电位计： 电位计2.2K熔断器： TC三 电路原理图四 实现原理4.1控制电路单结晶体管构成的晶闸管触发电路如图所示，与单结晶体管构成弛张振荡电路相比较，电路的振荡部分相同，同步是通过对电源电路的改进实现的。

取自主电路的正弦交流电通过同步变压器T 降压，变为较低的交流电压，然后经二极管整流桥变成脉动直流。

稳压管VW 和电阻RW 的作用是“削波”，脉动电压小于稳压管的稳压值时，VW 不导通，其两端的电压与整流输D6LED D13D14D12D11T2D7R7680KR61K R539KD8D9C610uFT1D1D4D2D3D5+12vF1H1C2F2F3C10.22uF C00.22uF R3120KR4120KR1120K R2120K P2P1C510uFR1562KQ29015R161KR146.2KC41u FC310uFR10120K Q19015R112.2K R13330KR1262KR17680KT3220v 220v R84.7K 38V 220V BT3322vR181KR982KR020W 出电压相等；如果脉动电压大于稳压管的稳压值，将使VW 击穿，其两端电压保持稳压值，整流桥输出电压高出稳压值的部分降在电阻RW 上。

这样VW 两端的电压波形近似与一个梯形波，用这个电压取代弛张振荡电路中的直流电源，起到同步作用。

由于振荡电路的电源为梯形波，在主电路正弦波每一半波结束和开始的一段时间，振荡电路的电源电压很小，电路不振荡，同时电容电压释放到0。

当电源电压接近梯形波的顶部时，振荡电路开始工作，当电容充电使两端的电压达到单结晶体管峰点电压Vp时，单结晶体管导通电容放电，放电电流流过R1与被触发晶闸管的门极的并联电路形成输出，为晶闸管提供触发脉冲，使晶闸管导通。

然后电路进入下一振荡周期，但晶闸管一经导通门极就失去控制作用，一个电源电压半周中振荡电路输出的脉冲只是第一个起到触发作用，后面的脉冲是无效的。

在主电路电压的半周接近结束时，振荡电路的电源电压进入梯形波的斜边并迅速下降，振荡电路停振，同时电容电压释放到0。

因此在主电路的每一个半波中，电容总是从0开始充电，保证了触发脉冲与主电路电压的同步。

4.2整流电路整流后的直流电压为0.9倍的交流输入电压，且整流后的直流电流最大不超过整流桥KBPC1510 额定电流值（15A），满足整流后的直流电压为0.9倍的交流输入电压。

而输出不加滤波电容时整流后的直流电压为0.9倍的交流输入电压，输出加滤波电容时整流后的直流电压为1.2倍的交流输入电压，整流后直流电流最大为15安培，具体是多少取决于所接的负载。

4.3滤波电路整流电路的输出电压不是纯粹的直流，从示波器观察整流电路的输出，与直流相差很大，波形中含有较大的脉动成分，称为纹波。

为获得比较理想的直流电压，需要利用具有储能作用的电抗性元件（如电容、电感）组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的脉动成分以获得直流电压。

其中电容器 C 对直流开路，对交流阻抗小，所以 C并联在负载两端。

并联的电容器 C 在输入电压升高时，给电容器充电，可把部分能量存储在电容器中。

而当输入电压降低时，电容两端电压以指数规律放电，就可以把存储的能量释放出来。

经过滤波电路向负载放电，负载上得到的输出电压就比较平滑，起到了平波作用。

4.4晶闸管保护电路晶闸管的保护电路，大致可以分为两种情况：一种是在适当的地方安装保护器件，例如，R-C阻容吸收回路、限流电感、快速熔断器、压敏电阻或硒堆等。

再一种则是采用电子保护电路，检测设备的输出电压或输入电流，当输出电压或输入电流超过允许值时，借助整流触发控制系统使整流桥短时内工作于有源逆变工作状态，从而抑制过电压或过电流的数值。

34.4.1晶闸管的过流保护晶闸管设备产生过电流的原因可以分为两类:一类是由于整流电路内部原因,如整流晶闸管损坏,触发电路或控制系统有故障等;其中整流桥晶闸管损坏类较为严重,一般是由于晶闸管因过电压而击穿,造成无正、反向阻断能力，它相当于整流桥臂发生永久性短路，使在另外两桥臂晶闸管导通时，无法正常换流，因而产生线间短路引起过电流.另一类则是整流桥负载外电路发生短路而引起的过电流，这类情况时有发生，因为整流桥的负载实质是逆变桥, 逆变电路换流失败，就相当于整流桥负载短路。

另外，如整流变压器中心点接地，当逆变负载回路接触大地时，也会发生整流桥相对地短路。

第一类过流，即整流桥内部原因引起的过流，以及逆变器负载回路接地时，可以采用第一种保护措施，最常见的就是接入快速熔短器的方式。

第二类过流，即整流桥负载外电路发生短路而引起的过电流，则应当采用电子电路进行保护。

4.4.2电压反馈回路在晶闸管控制的直流电动机传动系统中，由于电网电压的波动、电动机的温升、负载的大小等都会影响电动机转速的稳定。

为此需及时调整晶闸管的导通角，以改变输出电压的大小，从而把转速校正过来。

在稳态要求不高的场合，常采用电动机电枢电压负反馈电路，调节电位器，可改变负反馈电压大小。

4.4.3晶闸管的过压保护晶闸管设备在运行过程中，会受到由交流供电电网进入的操作过电压和雷击过电压的侵袭。

同时，设备自身运行中以及非正常运行中也有过电压出现。

解决方法有R-C阻容吸收回路和采用电力电子电路保护。

五实现过程5.1样机制作根据电路原理图，用PROTEL软件完成电路图设计，在设计工程中，根据实用性和便捷性，布置好电路连接线，特别是进行原理图分析中，需要确定相关线路所承受的电流，选择好电路线径，避免在承受负载时，因电流过大引起短路烧坏主板，导致设备不能正常使用。

此外电路布线过程中需要合理走线，避免线路集中导致焊接困难，发生短路情况。

根据需要和设计的实用合理性，合理安排端子排引出线。

PCB图完成后，开始制作PCB板。

制作PCB板方法多，制版大致过程是：设计版图→描图→晒板（制作印刷底版）→印刷→化学方法腐蚀→清洗及表面处理→印刷助焊、标识、阻焊等层→切割、打孔等机械加工→成品电路版，根据生产工艺条件和产品需要，有些步骤有所改变。

PCB板制作完成后，需要对PCB板进行相应的后期处理。

首先，测量相关线路的导通情况，如果出现相关的断路问题，则通过焊锡进行线路的连接，如果出现短路现象，通过小刀等工具将短路现象进行排除处理；然后，校正相关孔径大小，测试有关元器件是否与预留孔距一致；接着进行元器件的测试，并将元器件放置在PCB板的相应位置；最后，焊接电路元器件。

5.2样机试验焊接完元器件后，样机基本完成，进入到样机试验阶段。

在样机试验阶段主要是检查虚焊现象、元器件是否正常工作、测试相关线路、样机通电检测等。

检查虚焊现象是由于焊接过程中焊锡、元器件、杂物等造成的焊接出现异常，不能使所连线路正常工作；元器件是否正常工作，主要针对一些不耐热的元器件是否在焊接过程中出现温度过高而出现元器件损坏，毁坏；在测试相关线路过程中，主要是排除焊接过程中出现的短路和断路现象，元器件是否连接正常，线路是否导通等；样机通电检测主要是测试相关电路的工作情况，包括主电路和控制电路在通电过程中的表现出的电气特性，以及测试相关电路工作时的相关参数，并对相关参数进行相应的分析，为带负载实验提供实验数据和实验准备，保证带负载情况下能够稳定运行。

在样机测试过程中主要是测试电源设备中H1和C2之间的电压，通过调节电位器大小，记录相关电压变化。

此外测试单结晶体管脉冲输出的波形，查看触发电路工作情况。

5.3样机实验5.3.1虚拟负载（纯电阻负载）虚拟负载主要是将H1和C2间输出电压接入电路中，通过在纯电阻工作下测试相关的电压、电流，并通过调节电位器大小，记录下相关电压与电流情况。

将测试的电压、电流与样机前测试的作比较，分析纯电阻负载的与样机工作时的参数。

5.3.2电机负载（阻抗负载）5.4实验数据纯电阻负载：电压5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50. (V)电流6.4 11.5 17.1 23.5 28.7 35.3 40.9 46.4 51.6 57.3 （mA)电压60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 110.0 120.0 130.0 140.0(V)电流68.9 80.7 91.4 103.7 114.9 125.2 136.2 148.3 152.7（mA)带电机负载：电压(V) 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 68.0电流（mA) 50.0 53.0 54.0 56.0 58.0 60.0 61.0转速（r/min）70.0 137.0 208.0 281.0 353.0 428.0 484.0六实验心得通过这次可控硅整流电路的实验设计，我们在电力电路这块有了新的认识，加深了对整流电路、触发电路的理解，激发了我们对电力电子的浓烈兴趣。

整流电路的设计方法多种多样，且根据负载的不同，又可以设计出很多不同的电路。

其中可控硅触发整流电路的负载我们用的多的主要是电阻型、带大电感型，接反电动势型，且各自有自己的优点。