毕业设计(论文)-湖北工业大学中心配电室直流操作电源设计(34页).doc
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1、-毕业设计(论文)-湖北工业大学中心配电室直流操作电源设计-第 27 页 毕 业 设 计(论 文)题 目 湖北工业大学中心配电室 直流操作电源设计 姓 名 学 号 所在学院 湖北工业大学 专业班级 12电气1班 指导教师 日 期 2016 年 6 月 1 日 摘 要直流操作电源是变电站和发电厂是必不可少的二次设备,它自身的可靠性直接关系这发电厂以及变电站可靠运行。随着当今电气设备的不断更新,对电力供电系统提出了越来越高的要求,不间断电源通过交流输入一方面给直流负载供电,另一方面给蓄电池供电,在交流失电的情况下启动蓄电池供电,保证重要设备的安全运行。电力直流操作电源就是其组成的一部分,配电室电气
2、设备的操作、保护、控制、信号、自动装置及事故照明,都需要有可靠的供电电源,因为这类电源尤为重要,所以一般我们都需要专门设置,又把它称为操作电源。本文首先介绍了直流操作电源的研究现状、目的及意义,然后从整体出发给出直流操作电源系统的设计规则,接着介绍了高频开关电源电路原理,设计主电路和控制电路、计算高频整流模块的电路参数、选择合适蓄电池,最后进行主电路和控制电路仿真。主回路高频开关电源模块采用AC-DC-AC-DC模块,控制回路采用电压电流双闭环控制, 电流内环采用峰值电流控制模式,电压外环控制,基于UC3875芯片设计控制系统。关键词:蓄电池,高频开关电源,UC3875ABSTRACT DC
3、operation power supply is the two equipment of substation and power plant, its own reliability is directly related to the power plant and the reliable operation of the substation. Constantly updated with the current of electrical equipment, in power supply system proposed requirements more and more
4、high, uninterruptible power supply through the exchange of input to the DC load power supply, on the other hand to the battery powered, in the case of AC loss of power in the start battery power supply, guarantee to the safe operation of the equipment. Electric power DC operating power supply is a p
5、art of the composition of, power distribution room electrical equipment operation, protection, control, signal, automatic devices and emergency lighting, need reliable power supply, because this kind of power source is particularly important, therefore, we need to set up a special, and refer to it a
6、s the operating power supply.In this paper, we first introduce the DC operation power supply research status, purpose and significance, and from the whole of design rules for a given DC operation power supply system, then introduced the high-frequency switching power supply circuit, the design of ma
7、in circuit and control circuit, high frequency rectifier module of circuit parameter calculation and choose a suitable battery. Finally, the main circuit and the control circuit simulation. Main circuit of high-frequency switching power supply module using clinical module, the control circuit of the
8、 voltage and current double closed loop control, current loop uses peak current control mode, voltage outer loop control, the control system based on UC3875 is used in the design.Key Words:battery,High frequency switching power supply,UC3875原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内
9、容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 日期: 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学院有关保管、使用学位论文的规定,同意学 院保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许 论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密 ,在 年解密后适用本授权书。2、不保密 (请在以上相应方框内打“”)作者签名: 日期: 年 月 日导师签名: 日期: 年
10、月 日目录1 绪论11.1研究意义11.2研究背景及发展趋势11.3直流操作电源系统31.3.1直流操作电源系统的工作原理31.3.2 直流操作电源系统组成32 开关电源原理72.1开关电源概念72.2开关电源组成原理72.2.1整流电路82.2.2功率因素校正(PFC)92.2.3电压型逆变电路102.2.4 PWM逆变电路112.2.5 输出滤波电路122.3高频开关电源采用的主要技术133 开关电源设计及主电路参数计算173.1主电路设计173.1.1方案比较173.1.2 主电路电路图183.2控制电路设计193.2.1 UC3875芯片介绍193.2.2外围电路设计203.2.3控制
11、电路设计223.3主电路参数计算223.3.1系统设计要求223.3.2电路中电量计算和设定233.3.3效率预估计和功率计算233.3.4输入侧电流计算243.3.5开关频率243.3.6 原副边匝数比243.3.7开关管选择243.3.8 EMI滤波器253.3.9 L1C1滤波参数设计253.3.10输出整流二极管选取253.3.11输出滤波参数L2C2的计算253.4高频开关电源模块数量配置264 蓄电池容量计算及选型274.1直流负荷分析274.2蓄电池容量计算274.3蓄电池的选择294.3.1蓄电池的个数选择294.3.2蓄电池均衡充电电压选择304.3.3蓄电池放电时终止的电压
12、的校验305 主电路和控制电路仿真315.1主电路和控制电路仿真电路图315.2仿真波形分析326 结论37致 谢38参考文献391 绪论1.1研究意义直流操作电源系统的重要性有以下几点:(1)变电站的直流操系统关系着在停电情况下一片相关区域在停电状况下是否能够仍然维持基本运转,如照明、信号、控制系统等。(2)变电站的直流操作系统设计十分重要,如果电流系统设计不合理、选择的设备型号不对应的话将会导致用电设备的一系列的问题,轻微的只是短路、发热等,而严重的则可能造成烧毁甚至爆炸造成无法挽回的后果。(3)直流操电源在变电站中应该满足各种必须的需求。因为涉及的设备数量和种类特别的多所以操作电源的稳定
13、性就尤为重要了。阀控密封式铅酸蓄电池和高频开关整流电源的使用大大的提升了系统的稳定性,降低了系统的复杂度,从而减少了维护的工作量。所以直流操作电源系统必须受到高度的重视。1.2研究背景及发展趋势我国是一个国土面积很大人口众多的国家,全国各地的都需要用电而且以为地方不同对供电质量的要求也不同,为了能够很好的满足市场的不同需要,那么直流操作电源系统的设计就变得尤为重要了,它们必须要能够满足并适应不同地区的供电状况,从而给用电设备提供安全可靠的电能。在九十年代以前,人们的生活水平还较为低下,对直流操作电源的要求不是很高,只要可以供应平时的照明即可;但是九十年代以后科技迅速发展,电能开始越来越普及,无
14、论是家里还是办公所有的东西都要用电,那么对直流操作系统就提出了更高的要求;而到了近代,用电设备越来越精细,那么对直流操作系统的要求也是与日俱增,最近这些年来直流系统的技术越来越成熟,设备也越做越精细,对可靠性的要求也越来越高了。但是在电力系统中,因为直流系统的设计错误导将会致了电力设施的损坏、系统的瘫痪等一些不可预知的问题,而且事故波及的范围很大,一旦电力系统瘫痪将会造成很多意想不到的麻烦和后果。如现在很多地方都采用电力系统控制的电动门锁控制以及电动闸门,只有保证电能的正常供应才能使他们正常工作,这也体现了直流操作电源的重要性。如今电已经遍及了世界每一个角落,电已经关系到了人们的生活的点点滴滴
15、,而如何持续提供稳定可靠的电能更是重中之重,如电脑、投影仪、照明灯等等一系列的设备都需要有电,再精细一点的如服务器、安全防护系统等,所以直流电源系统在突发情况下起着不可替代的重要作用,所以直流操作电源系统无论在什么什么时间什么地点都将是一个很重要的方面。如果电流电压过大很容易就被电流击穿,所以对直流操作电源系统的要求也更加的严格,不再像以前只用考虑的照明系统,同时这也是对直流操作系统的挑战,促进了它的发展。总体的来看未来的直流电源系统发展趋势总结如下8: (1)性能高、体积小 便于存放同时容量还要满足使用,是未来的一大趋势之一,小的体积有利于适应外部的环境,做到轻、小、薄这是所有的用户都想要得
16、。而如何实现这一想法就需要我们不断的更新和研究了。(2) 数字化 如今数字化技术发展的十分迅速,如现在的数字化电视,使用起来非常的方便、快捷,深受人们的喜爱。数字化有很多的优点,如抗干扰能力强、易于控制和检测等等,所以在设计的时候对于智能化的使用也必不可少。(3)环境友好型以及能源节约型关于环境保护是全国乃至全世界都很重视的一件事情,我们不可以因为我们的需要而破坏环境,所以我们要做到对环境无污染;而出去看得见的污染对于一些电磁波的污染我们也要注意,不然将会对电网产生污染从而胆导致能源的浪费。本次设计是基于学校配电室的一个直流电源系统的设计,也相当与学校这一区域的变电站,直流操作电源对于学校来说
17、尤为重要,它的持续供电可以为老师上课带来方便,为晚间学生学习提供良好的环境等等。1.3 直流操作电源系统1.3.1直流操作电源系统的工作原理(1)交流输入正常工作状态:在系统正常工作时,通过交流配电输入时的单元给全部的整流模块供电。高频整流模块将交流电变换为高质量的直流电,经过保护电器然后输出后,就可以给蓄电池组进行充电,然后同时也可以直接给直流负载供电。(2)交流失电正常工作状态:在系统因为突发原因停电时,整流模块检测到无输入之后就停止工作,那么就只能靠蓄电池来进行供电了。当监控模块在检测到蓄电池有放电的电流和电压到达所设定的终止电流电压的时候,监控模块便自动发出警告27。系统工作时的能量流
18、向图如图1.1所示图1.1 系统工作能量图1.3.2 直流操作电源系统组成 直流操作电源系统由四大模块组成,其中包括高频开关电源模块,蓄电池模块,调压模块和监控模块6,系统框图如图1.2所示。 (1)高频开关电源:开关电源模块是直流操作电源的核心所在,通过整流模块可将输入的低质量交流电转化为高质量的直流电给直流负载和蓄电池供电。作为充电器的整流装置,多年来在不断的发展改进,七十年代是分立元件控制的晶图1.2 直流操作电源系统框图闸管整流装置,可靠性和稳定性较差,技术指标偏低。八十年代发展为集成电路控制的晶闸管整流装置,可靠性和稳定性以及技术指标得到较大的提高,这一时期的晶闸管整流控制技术也日臻
19、成熟,并具备简单的充电、浮充电和均衡充电自动转换控制功能。进入九十年代以后,随着微机控制技术的普及,集成电路控制型晶闸管整流装置逐渐被微机控制型晶闸管整流装置取代,使整流装置的稳流和稳压调节精度得到较大的提高,并且自动化水平的提高可以实现电源的“四遥”,为实现无人值班创造了条件。1996年以后,随着高电压、大功率开关器件和高频变换控制技术的成熟,高频开关整流装置以其模块化结构、N+1并联冗余配置、维护简单快捷、技术指标和自动化程度高的优点,得到迅速的推广和普及。目前,这种高频开关型整流装置已成为市场的主角,未来几年不会有新的整流装置替代。 (2)蓄电池模块:蓄电池在直流系统中占有很重要的位置是
20、它的重要组成部分之一,而且也是整个系统的价格的主要部分,是保证当出现了突发情况的时候给各个用电设备供电的最后的一道电力能源,但是同时问题也就产生了,因为电池出现问题而造成的损失将会比电池本身高的多。所以选择正确的电池组将会对以后的维护和工作的寿命至关重要。如今,随着世代的发展已经广泛使用阀控铅蓄电池了。阀控铅酸蓄电池(VRLAB)是目前广泛使用的后备电池。因为它本身采用的阴极吸收技术,所以电池能够很好的密封,同时在运行中不用再加水维护。蓄电池能够很好的密封带来了很多好处,但是同时让观测和维护变得更加困难,而且因为“免维护”这一不科学的说法导致使用时间过长之后产生了很多问题2。如今绝大部分的阀控
21、铅酸电池实际的使用情况应该是这样的:除开电池厂家制造时的质量问题以外,不正当的使用条件也大大的缩短了电池的使用寿命。即使有专业的人员进行了维护,也仅仅只是手工的检测而已,并没有借助有关的仪器和设备进行检测,不能随时发现电池隐患。同时手工的检测费时费力,反而得不到好的效果。阀控式密封铅酸蓄电池也是最近才兴起的新型蓄电池。该类蓄电池大多采用了一下三点:紧装配密集极板、超细玻璃纤维隔膜和贫电液机构。当然有的也采用管式正极板以及专用隔板胶体电解液的富电液结构,它们的基本原理都全部都是使气体在极板间转移,这样一来就便促进了再化合反应,同时利用减压阀去保持该电池内部可以有一定压力。这样的蓄电池优点是具有防
22、酸功能的,而且基本上属于免维护,与此同时因为没有酸雾和氢体排除所以当容量在300Ah以下时,能够和成套的直流电源柜一起安装到主控室,现在已经广泛的应用在各类变电站之中了,成为无人值班时候首选电池1。 (3)调压模块:一般情况下选择的电力操作电源输出的电压应该为220V或者110V,如果再考虑到蓄电池的充电电压的话,输出电压最高可以可达到额度电压的145%左右,那么这样看来电力操作电源的输出的电压变化的范围就有点大了,所以在电力系统中,除了合闸等冲击性负荷可以直接接在蓄电池的输出端以外,其它的保护和控制类负载都应该使用调压装置间接去和蓄电池进行连接,从而获得稳定的工作电压3。硅堆压降装置是目前比
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