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单片机控制的直流电机调速系统 摘要：本文采用AT89C52作为主控芯片，设计了一种直流电机高速系统。AT89C52产生单极性工作制的定频PWM脉冲，配合驱动能力强大的L298，从而实现控制和调整直流电机转速和转向的功能。利用软件编程，能够设置多个占空比不同的脉冲，使得电机转速可以逐步增大或减小,同时在LCD上显示电机的工作状态，易于观察和识别。本设计主要由电机调速控制模块和LCD显示模块组成，具有电路简单，可靠性高，运行稳定的特点，是对于小型直流电机调速装置的一种探究。 关键词：AT89C52 定频PWM LCD 直流电机 目 录 1 绪论... 1 2 方案设计... 1 2.1 功能要求... 1 2.2 方案论证... 1 3 系统硬件的设计... 3 3.1 电机调速控制模块... 3 3.2 LCD显示模块... 6 3.3 硬件设计总原理图... 11 4 系统软件的设计... 12 4.1 主程序... 12 5 调试及性能分析... 14 5.1 调试与测试... 14 6 结论... 15 7 致谢... 15 参考文献... 17 附录... 18
集成直流稳压电源的设计 一、设计要求电源变压器只做理论设计，合理选择集成稳压器，合理设置保护电路，完成全电路理论设计、安装调试、绘制电路图，自制印刷板。主要技术指标1、同时输出±15V电压、输出电流为2A。2、输出纹波电压小于5mV，稳压系数小于5×10-3；输出内阻小于0.1Ω。3、加输出保护电路，最大输出电流不超过2A。二、基本原理1． 直流稳压电源的基本原理 直流稳压电源一般由电源变压器T、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如图1所示。各部分电路的作用如下：图1 直流稳压电源基本组成框图（1） 电源变压器T的作用是将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压ui。（2）整流滤波电路 整流电路将交流电压ui 变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除纹波，输出直流电压Ui。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波、倍压整流滤波电路如图（b）桥式整流电容滤波电路各滤波电容C满足：RL1C=（3~5）T/2式中T为输入交流信号周期；RL1为整流滤波电路的等效负载电阻。（3） 三端集成稳压器常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器（均属电压串联型），下面分别介绍其典型应用。① 固定三端稳集成压器正压系列：78XX系列，该系列稳压块有过流、过热和调整管安全工作区保护，以防过载而损坏。一般不需要外接元件即可工作，有时为改善性能也加少量元件。78XX系列又分三个子系列，即78XX、78MXX和78LXX。其差别只在输出电流和外形，78XX输出电流为1.5A，78MXX输出电流为0.5A，78LXX输出电流为0.1A。负压系列：79XX系列与78XX系列相比，除了输出电压极性、引脚定义不同外，其他特点都相同。② 可调式三端集成稳压器正压系列：W317系列稳压块能在输出电压为1.25V~37V的范围内连续可调，外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内有过流、过热和安全工作区保护。最大输出电流为1.5A。其典型电路如图7-2-4所示。其中电阻R1与电位器RP组成电压输出调节电器，输出电压U0的表达式为： U0≈1.25(1+RP/R1) 式中，R1一般取值为（120~240Ω），输出端与调整压差为稳压器的基准电压（典型值为1.25V）。所以流经电阻R1的泄放电流为5~10mA/。负压系列：W337系列，与W317系列相比，除了输出电压极性、引脚定义不同外，其他特点都相同。 图7-2-4 可调式三端稳压器的典型应用2． 稳压电源的性能指标及测试方法稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标。包括允许的输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标。用来衡量输出直流电压的稳定程度。包括稳压系数（或电压调整率）、输出电阻（或电流调整率）、温度系数及纹波电压等。测试电路如图7-2-6所示，可简述如下： 图7-2-6 稳压电源性能指标测试电路⑴ 波电压纹波电压是指叠加在输出电压U0上的交流分量。用示波器观测其峰-峰值。△Uopp一般为毫伏量级。也可以用交流电压表测量其有效值。但因△U0不是正弦波，所以用有效值衡量其纹波电压，存在一定误差。⑵稳压系数及电压调整率稳压系数：在负载电流、环境温度不变的情况下，输入电压的相对变化引起输出电压的相对变化。电压调整率:输入电压相对变化±10%时的输出电压相对变化量,即 Ku=△U0/U0稳压系数Su和电压调整率Ku均说明输入电压相对变化对输出电压的影响,因此只需测试其中之一即可.⑶输出电阻及电流调整率输出电阻：放大器的输出电阻相同,其值为当输入电压不变时,输出电压变化量与输出电流变化量之比的绝对值,即 ro＝|△U0|/|I0|电流调整率:输出电流从0变到最大值ILmax时所产生的输出电压相对变化值,即 Ki=△U0/U0输出电阻r0和电流调整率Ki均说明负载电流变化对输出电压的影响,因此也只需测试其中之一即可.四.设计指导 直流稳压电源的一般设计思路为:由输出电压U0、电流I0确定稳压电路形式,通过计算极限参数(电压、电流和功率)选择器件;有稳压电路所要求的直流电压(Ui)、直流电流(Ii)输入确定整流滤波电路形式,选择整流二极管及滤波电容并确定变压器的副边电压Ui的有效值、电流Ii(有效值)即变压器功率.最后由电路的最大功耗工作条件确定稳压器、扩流功率管的散热措施. 下图为集成稳压电源的典型电路.其主要器件有变压器Tr、整流二极管VD1～VD4、滤波电容C、集成稳压器及测试用的负载电阻RL.图7-2-7 集成稳压电源的典型电路下面介绍这些器件的一般原则.1.集成稳压器稳压电路输入电压Ui的确定：为保证稳压器在电网量低时仍处于稳压状态,要求 UI≥Uomax +(UI-U0)min式中(UI-U0)min 是稳压器的最小输入输出压差,典型值为3V.按一般电源指标的要求,当输入交流电压220V变化±10%时,电源应稳压.所以稳压电路的最低输入电压 U1min≈[Uomax+(UI-U0)min]/0.9.另一方面，为保证稳压器安全工作，要求 UI≤Uomin +(UI-U0)max 式中(UI-U0)max是稳压器允许的最大输入输出压差,典型值为35V.2.电源变压器确定整流滤波电路形式后,由稳压器要求的最低输入直流电压Uimin计算出变压器的副边电压Ui 、副边电流Ii. 五.按指标设计电路图 1. 器件选择电路参数计算如下:⑴确定稳压电路的最低输入直流电压Uimin Uimin≈[Uomax+(Ui-U0)min]/0.9代入各指标,计算得: Uimin≥(15+3)/0.9=20V取值为20V.⑵确定电源变压器副边电压、电流及功率 Ui≥Uomax/1.1. I1≥Iimax所以我们取I1为1.1A.UI≥20/1.1=18.2V ，变压器副边功率P2≥20W变压器的效率 =0.7，则原边功率P1≥28.6W.由上分析,可选购副边电压为19V,输出1.1A,功率30W的变压器.⑶选整流二极管及滤波电容因电路形式为桥式整流电容滤波，通过每个整流哦极管的反峰电压和工作电流求出滤波电容值。已知整流二极管1N5401 ,其极限参数为URM=50V,ID=5A.滤波电容：C1≈(3～5)T×Iimax/2U1min=(1650～2750)μF故取2只2200μF/25V的电解电容作滤波电容。2.压电源功耗估算当输入交流电压增加10%时，稳压器输入直流电压最大，即 Uimax=1.1×1.1×19=22.99V所以稳压器承受的最大压差为：22.99-5≈18V最大功耗为：Uimax×Iimax=18×1.1=19.8W故选用散热功率≥19.8W的散热器.3.其他措施如果集成稳压器离滤波电容C1较远时，应在W317靠近输入端处接上一只0.33μF的旁电路C2。接在调整端和地之间的电容C3，是用来旁电路电位器RP两端的纹波电压。当C3的电容电量为10μF时，纹波抑制比可提高20dB,减到原来的1/10.另一方面,由于在电路中接了电容C3,此时一旦输入端或输出端发生短路,C3中储存的电荷会通过稳压器内部的调整管和基准放大管而损坏稳压器.为了防止在这种情况下C3的放电电流通过稳压器,在R1两端并接一只二极管VD2.W317集成稳压器在没有容性负载的情况下可以稳定的工作.但当输出端有500～5000pF的容性负载时,就容易发生自激.为了抑制自激,在输出端接一只1μF钽电容或25μF的铝电解电容C4.该电容还可以改善电源的瞬态响应.但是接上该电容后,集成稳压器的输入端一旦发生短路.C4将对稳压器的输出端放电,其放电电流可能损坏稳压器,故在稳压器的输入与输出端之间,接一只保护二极管VD1。六.电路安装与指标测试1.安装整流滤波电路 首先应在变压器的副边接入保险丝FU,以防电源输出端短路损坏变压器或其他器件,整流滤波电路主要检查整流二极管是否接反,否则会损坏变压器.检查无误后,通电测试(可用调压器逐渐将入交流电压升到220V),用滑线变阻器作等效负载,用示波器观察输出是否正常.2.安装稳压电路部分 集成稳压器要安装适当散热器,根据散热器安装的位置决定是否需要集成稳压器与散热器之间绝缘,输入端加直流电压UI(可用直流电源作输入,也可用调试好的整流滤波电路作输入),滑线变阻器作等效负载,调节电位器RP,输出电压应随之变化,说明稳压电路正常工作.注意检查在额定负载电流下稳压器的发热情况.3.总装及指标测试 将整流滤波电路与稳压电路相连接并接上等效负载,测量下列各值是否满足要求:① UI为最高值(电网电压为242V), U0为最小值(此例为+5V),测稳压器输入、输出端压差是否小于额定值,并检查散热器的温升是否满足要求(此时应使输出电流为最大负载电流).② UI为最低值(电网电压为198V), U0为最大值(此例为+15V)测稳压器输输出端压差是否大于3V,并检查输出稳压情况.如果上述结果符合设计要求,便可按照前面介绍的测试方法,进行质量指标测试.七、综合总结 通过本次设计,让我们更进一步的了解到直流稳压电源的工作原理以及它的要求和性能指标.也让我们认识到在此次设计电路中所存在的问题;而通过不断的努力去解决这些问题.在解决设计问题的同时自己也在其中有所收获.我们这次设计的这个直流稳压电源电路;采用了电压调整管(uA723)外加调整管(2SC3280)来实现电压的调整部分;还通过单片机(89C51)来实现电路的控制,也实现了扩充多功能;而稳流部分可调式三端稳压电源管来实现。 八、参考文献资料 ◆<<电子线路基础>>,华东师范大学物理系万嘉若,林康运等编著,高等教育出版社.。◆<<电子技术基础>>,华中工学院电子学教研室编,康华光主编,高等教育出版社。◆<<电子线路设计>>,(第二版)华中科技大学谢自美主编,华中科技大学出版社。图可能出不来，自己另外在百度上搜图。（我也是网上找的，修改了一下）
双相电动机原理通电线圈在磁场中受力转动就是说通电线圈会产生磁性，与原有磁场相斥，从而有力使其转动。通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线（磁场方向）方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。它是将电能转变为机械能的一种机器。 电动机使用了电流的磁效应原理，电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机。直流电动机原理 直流线圈在磁场中受力只能转半圈，要转一圈须要换向器，使其转过平衡位置自动改变电流方向。 三相交流异步电动机转子转动的原理当磁极沿顺时针方向旋转，磁极的磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势。电动势的方向由右手定则来确定。因为运动是相对的，假如磁极不动，转子导条沿逆时针方向旋转，则导条中同样也能感应出电动势来。在电动势的作用下，闭合的导条中就产生电流。该电流与旋转磁极的磁场相互作用，而使转子导条受到电磁力f，电磁力的方向可用左手定则确定。由电磁力进而产生电磁转矩，转子就转动起来。
摘 要直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率[1]。本设计主电路采用晶闸管三相全控桥整流电路供电方案，控制电路由软件实现系统的功能，取代传统的双闭环调速系统。系统用一台单片机及外部扩展设备代替原模拟系统中速度调节器、电流调节器、触发器、锁零单元和电流自适应调节器等，从而使直流调速系统实现数字化[2]。
你这个电源功率有点大，而且电流要可调节。已经比较专业了。估计在学校的学生很难完成，主要是高频变压器的设计。估计你这个论文现成的难找。我设计过，没有这么大功率，电流也不可调节。要科技调节，我想到用单片机来控制结合运放电路和比较器来完成
本实用新型是一种大功率自动高频高压恒流直流电源，它主要由整流滤波，高频逆变，高压输出及控制部分组成，特别是：a．所述高频逆变部分是采用多个最新的大功率电力电子器件IMOSFEET分布在散热器中并配以高频逆变电路组成；b．所述高压输出部分是由若干层线包叠加而成，外接高压输出棒，每层线包接装有两组整流桥；本实用新型解决了现有逆变式高压恒流电源功率小，适应范围规格偏低的问题，其动态特性好，适应电场范围宽，系统功率大大提高，主要应用于高压静电除尘器配套的高压发生源，广泛应用于冶金、化工发电、建材部门。
直流稳压电源的毕业论文不算太难，去那个591论文网找几篇现成的拼凑一下就行。我论文就这么来的，然后还真就过了。。O(∩_∩)O~
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你油箱多少， 我这里有一个，去年省电子设计大赛的，精度比你这个要高。
1. 无线数据网络中基于斯塔克尔博格博弈的功率控制 2. 动能定理，机械能守恒定律应用3. 宽带网络中业务模型的仿真分析 4. 基于H.264 AVC码率控制算法的研究 5. 基于GRF-3100射频系统的混频器的设计与制作 6. VOIP语音通信系统的设计与应用 7. 基于Labview的实验数据处理的研究 8. 基于NS2的路由算法研究与仿真 9. 图像处理工具箱的VC实现 10. 嵌入式实时系统设计模式的应用 11. 基于VC的UDP的实现 12. 基于TCP/IP协议嵌入式数字语音传输系统终端硬件设计 13. 基于MPLS的VPN技术原理及其实现 14. 基于FPGA的步进电机控制系统的数字硬件设计研究 15. 多路信号复用的基带发信系统模型 16. 数字音频水印研究 17. 数字电视传输系统-城市数字电视平移 18. 虚拟演播室应用研究与设计 19. 电视节目制作系统设计 20. KM3知识管理系统解决方案 21. 移动通信系统的频率分配算法设计 22. 通信系统的抗干扰技术 23. 扩频通信系统抗干扰分析 24. 基于OPNET的网络规划设计 25. 基于NS2的路由算法仿真 26. 基于GPRS的数据采集与传输系统设计 27. 搅拌混合器微分先行控制系统设计 28. 车辆牌照自动识别系统 29. 基于CPLD器件的数字频率计的设计 30. 大容量汉字显示系统的设计 31. 数控直流电压源的设计 32. 基于s6700电子标签阅读器设计 33. 嵌入式网络连接设计 34. Java手机网络游戏的实现和程序设计 35. 简频率特性测试仪设计 36. DDS及其在声学多普勒流速测量系统中的应用 37. AVR 8位嵌入式单片机在车载全球定位系统显示终端中的应用 38. 基于单片机的考勤系统设计 39. 基于单片机的寻呼机编码器 40. 基于MF RC632射频识别读写器芯片的专用读卡器 41. 具有SPI接口的数字式同步发送器设计 42. 小区停车场计费系统设计 43. 村村通无线接入系统中的CDMA技术 44. 语音校检报文的程序设计 45. 基于轧制扰动负荷观测器的轧机传动机电振动控制系统设计 46. 基于MATLAB的数字滤波器的设计 47. 基于VHDL的乒乓游戏机的设计 48. 语音信号的滤波设计 49. 基于DSPTMS320F206的高炉自动进料控制系统 50. 基于VHDL语言的基带线路码产生电路仿真设计 51. 智能天线的研究 52. 混合动力汽车电机驱动单元 53. 混合动力汽车 54. 直流电机双闭环调速系统设计 55. 双馈电机直接转矩DSP控制 56. 双馈电机直接转矩控制 57. 无刷直流电机调速系统 58. 异步电机直接转矩控制 59. 人脸识别系统的研究与实现 60. 锁相频率合成器的设计与仿真 61. 动态链接库进阶 62. 电话业务综合管理系统设计 63. 弹性分组环RPR的公平算法研究 64. 低轨卫星移动通信信道模型研究 65. 大数计算的算法探讨及其在椭圆曲线密码体制中的应用 66. HY防火墙管理软件开发过程及ACL模块功能实现 67. EPON的原理分析 68. DCS通讯与软测量技术的研究 69. 3G的AKA协议中F1至F5的UE端的实现 70. 《信号与系统》课件的设计与实现 71. 《电路与电子学》电子课件的设计与制作 72. RSA公钥算法研究与实现 73. p2p通信模型的java实现 74. 搜索引擎的开发与实现 75. 图书馆管理系统及原代码毕业设计 76. 网络安全专题学习网站设计 77. 网络教育应用网站设计 78. 校园网组建、开发与管理 79. 最优化软件设计实现 80. 租赁网的设计和实现 81. 远程控制终端数据接口设计 82. 遗传算法及其在网络计划中的应用 83. 研华PCI-1753板卡Linux驱动程序的开发 84. 软测量技术在造纸打浆过程的应用研究 85. 嵌入式系统研制AD数模转换器 86. 劳动生产率增长条件的研究 87. 基于XML帮助系统的设计与实现 88. 基于MPT-1327的集群系统智能基站的研究与设计 89. 基于J2ME的手机部分功能实现 90. 购销存财务软件的应用比较 91. 高清视频多媒体播放器 92. 基于CORBA网络管理技术及其安全性的研究和应用 93. 基本asp.net开发的网上商场的设计与实现 94. 桂林大广电子公司网站设计 95. 电信客户关系管理系统的分析与实现 96. 企业办公局域网的建设 97. 第三代移动通信承载业务和QoS处理机制无线资源管 98. 计算机病毒动态防御系统毕业论文 99. 3G标准化进程及其演进策略 100. 鲁棒数字水印算法的研究和比较 101. 基于SPCE061A的语音遥控小车设计——?硬件电路设计
给你提供几个相关和内容，因字数限制，所以内容有限！！你可以作为参考！！简易数控电源小功率数控直流电压源经济型数控车床控制系统设计数控车床系统XY工作台与控制系统设计特殊螺纹轴的数控加工工艺设计数控铣削加工工艺规程设计SSCK20A数控车床主轴和箱体加工编程数控机床的电气维修技术超高压水切割X6132型铣床的经济型数控化改造设计--垂向范文：机械传动装置设计及典型零件的数控加工 摘要：带式传送装置的减速装置是带式传动装置的关键设备，用来控制传动的速度大小。减速器是通过两根轴上啮合的不同大小的齿轮之间因转速不同而产生的传动比和链传动比来达到变速的目的的。为使减速器达到使用要求，我们首先对电动机进行了设计和计算，根据结果选择了合适的电动机型号，并对齿轮和齿轮轴的材料进行了设计计算，并对强度进行了校合。根据总的传动比合理的分配了各级的传动比，然后绘制齿轮及齿轮轴的零件图。 关键词：传动比、减速器、设计 Abstract ：Belt transmission device with a slowdown device is the key-transmission equipment, used to control the speed of transmission size. Reducer through the meshing of the two axes of different sizes between the gear due to the different speed than the transmission and chain drive to achieve than the speed of purpose. To meet the requirement reducer, we first had to motor design and calculation, based on the results select the appropriate motor models, and gears and gear shaft of the design materials, ..第一章 前言 随着物料运输量的增大，带式输送机取得了巨大的发晨 出现了大量的新型结构和新型的带式输送机。在这些新型带式输送机中具有代表性的主要有：大倾角带式输送机(包括深槽带式输送机、花纹带输送机、波纹挡边以及压带式输送机等)，.............目录：第一章 前言……………………………………………………………..1第二章 计算说明………………………………………………………..32.1电动机的选择计算…………………………………………………..32.2各级传动比的分配…………………………………………………..5.....参考文献：[1] 机械设计课程设计 主编韩莉 副主编邓杰 王振甫。重庆：重庆大学出版社，2004[2] 机械设计课程设计 主编 孙宝钧。北京：机械工业出版社，2006[3] 机械设计基础 主编邓昭铭 张莹。北京：高等教育出版社，2000[4] AutoCAD2002工程绘图与训练 莫章金 周跃生编著 北京：高教育出版社，2003[5] 工程力学 主编张定华 北京：高等教育出版社，2000[6] 数控加工编程及操作 主编顾京 北京：高等教育出版社，2003[7] 公差配合与技术测量 主编徐茂功 桂定一。机械工业出版社，2000作者点评：通过老师的细心指导和修正帮助，以及小组同学间的通力合作，早十二周的时间里终于完成了机械传动装置设计及典型加工零件的数控加工这一课题设计的说明书的编写这是我们第一次独立的完成一项机械课程设计任务，既让我们巩固了理论知识，又锻炼了实际操作能力。通过这次的课程设计我们学到了以下几点:(1) 这次课程设计锻炼了我们理论知识与实际相结合的能力，让我们学会了运用机械设计课程和其他选修课程的理论，结合实际设计中遇到的一般工程设计问题，将所知识活学活用，并进一步巩固。(2)掌握了一般机械课程的设计以及常用零部件设计绘制的方法。(3)学会了如何运用参考资料，如何进行计算，如何正确使用参考文献、手册标准和规范等。.............以上内容均摘自 更多详细内容 请登录 刨文网 ”，这里的文章全部是往届高校毕业生发布的原创毕业论文，内容详细，符合自身的专业水平。
基于PWM控制的开关电源系统仿真研究摘 要：把开关电源系统表示成数学模型或非线性控制模型，得用Matlab建立一个离散的、非线性的仿真模型。并利用该模型对220V高频开关电源进行仿真。仿真试验分析逆变电源工作过程和动态特性，逆变电源输出电压及其频谱分析、总谐波畸变率。对输出电压波形进行分析，结果表明：系统输出谐波含量比较少且具有良好的稳态性能。关键词：开关电源；Matlab；正弦波逆变器；脉宽调制0 引言通过数学的方法，把小功率开关电源系统表示成数学模型和非线性控制模型，建立一种开关电源全系统的仿真模型，提高了仿真速度。Matlab是一个高级的数学分析软件，Simulink是运行在Matlab环境下，用于建模、仿真和分析动态系统的软件包，它支持连续、离散及两者混合的线性及非线性系统。在Matlab 5.2中推出了电力系统工具箱，该工具箱可以与Simulink配合使用，能够更方便地对电力电子系统进行仿真。随着电源技术的发展，PWM控制的开关电源得到了广泛的研究和应用，如通信电源，机车电源等。这里以220V高频开关电源为研究对象，建立模型。该电源采用脉宽调制控制方式，实现了减轻重量、缩小体积、提高精度等多项指标要求，在开关电源的系统模型研究中极具代表性。主回路采用DC-HFAC-DC-LFAC结构[1]，并利用Matlab建立一个离散的、非线性的模型。分别对系统进行开环和闭环仿真，并对仿真结果进行比较与分析。1 电路原理图电路原理如图1所示。2 仿真电路图2中各子模块的仿真模型如图3～图10所示。该系统的仿真参数为：直流升压电路仿真参数设置：工作频率为f=20 kHz；变压器变比k=13；输出滤波L=8μH，C=300μF。全桥逆变电路仿真参数设置：工作频率f=25kHz，输出滤波L=80mH,C=100μF。这里设置相应仿真参数进行仿真调试。2.1 输入回路的建模使用电力系统工具箱的电源模块以及电阻电容模块可以很便捷地建立输入回路的仿真模型。输入采用两级LC直流输入滤波技术[2]，在保证稳态滤波效果的同时，限制了瞬态谐振峰值，具有无功耗，衰减，高可控谐振峰值等优点。2.2 DC-DC回路的建模由图1可知，输出回路中的整流二极管不能流过反向电流，这也是一个非线性环节，建立非线性的数学模型。2.2.1 DC-DC主电路的建模根据图1可知，滤波电感中电流为：式中：Ui为不控整流的输出电压；UF为负载电压；UL为电感电压；负载电压为：式中：UC电容电压；IL为电感电流；IC为电容电流；IF为负载电流。2.2.2 PI调节器的建模比例积分调节器仿真模型（PI）如图5所示。PI调节器的输出波形如图6所示。2.2.3 PWM控制器的建模仿真利用积分关系来产生三角波，Simulink中Sources有脉冲发生器（Pulse Generator），使其产生频率为20 kHz,幅值为4×104，占空比为50％的信号。2.3 逆变电路的建模逆变电路仿真模型（Inverter）如图9所示。2.3.1 PI调节器的建模比例积分调节器仿真模型（PII）如图10所示，其输出波形如图11所示。2.3.2 SPWM的建模正弦宽度调制模型仿真模块（SPWM）如图12所示。2.4 输出回路的建模输出及显示模块仿真模型（ourput）如图13所示。3 仿真结果建立Simulink系统仿真模型，仿真模型设置仿真时间0.3s,并选择变步长的odel5算法，在输入电压为48V,负载为额定负载情况下，启动仿真可得其输出波形，输出电压波形图和THD频谱图如图14和图15所示。3.1 开环仿真开环仿真如图14所示。3.2 闭环仿真闭环仿真如图15所示。从频谱分析上可以看出，开环时，总谐波系数（THD）为3.O2％，且三次谐波含量比较大。闭环时，总谐波系数（THD）为0.07％，谐波含量非常少。从电压波形上可以看出，开环时电压输出波形在第3个周期才达到稳定，而闭环时在第2个周期就达到了稳定，所以闭环时电压达到稳定值的速度比开环时要快。4结语该模型不仅可用于来考查系统内部主要状态的瞬态变化过程，还可用于来对控制回路进行分析和设计。这对于提高控制系统的性能具有现实意义和研究价值。用数学方法实现开关电源系统的建模，选择仿真时间为0.3s,完成仿真只要40s左右，不仅避免了其他工具的极慢仿真速度，还提高了仿真的可靠性。Simulink是控制系统仿真的一种功能完善、实现系统控制容易、构造模型简单的强大的动态仿真工具。参考文献：[1]林渭勋．现代电力电子电路[M].杭州：浙江大学出版社，2002．[2]陈道炼．DC-AC逆变技术及其应用[M]．北京：机械工业出版社，2005．[3]谢少军，韩军，张勇，等．输入低电压大功率逆变器技术研究[J].南京航空航天大学学报，2004（4）：231-234．[4]李强，同希德．车载单相正弦脉宽调制IGBT逆变器的研制[J].电力电子技术，1997（1）：23-26.[5]陆治国．电源的计算机仿真技术[M]．北京：科学出版社，2001．具体内容及配图请到链接处看
电力电子技术的发展与展望研究作者：王娟武 班级：机设0918 专业：机电设备维修与管理 学号：0918316 学院：安徽水电学院 日期：2010年12月当今世界能源消耗增长十分迅速。目前，在所有能源中电力能源约占40%，而电力能源中有40%是经过电力电子设备的转换才到使用者手中。预计十年后，电力能源中的80%要经过电力电子设备的转换，电力电子技术在21世纪将起到更大作用。电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科。它包括电力电子器件、变流电路和控制电路三个部分，是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科。随着科学技术的发展，电力电子技术由于和现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关，已逐步发展成为一门多学科相互渗透的综合性技术学科。�现代电源技术是应用电力电子半导体器件,综合自动控制、计算机(微处理器)技术和电磁技术的多学科边缘交又技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用,是现代电力电子技术的具 体应用。当前,电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。一．.电力电子技术的发展历史1. 整流器时代大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了一股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。2. 逆变器时代七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频调速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。3. 变频器时代进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。2. 现代电力电子的应用领域2.1 计算机高效率绿色电源高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的外围设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。2.2 通信用高频开关电源通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。2.3 直流-直流(DC/DC)变换器DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源), 同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。2.4 不间断电源(UPS)不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。2.5 变频器电源变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器, 将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成高潮。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。2.6 高频逆变式整流焊机电源高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合, 整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。2.7 大功率开关型高压直流电源大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。 国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。2.8 电力有源滤波器传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。二．.现代电力电子技术在电力系统中的应用1. 发电环节电力系统的发电环节涉及发电机组的多种设备 ，电力电子备的应用以改善这些设备的运行特性为主要目的。（l）大型发电机的静止励磁控制静止励磁采用晶闸管整流自并励方式具有结构简单 、可靠性高及造价低等优点，被世界各大电力系统广泛采用。由于省去了励磁机这个中间惯性环节，因而具有其特有的快速性调节，给先进的控制规律提供了充分发挥作用并产生良好控制效果的有利条件。（2）水力、风力发 电机的变速恒频励磁水力发电的有效功率取决干水头压力和流量，当水头的变化幅度较大时 (尤其是抽水蓄能机组) ，机组的最佳转速便随之发生变化。风力发电的有效功率与风速的三次方成正比，风车捕捉最大风能的转速随风速而变化。为了获得最大有效功率，可使机组变速运行，通过调整转子励磁电流的频率，使其与转子转速叠加后保持定子频率即输出频率恒定。此项应用的技术核心是变频电源。（3）发电厂风机水泵的变频调速发电厂的厂用电率平均为 8％，风机水泵耗电量约占火电设备总耗电量的6 5％且运行效率低。使用低压或高压变频器，实施风机水泵的变频调速，可以达到节能的目的。低压变频器技术已非常成熟，国内外有众多的生产厂家，并不完整的系列产品，但具备高压大容量变频器设计和生产能力的企业不多，国内有不少院校和企业正抓紧联合开发。2. 输电环节电力电子器件应用于高压输电系统被称为“硅片引起的第二次革命”，大幅度改 善了电力网的稳定运行特性。（1）直流输电 ( HVDC)和轻型直流输电( HVDC L i g ht )技术 直流输电具有输电容量大、稳定性好、控制调节灵活等优点，对于远距离输电、海底电缆输电及不同频率系统的联网，高压直流输电拥有独特的优势。l 9 7 0年世界上第一项晶闸管换流器，标志着电力电子技术正式应用于直流输电。从此以后世界上新建的直流输电工程均采用晶闸管换流阀。（2）柔性交流输电 ( FACTS)技术 FA CTs技术的概念问世20世纪8 0 年代后期，是一项基于电力电子技术与现代控制技术对交流输电系统的阻抗、电压 及相位实施灵活快速调节的输电技术，可实现对交流输电功率潮流的灵活控制，大幅度提高电力系统的稳定水平。20世纪9 0年代以来，国外在研究开发的基础上开始将FA CTS技术用于实际电力系统工程。其输出无功的大小，设备结构简单，控制方便，成本较低，所以较早得到应用。3. 配电环节配电系统迫切需要解决的问题是如何加强供电可靠性和提高电能质量。电能质量控制既要满足对电压、频率 、谐波和不对称度的要求，还要抑制各种瞬态的波动和干扰。电力电子技术和现代控制技术在配电系统中的应用，即用户电力 ( Cu s t o m Po we r ) 技术或DFACTS技术，是在F ACTS各项成熟技术的基础上发展起来的电能质量控制新技术。可以DFACTS设备理解为F AC TS 设备的缩小版，其原理、结构均相同，功能也相似。由于潜在需求巨大，市场介入相对容易，开发投入和生产成本相对较低，随着 电力电子器件价格的不断降低，可以预期D F A C TS设备产品将进入快速发展期。三．电力电子技术的发展展望1. 新型电力电子器件在用新型半导体材料制成的功率器件中，最有希望的是碳化硅（SiC）功率器件。它的性能指标比砷化镓器件还要高一个数量级。碳化硅与其它半导体材料相比，具有下列优异的物理特点：高的禁带宽度，高的饱和电子漂移速度，高的击穿强度，低的介电常数，以及高的热导率。上述这些优异的物理特性，决定了碳化硅在高温、高频率、高功率的应用场合下是极为理想的半导体材料。在同样的耐压和电流水平下，SiC器件的漂移区电阻仅为硅器件的1/200，即使高耐压的SiC场效应管的导通压降，也比单极型、双极型硅器件的低得多。而且，SiC器件的开关时间可达10ns量级，并具有十分优越的FBSOA。SiC可以用来制造射频和微波功率器件、各种高频整流器、MESFETs、MOSFETs和JFETs等。SiC高频功率器件已在Motorola开发成功，并应用于微波和射频装置。GE公司正在开发SiC功率器件和高温器件（包括用于喷气式引擎的传感器）。西屋公司已经制造出了在26GHz频率下工作的甚高频的MESFET。ABB公司正在研制高功率、高电压的SiC整流器和其它SiC低频功率器件，用于工业和电力系统。理论分析表明，SiC功率器件非常接近于理想的功率器件。可以预见，各种SiC器件的研究与开发，必将成为功率器件研究领域的主要潮流之一。可是，SiC材料和功率器件的机理、理论、制造工艺均有大量问题需要解决，它们要真正给电力电子技术领域带来又一次革命，估计还需要至少10年左右的时间。2. 新能源电力电子技术在新能源发电技术和电能质量控制技术及节能技术方面有很广阔的发展间。其中风力发电和太阳能发电最受关注，而电力电子技术正是风力发电和太阳能发电的核心技术之一，这给电力电子工程师提供了千载难逢的发展机遇 ，广大 电力电子工程师务可以住这一机遇乘势而上，促进电力电子技术的发展。同时，由于一方面电力电子装置和电弧炉等装置的的大量应用，使得电能质量日益下降，另一方面用 户对电能质量的要求越来越高人们对以有源电力滤波器为代表的电能质量控制装置日益重视，研究开发越来越多。此外，由于电力系统电动机(约占发电量的6 0 ％ 以上 ) 和照明电源( 约占发电量的 1 0～1 5 ％的大量采用，电力电子装置对无功功率和电力谐波都可有很好的补偿作用，因此，电力电子技术被称为节能的技术。目前，由于化石能源日渐枯竭，因此 ，电力电子技术在节能方面受到很大程度的重视，并且发展十分迅速。3. 电动车辆中国人多地大石油少，现在中国每年已进口许多石油。在21世纪前半叶，地球上的石油天然气资源日益减少，以至早晚会用尽。特别在中国国情下，城市交通以发展电动车辆为主是必然的趋势。大城市间的磁悬浮列车、城市内的电动高架列车和地铁列车、个人用电动自行车和电动汽车将构成未来的交通网络的主角。其中，大有电力电子产品的用武之地。磁悬浮列车的磁悬浮电源和直线电动机的变频调速；城市高架列车和地铁列车中异步电动机的变频调速；电动自行车和电动汽车中永磁无刷电机的外转子调速，在今后十年里会有很大的发展。这里，电动自行车和电动汽车的普及必须解决无刷电机及其控制器、环保电池、快速充电器和充电站网络服务等几方面的问题。现在看来，在中国推广电动自行车替代摩托车作为代步工具技术上正在趋于成熟。这里必须采用镍－氢电池组和锂离子电池组，消除常规铅－酸电池对环境的污染。这种价格尚偏贵的电池组可以采用向电动自行车用户出租使用的方式，实行由间距合理的电池充电站统一充电和用户自行充电相结合的办法。铅－酸电池与锂离子电池（如36V，10AH）相比，前者重12 kg，后者仅2.4 kg。电动汽车的发展又是电力电子未来的潜在大市场。首先是高能量密度的清洁电池的突破。比较有希望的是燃料电池，它的起动和稳定运行都要用电力电子产品与之配套。其牵引系统方案中令人最感兴趣、并已有工业应用前景的，要属安装在四个车轮中的外转子盘式永磁无刷直流电动机驱动了。这种电机结构的优化设计、高性能控制调速传动，以及四台电机转动的协调运转，将为电动汽车的舒适运行，零半径转弯提供技术保证。今后十年将是电动汽车实用化发展的关键时期，电力电子产业可以也应该为此做出相应的研究开发工作，积极迎接这个庞大市场的到来。结束语：电力电子技术已迅速发展成为一门独立的技术、学科领域。它的应用领域几乎涉及到国民经济的各个工业部门。毫无疑问，它将成为新世纪的关键支撑技术之一。电力电子技术拥有许多微电子技术所具有的特征，比如发展迅速、渗透力强、生命力旺盛，并且能与其它学科相互融合和相互发展。参 考 文 献（1）林渭勋. 浅谈半导体高频电力电子技术.电力电子技术选编,浙江大学,1992（384-390）（2）付宇明 张辉. 电力电子技术在电力系统中的应用.信息技术，2000（162）（3）王兆安. 我国电力电子技术的新进展..逆变器世界,2008(32)(4) 陈虹. 电气学科导论. 北京：机械工业出版社，2005