【正文】 ................................................................. 1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r ........................................................................................................... 1 本文主要研究工作 ....................................................................................................... 3 2 電鍍數(shù)字脈沖電源的總體方案設(shè)計(jì) ..................................................................................... 4 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) ....................................................................................................... 4 主系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) ........................................................................................................... 4 從系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) ........................................................................................................... 5 主、從系統(tǒng)通信方式的方案設(shè)計(jì) ............................................................................... 5 3 電鍍數(shù)字脈沖電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn) ......................................................................... 7 主 CPU 的選擇、方案確定 ......................................................................................... 7 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能 ......................................................... 7 引腳的分配 ......................................................................................................... 9 顯示電路設(shè)計(jì) ............................................................................................................... 9 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì) ......................................................................................... 9 液晶顯示電路設(shè)計(jì) ........................................................................................... 12 顯示電路的選擇 ............................................................................................... 14 按鍵電路設(shè)計(jì) ............................................................................................................. 14 按鍵電路的原理 ............................................................................................... 14 按鍵電路的具體設(shè)計(jì) ....................................................................................... 17 復(fù)位看門(mén)狗電路 ......................................................................................................... 18 基于 89C2051 的從系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ................................................................................ 21 ........................................................................................................ 21 光電耦合器 ....................................................................................................... 22 三端穩(wěn)壓管 ....................................................................................................... 23 4 總結(jié) ....................................................................................................................................... 27 致謝 .......................................................................................................................................... 28 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 29 附錄 .......................................................................................................................................... 30 電鍍數(shù)字脈沖電源控制電路設(shè)計(jì) 1 1 緒論 引言 隨著科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)的發(fā)展，電子技術(shù)在生產(chǎn)生活中應(yīng)用的越來(lái)越多，在社會(huì)生活中 扮演日益重要的角色其中電鍍產(chǎn)品就十分突出。但目前的電鍍技術(shù)仍存在諸如加工時(shí)間長(zhǎng)、鍍層厚度均勻性差、鍍層容易出現(xiàn)缺陷以及存在較大內(nèi)應(yīng)力等缺陷，這些缺陷不僅影響到電鍍制品的質(zhì)量，同時(shí)還大大限制了電鍍技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，不能適應(yīng)當(dāng)前的社會(huì)生產(chǎn)，尤其是精密制造的需要。因此，我們希望能改進(jìn)電鍍技術(shù)，從而提高電鍍制品的質(zhì)量。 當(dāng)今比較成熟而穩(wěn)定的電鍍電源為開(kāi)關(guān)電源， 我們通過(guò)查閱相關(guān)資料，對(duì)電鍍生產(chǎn)的最基本原理進(jìn)行研究，考慮到各方面因素，決定從生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行改革，通過(guò)采用先進(jìn)的電鍍電源，達(dá)到提高電鍍生產(chǎn)的水平的目的，在提高電 鍍制品質(zhì)量的同時(shí)，也加快了電鍍生產(chǎn)的生產(chǎn)效率，并且消除電鍍中的種種缺陷。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 我國(guó)開(kāi)關(guān)式電鍍電源技術(shù)已有突破性發(fā)展，在中小型功率領(lǐng)域已進(jìn)入推廣應(yīng)用的階段。但在輸出功率，通用品種，可靠性，批量生產(chǎn)能力，推廣范圍，特別是數(shù)字化智能控制等方面，同國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家水平，尚有較大差距。為了適應(yīng)我國(guó)制造業(yè)的迅速發(fā)展和成為世界制造中心的需求，進(jìn)一步加強(qiáng)電鍍電源的高頻高效化，數(shù)字化智能控制綠色可靠的工作并解決相關(guān)問(wèn)題，對(duì)推動(dòng)開(kāi)關(guān)式電鍍電源的持續(xù)發(fā)展是很有必要的。 電鍍電源經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段： （ 1）直流 發(fā)電機(jī)階段：這種電源耗能大、效率低、噪聲大，已經(jīng)被淘汰。 （ 2）硅整流階段 是直流發(fā)電機(jī)的換代產(chǎn)品， 技術(shù)十分成熟，但效率低，體積大，控制不方便。目前，仍有許多企業(yè)使用這種電鍍電源。 （ 3）可控硅整流階段：是目前替代硅整流電源的主流電源，具有效率高、體積小、調(diào)控方便等特點(diǎn)。隨著核心器件 —— 可控硅技術(shù)的成熟與發(fā)展， 該電源技術(shù)日趨成熟，已獲得廣泛應(yīng)用。 （ 4）晶體管開(kāi)關(guān)電源即脈沖電源階段：脈沖電鍍電源是當(dāng)今最為先進(jìn)的電鍍電源，它的出現(xiàn)是電鍍電源的一次革命。這種電源具有體積小、效率高、性能優(yōu)越、紋波系數(shù)穩(wěn)定，而 且不易受輸出電流影響等特點(diǎn)。脈沖電鍍電源是發(fā)展的方向，現(xiàn)已開(kāi)始在企業(yè)中使用 早期使用的電鍍電源是直流發(fā)電機(jī)組，隨后出現(xiàn)了硒堆整流器，均因體積大、噪聲大，成本及能耗高等原因，被硅整流電源所替代。 20 世紀(jì) 60 年代隨著晶閘管 (SCR)的陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 2 問(wèn)世和成功應(yīng)用，使電鍍電源得到了快速發(fā)展，出現(xiàn)了晶閘管電鍍電源，晶閘管在該電源中既作為整流器件又作為調(diào)壓器件，控制系統(tǒng)采用移相技術(shù)，應(yīng)用閉環(huán) Pl 調(diào)節(jié)，使電源具有自動(dòng)穩(wěn)壓、穩(wěn)流等功能，而且保護(hù)方式靈活，在體積、運(yùn)行效率、自動(dòng)控制、調(diào)節(jié)方式等方面與硅整流設(shè)備相比具有較大優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛 應(yīng)用。但晶閘管電鍍電源在小電流情況下容易使網(wǎng)側(cè)及負(fù)載上的諧波嚴(yán)重，引起電網(wǎng)的波形畸變，從而形成電網(wǎng)“公害”，在電網(wǎng)中需要增加必要的防范措施。 20 世紀(jì) 80 年代以后，變流裝置中的普通晶閘管逐漸被新型器件如電力晶體管 (GTR)、場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET)和絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)等取代。以 MOSFET 和 IGBT 為功率器件的整流器工作頻率可提高至 20～50kHz，所以該類整流器又稱為高頻開(kāi)關(guān)電源。其工作過(guò)程是將整流后的直流電源，逆變成高頻交流電，再經(jīng)整流后獲得直流電源。由于采用的是高頻率開(kāi)關(guān)工作模式，所以變 壓器的體積和器件的功耗大大降低，功率因數(shù)和運(yùn)行效率大大提高，是目前電鍍電源的發(fā)展方向。隨著 IGBT 器件功率增加、耐壓提高和應(yīng)用技術(shù) 的日益成熟， IGBT 必將在大多領(lǐng)域中取代晶閘管 (SCR)，以達(dá)到高效、節(jié)能目的。目前正在研制的大功率智能功率模塊 (IPM)，是將電力電子器件和驅(qū)動(dòng)、保護(hù)、控制電路集成到一起，從而提高了系統(tǒng)的可靠性與可維護(hù)性，進(jìn)一步降低成本與能耗，必將不斷應(yīng)用至電鍍電源中。 隨著電鍍工藝的迅速發(fā)展，新的電鍍工藝從波形、頻率、自動(dòng)控制、綜合功能等方面對(duì)電鍍電源提出更高的要求。目前，普遍采用的電鍍電 源按波形可分為脈動(dòng)直流電源、平滑直流電源、周期換向電源、單向脈沖電源、換向脈沖電源、直流疊加脈沖及智能化多波形電源等，以滿足不同電鍍工藝需要。 綜上所述，電鍍電源的整體發(fā)展趨勢(shì)是低能耗、無(wú)電網(wǎng)污染、高可靠、小體積、高性能和多功能。 常用電鍍電源簡(jiǎn)介： (1)硅整流電源 硅整流電源降壓變壓器一次側(cè)采用調(diào)壓器調(diào)壓，二次側(cè)采用二極管整流。根據(jù)容量不同，可分為單相全波、三相全波和六相雙反星整流等。小容量電源采用干式接觸式調(diào)壓器調(diào)壓，容量較大時(shí)采用油浸感應(yīng)式調(diào)壓器調(diào)壓。根據(jù)容量不同，整流組件的冷卻方式分為自冷、風(fēng)冷、 水冷和油浸自冷等。由于采用交流調(diào)壓器調(diào)壓，所以輸出波形為脈動(dòng)連續(xù)直流，該類電源因效率低、體積大、成本高及自動(dòng)控制難以實(shí)現(xiàn)等缺點(diǎn)，在電鍍領(lǐng)域中應(yīng)用受到限制，屬于淘汰產(chǎn)品。 (2)晶閘管整流電源 晶閘管整流器在小容量時(shí)采用交流電源經(jīng)隔離變壓器降壓，再經(jīng)晶閘管移相調(diào)壓和整流后獲得直流電壓。在容量較大時(shí)采取晶閘管交流側(cè)移相調(diào)壓，再經(jīng)隔離變壓器降壓和二極管整流后獲取直流電壓。晶閘管及二極管的冷卻方式根據(jù)不同容量分為自冷、風(fēng)冷、水冷和油浸自冷等。目前整流變壓器大多采用三相五柱芯式節(jié)能型變壓器，它與六相雙反星帶平衡電抗器 的整流方式相比，可以省去平衡電抗器，達(dá)到降低成本、提高效率的目的。晶閘管整流器輸出波形為脈動(dòng)直流，電壓低時(shí)不連續(xù)，為了提高輸出波形的平滑性，可增加濾波器或采用多相整流電路。 晶閘管整流器一般具有穩(wěn)壓、穩(wěn)流、軟啟動(dòng)等功能，可靈活應(yīng)用于生產(chǎn)線中。近幾年隨著微機(jī)控制技術(shù)在電鍍數(shù)字脈沖電源控制電路設(shè)計(jì) 3 晶閘管整流器中的廣泛應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)輸出波形的換向、直流疊加脈沖、波形分段控制等，還可以實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)、定時(shí)、自動(dòng)控溫、電量計(jì)量和定量等控制功能。 (3)高頻開(kāi)關(guān)電鍍電源 高頻開(kāi)關(guān)電源自從 20 世紀(jì) 90 年代開(kāi)始在電鍍領(lǐng)域使用，現(xiàn)已進(jìn)入推廣應(yīng)用階段。該類電源 具有效率高、體積小等特點(diǎn)，在 3000A 以下通用型電鍍電源中有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。通過(guò)近幾年的運(yùn)行檢驗(yàn)，其穩(wěn)定性、輸出波形和控制方面已能夠滿足生產(chǎn)的需要，現(xiàn)正在向 5000～ 10000A，甚至更大容量擴(kuò)展，有望在大多電鍍領(lǐng)域中取代晶閘管整流器