车用永磁发电机的稳压系统
开题报告
一: 设计题目  车用永磁发电机的稳压系统

二: 研究背景和意义
现有的励磁式发电机是通过蓄电池给作为转子的电磁铁线圈供电后，产生磁场，才具备发电功能。这样在其输出电能时自身将有20%的能源消耗；励磁式发电机用于励磁的集电环与碳刷易磨损，寿命短，故障率高,长时间摩擦必须定期更换；转子内部的电磁铁线圈在工作时易发生烧毁、断线是售后服务比例中的40%的病因；随着市场上价格漆包线的上涨，其制造成本比较高。
车用永磁发电机与现有励磁发电机相比，节能效果显著并具有激活蓄电池功能，延长蓄电池寿命，另外由于没有励磁发电机的 环，电刷，维护工作大大下降，可靠性明显提高，是今后汽车发电机的发展方向，永磁发电机将会慢慢的取代励磁发电机的地位。但是高速低速发电输出电压变化大，工作电流大，稳压和散热难。因此毕业经过大量的实验测试，选取最优良的方案。本研究可以提高蓄电池的寿命，结构简单，节省能源，大大提高经济效益。同时使得汽车的发电机系统更加稳定。

三: 研究内容
    随着永磁材料的发展,车用永磁发电机的结构简单，功率高，低速特性好等优点，受到了关注，更多的汽车制造商选择了永磁发电机。 但是永磁发电机采用的永久磁钢作为励磁源，励磁磁势不可调节，因此汽车在行使时，转速变化很大，普通的有1000到8000r/min，高档的轿车可以达到1000到15000r/min，输出电压和频率都在变化,电压将会在16V到160V，而频率也会在16HZ到160HZ，另外在高档的轿车中，还要带动大负载，必须承受大的电流。
因此，在这个设计中，首先做到在这个大范围电压波动下，实现稳定输出电压以及精度，消除谐波另外更重要的是做好散热，还有过流保护，过压保护，欠压保护，还有故障保护等等。
整个设计的系统由整流电路，控制电路，保护电路等三大部分组成.。在设计中完成以下的功能, 即稳压，保护，散热等功能。
控制电路部分功能，采用PWM的控制方式来控制，保证输出电压的稳定,还有做到对电路的过流保护控制，和过电压保护，故障保护。目前一种是采用的是电压比较控制方式来控制三相半控整流桥。这个方式稳压性能对负载，转速等运行工况的有关参数依赖性很大，运行工况及有关参数的变化会影响其稳定精度.导致输出电压的振荡，甚至失控。因此选用PWM控制方式三相半控桥整流稳压电路.第二种是采用的是斩波控制，但是这一种方法对于功率管的要求就更加严格，在设计中将在这两种方案中就行选择。
在研究中比较关键的问题是散热问题和在这样大范围的变压的情况下稳压，如何在大负载的情况下把热量散出去，而且要做到体积要小。目前整体思路是采用风冷的方式进行散热。


四: 研究方案和措施
本设计暂时有两个方案可控选择，其一为晶闸管控制调压，其二是利用斩波电路。二者方案进行比较。斩波电路首先用二级管进行整流，然后用功率管进行控制输出电压，其成本大要大，而且散热要相对晶闸管相位控制调压复杂，能力流失多。因此选择PWM控制式整流稳压，主要优点是，该电路是整流和调压为一体，一节省成本，二方便了散热.但是这里的晶闸管调压，跟以往的晶闸管的调相调压区别很大，如果选择调相调压，思路直接，但是电路会变的很复杂，对于调试带来很大的困难。而PWM控制式整流稳压是控制导通电压的脉冲波的多少来实现稳压，当三相输入电压低的时候，则使SCR开通的时间变宽，稳定输出电压，当电压高的时候则减少开通时间。在这当中，PWM的频率选择很重要，频率的选择影响到稳压。而且频率很低，对于稳压带来更大的困难。
晶闸管整流方式有两种，一种是SCR共阴整流二极管共阳的方式，第二种是SCR共阳整流二极管共阴的方式。选择第一种的方式，在每相切换导通的时候，由于SCR的反相漏电，导致发热很严重，必须在这个上串联上整流二极管，才能避免，但是成本就加大很多。
因此我们选择了第二种的整流方法，采用SCR共阳整流二极管共阴，这样就有效的解决了SCR发热的问题，而且成本没有增加，并且这种方法是最简单的方案。
以下是该电路的原理框图：

 
    但是PWM集成芯片上的电阻RT 和电容CT 用于确定振荡器产生的锯齿波的频率，这一频率的选择对于PWM控制式整流稳压电路具有重要意义，其选取原则是:应使该电路在导通时间最短的工况下，每个PWM周期中晶闸管导通期间包含足够多的脉波数。若频率过高，由于在一定工况下为使输出电压稳定对应的占空比一定，则意味着每个PWM周期中半控整流桥的导通时间很短，电压脉波数很少，这样考虑到晶闸管在触发脉冲消失后的关断滞后问题，会使各PWM周期中的实际导通脉波数出现明显波动，从而导致输出电压波动、稳压精度降低等问题。
斩波电路的方法对于晶闸管控制有所区别，在试验中得出，晶闸管一旦导通，就必须导通一个周期，但是在这个周期中，由于时间比较短，充电电流大，使得输出电压达到稳压值甚至超出要求，因此在试验中对于晶闸管控制调压相对比较困难。
因此在方案中选用斩波控制方式进行测试，通过调节占空比稳定输出电压。

五:结束语
PWM控制式晶闸管三相半控桥整流稳压电路设计新颖，线路简单可靠，输出电压稳压精度高、稳压范围大，特别是与电压比较式整流稳压电路相比，由于整流桥的通断周期固定，仅导通、关断时间随运行工况相应变化，其稳压性能对转
速和负载等与运行工况有关的参数依赖性小，具有更广泛的适应性。

五：文献
[1]刘明丹.永磁发电机的电子稳压及可调研究[J]. 农机化研究.2004 年5 月;
[2]陈磊 章玮 方攸同.汽车交流发电机的稳压电路设计[J]. 微电机. 2007年第40卷第3期;
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