斬控式交流調(diào)壓電路實驗報告

1、斬控式交流調(diào)壓電路實驗報告  交流調(diào)壓的控制方式有三種：整周波通斷控制 。整周波控制調(diào)壓適用于負(fù)載熱時間常數(shù)較大的電熱控制系統(tǒng)。晶閘管導(dǎo)通時間與關(guān)斷時間之比，使交流開關(guān)在某幾個周波連續(xù)導(dǎo)通，某幾個周波連續(xù)關(guān)斷，如此反復(fù)循環(huán)地運行，其輸出電壓的波形如圖1-1所示。改變導(dǎo)通的周波數(shù)和控制周期的周波數(shù)之比即可改變輸出電壓。為了提高輸出電壓的分辨率，必須增加控制周期的周波數(shù)。為了減少對周圍通信設(shè)備的干擾，晶閘管在電源電壓過零時開始導(dǎo)通。但它也存在一些缺點那就是：在負(fù)載容量很大時，開關(guān)的通斷將引起對電網(wǎng)的沖擊，產(chǎn)生由控制周期決定的奇數(shù)次諧波，這些諧波引起電網(wǎng)電壓變化，造成對電網(wǎng)的污染

2、。         圖1-1周期控制的電壓波形相位控制。相位控制調(diào)壓 利用控制觸發(fā)滯后角的方法,控制輸出電壓。晶閘管承受正向電壓開始到觸發(fā)點之間的電角度稱為觸發(fā)滯后角。在有效移相范圍內(nèi)改變觸發(fā)滯后角，即能改變輸出電壓。有效移相范圍隨負(fù)載功率因數(shù)不同而不同，電阻性負(fù)載最大,純感性負(fù)載最小。圖1-2是阻性負(fù)載時相控方式的交流調(diào)壓電路的輸出電壓波形。相控交流調(diào)壓電路輸出電壓包含較多的諧波分量，當(dāng)負(fù)載是電動機(jī)時，會使電動機(jī)產(chǎn)脈動轉(zhuǎn)矩和附加諧波損耗。另外它還會引起電源電壓畸變。為減少對電源和負(fù)載的諧波影響

3、，可在電源側(cè)和負(fù)載側(cè)分別加濾波網(wǎng)絡(luò)。          斬波控制。斬波控制調(diào)壓使開關(guān)在一個電源周期中多次通斷，將輸入電壓切成幾個小段，用改變段的寬度或開關(guān)通斷的周期來調(diào)節(jié)輸出電壓。斬控調(diào)壓電路輸出電壓的質(zhì)量較高,對電源的影響也較小。圖1-2為斬波控制的交流調(diào)壓電路的輸出電壓波形。圖1-2相位控制的電壓輸出波形 在斬波控制的交流調(diào)壓電路中，為了在感性負(fù)載下提供續(xù)流通路，除了串聯(lián)的雙向開關(guān)S1外，還須與負(fù)載并聯(lián)一只雙向開關(guān)S2。當(dāng)開關(guān) S1導(dǎo)通，S2關(guān)斷時，輸出電壓等于輸入電壓；

4、開關(guān)S1關(guān)斷，S2導(dǎo)通時,輸出電壓為零?？刂崎_關(guān)導(dǎo)通時間與關(guān)斷時間之比即能控制交流調(diào)壓器的輸出電壓。開關(guān) S1、S2動作的頻率稱斬波頻率。斬波頻率越高,輸出電壓中的諧波電壓頻率越高,濾波較容易。當(dāng)斬波頻率不是輸入電源頻率的整數(shù)倍時，輸出電壓中會產(chǎn)生諧波。當(dāng)斬波頻率較低時，諧波含量較多，對負(fù)載產(chǎn)生不良的影響。將斬波信號與電源電壓鎖相，可消除諧波。斬波控制的交流調(diào)壓電路的功率開關(guān)元件必須采用功率晶體管或其他自關(guān)斷元件，所以成本較高。交流-交流變流電路，是將一種形式的交流電變成另一種形式的交流電，在進(jìn)行交流-交流變流時，可以改變電壓、電流、頻率和相位等參數(shù)。只改變相位而不改變交流電頻率的控

5、制，在交流電力控制中稱為交流調(diào)壓。 把兩個晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，通過對晶閘管的控制就可以控制交流電力。這種電路不改變交流電的頻率，稱為交流電力控制電路。在每半個周波內(nèi)通過對晶閘管開通相位控制，可以方便地調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值，這種電路稱為交流調(diào)壓電路。 圖1-3斬波交流調(diào)壓電路斬波控制方式時，晶閘管要帶有強迫關(guān)斷電路或采用IGBT、MOSFET等可自關(guān)斷器件，在每個電壓周波中，開關(guān)元件多次通斷，使電壓斬波成多個脈沖，改變導(dǎo)通比即可實現(xiàn)調(diào)壓。本課程設(shè)計采用斬控式單相交流調(diào)壓方案。  斬控式交流調(diào)壓電路的原理圖如圖1-5所示，一般采用全控型器件作為開

6、關(guān)器件。其基本原理和直流斬波電路有類似之處，只是直流斬波電路的輸入是直流電壓，而斬控式交流調(diào)壓電路的輸入是正弦交流電壓。在交流電源u1的正半周，用V1進(jìn)行斬波控制，用V3給負(fù)載電流提供續(xù)流通道；在u1的負(fù)半周，用V2進(jìn)行斬波控制，用V4 給負(fù)載電流提供續(xù)流通道。斬控式交流調(diào)壓就是通過改變對晶閘管的導(dǎo)通的控制，可以是保持開關(guān)周期T不變，調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通時間Ton,這種方式稱為脈沖寬度調(diào)制（PWM調(diào)制），也可以是開關(guān)導(dǎo)通時間Ton不變，改變開關(guān)周期T，稱為頻率調(diào)制，還有一種混合型，就是Ton，和T都可調(diào)。 實驗室提供的是PWM調(diào)制，通過調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通的時間，即調(diào)節(jié)占空比，就可以對輸出

7、電壓的平均值進(jìn)行調(diào)節(jié)。  圖1-4 仿真原理圖2.2  基本工作原理  交流斬波調(diào)壓的原理波形如圖1-5所示。由圖可知，它是用一組頻率恒定、占空比可調(diào)的脈沖，對正弦波電壓進(jìn)行調(diào)制后，得到邊緣為正弦波、占空比可調(diào)的電壓波形。該電壓的調(diào)制頻率f0，其基本諧波頻率為±50Hz。改變占空比，即可改變輸出電壓。利用具有自關(guān)斷能力的電力半導(dǎo)體器件就可方便地構(gòu)成交流斬波調(diào)壓電路。 電源脈沖電壓施加到變壓器的原邊，同時利用過零信號驅(qū)動Q1和Q2，實現(xiàn)變壓器的原邊電流續(xù)流。只要輸出濾波器參數(shù)設(shè)計合理，就可以得到高正弦度的輸出電壓波形

8、，開關(guān)頻率越高效果越好。這種變換器的設(shè)計難點在于雙向可控開關(guān)Q1與Q2之間的是否能夠安全切換。因為開關(guān)并非理想特性，在二者之間換流時存在電源直通與變壓器原邊開路的可能性，而這兩點是不期望的。為此必須在二者切換時采取安全換流策略。 只需要利用電壓傳感器準(zhǔn)確快速地檢測電源電壓極性來確定扇區(qū)，而不需要電流傳感器檢測變壓器原邊電流的極性。當(dāng)然，傳感器要有良好的線性度、快速性和光電隔離，由于電源電壓很穩(wěn)定，其過零點的檢測比較準(zhǔn)確可靠。扇區(qū)之間的切換不需要特別考慮，因為切換點只出現(xiàn)在電源電壓過零點，切換時只要保證變壓器原邊續(xù)流路徑即可。圖1-5 交流斬波調(diào)壓原理波形圖1-6交流斬波調(diào)壓

9、輸出波形各個輸入的方波，1、3存在相位差0.01周期，2、4存在相位差0.01周期輸出的電壓方波和輸入波形（R=10,L=1e-5,u=100）輸出的電壓方波和輸入波形（R=10,L=1e-3,u=100）隨著電感感值增大，方波出現(xiàn)越來越多小震蕩，這可以說明電感能調(diào)節(jié)方波震蕩的波幅輸出的電壓方波和輸入波形（R=100,L=1e-5,u=100）隨著電阻阻值增大，方波底波趨于斜線，波形出現(xiàn)不正?？偨Y(jié)與體會 電力電子技術(shù)是一門新興技術(shù),它是由電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論三個學(xué)科交叉而成的,是自動化、電氣工程及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)性較強且與生產(chǎn)緊密聯(lián)系的課程,在培養(yǎng)本專業(yè)人才中占有重要地

10、位。對我們來說,電力電子技術(shù)既是一門技術(shù)基礎(chǔ)課程,也是實用性很強的。 這個學(xué)期要做電力電子技術(shù)課程設(shè)計?？墒请娏﹄娮蛹夹g(shù)這門課已經(jīng)學(xué)完了一個學(xué)期了，現(xiàn)在基本上已經(jīng)忘記的差不多了。所以不的不再拿起丟掉的書本從新看了以篇。在選課題的時候，對于有些不懂的問題，老師都認(rèn)真的給我講解。經(jīng)過一番努力之后，對一些基本知識大概的了解了一下。之后就開始做課程設(shè)計。一開始不知道該從何處下手，在老師的指點下，以及在成績好的同學(xué)的幫助下，慢慢的也開始動手做了起來。首先是確定了主電路的設(shè)計和系統(tǒng)總體方案的確定。 在整個課程設(shè)計中，對有些原理理解的還是不夠透徹，所以并不理解設(shè)計的具體步驟和方法。在經(jīng)過多次的嘗試和努力之后，慢慢的也開始明白了一些道理。比如斬控，就是在電路中使用全控型器件，通過控制器件開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷來控制輸出電壓的平均值。我做的課題是斬控式單相交流調(diào)壓電路設(shè)計。所以這個概念是我課程設(shè)計的關(guān)鍵所在。 在整個設(shè)計過程中，遇到了很多的問題，但是最主要的問題是電路參數(shù)的計算。因為計算的公式都不知道在哪找，就算找到了也不知道怎么用，因為對公式的不理解，所以最后的參數(shù)確定只完成了一部分。當(dāng)然這其中主要的問題是自己的學(xué)習(xí)部夠扎實，對課本上以及