斩控式交流调压电路实验报告.docx

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斩控式交流调压电路实验报告

斩控式交流调压电路实验报告

 交流调压的控制方式有三种：

①整周波通断控制 。

整周波控制调压——适用于负载热时间常数较大的电热控制系统。

晶闸管导通时间与关断时间之比，使交流开关在某几个周波连续导通，某几个周波连续关断，如此反复循环地运行，其输出电压的波形如图1-1所示。

改变导通的周波数和控制周期的周波数之比即可改变输出电压。

为了提高输出电压的分辨率，必须增加控制周期的周波数。

为了减少对周围通信设备的干扰，晶闸管在电源电压过零时开始导通。

但它也存在一些缺点那就是：

在负载容量很大时，开关的通断将引起对电网的冲击，产生由控制周期决定的奇数次谐波，这些谐波引起电网电压变化，造成对电网的污染。

图1-1周期控制的电压波形

②相位控制。

相位控制调压 ——利用控制触发滞后角α的方法,控制输出电压。

晶闸管承受正向电压开始到触发点之间的电角度称为触发滞后角α。

在有效移相范围内改变触发滞后角，即能改变输出电压。

有效移相范围随负载功率因数不同而不同，电阻性负载最大,纯感性负载最小。

图1-2是阻性负载时相控方式的交流调压电路的输出电压波形。

相控交流调压电路输出电压包含较多的谐波分量，当负载是电动机时，会使电动机产脉动转矩和附加谐波损耗。

另外它还会引起电源电压畸变。

为减少对电源和负载的谐波影响，可在电源侧和负载侧分别加滤波网络。

③斩波控制。

斩波控制调压——使开关在一个电源周期中多次通断，将输入电压切成几个小段，用改变段的宽度或开关通断的周期来调节输出电压。

斩控调压电路输出电压的质量较高,对电源的影响也较小。

图1-2为斩波控制的交流调压电路的输出电压波形。

图1-2相位控制的电压输出波形

在斩波控制的交流调压电路中，为了在感性负载下提供续流通路，除了串联的双向开关S1外，还须与负载并联一只双向开关S2。

当开关 S1导通，S2关断时，输出电压等于输入电压；开关S1关断，S2导通时,输出电压为零。

控制开关导通时间与关断时间之比即能控制交流调压器的输出电压。

开关 S1、S2动作的频率称斩波频率。

斩波频率越高,输出电压中的谐波电压频率越高,滤波较容易。

当斩波频率不是输入电源频率的整数倍时，输出电压中会产生谐波。

当斩波频率较低时，谐波含量较多，对负载产生不良的影响。

将斩波信号与电源电压锁相，可消除谐波。

斩波控制的交流调压电路的功率开关元件必须采用功率晶体管或其他自关断元件，所以成本较高。

交流-交流变流电路，是将一种形式的交流电变成另一种形式的交流电，在进行交流-交流变流时，可以改变电压、电流、频率和相位等参数。

只改变相位而不改变交流电频率的控制，在交流电力控制中称为交流调压。

把两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可以控制交流电力。

这种电路不改变交流电的频率，称为交流电力控制电路。

在每半个周波内通过对晶闸管开通相位控制，可以方便地调节输出电压的有效值，这种电路称为交流调压电路。

图1-3斩波交流调压电路

斩波控制方式时，晶闸管要带有强迫关断电路或采用IGBT、MOSFET等可自关断器件，在每个电压周波中，开关元件多次通断，使电压斩波成多个脉冲，改变导通比即可实现调压。

本课程设计采用斩控式单相交流调压方案。

斩控式交流调压电路的原理图如图1-5所示，一般采用全控型器件作为开关器件。

其基本原理和直流斩波电路有类似之处，只是直流斩波电路的输入是直流电压，而斩控式交流调压电路的输入是正弦交流电压。

在交流电源u1的正半周，用V1进行斩波控制，用V3给负载电流提供续流通道；在u1的负半周，用V2进行斩波控制，用V4 给负载电流提供续流通道。

斩控式交流调压就是通过改变对晶闸管的导通的控制，可以是保持开关周期T不变，调节开关导通时间Ton,这种方式称为脉冲宽度调制（PWM调制），也可以是开关导通时间Ton不变，改变开关周期T，称为频率调制，还有一种混合型，就是Ton，和T都可调。

实验室提供的是PWM调制，通过调节开关导通的时间，即调节占空比，就可以对输出电压的平均值进行调节。

图1-4仿真原理图

2.2  基本工作原理  

交流斩波调压的原理波形如图1-5所示。

由图可知，它是用一组频率恒定、占空比可调的脉冲，对正弦波电压进行调制后，得到边缘为正弦波、占空比可调的电压波形。

该电压的调制频率f0，其基本谐波频率为±50Hz。

改变占空比，即可改变输出电压。

利用具有自关断能力的电力半导体器件就可方便地构成交流斩波调压电路。

电源脉冲电压施加到变压器的原边，同时利用过零信号驱动Q1和Q2，实现变压器的原边电流续流。

只要输出滤波器参数设计合理，就可以得到高正弦度的输出电压波形，开关频率越高效果越好。

这种变换器的设计难点在于双向可控开关Q1与Q2之间的是否能够安全切换。

因为开关并非理想特性，在二者之间换流时存在电源直通与变压器原边开路的可能性，而这两点是不期望的。

为此必须在二者切换时采取安全换流策略。

只需要利用电压传感器准确快速地检测电源电压极性来确定扇区，而不需要电流传感器检测变压器原边电流的极性。

当然，传感器要有良好的线性度、快速性和光电隔离，由于电源电压很稳定，其过零点的检测比较准确可靠。

扇区之间的切换不需要特别考虑，因为切换点只出现在电源电压过零点，切换时只要保证变压器原边续流路径即可。

图1-5 交流斩波调压原理波形

图1-6交流斩波调压输出波形

各个输入的方波，1、3存在相位差0.01周期，2、4存在相位差0.01周期

输出的电压方波和输入波形（R=10,L=1e-5,u=100）

输出的电压方波和输入波形（R=10,L=1e-3,u=100）

随着电感感值增大，方波出现越来越多小震荡，这可以说明电感能调节方波震荡的波幅

输出的电压方波和输入波形（R=100,L=1e-5,u=100）

随着电阻阻值增大，方波底波趋于斜线，波形出现不正常

总结与体会 

电力电子技术》是一门新兴技术,它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而成的,是自动化、电气工程及其自动化专业的一门专业基础性较强且与生产紧密联系的课程,在培养本专业人才中占有重要地位。

对我们来说,电力电子技术既是一门技术基础课程,也是实用性很强的。

这个学期要做《电力电子技术》课程设计。

可是《电力电子技术》这门课已经学完了一个学期了，现在基本上已经忘记的差不多了。

所以不的不再拿起丢掉的书本从新看了以篇。

在选课题的时候，对于有些不懂的问题，老师都认真的给我讲解。

经过一番努力之后，对一些基本知识大概的了解了一下。

之后就开始做课程设计。

一开始不知道该从何处下手，在老师的指点下，以及在成绩好的同学的帮助下，慢慢的也开始动手做了起来。

首先是确定了主电路的设计和系统总体方案的确定。

在整个课程设计中，对有些原理理解的还是不够透彻，所以并不理解设计的具体步骤和方法。

在经过多次的尝试和努力之后，慢慢的也开始明白了一些道理。

比如斩控，就是在电路中使用全控型器件，通过控制器件开关的导通和关断来控制输出电压的平均值。

我做的课题是斩控式单相交流调压电路设计。

所以这个概念是我课程设计的关键所在。

在整个设计过程中，遇到了很多的问题，但是最主要的问题是电路参数的计算。

因为计算的公式都不知道在哪找，就算找到了也不知道怎么用，因为对公式的不理解，所以最后的参数确定只完成了一部分。

当然这其中主要的问题是自己的学习部够扎实，对课本上以及老师讲的东西理解的不够透彻。

所以才造成了今天这样被动的局面。

通过这次的设计，我明白了，学习部仅仅只限于课本的学习，同时也要学会不断拓展，通过实践把知识同课本上的理论联系起来，这样才能更好的理解所学的知识点。

通过这次课程设计，我不仅加深了我对《电力电子技术》这门课程的理解，更重要是我体会出了学习的一些方法,这在以后的工作和生活中都是有很大帮助.