【《斩控式交流调压电路的控制策略分析概述》2300字】

我国中小企业的技术创新研究斩控式交流调压电路的控制策略分析概述目录TOC\o"1-3"\h\u8061斩控式交流调压电路的控制策略分析概述 135981.1斩控式交流调压电路的频谱 1167721.2斩控式交流调压与晶闸管相控调压的比较 228371.3斩控式交流调压电路的拓扑结构 31.1斩控式交流调压电路的频谱对所得数学表达式（2-4）分析整理可得出响应的基波以及谐波的表达方式如式（3-1）和式（3-2）分别所示 uf= uh=从式子（3-1）分析并结合交流电是周期性变化这一特性，我们可以知道可以用nω1或者nω1-ω（n为自然数）来表示基波。显而易见的，在nω1这一时刻左右会出现成对的谐波。将斩波频率设置为20000Hz,同时将激励电压频率设置为50Hz。通过计算可得出谐波的变化范围为19950~20050Hz。由此可见，我们应采取手段使得斩波频率尽可能更高来实现输出谐波频率更高这一目标。这样一来，在滤波器的选择上就更简单，可以选择参数尽可能小的低通滤波器，滤波效果也会更理想。从上一段分析可知，无论D的数值怎么变化都不会影响谐波的分布范围。谐波至始至终分布在nω附近。虽然谐波的分布不受到D的影响，但是它的幅值却跟D的大小紧密相关。同时，谐波的幅值变化也不会被激励和斩波二者的频率所影响。取一定的值代入式(3-2)可以计算出第n次谐波的模 un=以式(3-3)为依据，分别取n=1、n=2、n=3，做出每个值所对应的谐波幅值曲线，由图3-1可以证明un确实与D的大小变化呈相关性。从图中还可以看出，1/nπ是各次谐波的峰值，然而不同的次谐波出现峰值的位置又是不一样的。回到式（3-1）可知基波uf与D成正线性相关，D的增大也会造成uf的同步增大，谐波幅值un则以D=0.5作为对称轴，n的变大会造成谐波幅值的减小。由此可以得出结论，如果把斩波频率设置得很高，同时控制开断时间使占空比D越大，这样可以使得输出电压的成分中基波尽可能的多，相反谐波尽可能地少。基波越多谐波越少，那么通过交流斩波调压方式的响应的质量就越高。图3-1谐波幅值和D的关系对比1.2斩控式交流调压与晶闸管相控调压的比较通过改变晶闸管的参数进行的相控式交流调压也被称作移相控制调压，它的工作电路结构如图3-2所示。它的主要工作方式和原理就是:在激励的每一个周期内，横轴上方半波和下方半波都要取到，在正确的时间给晶闸管一个瞬时脉冲进行触发，这样负载就和电源构成回路进而导通，调整相位角α即可改变负载的脉冲的触发时间，进而负载在单个周期内的导通时间长短也得以改变，从而负载两端的电压就会被调节，目标达成。然而负载并非仅仅是纯电阻，也可能与电感连接呈现感性或与电容连接呈现容性，当负载是容性或感性时就会使得响应电流和电压双双出现失真，并且会生成许多的谐波，也就是说负载自身的特性会极大影响到晶闸管相控调压。不仅如此，在响应交变电流以及交变电压中，相位角是变化的，所生成的次谐波也是各种各样的，滤波器具的选择就会变得非常困难，滤波效率低下，各种各样的谐波也会对电网造成严重的污染。综上，我们有很多理由相信晶闸管相控式交流调压对比交流斩控式交流调压缺点十分明显。除此以外在响应电压中，不包括基波，谐波的角频率分布为nω1ω。只要设置斩波的频率足够高，只需要简单地使用低通滤波装置即可除去生成的谐波成分，因此电源的输出效率大大提高了，负载的功率因数是等于电源的。参数小的滤波器一方面可以提高功率因素进而提高能源利用率另一方面还可以减小装置体积进而节省成本。不仅如此，交流斩波调压方式采用的功率开关是全控型，而晶闸管相控调压则属于半控型，因此交流斩波调压的系统动态响应特性更好。图3-2晶闸管相控调压电路1.3斩控式交流调压电路的拓扑结构两个Buck型斩波电路组合在一起在某种意义上就可以看成交流斩波调压电路，也可以认为交流斩波电路是直流斩波器的交流应用。和直流Buck、Boost等电路相区别，交流斩波调压的控制对象不同，交流斩波电路是直接控制交流电压的。因此，与直流单一方向不同，对交流调压有更高的要求，交流斩波调压必须正反双向的电压都能进行斩波。那么开关的选取也必须是双向的。如图3-3所示，交流电压源提供能量，绝缘栅双极晶体管IGBT作为全控型开关，与之组合的是四个快恢复二极管，电容元件与阻抗负载并联。电路工作原理是:四个快恢复二极管组成电桥结构，电流先经过电桥结构进行整流，然后再调整开关的斩波频率即可改变输出电压。从结构上看这种电路组成简单，从控制方式来说仅需要要单路驱动信号即可。然而这种网络拓扑结构有一定的限制，四个快恢复二极管不能承受太高的电压否则会被烧坏，而且该电路在动态上的响应很慢。所以该电路拓扑结构并不适用于大功率的应用，对电能要求不是十分严格而且功率不大可以考虑该电路。图3-3单管双向功率开关斩波调压电路图3-4表示的斩波调压电路与3-3相比在结构上有一定的变化，该电路拓扑是根据直流—直流Buck电路结构调整改变而来。电路拓扑与3-3不同的是含有四个全控器件，即四个绝缘栅双极晶体管，每个绝缘栅双极晶体管分别反向并联了四个快恢复二极管，快恢复二极管反向并联的目的是为了给反向电流提供通路。正如图中所示两个电感L和两个电容C在电路中共同构成低通滤波器。图3-4简单斩波调压电路IGBT反向并联相对于直接并联来说导通情况下损耗比较小，整个回路运作起来效率更高。一般情况下使用非互补的控制方式控制IGBT反向并联，检测方法使用带电流或不带电流都可以。要注意回路电路运作时斩波和续流两种开关不能同时导通，否则在换流时会引起电压过大进而烧坏开关。在此网络拓扑结构运作时，把开关的频率设置足够高，再进行一系列的优化之后经过电容电感组成的滤波器滤波输出电压