斬控式純正弦波交流調(diào)壓器的設(shè)計

1、第2 7卷第 4期2 0 1 1 年 8月上 海 電力學(xué) 院 學(xué) 報 J o u r n a lo fS h a n g h a iUn i v e r s i t yo fE l e c t r i cP o we rV0 】 ． 2 7． No ． 4Au g ．2 01 1文章 編號 ：1 0 0 6— 4 7 2 9 ( 2 0 1 1 ) 0 4 — 0 3 2 0— 0 3斬控 式純正 弦波交流調(diào)壓器 的設(shè)計 石理碧 ，

2、李春生 ， 王魯楊 ， 陳 炯 ( 1 ． 杭州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測院 ， 浙江 杭州 3 1 0 0 1 9 ； 2 ． 安徽阜 陽供電公司， 安徽 阜陽 2 3 6 0 0 0 ；3 ． 上海電力學(xué) 院 ， 上海 2 0 0 0 9 0 )摘 要：設(shè)計 了基于斬控調(diào)壓技術(shù)的交流調(diào)壓器， 分析了主電路的斬波工作原理和電流、 電壓檢測的非互補 控制方式原理 ， 以及斬波頻率對輸出電壓波形的影響， 同時給出了相應(yīng)的非互補邏輯控制方式的電

3、路． 通過對 上述電路的搭建和測試可知 ， 該電路輸出交流電壓波形具有正弦度好、 電壓穩(wěn)定等優(yōu)點．關(guān)鍵詞 ：斬控 ； 交流 調(diào)壓 ； 脈 寬調(diào) 制中圖分類 號 ： T M 6 2 1 ． 7文 獻標(biāo) 志碼 ： ADe s i g no fP u r eS i n e - wa v eVo l t a g eRe g u l a t o rBa s e do nCh o p p e rW a v eTe c h n o l o g yS

4、HIL i — b i，L IC h u n ． s h e n g 。 ， W ANGL u ． y a n g，CHE N J i o n g 3( 1 ． H a n g z h o ui n s t i t u t eo f C a l i b r a t i o na n dT e s t i n g f o rq u ~ i t ya n dT e c h n i c a lS u p e r v i s i o n ，

5、H a n g z h o u3 1 0 0 1 9 ， C h i n a ；2 ． An h u iF u y a n gE l e c t r i cP o w e rBu r e a u，F(xiàn)u y a n g2 3 6 0 0 0，C h i n a ；3 ． S h a n g h a iU n w e a r yo f E l e c t r i cP o w e r ， S h an g h a i2 0 0 0 9 0

6、， C h i n a)Ab s t r a c t ：AnACv o l t a g er e g u l a t o rc o n ~ o H e db yc h o p p i n gt e c h n o l o g yi si n v e s t i g a t e d，t h ep r in c i p l eo ft h ec h o p p e rc i r c u i ti sd e s c r ib e d，a n

7、dt hep r in c i p l eo ft hec h o p p e ru s e dw i t h c u r r e n ta n dv o l t a g ep h a s ed e t e c t i o no fn o n — c o mp l e me n t a r yi sa l s od e s c r i b e di nd e t a i l s ．I na d d i t i o n ，t hel o

8、 g i cc i r c u i tf o rn o n - c o mp l e me n t a r y i sd e s i g n e d，a n dt h ei n f l u e n c eo fc h o p p e r~e q u e n c yo nt hewa v e f o r m o fo u t p u tv o l t a g ei sa n a l y z e d ． F i n a l l y，t

9、heACv o l t a g er e g u l a t o ri sma d ea n dt e s t e d ．T h et e s tr es u l t ss h o w t h a tt heo u t p u tv o l t a g eh a sma n yg o o dp e r f o r ma n c e s ，s u c ha sg o dwa v e f o r m ，s t a b l ev o l t

10、 a g e ．K e yw o r d s ：c h o p p e rc o n t r o l ； A Cv o l t a g er e g ul a t i n g ； p u l s ew i d t hm o d u l a t i o n( P WM)交流電壓調(diào)節(jié) 器廣泛應(yīng) 用于 電機啟動 與調(diào) 速 ， 交流穩(wěn)壓 ， 調(diào)光等工業(yè)領(lǐng)域¨ 4 ‘ ． 目前 ， 對于交 流調(diào)壓的方法有兩種 ： 一是 以交流變壓器為核

11、心 的調(diào)壓、 降壓手段 ， 包括多抽頭、 自耦等， 但存在 體積大、 調(diào)節(jié)精 度低 或有級調(diào)節(jié) 、 可靠性差 等缺 點 ； 二是利用 晶閘管相控的調(diào)壓器 ， 但因其采用相 控方式而導(dǎo)致功率 因數(shù)低 、 諧波大 、 動態(tài) 響應(yīng)慢 、濾波器體積大等缺點．近年來 ， 絕緣柵雙極結(jié)型 晶體管 ( I G B T ) 因其 性能優(yōu) 良而得到了廣泛 的應(yīng)用． I G B T的顯著優(yōu)點 是開關(guān)速度快 、 損耗小 ， 所需驅(qū)動信號功率小 ， 脈 寬調(diào)制

12、技術(shù)可借助高開關(guān)頻率降低諧波 的優(yōu)點 ，收稿 日 期 ： 2 0 1 1 一 o 7 一 o 4通訊作 者簡介 ：陳炯 ( 1 9 7 7 一 ) ， 男 ， 博士 ， 副 教授 ， 浙 江奉化 人． 主要研 究方 向為高 壓電氣設(shè) 備 狀 態(tài)監(jiān) 測 ， 開關(guān) 電源 等． E - m a i l ： c h e n j i o n g 7 7 0 5 1 6 @1 6 3 ． c o r n ．基金項 目：上海市教委重點學(xué)科資助項 目(

13、 J 5 1 3 0 1 ) ．上 海 電 力 學(xué) 院 學(xué) 報 波工作 ， 這樣雖然消除失控現(xiàn)象， 但控制較復(fù)雜．3 交流斬 波調(diào)壓 器的設(shè)計 根據(jù)上述交流斬波的原理 ， 本文采 用非互補 控制方式對其進行控制 ， 可使 系統(tǒng) 的諧波分量變 小， 并消除系統(tǒng)的失控 區(qū)． 整個系統(tǒng)由交 流斬波電路、 信號 處理 電路 、 邏輯控制 電路 和濾 波 電路組 成 ， 其原理結(jié)構(gòu)如圖 2 所示．電壓測 驅(qū)動 電路 圖 2 交流 調(diào)壓器的原理 由

14、圖 2 可以看出 ， 整個 系統(tǒng) 的工作過 程分為 以下 5個步驟 ： 一是對交流信號進行濾波 ， 濾 出電網(wǎng)中的高頻分量 ； 二是對電壓波形進行測量 ， 并將 交流信號送到調(diào)壓 電路 ， 利用斬波原理對交流 電 壓進行斬波 ； 三是利用輸 出濾波 電路對其輸 出的斬波信號進行濾波 ， 濾除高頻分量 ， 從而在負載上 得到完整 的正弦 波電壓信號 ， 并對負載上 的電流 進行測量 ； 四是將測得 的電流信號送人 D S P系統(tǒng) 中 ，

15、與基 準(zhǔn)信號 進行對 比， 輸 出合理 的 P WM 信 號 ， 將其送人邏輯控制電路 ； 五是邏輯控制 電路根 據(jù)輸入的 P WM信號 、 電壓信號和電流信號 ， 輸 出合理 的非 互補式控 制方式 的控 制信號 ， 經(jīng) I G B T的驅(qū)動電路對其進行驅(qū)動 ， 最終實現(xiàn)交流斬波．3 ． 1 主 電路分 析 由圖 1 可以看 出， 交流斬波主 電路 的輸 出電 壓波形受斬波頻率大小的影響． 為了了解其 影響 的程度 ， 本 文采用 P

16、 S P I C E軟 件對其進行 了仿 真 分析． 圖 3分別 為斬波頻率為 5k H z ， 1 0k H z ， 2 0k H z 下的輸出電壓波形 ．由圖 3 可 以看出 ， 在電路其他參數(shù)不 變的條 件下 ， 隨著斬波頻率的上升 ， 其輸 出電壓 的波形質(zhì) 量越來越高 ， 并且其輸 出電壓的效率也在增加． 因此 ， 在制作交流斬波調(diào)壓系統(tǒng)的過程 中， 可選擇較 大的斬波頻率．t ／ I s- 5I d t z 的輸 出電壓 波

17、形 t ／ i sb1 0k H z 的輸 出 電壓波形 t ／ i sc2 0i d t z 的輸 出電壓波形 圈 3 不同斬波頻率下 的電壓輸 出波形 3 ． 2 控制邏輯 電路的設(shè)計 在本設(shè)計 中， 對開關(guān)采用非互補方式進行控 制 ， 從而消除失控現(xiàn)象 ， 這就需要對續(xù)流支路進行 相應(yīng)的斬波控制． 為使系統(tǒng)更加可靠 ， 本系統(tǒng)采用 一 路 P WM波 ， 并通過邏輯 電路實現(xiàn)對 4個 I G B T的控制 ， 其控制電路和波形見

18、圖 4和圖5 ．圖 5中的和 ， 的曲線分別代表電壓 、 電流 經(jīng)過零 比較后的曲線 ， S 。 ， S， S ， ， S的波形分別為 I G B T ， ， I G B T 2 ， I G B T 3 ， I G B T 4 的控制 信號波形． 從 控制波形可以看出，本文所設(shè)計的邏輯控制系統(tǒng) 消除了斬波過程中的盲區(qū) ， 實現(xiàn)了整體斬波．( 下轉(zhuǎn)第 3 5 2 頁 )壓 量 一一 道 一一輸 電 一一 模 一HH一 制 一一統(tǒng)工一 邏