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。b5E2RGbCAP

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。

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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。DXDiTa9E3d

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。RTCrpUDGiT

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。

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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。jLBHrnAILg

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。xHAQX74J0X

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

调。LDAYtRyKfE

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。Zzz6ZB2Ltk

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。dvzfvkwMI1

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。rqyn14ZNXI