斩波调压
交流调压及斩波电路课件
•交流调压及斩波电路
① 通断控制。即把晶闸管作为开关将负载与交流电 源接通几个周期（工频1周期为20 ms），然后在开断一 定的周期，改变通断时间比值达到调压的目的。这种晶闸 管起到一个通断频率可调的快速开关的作用。这种控制方 式电路简单，功率因数高，适用于有较大的时间常数的负 载，缺点是输出电压或功率调节不平滑。
② 相位控制。它是使晶闸管在电源电压每一周期中、 在选定的时刻内将负载与电源接通，改变选定的时刻可达 到调压的目的。
在交流调压中，相位控制应用较多，下面主要分析 相位控制的交流调压器，先阐述作为基础的单相交流调压 器。单相交流调压器的工•交作流调情压及斩况波电与路 它的负载性质有关。
一、电阻性负载
等于零，因此单相交流调
压器对电阻性负载，其电
I = U /R 压可调范围为0～U1，控制
负载R上的电流有效值 0
0
角α的移项范围为
0≤ α≤ π。
U1为输 入交流 电压的 有效值
功率因数 COS φ = [U0I0] / [U1I0] = U0/U1
•交流调压及斩波电路
二、电阻—电感负载
VT1 i0
•交流调压及斩波电路
二、用三对反并联晶闸管接成的
—— 三相三线交流调压电
路uU
～U
VT1 R
以电阻负载接成星形为例进行分析。由于 没有零线，每相电流必须和另一相构成回路，
uV VT4
N ～V
uW VT6
～W
VT3 R VT5 R
与三相全控桥整流电路一样，应采用宽脉冲或
O
双窄脉冲触发。设U是线电压的有效值，则三 相线电压分别为
U0 = [t1/T]E =
斩波器与交流调压器、逆变
晶闸管斩波器作为一种直流调 压装置．常用于直流电动机的调压 调速。目前，斩波器已广泛应用于 电力牵引方面，如地铁、电力机车、 城市电车、蓄电池电动车等。 晶闸管斩波器，主要有采用普 通晶闸管的逆阻型斩波器和采用逆 导型晶闸管的逆导型斩波器两种。 下面仅介绍逆阻型斩波器。
二、交流调压电路 交流调压器是接在交流电源与负载之 间的调压装置。晶闸管交流调压器，可以 通过控制晶闸管的通断，方便地调节输出 电压的有效值。在交流调压器中，晶闸管 元件一般为反并联的两只普通晶闸管或双 向晶闸管，并常采用以下两种控制方式。
逆变器根据其直流电源的滤波方式可分为电 压型和电流型两种。 电压型逆变器，其直流电源由电容滤波，可 近似看成恒压源；其输出的交流电压为矩形波， 输出的交流电流在电动机负载时近似为正弦波； 其抑制浪涌电压能力强，频率可向上或向下调节， 效率高，适用于不经常起动、制动和反转的拖动 装置。 电流型逆变器，其直流电源由电感滤波，可 近似看成恒流源，其输出的交流电流近似为矩形 波，输出的交流电压在电动机负载时近似为正弦 波；其抑制过电流能力强，适用于经常要求起动、 制动与反转的拖动装置。
上述两个条件必须同时具备才能实现有 源逆变。半控桥式晶闸管电路或有续流二极 管的电路，因它们不能输出负电压，也不允 许直流侧接上反极性的直流电源，故不能实 现有源逆变。
二、无源逆变 在工业生产中，常要求把直流电或某一固定 频率的交流电变换成一频率可变的交流电，供给 某些负载使用，这种变流技术称为变频技术。早 期采用旋转变频机组或离子器件组成的静止变频 器来实现变频，但它们存在体积大、效率低、噪 声大、响应时间长等缺点。晶闸管作为较理想的 无触点开关元件，具有体积小、管压降小、响应 时间短的优点，晶闸管组成的静止变频器已取代 了旧式变频装置，在各种工业领域获得广泛应用， 如感应加热的中频电源、交流电动机的变频调速 电源、不间断电源(UPS)等。
斩波式交流调压电路工作原理
斩波式交流调压电路工作原理嘿，朋友们！今天咱来唠唠斩波式交流调压电路的工作原理。
你看啊，这斩波式交流调压电路就像是一个神奇的魔术师。
它能把普通的交流电变得不一样，就好比咱能把一块普通的布料变成一件漂亮的衣服。
想象一下，交流电就像一条流淌的小河，有高有低，有起有伏。
而斩波式交流调压电路呢，就是在这条小河上设置的一道道关卡。
它可以根据我们的需要，把小河里的水拦住一部分，或者放过去一部分。
在这个过程中，有个关键的元件叫晶闸管。
这晶闸管就像是个聪明的守门员，它能根据指令，准确地开关，控制电流的通过和阻断。
当晶闸管导通的时候，电流就可以顺畅地通过，就像打开了水龙头，水哗哗地流。
当晶闸管阻断的时候，电流就过不去啦，就像把水龙头给关上了。
那它是怎么实现调压的呢？嘿嘿，这就有意思了。
通过控制晶闸管的导通和阻断时间，就能改变输出电压的大小。
比如说，导通时间长一点，输出电压就高一点；导通时间短一点，输出电压就低一点。
这多神奇呀！就好像我们走路，走得快一点，就能在同样时间里走更远的路；走得慢一点，走的路就少一些。
斩波式交流调压电路就是这样巧妙地控制着电压。
而且啊，这种调压方式还有很多优点呢！它反应速度快，就像短跑运动员一样，能迅速做出反应。
而且效率高，不会浪费太多的能量，就跟咱过日子要精打细算一样。
在实际应用中，斩波式交流调压电路可厉害啦！像一些需要调节电压的设备，比如电动机的调速，它就能大显身手。
能让电动机跑得更快或者更慢，适应不同的工作需求。
你说这斩波式交流调压电路是不是很了不起？它就像一个默默工作的小英雄，在我们看不到的地方发挥着重要的作用。
让我们的生活变得更加方便、高效。
所以啊，咱可别小瞧了这小小的斩波式交流调压电路，它里面蕴含的学问可大着呢！咱得好好研究研究，让它为我们的生活创造更多的价值！这就是斩波式交流调压电路的工作原理啦，大家明白了吗？。
5-4-斩波调压是如何实现的
斩控调压是如何实现的斩控交流调压电路作原
◆斩控交流调压电路工作原理
◆斩控调压电路的优点
◆相控调压电路的缺陷
☞深控时，功率因数很低。
控时功率数很低
☞谐波含量很高。
◆能不能找到很好的解决方案？
◆斩控式交流调压电路的基本原理
☞一般采用
般采用全控型器件作为开关器件
☞基本原理和直流斩波电路有类似之处
正半周和负半周分别有斩波器件和续流器件☞u
1
正半周和负半周，分别有斩波器件和续流器件
☞设斩波器件（V
1或V
2
）导通时间为t
on
，开关周期为T，改变可调节输出电压
则导通比α=t
on
/T，改变α可调节输出电压，斩波控制有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）
波控制用V V 1
VD 1
3给负载电
流提供续流通
道
R i 1
V VD V VD
◆注意：调节占空比可
斩控式单相交流调压器的特性
（电阻负载时）改变输出电压有效值
☞电源电流的基波分量和电
源电压同相位，即位移因数
为1。
☞电源电流不含低次谐波，
只含和开关周期T有关的高次
谐波。
☞功率因数接近1。
有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）
本节要点
1、斩控调压电路原理
掌握控制方法
2、分析斩控调压的输出波形
输出电压的调整过程3、斩控调压的优点。
单相交流调压电路仿真实验报告
单相交流调压电路仿真实验报告一、实验目的本实验旨在通过仿真模拟，深入理解单相交流调压电路的工作原理和性能特点，掌握其电压调节原理和操作方法，提高对电力电子技术的理解和应用能力。
二、实验原理单相交流调压电路是通过控制开关器件的通断，调节输入交流电压的幅值和相位，以达到调节输出电压的目的。
根据控制方式的不同，单相交流调压电路可以分为斩波调压和相控调压两种。
本实验采用斩波调压方式。
斩波调压是通过控制开关器件的通断时间，调节输出电压的幅值。
当开关器件导通时，输出电压为输入电压；当开关器件关断时，输出电压为0。
通过调节开关器件的通断时间，可以改变输出电压的平均值，从而实现调节输出电压幅值的目的。
三、实验设备本实验使用MATLAB/Simulink软件进行仿真模拟，实验设备包括计算机、MATLAB/Simulink软件、电源模块、电阻器、电感器和开关器件等。
四、实验步骤1. 打开MATLAB/Simulink软件，新建一个仿真模型；2. 搭建单相交流调压电路的仿真模型，包括电源模块、电阻器、电感器、开关器件等；3. 设置仿真参数，如仿真时间、采样时间等；4. 启动仿真，观察并记录仿真结果；5. 分析仿真结果，包括输出电压的波形、相位、幅值等；6. 调整开关器件的通断时间，观察输出电压的变化，并分析斩波调压原理；7. 整理实验数据和波形，撰写实验报告。
五、实验结果与分析通过仿真模拟，我们得到了单相交流调压电路在不同开关器件通断时间下的输出电压波形。
从实验结果可以看出，当开关器件导通时间越长，输出电压的幅值就越高；当开关器件关断时间越长，输出电压的幅值就越低。
这个结果表明斩波调压原理是可行的。
此外，我们还观察了输出电压的相位变化。
当开关器件导通时，输出电压与输入电压同相位；当开关器件关断时，输出电压为0。
这说明斩波调压方式不会改变输出电压的相位。
六、结论与总结通过本次单相交流调压电路的仿真实验，我们深入了解了斩波调压电路的工作原理和性能特点，掌握了其电压调节方法和操作技巧。
第五章 交流调压电路与斩波电路
。
交流调压与斩波电路 压力检测方法及仪表
19
（2） 电感性负载的功率因数角为
arctan wL
R arctan 2.3 2.3 4
最小控制角为
min
4
故控制角的范围为 π/4≤α≤π。
最大电流发生在 αmin=φ=π/4处，负载电流为正弦波，其 有效值为
Io Uo R (wL)
交流调压与斩波电路 压力检测方法及仪表
1
•
基本方式：
交流电力 控制电路 只改变电压,电流 或控制电路的通 断,而不改变频率 的电路。
交流调压电路 相位控制
在每半个周波内通过对晶闸管开通相位 的控制，调节输出电压有效值的电路。
交流调功电路 通断控制
以交流电的周期为单位控制晶闸管的 通断，改变通态周期数和断态周期数的 比，调节输出功率平均值的电路。
2 1 2 2
阻抗角
9
交流调压与斩波电路 压力检测方法及仪表
因为ω t＝α ＋θ 时，io＝0。将此条件代入式
2U io [sin(wt ) sin( )e tan ] Z
可求得导通角θ 与控制角α 、负载阻抗角φ 之间的定量关系表达式为
tan
wt
sin( ) sin( )e
交流调压与斩波电路 压力检测方法及仪表
12
VT1
3) 当α ＜φ 时，导通角θ ＞π 。 电源接通后，在电源的正半周，若先触发VT1，
若采用窄脉冲触发:若触发脉冲的宽度小于a+θ -(a+π )=θ -π 时，
当VT1的电流下降为零关断时，VT2的门极脉冲已经消失，VT2无法导通。 到了下个周期，VT1又被触发导通重复上一周期的工作，
斩控式单相交流调压电路设计
斩控式单相交流调压电路设计一、电路结构1.调压变压器：调压变压器用于将输入电压调整为需要的输出电压。
其一次侧连接到交流电源，二次侧连接到斩波电路。
2.斩波电路：斩波电路由开关管和与之配套的电路组成。
开关管负责控制电源的通断，电路则根据开关管的导通状态，控制输出电压。
3.滤波电路：滤波电路用于对输出电压进行平滑处理，减小其峰值值波动。
4.负载：负载是电路的输出部分，可以是电阻、电感或电容等元件。
二、电路原理1.斩波原理斩波电路采用开关管控制输出电源通断，实现对交流电压的控制。
在正半周，开关管导通，电源输出；在负半周，开关管关断，电源不输出。
通过控制开关管的导通时间，可以实现对输出电压的控制。
2.滤波原理滤波电路主要通过电感、电容等元件，对输出电压进行平滑处理，减小其峰值值波动。
电感对交流信号有滤波作用，而电容则具有存储电荷的特性，可以增大负载电流。
三、设计步骤1.确定输出电压根据实际需求，确定所需的输出电压。
2.选择调压变压器根据所需的输出电压和电流，选择合适的调压变压器。
3.选择开关管根据输出电压和负载要求，选择合适的开关管。
常用的开关管有MOSFET和IGBT等。
4.设计斩波电路根据开关管的参数和工作原理，设计和优化斩波电路。
可以使用各种控制技术，如脉冲宽度调制(PWM)等。
5.设计滤波电路根据输出电压的波动情况，选择合适的滤波电路设计。
可以使用RC 滤波电路、LCL滤波电路等。
6.验证电路设计使用仿真软件对电路进行仿真验证，检查输出电压波形是否稳定、峰值值是否满足要求。
根据仿真结果进行优化调整。
7.电路实现与调试根据设计结果，搭建电路原型并进行实际调试。
检查输出电压是否符合要求，观察电路工作是否稳定。
8.性能评估与改进对实际搭建的电路进行性能评估，并进行必要的优化改进。
通过以上步骤，可以设计出符合实际要求的斩控式单相交流调压电路。
在实际应用中，还需要考虑电压变化范围、功率损耗、开关管和滤波元件的选取等问题。
电力电子技术第7章斩波调压电路
第七章斩波调压电路7.1 基本斩波电路7.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路7.3 带隔离的直流直流变流电路引言■直流-直流变流电路（DC/DC Converter），也称斩波电路，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。
■直接直流变流电路◆功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。
◆一般是指直接将直流电变为另一直流电，这种情况下输入与输出之间不隔离。
■间接直流变流电路◆在直流变流电路中增加了交流环节。
◆在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离，因此也称为直—交—直电路。
7.1 基本斩波电路7.1.1 降压斩波电路图7-1 降压斩波电路的原理图及波形a ）电路图b ）电流连续时的波形c ）电流断续时的波形■降压斩波电路（Buck Chopper）◆电路分析☞使用一个全控型器件V ，图中为IGBT，若采用晶闸管，需设置使晶闸管关断的辅助电路。
☞设置了续流二极管VD ，在V关断时给负载中电感电流提供通道。
☞主要用于电子电路的供电电源，也可拖动直流电动机或带蓄电池负载等，后两种情况下负载中均会出现反电动势，如图中E m 所示。
◆工作原理☞t=0时刻驱动V导通，电源E向负载供电，负载电压u o =E ，负载电流i o 按指数曲线上升。
☞t=t 1时控制V关断，二极管VD续流，负载电压u o 近似为零，负载电流呈指数曲线下降，通常串接较大电感L 使负载电流连续且脉动小。
◆基本的数量关系☞电流连续时√负载电压的平均值为: E E T t E t t t U on offon on o α==+=√负载电流平均值为: 式中t on 为V处于通态的时间，t off 为V处于断态的时间，T 为开关周期，α为导通占空比，简称占空比或导通比。
RE U I m o o −=☞电流断续时，负载电压u o 平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。
◆斩波电路有三种控制方式☞脉冲宽度调制（PWM）：T不变，改变t on 。
基于斩波方式的交流调压研究
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄ ｓ： ｐｏ ｗｅ ｒ ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏｎ ｉ ｃ ｓ． Ｉ ＧＢＴ， ＡＣ ｃ ｈ ｏｐｐｅ ｒ ， ｖ ｏ ｌ ｔ ａｇ ｅ ｒ ｅｇｕ ｌ ａ ｔ ｏｒ ｓ
交 流 斩 波 调 压技 术 作 为 一 种 高 性 能 交 流 调 压 技 术 ，符 合 电 力 电子 技 术 高 频 化 、 高 效 化 以及 低 污 染 发 展 趋 势 ， 又 随着 Ｉ ＧＢ Ｔ 等 全 控 电力 电 子 器 件 的快 速 发 展 ，斩 波 调 压 将 逐 步 取 代 晶 闸 管
２ 双 向 功 率 开 关 的 连 接 方式
相控交流调压” 。 其 丰 富 的控 制 种 类 ， 多 样 的 电子 开 关 组 合 ， 为
不 同 使 用 要 求 提 供 高 性 价 比产 品 ， 是一 种经济型交流调压技术 。 智 能 交 流 电 力 控 制 器 可 广 泛 用 于 工 业 各 领 域 的 电压 调 节 恒 压 恒 流恒功 率调节 ， 适用于 电阻性负载 、 电感性负 载 、 变 压 器 和 电 机 软起控制等 。 本文在理论分析的基础上 ， 通 过 和 合 理 控 制 方 式 的
１ ３ ６
基 于 斩 波 方 式 的 交 流 调 压 研 究
基于斩波方式的交流调压研究
Ｓｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｆ ＡＣ Ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ Ｒｅ ｇ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｃｈ ｏｐ ｐ ｅ ｒ
薛博 盛 陈 西克 符 影 杰 （ 东南大学 自 动化 学院， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ９ ６ ）
交流调压电路和直流斩波电路
电路的基本原理和应用
交流调压电路的基本原理
通过控制交流电源的相位或幅值，实现对交流负载的电压调 节。在电力系统中，交流调压电路常用于无功补偿、调节电 压幅值等。
直流斩波电路的基本原理
通过快速地开断和闭合开关，将恒定的直流电源电压斩切成 一系列的脉冲电压，再通过滤波电路得到平均值可调的直流 电压。在电动汽车、不间断电源等领域，直流斩波电路被广 泛应用于电池管理、能量回收等。
交流调压电路的原理
通过改变交流电源的 电压幅度，实现对交 流负载电压的控制。
通过改变交流电源的 频率，实现对交流负 载功率的控制。
通过改变交流电源的 相位，实现对交流负 载电流的控制。
交流调压电路的分类
1 2
相控式交流调压电路
通过控制开关元件的通断时间，实现对交流电压 的调节。
斩控式交流调压电路
总结
04
交流调压电路和直流斩波电路的重要性
高效能源转换
交流调压电路和直流斩波电路在电力电子领域中发挥着关键作用， 能够实现高效能源转换，降低能源损失。
灵活控制
这两种电路能够实现对电压、电流和功率的快速、精确控制，满 足各种不同的应用需求。
节能环保
通过优化能源转换和控制方式，交流调压电路和直流斩波电路有 助于实现节能减排，推动绿色环保发展。
01
通过周期性地开启和关闭开关，将恒定的直流电源电压斩成一 系列的脉冲电压。
02
通过改变开关的开启和关闭时间，可以调节输出电压的平均值。
斩波电路的基本工作原理是利用快速开关元件，将输入的直流
03
电压斩成幅值可变的脉冲电压序列。
直流斩波电路的分类
降压斩波电路
用于降低电源电压，常用于电机速度控制和电池充电。
晶闸管斩波技术和交流调压
工作过程:
电压波形:
ug1
触发脉冲周期
T
ug2
t
主副脉冲间隔
t
t
uM
t
习题：
一、1，2，3，9～14
二、2，7～11
三、1，6
t
简单逆阻型斩波器的特点
电路简单成本低，R2存在损耗。 采用强迫换流形式，换流电容不能太小。 斩波器调压方式可以人为选择。
四、实例1————脉宽可调的逆阻型斩波器
US
US:直流电源。 L3:M的厉磁绕组
VT1:主晶闸管
M:直流串励电动机（负载）VT2VD1VD2L1L2C组成VT1的关断电路 VD3:提供M的续流通路．
VT2 、R2 、C组成 VT1的关断电路
关断电路的作用：使导通的晶闸管阳极电压 过零或承受反压而关断。
工作过程：
电压波形：
ug1
触发脉冲周期
T
定频调宽法
t
ug2
主副脉冲间隔
t
固定晶闸管VT1触发脉 冲周期，改变两脉冲的 时间间隔。 定宽调频法
t
uR1
uR2
t
固定两脉冲的时间间隔， 改变晶闸管VT1触发脉 冲周期。
US
o
ud
US
Ud
t
t1
o
TUdtt2源自udUS Ud T1
o
ud
US
t
t
o
T2
Ud
t
t
3. 调宽调频法
同时调节晶闸管的导通时间和触 发频率，改变输出直流平均电压。
4. 输出电压大小
t Ud US T
t 通断比： T
t为晶闸管导通时间；
T为晶闸管触发脉冲周期。
晶闸管斩波技术和交流调压
晶闸管斩波技术的优点
响应速度快、效率高、调节范围广。缺点：电路复杂、对控制精度要求
高。
02
交流调压技术的优点
电路简单、调节方便、对负载影响小。缺点：响应速度慢、调节范围有
限。
03
优缺点比较总结
晶闸管斩波技术具有快速响应、高效率和调节范广的优点，但电路复
杂、对控制精度要求高；交流调压技术具有电路简单、调节方便和负载
交流调压在无功补偿中的应用
交流调压原理
01
通过改变晶闸管触发角来调节交流电压的大小，实现无功补偿。
应用优势
02
可动态补偿无功功率，提高功率因数，降低线路损耗，改善电
能质量。
实际案例
03
某电力系统中采用交流调压技术进行无功补偿，有效降低了线
路损耗和电压波动，提高了供电可靠性。
其他应用案例
斩波技术在电机控制中的应用
输标02入题
未来，随着可再生能源和分布式电源的广泛应用，晶 闸管斩波技术和交流调压技术在智能电网和能源管理 领域的应用将更加广泛。
01
03
此外，随着工业自动化和智能制造的发展，晶闸管斩 波技术和交流调压技术在电机控制和工业电源管理方
面的应用也将不断深化。
04
同时，随着电动汽车和充电设施的普及，晶闸管斩波 技术和交流调压技术在电动汽车充电控制和能源管理 方面的应用也将得到进一步拓展。
为了满足高效节能的需求，许多领域 开始采用晶闸管斩波技术与交流调压 技术进行电能控制和调节。
晶闸管简介
晶闸管是一种大功率半导体器件，具有单向导电性，可以通过控制其导通角来调节 输出电压或电流。
晶闸管在斩波器和交流调压器中作为主要的电力电子器件，通过调节其导通和关断 时间来控制输出电压或电流的波形和幅值。
斩波器和交流调压
§7-2 晶闸管斩波器
2 升压斩波器 利用电感中的储能释放时产生的电压来提高输出来提高输出电压
工作原理：
(1) VT导通，E加至L，L开始储能，iL上升，C向负载放电，VD关断。 (2)VT关断，iL不变，则感应电势，和E叠加供给负载。C充电，uc上升，
L能量→ C和负载
§7-2 晶闸管斩波器
电感能量∶
R
( Rd Rex ) t off Rd t on Rd Rex T t off T
Rd (t off t on ) Rext off T
Rd Rex (1 )
§7-2 晶闸管斩波器
库克电路
§7-2 晶闸管斩波器
全桥直-直变换
§7－3 多象限运行
1. 二象限斩波器 可使电机运行于电动机状态或则发电机状态
一、二象限∶
(1)VD 2 通，i a (),电机 电源 (2)VT1通，i a ( ),电源 电机 (3)VD1通，ia ( ),续流 (4)VT2 通，ia∶
(1) VT1，VT2通,i1(+),EM(+)电源到电机。 (2)VT1，VD2或者VT2，VD1通。 回路短接。Ud＝0，ia续流。 (3)VD1，VD2通，i1（－），EM（－）， 功率由电机到电源。
VT 通：Win E I L t on VT 断 : Wout (U d E ) I L t off Win Wout , 则 Ud t on t off t off T E E t off
§7-2 晶闸管斩波器
3．斩波调阻
斩波器断∶ R=Rd+Rex 斩波器通∶ R=Rd
α=0, u=u1 α=π, u =0
矿用电机车直流斩波调压的仿真研究
PE电力l乜子矿用电机车直流斩波调压的仿真研究李立平韩兵欣(石家庄铁道学院电气与电子工程分院，石家庄050043)摘要由于矿用电机车直流架线供电距离长，直流供电电压波动范围大，给实际生产带来了很多困难。
为了克服这些困难，本文采用双极式调制方式的桥式直流斩波器实现电机的可逆正反转，介绍了直流斩波器的工作原理和其占空比的控制算法，以及P W M控制器的信号产生电路，电机采用转速、电流双闭环控制，通过H桥PW M斩波电路调压，构造出系统的仿真模型，并进行了M at l ab仿真实验和结果分析，结果表明可以解决电压波动大的问题，而且可以实现电机节能。
关键词：矿用电机车；P W M斩波；M a t l ab仿真Si m ul at i on of D C C hoppi ng V ol t age G over ni ngi n M i ni ng El ect r i c L ocom ot i veL／Li pi ng H an B i ngxi n(El e ct r i c Eng i neer i ng of Shij i azhuang R ai l w ay Inst i t ut e，Shi j i azhuang050043)A bs t r actB ecaus e DC suppl i e s pow er di s t a nce ar e l o ng and t he l a r ge r vari a bl e r an ge ofD Cs up pl y pow e r vol t a ge i n m i ni ng el ec t r i c l oc om ot i ve．I t bri ngs l ot s of di f f i cul t y t o t he f a ct ua l pr oduc t i on．I n order t o ov er co m e t hes e di f f i cult i es，i t t a ke s bi pol ar m odul at i on bri dge D C chopper t o m a ke t he m ot ort ur n al o ng t w o di r ect i ons．I t s ho w s t he t heor y of D C chopper and t he a l gori t hm of how t o c ont r ol dut yc yc l e cont r ol，a s w e l l as PW M cont r ol l e r si gna l gene ra t or ci r cui t．W e use dou bl e cl os ed—l oop c ont r ol ofs peed and cu r r en t．I t t une t he vol t a ge by t he H-br i dge PW M chopper ci r c ui t and c ons t r uc t ed s yst em s i m ul a t i on m ode l．W e ca r r y out t he M at l ab s i m ul at i on and t u ne t he vol t a ge by PW M choppi ng．T he r esu l t s ho w s t he c ont r ol can sol ve t he pr obl em an d t he m i ni ng el ect r i c l ocom o t i ve c an s ave ener gy．K ey w or d s s m i ni ng el ect r i c l oc om ot i ve；P W M chopp i ng；M a t l ab s i m ul a t i on1引言样只用两个开关器件就实现了电机的四象限运行。
交流斩波调压方法
电动机节能器的研制2008-7-18 12:59:001、引言异步电动机作为最重要的动力装置，在当今工业生产和日常生活中得到了广泛的应用，是电能的主要消耗者。
单就我国而论，异步电机广泛应用于各类电力拖动系统中，耗用电能约占全国耗电总量的50%以上。
电动机一般都是按照最大负载下能正常工作为条件来选择的，但在实际使用中，电机却经常是在中载、轻载，甚至在空载状态下运行。
因此，电动机的负载率低，其效率和功率因数较低，造成很大的电能浪费，所以研究异步电动机起动降耗及节能经济运行具有重要的现实意义[1?3]。
2、节能原理众所周知，三相移相触发器在额定负载的情况下工作效率最高，而在轻载或空载状态下的工作效率是非常低的。
这是因为电动机要连续工作，必须消耗一定的能量以提供磁场。
当供给电动机的端电压恒定时，产生磁场也保持恒定。
在额定转速下，磁场消耗的能量保持恒定，与负载所需的转矩无关，支持负载转矩的能量大小取决于电磁转矩的大小。
当负载转矩增加，转子的转速会稍微下降(转差率增大)，使得感应的转子电流上升以增加电磁转矩。
相反，如果需要的负载转矩减少，转子电流下降定子电流也相应下降。
但在端电压恒定的情况下，定子提供磁场的电流在任何负载转矩条件下将保持恒定。
结果是感应电动机的效率随负载的减少而降低。
因此，改变电机的工作电压，提高轻/空载的工作效率。
使加在电动机上的电压大小跟随负载变化，负载轻时电压也低，这样降低了电动机的有功功率、无功功率及其损耗达到节能的目的。
目前的电动机轻载调压节能控制，较多采用以功率因数角为控制量，针对实际负载率相应调节定子电压，使电动机保持较高的功率因数，同时兼顾效率。
但在实用上存在功率因数角难以准确测量的缺点，而且在不同的负载率下并不一定取得充分的节能效果。
而我们采用易于实现的负载电流控制法[2]，即在近似条件下，只要使电机定子电压随定子电流按一定比例变化就能保持电动机高效运行，故以电动机的定子电压与定子电流的比值作为控制目标，当电机负载变化时，通过改变电动机定子电压，维持定子电压与定子电流的比值不变，实现电机的节能运行。
本科毕业设计-交流斩波调压装置的硬件设计
论文题目：交流斩波调压装置的硬件设计专业：自动化本科生：**签名：____________指导教师：**签名：____________摘要随着单片机技术的不断发展与成熟，各种智能调压装置不断涌现，交流斩波控制调压技术作为种新型高性能的交流调压技术，在中小交流调压领域获得广泛应用，典型的应用如电动机的软启动和节能电路等。
本装置采用交流斩波电路，用AT89S52单片机为控制器，根据双向电力电子开关的特性，应用单片机技术对电力电子开关的通断时间进行控制，从而设计了一套交流调压装置。
对装置硬件组成、调压原理及方法、系统软件等做了详细介绍。
本装置采用汇编语言编程，实现了控制口稳定输出方波信号，经过调试装置最终可以看出主回路电灯的亮度变化。
关键词：交流斩波，调压，单片机，电力电子开关Subject: The Hardwire Design of AC-ChopperSpecialty: AutomationName: Chen Nan Signature:Instructor: Guo Xiucai Signature:AbstractWith the continuous development of SCM technology and mature, intelligence devices of voltage adjusting is continuously designed and manufactured, the exchange chopper control technology as a surge of new high-performance exchange regulator technology, small and medium-sized exchanges surge in the broad field of application, typical applications such as soft-start the motor and energy-reserved circuit. The device in exchange chopper circuit, with AT89S52 SCM for controller, according to double-way power electronic switch with the characteristics of SCM application of electronic technology to power the on-off switch to control the timing, designed a device exchange regulator. The design is also responsible for hardware components, principle of voltage adjusting and system software. By programming by assembling language, the device can approach and guarantee the stable square wave output toward the controlling interface. The final aftermath resulted by debugging related device reflects the change of luminance on main circuit light.Keyword:ac-chopper, voltage regulators, microcontroller ,electrical electronic switch目录1绪论 (5)1.1选题的依据及意义 (5)1.2 电力电子开关的发展和现状 (5)1.3 IGBT的擎住效应 (7)1.4 装置概述 (8)2 斩波器调压原理概述 (10)2.1 斩波器的科学内容及分类 (10)2.1.1斩波器的内容 (10)2.1.2斩波器的分类 (10)2.2 直流斩波器 (10)2.2.1 直流斩波器的控制原理 (10)2.2.2 斩波电路电能的转换、传递 (11)2.2.3 斩波电路的控制方式 (11)2.2.4直流斩波器的主要类型 (11)2.3 斩波器主电路结构类型及控制方式 (14)2.3.1 半控器件构成的斩波器 (14)2.3.2 全控型器件构成的斩波器 (17)2.4斩控式交流调压器 (17)2.4.1 交流调压器的发展 (17)2.4.2 几种交流斩波调压方式 (17)2.5 典型的斩控式交流调压电路 (18)2.5.1单份反申联双向电子开关斩控式交流调压电路 (18)2.5.2 双开关斩控式交流调压电路 (19)2.5.3 单管双向电子开关斩控式交流调压电路 (20)3 单片机应用及简介 (22)3.1简述 (22)3.2单片机的发展 (22)3.3 单片机的应用 (22)3.4 单片机的基本结构 (22)3.4.1单片机的内部结构 (22)3.4.2 单片机外部引脚说明 (22)3.5 中央处理器CPU (24)3.5.1运算部件 (24)3.5.2控制部件 (24)3.6 单片机存储器及存储空间 (24)3.6.1 程序存储器 (24)3.6.2 内部数据存储器 (24)3.6.3 外部数据存储器 (24)3.7 CPU时序与复位 (24)3.7.1 CPU时序 (24)3.7.2复位电路与复位状态 (25)4交流斩波器硬件设计 (26)4.1 斩控式交流调压原理 (26)4.2 交流斩波调压装置主回路 (26)4.3 单片机最小系统回路（控制回路） (27)4.3.1 晶振回路 (27)4.3.2 复位电路 (28)4.3.3 方波输出及变周期电路 (28)4.3.4 单片机回路电路图（控制回路） (28)4.4 光耦隔离 (29)4.4.1 概述 (29)4.4.2 工作原理 (29)4.4.3 光耦的主要优点 (30)4.4.4 光耦回路 (30)4.4.5 光耦回路的设计 (30)4.5 功率场效应管保护回路 (30)4.6 元器件选择与详细说明 (31)4.6.1 光电耦合器 TLP521-1 (31)4.6.2 快恢复二极管MUR460 (32)4.6.3 功率场效应管IRF840 (32)4.7 电路调试 (33)5 交流斩波器软件的设计 (34)5.1程序设计 (34)5.2 程序调试 (42)5.3联机调试 (42)5.4 实验结果 (43)6 总结 (46)致谢 (47)参考文献 (48)附录 (49)1绪论1.1选题的依据及意义交流斩波调压技术作为一种高性能交流调压技术，符合电力电子技术的高频化、高效化以及低污染发展趋势，将逐步取代晶闸管相控交流调压，新器件的发展与成熟将加速这一进程，其在一些电动机调速工具有不可比拟的优越性。
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一、概述
1.1前言
除了采用相位控制方式，交流电压的调压还可以采用斩波式调压，其基本原理与直流斩波电路类似，均采用斩波控制方式，所不同的是，直流斩波电路的输入端是直流电源，而交流斩波调压电路的输入是正弦交流电源。
1.2设计的目的
1通过对交流斩波调压电路的设计，复习直流斩波电路的工作原理。
2了解与熟悉交流斩波电路的拓扑、控制方法。
3理解和掌握交流斩波电路及系统的主电路，控制电路和保护电路的设计方法，掌握器件的选择计算方法。
4具有一定的电力电子电路及系统实验和调试的能力。
1.3设计的要求
1理论设计：了解掌握交流斩波电路的工作原理，设计斩波电路电路的主电路和控制电路。
包括：MOSFET电流、电压额定值的选择，驱动保护电路的设计。
2．仿真实验：利用MATLAB仿真软件对交流斩波电路和控制电路进行仿真建模，并进行仿真实验。
二主电路的设计
2.1电路图设计
主电路设计所需要的器件：交流电压源Ui=220，电阻R，电感L，电容，二极管D1、D2、D3、D4,全控型器件（MOSFET）T1、T2、T3、T4。
主电路如图1
图1 （A）串联式（B）并联式
2．1工作原理
交流斩波调压可视作将交流电源的正负半周分别当做一个短暂的直流电源。
交流斩波调压电路通常采用全控型器件作为开关器件。
本次试验中，选择MOSFET作为开关器件。
其原理图如图1所示（A为串联式，B为并联式）。
在交流电源的正半周，用T1进行斩波控制，T3、D3为感性负载电流提供续流通路；在交流电源的负半周，用T2进行斩波控制，T4、D4为负载电流提供续流通路；因输入，输出均为交流电压，T1、T2、T3、T4均需要有双向阻断能力，因此在各支管支路中要串联快恢复二极管D1、D2、D3、D4,
以承受关断时的反向电压。
纯电阻负载时的输出电压如图2
由以上已知，只要适当调节占空比的大小，就可以达到调压的目的。
当电压为交流正弦正半波时，T1、T3工作，T2，T4断开。
图3为单相AC/AC 变换的并联式电路中的开关管T1，T2，T3，T4 驱动信号。
假定交流电压的周期为T ，显然前T/2为正弦正半波，T1，T3互补开通，后T/2为正弦负半波，T2，T4互补开通，图3中画的开关频率是4/T 。
图3
若负载端是阻感性负载，且电感阻值很大，则输出电压不会出现为零的情况。
为了减少输出电压中的谐波，可以在负载端并联一个电容。
器件的参数计算及选择 电压源 Ui=220
二极管 二极管除了起续流作用，还要承受反向电压： UD=100*sqr*6=245V 考虑到3倍裕量，二极管承受的反向电压值U=3*UD=735V 取750V
电感 由于与电阻串联的电感的主要作用是在开关器件导通期间储能，在开关器
件关断期间续流。
所以电感的值可以取很大，本实验中取10000H 。
电容 输出纹波电压公式为：
RCf
U RCf U Cf I U d O O c 2
ααα=
==∆
V U d 100= 8.02.0≤≤α 8.02.0≤≤α 取V U C 25.0=∆
根据计算
8mF C .5mF 0≤≤ 取 2.2mF C =
全控器件IGBT 当开关截止时，续流二极管导通，电压源的全部输入电压都加在开关管IGBT 的集射极间，因此，开关管的耐压值V CBO 必须大于输入电压。
考虑到其他因素的影响，开关管集射极间电压U 安下式选取
U d 2.5U ≥
电路中的电流很小，一般IGBT 都能满足。
三 控制电路的设计及分析：
3.1 控制电路的设计
本实验没有用复杂的控制电路，直接利用MATLAB 软件中的矩形脉冲。
在电源电压的正半周，同时触发T1、T2时，但由于与T2 串联的二极管的阻断作用，此时的T2支路并未导通；同理，当同时触发T3、T4时，由于与T4串联的二极管的阻断作用，T4支路也不导通，只有T3支路导通，起续流作用。
在电源电压负半周的时候，同时触发T1、T2，但这时导通的是T2，T1因二极管的作用，此支路也未导通。
同时触发T3，T4时，T4支路导通，T3支路不导通。
四、仿真模型
4.1仿真模型的建立
采用Matlab 自带的动态仿真集成环境Simulink 进行仿真。
Simulink 是一个用来对动态系统进行仿真和分析的软件包。
它支持连续、离散、及两者混合的线性和非线性系统。
它为用户提供了一个图形化得用户界面（GUI ）。
它与用微分方程和差分方程建模的传统仿真相比具有更直观、更方便、更灵活的优点。
在Matlab 建立的仿真如下图所示
图5
4.2仿真结果及分析
30，占空比为50%
1.当设置其频率为100Hz，电阻为10 ，电感为10000L,延迟角等于0
时，负载端电压的波形如图6，电流的波形如图7
可由图看出，在一个周期内，正半周导通了一次，负半周导通了一次
图7
30，占空比为
2.当设置其频率为1000Hz，电阻为10 ，电感为10000L,延迟角等于0
50%，输出电压波形如图8，电流波形如图9
图8和图9
3.当设置其频率为10000Hz ，电阻为10 ，电感为10000L,延迟角等于0
30，占空比为50%，输出电压波形如图10，电流波形如图11
图10和图11
又以上两图可以看出，输出的电压谐波量已较少。
但是题目要求的的输出电压100V ，也就是输出电压的幅值要达到2*100=141V 。
此时，因谐波量不明显，其余的参数都不需要改变，只要改变占空比就可以调节输出电压的幅值。
4.频率为10000Hz ，电阻为10 ，电感为10000L,延迟角等于0
30，占空比为67%，输出电压波
形
如
图
12
，
电
流
波
形
如
图
13
5.设计体会
五 参考文献
1. 李先允.姜宁秋. 电力电子技术.北京： 中国电力出版社，2010
2. 刘志刚.电力电子学. 北京： 清华大学出版社， 2004
3. 黄忠霖,黄京. 电力电子技术的matlab 实践.北京：国防工业出版社，2009
4. 李先允，陈刚. 电力电子技术习题集.北京：中国电力出版社，2010
5. 潘孟春，胡媛媛.电力电子技术实践教程.北京：清华大学出版社，2005。