低溫等離子電源畢業(yè)設(shè)計(jì)解讀

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、課題名稱：低溫等離子體消毒滅菌設(shè)備的電源設(shè)計(jì)二、指導(dǎo)老師：林波三、設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求1、課題概述關(guān)于低溫等離子體的消毒滅菌機(jī)理，迄今為止人們還不能夠給出比較圓滿的答案。大多數(shù)氣體都能夠放用混合氣體激發(fā)等離子體，其消毒滅菌效果往往比單一中性氣體好。低溫等離子體消毒滅菌技術(shù)的關(guān)鍵之一是其高壓高頻電源。對(duì)高壓高頻電源的最重要的要求是體積小，重量輕，易于控制和高可靠性。傳統(tǒng)的高壓電源因其體積和重量都比較大，且可靠性較低，不能滿足各種實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合的要求。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，采用正弦波脈沖寬度（SPWM調(diào)制的高壓逆變電源可以達(dá)到上述要求，從而能較好的提高低溫等離子體消毒滅菌技術(shù)的系統(tǒng)水平

2、。本課題就是設(shè)計(jì)一個(gè)SPWMB制的高壓逆變電源，應(yīng)用于低溫等離子體消毒滅菌設(shè)備。2、設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求1) 、設(shè)計(jì)內(nèi)容簡(jiǎn)單說(shuō)明各種低溫滅菌方法的優(yōu)缺點(diǎn)，闡述等離子體低溫滅菌的突出 優(yōu)越性，然后稍加展開(kāi)說(shuō)明離子體低溫消毒滅菌的原理。闡述等離子體的物理效應(yīng)和應(yīng)用。簡(jiǎn)單論述系統(tǒng)構(gòu)成。簡(jiǎn)單論述低溫等離子體消毒滅菌系統(tǒng)對(duì)高壓高頻電源的要求。分析高壓高頻電源的系統(tǒng)組成，進(jìn)行系統(tǒng)論證、主要電路模塊的功能 論證。對(duì)高壓高頻的系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)指標(biāo)設(shè)計(jì)，對(duì)各部分電路進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。設(shè)計(jì)并說(shuō)明對(duì)高壓高頻電源的系統(tǒng)及各部分電路進(jìn)行調(diào)試的方法和步 驟。指明高壓高頻電源可能存在的問(wèn)題，說(shuō)明解決的方法與途徑。（要求學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)電力電子

3、技術(shù)）2) 、設(shè)計(jì)要點(diǎn)：a) 本設(shè)計(jì)是基于SPW嘛寬調(diào)制技術(shù)的全橋高頻逆變電路的一整套高壓高頻電源。b) 指標(biāo)要求順序：可靠、高精度、體積小、重量輕、簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、低成本、低能耗、低電磁污染。3) 、系統(tǒng)組態(tài)：a) 服務(wù)對(duì)象等離子體發(fā)生器；b) 市電整流和濾波電路，獲得需要的直流電源；c) 直流斬波電路，獲得可調(diào)的從0 伏開(kāi)始的直流電源；d)基于SPWMc寬調(diào)制技術(shù)的全橋高頻逆變電路和低通濾波器，獲得頻率可變的高頻電壓。其中正弦波發(fā)生器的設(shè)計(jì)可以選用成熟電路(幾片集成電路組合設(shè)計(jì))或自行設(shè)計(jì)電路。SPW勝制電路可以自行設(shè)計(jì)或選用國(guó)外的專用芯片 (例 如LM4651進(jìn)行設(shè)計(jì)；e) 高頻升壓變壓器，

4、獲得高頻高壓的正弦電壓。4) 、系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)：輸出電壓幅度變化范圍；輸出電壓頻率變化范圍：-10 40；市電電源供電。四、設(shè)計(jì)參考書(shū)與期刊雜志：等離子物理學(xué)、 電力電子技術(shù)、 電子技術(shù)、 檢測(cè)技術(shù)、 電工手冊(cè) 、 電子元件手冊(cè)、 “物理學(xué)報(bào)”、 “電力電子技術(shù)”、 “自動(dòng)化技術(shù)”等。畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)（ 小三、宋體、加粗、居中）1、 課題名稱：XXXXX（小四、宋體）2、 指導(dǎo)老師：XXX。、四、宋體）3、 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求（小四、宋體）課題概述（五號(hào)、宋體）設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求（五號(hào)、宋體）4、 設(shè)計(jì)參考書(shū)（小四、宋體）XXXXX（五號(hào)、宋體）5、 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)要求（小四、宋體）（ 以下五號(hào)、宋體）封

5、面目錄內(nèi)容摘要（200400字左右，中英文）引言正文（設(shè)計(jì)方案比較與選擇，設(shè)計(jì)方案原理、計(jì)算、分析、論證，設(shè)計(jì)結(jié)果的說(shuō)明及特點(diǎn)）結(jié)束語(yǔ)附錄（參考文獻(xiàn)、圖紙、材料清單等）六、畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程安排（小四、宋體）（以下五號(hào)、宋體）1、畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯要求答辯前三天，每個(gè)學(xué)生應(yīng)按時(shí)將畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)或畢業(yè)論文、專題報(bào)告等必要資料交指導(dǎo)老師審閱，由指導(dǎo)老師寫(xiě)出審閱意見(jiàn)。學(xué)生答辯時(shí)對(duì)自述部分應(yīng)寫(xiě)出書(shū)面提綱，內(nèi)容包括課題的任務(wù)、目的和意義，所采用的原始資料或參考文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和主要方法、成果結(jié)論和評(píng)價(jià)。答辯小組質(zhì)詢課題的關(guān)鍵問(wèn)題，質(zhì)詢與課題密切相關(guān)的基本理論、知識(shí)、設(shè)計(jì)與計(jì)算方法、試驗(yàn)方法、測(cè)試方法，測(cè)試方法，

6、鑒別學(xué)生獨(dú)立工作能力、創(chuàng)新能力。2、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文要求文字要求：說(shuō)明書(shū)要求打?。ǔ龍D紙外），不能手寫(xiě)。文字通順，語(yǔ)言流暢，排版合理，無(wú)錯(cuò)別字，不允許抄襲。圖紙要求：按工程制圖標(biāo)準(zhǔn)制圖，圖面整潔，布局合理，線條粗細(xì)均勻，圓弧連接光滑，尺寸標(biāo)注規(guī)范，文字注釋必須使用工程字書(shū)寫(xiě)。曲線圖標(biāo)要求：所有曲線、圖標(biāo)、線路圖、程序框圖、示意圖等不準(zhǔn)用徒手畫(huà)，必須按國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)或工程要求繪制。附 3：畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程（8 周時(shí)間）暑假：前期準(zhǔn)備，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)資料的收集、設(shè)計(jì)方案的確定。第 12 周：方案設(shè)計(jì)討論，教師輔導(dǎo)；第 3 周：分系統(tǒng)方案論證、設(shè)計(jì)初稿；第 45 周：分系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)初稿；第 6 周：第一次

7、檢查，討論并改寫(xiě)文稿；第 7 周：第 2 次檢查，完善文稿輔導(dǎo)答辯；第 8 周：設(shè)計(jì)書(shū)成績(jī)?cè)u(píng)定、答辯。、，4 刖 百將等離子體技術(shù)用于消毒滅菌技術(shù)上具有極高的潛在應(yīng)用價(jià)值。因而要求等離子體 發(fā)生器具有體積小，重量輕，易于控制和高可靠性的特點(diǎn)。作為等離子體發(fā)生器中一個(gè) 重要的組成部分一一 等離子體高壓電源則起到關(guān)鍵作用。 它的性能在很大程度上影響等 離子體發(fā)生器的性能。傳統(tǒng)的高壓電源因體積和重量都大，且性能不好，滿足不了實(shí)際 應(yīng)用的需要。隨著電力電子技術(shù)和開(kāi)關(guān)器件的發(fā)展，高壓逆變電源的高頻化及脈寬調(diào)制 波形改善技術(shù)使得高壓電源的性能成倍提高，體積成倍減小，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。針對(duì) 等離子體高壓電源

8、的特殊要求，本文將 SPW腋術(shù)用于該電源控制中，它具有原理簡(jiǎn)單、 控制和調(diào)節(jié)性能好，具有消除諧波、調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓等諸多特點(diǎn)，研制了一臺(tái)單相 輸出電壓可調(diào)、頻率連續(xù)可調(diào)的等離子體高壓電源。等離子體是由電子、離子等帶電粒子構(gòu)成的物質(zhì)第四態(tài)，在等離子體高頻電磁場(chǎng)中 受帶電粒子轟擊以及紫外線輻照等作用，細(xì)菌病毒細(xì)胞上的電荷分布被徹底破壞并形成 電擊穿而迅速死亡。等離子體消毒滅菌技術(shù)是新一代的高科技滅菌技術(shù)，它能克服現(xiàn)有 滅菌方法的一些局限性和不足之處，提高消毒滅菌效果。例如對(duì)于不適宜用高溫蒸汽法 和紅外法消毒處理的塑膠、光纖、人工晶體及光學(xué)玻璃材料、不適合用微波法處理的金 屬物品，以及不易達(dá)到消毒

9、效果的縫隙角落等地方，采用本技術(shù)，能在低溫下很好地達(dá) 到消菌滅菌處理而不會(huì)對(duì)被處理物品造成損壞。本技術(shù)采用的等離子體工作物質(zhì)無(wú)毒無(wú) 害。本技術(shù)還可應(yīng)用到生產(chǎn)流水線上對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行消毒滅菌處理。針對(duì)等離子體高壓電源白特殊要求，本文將 SPW岐術(shù)用于該電源控制中，它具有原 理簡(jiǎn)單、控制和調(diào)節(jié)性能好，具有消除諧波、調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓等諸多特點(diǎn)，研制了 一臺(tái)單相輸出電壓可調(diào)、頻率連續(xù)可調(diào)的等離子體高壓電源。摘要低溫等離子消毒技術(shù)因其具有快捷、安全和高效率等優(yōu)點(diǎn)而受到國(guó)內(nèi)外廣泛研究。本設(shè)計(jì)是利用介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生等離子體原理，研制一種等離子消毒電源。是基于 SPW脈寬調(diào)制技術(shù)，利用LM4651驅(qū)動(dòng)器的PW棉制

10、能力的全橋高頻逆變電路和低通濾波 器，獲得頻率可調(diào)的高頻電壓。實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)載頻率的可靠跟蹤和對(duì)逆變狀態(tài)的可靠控制。關(guān)鍵詞：低溫等離子體；SPW調(diào)制技術(shù)；電源2AbstractThe technology of the low-temperature sterilization has been researched by all over the world because of its many advantages such as fast, safe and high efficiency.The present design is the use of dielectric barrie

11、r discharge plasma principle, the development of a plasma sterilization power.This design is based on the SPWM pulse-duration modulation technology. And take advantage of the LM4651 drives PWM control entire bridge high frequency inversion electric circuit and the low pass filter, obtains the freque

12、ncy adjustable voltage, the power supply can track the load resonant frequency rapidly and accurately.Key words: low-temperature plasma; SPWM modulation; power湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目錄摘要 IABSTRACT II第1章 低溫等離子體消毒滅菌設(shè)備的概述 11.1 消毒的定義 11.2 滅菌的定義 11.3 低溫等離子體的形成 21.4 低溫等離子體滅菌器的應(yīng)用 21.5 低溫等離子體滅菌器的優(yōu)勢(shì) 3第2章 離子體高壓電

13、源主電路的論證和設(shè)計(jì) 52.1 電源的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 52.2 工頻整流濾波電路 52.2.1 單相橋式整流電路論證及設(shè)計(jì) 62.2.2 .方案的選擇 142.2.3 濾波電路的論證及設(shè)計(jì) 152.2.4 濾波電路的選擇 182.3 DC/AC逆變電路 192.3.1 逆變電路的選擇 192.3.2 電壓型逆變電路的原理 202.3.3 脈寬調(diào)制（PWM型逆變電路 222.3.4 開(kāi)關(guān)管的選擇 26第3章控制保護(hù)電路的論證及設(shè)計(jì) 243.1 整流逆變控制電路 253.2 RC串并聯(lián)式正弦波振蕩電路 283.3 相應(yīng)的顯示電路及輔助電路 323.4 輔助電源 34參考文獻(xiàn) 35致謝 36附 錄 37系

14、統(tǒng)總設(shè)計(jì)圖 38湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1章 低溫等離子體消毒滅菌設(shè)備的概述1.1 消毒的定義所謂消毒，就是用物理、化學(xué)等方法殺死病原微生物以防止傳染病傳播的措施。利用物理、化學(xué)等方法殺死病原微生物以防止傳染病傳播的措施。常用的消毒法有 物理的加熱消毒法和化學(xué)的藥劑消毒法。加熱能使病原微生物細(xì)胞中的蛋白質(zhì)凝固并使 酶失活，因而能殺死微生物。煮沸是最常用的加熱消毒法，一般不產(chǎn)芽抱的微生物經(jīng)5分鐘煮沸就可被殺死。用于消毒的化學(xué)藥劑稱消毒劑。常用的消毒劑種類很多，有 75% 酒精、碘酒、紅澳汞（紅藥水）、龍膽紫（紫藥水）、氯等。大多數(shù)消毒劑能

15、使蛋白質(zhì) 凝固，碘酒中的碘能與蛋白質(zhì)中的氨基酸結(jié)合，紅澳汞中的汞能與蛋白質(zhì)中的筑基結(jié)合， 氯在與水作用時(shí)放出具有很強(qiáng)氧化能力的新生氧，使蛋白質(zhì)氧化變性。消毒劑一般只對(duì) 細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)體有效，而對(duì)芽抱很少有殺死作用。消毒在日常生活中應(yīng)用于傳染病的預(yù)防，如對(duì)飲水、食品、餐具等通過(guò)煮沸進(jìn)行消 毒。牛奶、飲料等食品可放在6263c下處理30分鐘進(jìn)行消毒。這樣既可將結(jié)核分枝桿 菌、傷寒沙門(mén)氏菌等病原微生物殺死，又不影響牛奶、飲料等的風(fēng)味。英國(guó)醫(yī)生李斯特 于1865年首先使用石炭酸對(duì)醫(yī)生的雙手、手術(shù)器械、包扎繃帶、手術(shù)部位等進(jìn)行消毒， 其后外科手術(shù)的死亡率很快從 4580%F降為15%這充分顯示了消毒在臨床應(yīng)

16、用上的重 要作用和意義。1.2 滅菌的定義所謂滅菌，就是用理化方法殺死一定物質(zhì)中的微生物的微生物學(xué)基本技術(shù)。滅菌的 徹底程度受滅菌時(shí)間與滅菌劑強(qiáng)度的制約。微生物對(duì)滅菌劑的抵抗力取決于原始存在的 群體密度、菌種或環(huán)境賦予菌種的抵抗力。滅菌是獲得純培養(yǎng)的必要條件，也是食品工 業(yè)和醫(yī)藥領(lǐng)域中必需的技術(shù)。熱滅菌法利用高溫使微生物細(xì)胞內(nèi)的一切蛋白質(zhì)變性，酶活性消失，致使細(xì)胞死亡。通常有干熱、濕熱和間歇加熱滅菌等法。干熱滅菌 直接利用火焰將微生物燒死（如燒接種環(huán)、載玻片和試管口等）。不能 用火焰滅菌的物品則利用熱空氣滅菌，將物品放在烘箱中加熱到160170c，持續(xù)90分 鐘，此法適用于玻璃、金屬和木質(zhì)的器

17、皿。濕熱滅菌 以沸水、蒸氣和蒸氣加壓滅菌。巴氏滅菌法就是濕熱滅菌，此法有兩種 方式，低溫長(zhǎng)時(shí)間處理：在61.762.8 C下處理30分鐘；高溫短時(shí)間處理：在71.6C 或略高溫度下處理15分鐘。在上述諸法中，以蒸氣加壓滅菌效果最好，可用常壓蒸氣滅 菌，也可在高壓蒸氣鍋中（一般使用 1千克/厘米2）滅菌，其蒸氣溫度可達(dá)121C,能將 耐熱的芽抱在30分鐘內(nèi)全部殺死。但對(duì)某些易被高壓破壞的物質(zhì)，如某些糖或有機(jī)含氮36湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）化合物，宜在0.6千克/厘米2壓力下（110 C）滅菌1530分鐘。間歇滅菌 連續(xù)3天，每天進(jìn)行一次蒸氣滅菌的方法。此法適用于不能耐100c以上

18、溫度的物質(zhì)和一些糖類或蛋白質(zhì)類物質(zhì)。一般是在正常大氣壓下用蒸氣滅菌1小時(shí)。滅菌溫度不超過(guò)100c，不致造成糖類等物質(zhì)的破壞，而可將間歇培養(yǎng)期間萌發(fā)的抱子殺 死，從而達(dá)到徹底滅菌的目的。輻射滅菌 在一定條件下利用射線進(jìn)行滅菌的方法。較常用的有紫外線，其他還有 電離輻射（射線加快中子等）。波長(zhǎng)在 2500080000納米之間的激光也有強(qiáng)烈的殺菌能 力，以波長(zhǎng)26500納米最有效。輻射滅菌法僅限于某一定材料，因所需設(shè)備復(fù)雜，難于廣 泛使用。滲透壓滅菌利用高滲透壓溶液進(jìn)行滅菌的方法。 在高濃度的食鹽或糖溶液中細(xì)胞因脫水而發(fā)生質(zhì)壁分離，不能進(jìn)行正常的新陳代謝，結(jié)果導(dǎo)致微生物的死亡?；瘜W(xué)試劑滅菌大多數(shù)化學(xué)

19、藥劑在低濃度下起抑菌作用，高濃度下起殺菌作用。常用5%石炭酸70 %乙醇和乙二醇等?；瘜W(xué)滅菌劑必須有揮發(fā)性，以便消除滅菌后材料上 殘余的藥物。1.3 低溫等離子體的形成及作用原理等離子的形成：等離子體屬于物理概念，是自然界中存在的一種物質(zhì)狀態(tài)（即固體，液體和氣體之 外的第四太）。低溫等離子體的產(chǎn)生通常是在真空環(huán)境下，利用特定的電磁場(chǎng)作用，使 某些中性氣體的分子產(chǎn)生連續(xù)不斷的電離，形成帶負(fù)電荷和等量正電荷的離子相互共存 的物質(zhì)狀態(tài)，當(dāng)電離率與復(fù)合率達(dá)到平衡的時(shí)候，這種穩(wěn)定存在的物質(zhì)狀態(tài)就稱之為等 離子。H202等離子體能夠在常溫條件下實(shí)現(xiàn)快速，干燥滅菌的目的，是多種滅菌條件綜 合作用的結(jié)果。等離

20、子體滅菌器作用原理：（1）活性基團(tuán)的作用，等離子體中含有大量活性氧離子，高能自由基團(tuán)等成分，極 易與細(xì)菌，霉菌，芽抱和病菌中蛋白質(zhì)和核酸物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)而變性，從而使各類微生物死亡。（2）高速粒子擊穿作用，在滅菌實(shí)驗(yàn)后通過(guò)電鏡觀察，經(jīng)等離子體作用后的細(xì)菌菌 體作用后的細(xì)菌菌體與病毒顆粒圖像 ，均呈現(xiàn)千瘡百孔狀，這是由具有高動(dòng)能的電子和 離子產(chǎn)生的蝕刻和擊穿效應(yīng)技術(shù)。1.4 低溫等離子體滅菌器的應(yīng)用低溫等離子體滅菌器適用于大中小型醫(yī)院的供應(yīng)室，手術(shù)室，牙科，肛腸科，美容 36湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）科，急救中心，社區(qū)醫(yī)療，牙科門(mén)診，消毒供應(yīng)中心等企事業(yè)單位。重點(diǎn)使用的科室：供應(yīng)室

21、，手術(shù)室，急救中心其所適用的器械也較為廣泛：電子器械類，硅橡膠類，金屬類，非金屬類，聚乙烯 類。如：光纖軟硬式內(nèi)窺鏡，電子器械，金屬手術(shù)器械，非金屬手術(shù)器械，導(dǎo)聯(lián)線，電 極片，顱腦鉆，呼吸面罩，探頭，擴(kuò)張器，電池，導(dǎo)聯(lián)線，玻璃器皿，硅橡膠，聚乙烯, 機(jī)電器械，實(shí)驗(yàn)室各類非耐熱儀器等。1.5 低溫等離子體滅菌器的優(yōu)勢(shì)全新的低溫等離子滅菌器可取代傳統(tǒng)的滅菌器，如：消毒液體浸泡、熏蒸，化學(xué)氣 體火菌等。a）、其滅菌速度快，可大大提升被滅菌器械的利用率，方便于醫(yī)院進(jìn)行連臺(tái)手術(shù)。b）、大幅度的減少對(duì)醫(yī)療器械傷害，有效的延長(zhǎng)了器械的使用壽命。c）、同時(shí)，滅菌后的器械沒(méi)有藥物殘留，對(duì)醫(yī)護(hù)人員沒(méi)有傷害。d）、

22、由于其滅菌原理的更新，已經(jīng)跨入綠色環(huán)保的行列。常用滅菌設(shè)備的使用及優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比：滅菌技 術(shù)設(shè)備名稱配套設(shè)備適用物品耗 能時(shí)間 效率廢氣排放物品 損耗溫度化學(xué) 殘留箋南一 寸17J體火菌等離子火 菌器220V 或380V非液體類少較短無(wú)無(wú)室溫?zé)o高溫蒸 汽火菌蒸汽火菌 柜蒸汽鍋爐畏熱畏濕 物品無(wú)法 用高較短后廢烝汽 排放局溫 損耗高(115 135C)無(wú)EO/CFC火菌環(huán)氧乙烷 火菌柜殘留分解 裝置非液體類較少很長(zhǎng)有EO/CFC 廢氣較少低（65C左 右）有消毒液 浸泡消毒清洗 機(jī)220V 電 源不銹鋼、 塑料少較長(zhǎng)有化學(xué)廢 水化學(xué)銹蝕室溫有紫外線 臭氧消 毒紫外/臭 氧消毒柜220V 電 源物品表

23、面少較長(zhǎng)有臭氧產(chǎn) 生無(wú)室溫?zé)o36湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1.6 等離子體高壓電源的要求針對(duì)等離子體高壓電源的特殊要求，將 SPW雄寬調(diào)制技術(shù)用于該電源控制中，具有 原理簡(jiǎn)單、控制和調(diào)節(jié)性能好，可消除諧波，調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓等諸多特點(diǎn)。本文分 析了等離子體高壓電源中需解決的關(guān)鍵問(wèn)題；提出了有效的解決方法。在此基礎(chǔ)上，成 功研制了一臺(tái)單相輸出電壓可調(diào)、頻率連續(xù)可調(diào)的等離子體高壓電源。樣機(jī)實(shí)驗(yàn)證明了 分析和設(shè)計(jì)的正確性。36湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第2章 離子體高壓電源主電路的論證和設(shè)計(jì)2.1 電源的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)低溫等離子體發(fā)生器電源主要有主電品&和控制電路兩部分

24、組成，如圖2-1所示。其中，主電路由工頻整流濾波電路、直流斬波電路、SPW腑制的DC/AQW頻逆變電路、LC濾波電路及高頻升壓電路組成。控制電路由SPWMF生的電路、隔離驅(qū)動(dòng)電路、基準(zhǔn)正弦波電路、頻率調(diào)節(jié)電路、過(guò) 流保護(hù)電路、過(guò)壓保護(hù)電路以及相應(yīng)的顯示電路組成。單相全控整流濾波電路DC/AC逆變LC濾波升壓變樂(lè)器循助電源一隔離驅(qū)動(dòng)36腕率同步領(lǐng)率顯小SPWM“產(chǎn)牛電路輸出中東顯東圖2-1 電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2 工頻整流濾波電路將交流電轉(zhuǎn)換成直流電的變換稱為整流，實(shí)現(xiàn)整流變換的裝置稱之為整流器。整流 器的主開(kāi)關(guān)元件一般采用整流為二極管或晶閘管。由整流二極管構(gòu)成的整流器，由于其 輸出電壓不可控的，

25、稱之為不可控整流；由晶閘管構(gòu)成的整流器，其輸出電壓是可控的, 故稱為可控整流?？煽卣鞯碾娐芬话阌烧髌鞯闹麟娐罚ǔ：?jiǎn)稱為整流電路）及其觸 發(fā)控制電路組成。在整流變換過(guò)程中，其平均功率（或能量）是從交流側(cè)流向直流負(fù)載。整流器主電路的結(jié)構(gòu)形式繁多，分類方式也多種多。下面給出了電路的類別：湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）L不控整流r按組成器件 J半控整流可控整流 I全控整流 單相按電源相數(shù) < 三相 六相, 零式 按電路結(jié)構(gòu) J 橋式半波I按變壓器繞組電流 YJ全波IGBT可控整流電路的主元件采用晶閘管時(shí)，其控制方式都采用相位控制，故這類整流電 路又稱為相控整流。隨著電力電子學(xué)的發(fā)展

26、，現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始使用可關(guān)斷的器件（例 等）來(lái)構(gòu)成斬波控制型的整流電路。2.2.1 單相橋式整流電路論證及設(shè)計(jì)單相橋式整流電路輸出的直流電壓、電流脈沖幅值比單相半波整流電路輸出的直流 電壓、電流小，且可以改善變壓器存在直流磁化的現(xiàn)象。單相橋式整流電路分為單相橋 式不可控整流電路和單相橋式可控整流電路。其中單相橋式可控整流電路又可分為單相 橋式半控整流電路和單相橋式全控整流電路。1 .單相橋式不可控整流電路圖2-2單相橋式不可控整流電路36湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1）、工作原理設(shè)變壓器典二企的設(shè)，U2為其有效值。當(dāng)U2為正半周時(shí)，D和1管導(dǎo)通，。和D4管截止，電流由A點(diǎn)流出，方向如圖

27、所示。 Uo=U2, D2和白管承受的反向電壓為-U20當(dāng)U2為負(fù)半周時(shí)，Q和D4管導(dǎo)通，D和D3管截止，電流由B點(diǎn)流出，方向如圖所示。Uo=-U2, D和D3管承受的反向電壓為U20由于D、和D2、D4兩對(duì)二極管交替導(dǎo)通，致使負(fù)載電阻 R上在U2的整個(gè)周期內(nèi)都 有電流通過(guò)，而且方向不變，輸出電壓就0=1/氏也加I。如下圖所示為其電壓和電流的 波形，實(shí)現(xiàn)了全波整流。u0 7r 27r4tt 優(yōu)okvw,穴 2/r 3開(kāi) 4jf8圖2-3單相橋式不可控整流波形圖2）、輸出電壓平均值 UW和輸出電流平均值IO（AV） 根據(jù)波形圖可知，輸出電壓平均值H鞏岸、=口？ sin 祝i1就：解得%他二等電0

28、犯36湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)結(jié)論：在輸入電壓相同的情況下，全波整流輸出電壓平均值為半波整流電路的兩倍。 負(fù)載電流的平均值7_ 口國(guó)知L 5砌一%一結(jié)論：在輸入電壓相同的情況下，全波整流輸出電流平均值為半波整流電路的兩倍。整流輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù) S：橋式整流電路白基波UOm的角頻率是U2 的 2 倍，即 100Hz,2r/7T 仁=3=二陽(yáng)067Q（AV）J 3結(jié)論：與半波整流電路相比，輸出電壓的脈動(dòng)減小很多。2 .單相橋式可控整流電路可控整流電路的作用是把交流電轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷嚎烧{(diào)節(jié)的直流電。負(fù)載不同時(shí)，其工作 特點(diǎn)不同。1)、電阻負(fù)載單相半控橋整流電路可控整流電路的作用就是把交流

29、電能變換成電壓大小可調(diào)的直流電能，而且其輸出 電壓可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)?？煽卣饔卸喾N電路形式，如單相半波、單相全波和單相 橋式可控整流電路等。當(dāng)功率比較大時(shí)，常常采用三相交流電源組成三相半波或三相橋 式可控整流電路。本節(jié)主要以單相橋式電路為例來(lái)討論其工作原理。單相橋式可控電路如圖2-4 (a)所示，用品閘管 M、V2代替了不可控整流電路中的 二極管。在電源電壓u2的正半周，Vi、V4承受正向電壓，若晶閘管的控制極不加脈沖，V1不導(dǎo)通，此時(shí)負(fù)載中沒(méi)有電流流過(guò)。當(dāng) t=a時(shí)，控制極加上觸發(fā)脈沖ug, Vi導(dǎo)通，電 流流經(jīng) V rl、5。由于晶閘管導(dǎo)通時(shí)管壓降很小，所以負(fù)載上的電壓 uo fcu2

30、0這時(shí)V 和V3因承受反向電壓而處于阻斷狀態(tài)。當(dāng)cot=九時(shí)，u2降為零，V又變?yōu)樽钄?。在u2的負(fù)半周，V V3承受正向電壓，當(dāng)cot = Tt+a時(shí)，uG觸發(fā)而導(dǎo)通，電流流經(jīng) V2、Rl、V 負(fù)載上的電壓仍然為uo*u2。這時(shí)V和V4因承受反向電壓而處于阻斷狀態(tài)。 當(dāng)t=2幾時(shí)，V2恢復(fù)阻斷狀態(tài)。|由以上分析可見(jiàn)，在u2的一個(gè)完整周期內(nèi)，流過(guò)負(fù)載 RL的電流方向是相同的，負(fù)載 上的電壓和電流波形如圖2-4 (b)所示。36湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）(b（a圖2-4單相橋式可控整流電路圖中a稱為控制角，8 =兀-a稱為導(dǎo)電角，顯而易見(jiàn)，當(dāng) a愈小時(shí)，即8愈大時(shí), 輸出電壓平均值U

31、o（av）愈大。由波形圖進(jìn)行分析，可得1 cos：(2-2-1)_ 1 cos aU O(AV) - 0.9U 22(2-2-2)U O(AV)U O(AV)與由式可見(jiàn)，當(dāng)U2固定時(shí)，只需改變a的大小，就可以調(diào)節(jié)輸出電壓 a的關(guān)系曲線如圖UO(AV) =-f<2U2sincotd( at) = 2U2花力Tt36湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）輸出電流白平均值10AV)為. U o(av) 2 2 U 21 , cos aI O(AV)=一二=-(2-2-3)RL兀 RL2流過(guò)二極管及晶閘管的平均電流為,1 ,IT = I D = 2 I L（2-2-4）品閘管和二極管所承受的最

32、大反向電壓均為 。2）、大電感負(fù)載單相半控橋整流電路在實(shí)際應(yīng)用中遇到較多的是電感性負(fù)載，例如各種電機(jī)的勵(lì)磁繞組、各種電感線圈等，它們即含有電感，又含有電阻。電感性負(fù)載可用串聯(lián)的電感元件L和電阻元件R表示，電路如圖2-6所示。由于電感性元件的存在，電路中的電流不能發(fā)生躍變，因此， 整流電路接電感性負(fù)載和接電阻性負(fù)載的情況大不相同。在電源電壓u2的正半周，Vi、V4承受正向電壓，當(dāng)t= a時(shí)，控制極加上觸發(fā)脈沖ug, 令晶閘管Vi觸發(fā)導(dǎo)通，續(xù)流二極管 V5承受反向電壓而截止。電流流經(jīng) Vi、L、R V4,輸 出電壓UoU2。晶閘管剛觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，由于電感元件產(chǎn)生阻礙電流變化的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)， 電路中的電

33、流不能躍變，將由零逐漸上升。當(dāng)電流到達(dá)最大值時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零，而后電流隨U2沿正半周減小，電感感應(yīng)電勢(shì)改變極性，和 U2相同。由于是大電感負(fù)載，所 以負(fù)載電流io連續(xù)并近似為一直線，這時(shí) 上和V3因承受反向電壓而處于阻斷狀態(tài)。圖2-6大電感負(fù)載單相半控橋式整流電路36湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)圖2-7單相半控橋感性負(fù)載電路的工作波形圖在U2過(guò)兀進(jìn)入負(fù)半周時(shí)，V3承受正向電壓而導(dǎo)通，V4承受反向電壓而截止。如果電 路中沒(méi)有接入二極管那么由于電感L感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用，V1仍將維持導(dǎo)通狀態(tài)，負(fù)載電流io經(jīng)Vi和V3繼續(xù)流通(續(xù)流)，形成一個(gè)不經(jīng)過(guò)變壓器二次繞組的自然續(xù)流回路， 此時(shí)電感

34、釋放能量，如果是大電感負(fù)載，儲(chǔ)能很多，品閘管Vi將維持導(dǎo)通到u2進(jìn)入下一個(gè)周期的正半周，V4承受正向電壓而導(dǎo)通，M承受反向電壓而截止。電流又流經(jīng) V L、R V4,電感儲(chǔ)能，如此不斷循環(huán)下去，進(jìn)而導(dǎo)致處于直通狀態(tài)的晶閘管因過(guò)熱而損壞。這種 不需要外部觸發(fā)脈沖，出現(xiàn)的一個(gè)晶閘管直通，另兩個(gè)整流二極管輪流導(dǎo)通180%勺異常工作狀態(tài)稱為失控現(xiàn)象。為避免失控現(xiàn)象，在負(fù)載兩端并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管 V5,這樣在u2過(guò)n進(jìn)入負(fù)半周時(shí)， 在電感感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)作用下，續(xù)流二極管承受正壓導(dǎo)通，負(fù)載電流 i。經(jīng)過(guò)M流通，電感釋 放能量，M上的壓降不足以使M維持導(dǎo)通而令Vi阻斷。如忽略M的壓降，在續(xù)流期間負(fù) 載上的整流輸出

35、電壓u0 ft1 0 ,這一續(xù)流過(guò)程一直持續(xù)到u2負(fù)半周期間觸發(fā)V2導(dǎo)通時(shí)為止。當(dāng)在u2的負(fù)半周cot=Tt +a時(shí)，uG觸發(fā)導(dǎo)通，電流流經(jīng) V L、R V3,負(fù)載上得 到與正半周相同波形的整流輸出電壓 u0 ft u2。這時(shí)M和V4因承受反向電壓而處于阻斷狀 態(tài)。當(dāng)u2過(guò)2n進(jìn)入正半周時(shí)，負(fù)載電流又經(jīng)V5形成續(xù)流，V2恢復(fù)阻斷狀態(tài)。當(dāng)t=a時(shí), 又觸發(fā)Vi導(dǎo)通，如此不斷循環(huán)下去。晶閘管和整流二極管的導(dǎo)通角為9-n-a ,電路的工作波形如圖2-7所示參照電路工作波形圖，可計(jì)算出如下數(shù)量關(guān)系：輸出電壓平均值UO(AV)2 / 11 + cos«UOAV = J2U2sin 3td(st

36、)定0.9U2 M2 冗,2(2-2-5)36湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)品閘管與整流二極管電流的平均值IV1(AV)、I V2(AV)與有效值1 V1、21V1(AV) =IV2(AV)=小 I O d( Wt) = c I O(2-2-6)2冗2冗I V1 - I V 2(2-2-7)續(xù)流二極管電流的平均值IV5(AV)與有效值IV5,2 a,、I V5(AV) =0 I O d( wt)=2 u 0IOdg t)=IO(2-2-8)(2-2-9)36變壓器二次繞組的有效值I2I . . 1I2 一 .2fIO+(IO)2dgt)=J= IO 7t(2-2-10)3、單相橋式全

37、控整流電路1)、帶電阻負(fù)載的工作情況單相橋式全控整流電路帶電阻性負(fù)載時(shí)的電路及工作波形如圖2-8所示。晶閘管VT1和VT4為一組橋臂，而VT2和VT3組成了另一組橋臂。在交流電源的正半周區(qū)間內(nèi)，即a 端為正，b端為負(fù)，晶閘管VT1和VT4會(huì)導(dǎo)通。此時(shí)，電流id從電源a端經(jīng)VT1、負(fù)載 Rd及VT4回電源b端，負(fù)載上得到的電壓ud為電源電壓u2 (忽略了 VT1和VT4的導(dǎo)通 壓降)，方向?yàn)樯险仑?fù)，VT2和VT3則因?yàn)閂T1和VT4的導(dǎo)通而承受反向的電源電壓 u2不會(huì)導(dǎo)通。因?yàn)槭请娮栊载?fù)載，所以電流id也跟隨電壓的變化而變化。當(dāng)電源電壓u2過(guò)零時(shí)，電流id也降低為零，也即兩只晶閘管的陽(yáng)極電流降

38、低為零，故 VT1和VT4 會(huì)因電流小于維持電流而關(guān)斷。而在交流電源的負(fù)半周區(qū)間內(nèi)，即a端為負(fù)，b端為正，品閘管VT2和VT3是承受正向電壓的，仍在相當(dāng)于控制角 a的時(shí)刻給VT2和VT3同時(shí)力口 觸發(fā)脈沖，則VT2和VT3被觸發(fā)導(dǎo)通。電流id從電源b端經(jīng)VT2、負(fù)載Rd及VT3回電源 a端，負(fù)載上得到的電壓ud仍為電源電壓u2,方向也還為上正下負(fù)，與正半周一致，止匕 時(shí)，VT1和VT4因?yàn)閂T2和VT3的導(dǎo)通承受反向的電源電壓 u2而處于截止?fàn)顟B(tài)。直到電 源電壓負(fù)半周結(jié)束，電壓u2過(guò)零時(shí)，電流id也過(guò)零，使得VT2和VT3關(guān)斷。下一周期 重復(fù)上述過(guò)程。湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖

39、2-8單相橋式全控整流電阻性負(fù)載（a） 電路圖 （b）波形圖由圖2-8 （b）可以看出，負(fù)載上得到的直流輸出電壓 ud的波形與半波時(shí)相比多了一 倍，負(fù)載電流id的波形與電壓ud波形相似。由晶閘管所承受的電壓 ut可以看出，其導(dǎo) 通角為4二常一G,除在晶閘管導(dǎo)通期間不受電壓外，當(dāng)一組管子導(dǎo)通時(shí)，電源電壓 u2 將全部加在未導(dǎo)通的晶閘管上，而在四只管子都不導(dǎo)通時(shí)，設(shè)其漏電阻都相同的話，則 每只管子將承受電源電壓的一半。單相全控橋式整流電路帶電阻性負(fù)載電路參數(shù)的計(jì)算：輸出電壓平均值的計(jì)算公式2）、 電感性負(fù)載1口(a)36湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)圖2-9單相橋式全控整流電感性負(fù)載(a

40、) 電路圖 (b)波形圖圖2-9 (a)單相橋式全控整流電路帶電感性負(fù)載時(shí)的電路。假設(shè)電感很大，輸出電 流連續(xù)，且電路已處于穩(wěn)態(tài)。在電源u2正半周時(shí)，在相當(dāng)于也角的時(shí)刻給VT1和VT4同時(shí)加觸發(fā)脈沖，則VT1和 VT4會(huì)導(dǎo)通，輸出電壓仍為十二%至電源I過(guò)零變負(fù)時(shí)，由于電感產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)會(huì) 使VT1和VT4繼續(xù)導(dǎo)通，而輸出電壓仍為 4叫 ,所以出現(xiàn)了負(fù)電壓的輸出。此時(shí)，晶 閘管VT2和VT3雖然已承受正向電壓，但還沒(méi)有觸發(fā)脈沖，所以不會(huì)導(dǎo)通。直到在負(fù)半 周相當(dāng)于化角的時(shí)刻，給VT2和VT3同時(shí)力口觸發(fā)脈沖，則因VT2的陽(yáng)極電位比VT1高， VT3的陰極電位比VT4的低，故VT2和VT3被觸發(fā)導(dǎo)

41、通，分別替換了 VT1和VT4,而VT1 和VT4將由于VT2和VT3的導(dǎo)通承受反壓而關(guān)斷，負(fù)載電流也改為經(jīng)過(guò) VT2和VT3了。根據(jù)上面分析可以看出，單相橋式全控整流電路屬全波整流，負(fù)載在兩個(gè)半波都有 電流通過(guò)、輸出電壓脈動(dòng)程度比半波時(shí)小、變壓器利用率高、且不存在直流磁化問(wèn)題； 但需要同時(shí)觸發(fā)兩只晶閘管，線路較復(fù)雜。在一般中小容量場(chǎng)合中應(yīng)用較多。2.2.2 .方案的選擇鑒于消毒滅菌設(shè)備應(yīng)用廣泛，既可以用于工業(yè)、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、餐飲業(yè)等地的消毒滅菌， 也可用與普通家庭。因此選擇單相電源會(huì)更加合適。單相相控整流電路可分為單相半波、單相全波和單相橋式相控流電路，它們所連接36湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)

42、設(shè)計(jì)（論文）的負(fù)載性質(zhì)不同就會(huì)有不同的特點(diǎn)。下面分析各種單相相控整流電路在帶電阻性負(fù)載、電感性負(fù)載和反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的工作情況。單相半控整流電路的優(yōu)點(diǎn)是：線路簡(jiǎn)單、調(diào)整方便。弱點(diǎn)是：輸出電壓脈動(dòng)沖大， 負(fù)載電流脈沖大（電阻性負(fù)載時(shí)），且整流變壓器二次繞組中存在直流分量，使鐵心磁化, 變壓器不能充分利用。而單相全控式整流電路具有輸出電流脈動(dòng)小，功率因數(shù)高，變壓 器二次電流為兩個(gè)等大反向的半波，沒(méi)有直流磁化問(wèn)題，變壓器利用率高的優(yōu)點(diǎn)。單相全控式整流電路其輸出平均電壓是半波整流電路1.2倍，在相同的負(fù)載下流過(guò)品閘管的平均電流減小三分之一；且功率因數(shù)提高了一半。根據(jù)以上的比較分析因此選擇的方案為單相全控

43、橋式整流電路（負(fù)載為阻感性負(fù) 載）。2.2.3 濾波電路的論證及設(shè)計(jì)1、濾波的基本概念濾波電路利用電抗性元件對(duì)交、直流阻抗的不同，實(shí)現(xiàn)濾波。電容器C對(duì)直流開(kāi)路,對(duì)交流阻抗小，所以C應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端。電感器 L對(duì)直流阻抗小，對(duì)交流阻抗大， 因此L應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。經(jīng)過(guò)濾波電路后，既可保留直流分量，又可濾掉一部分交流分量， 改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動(dòng)系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。2、電容濾波電路現(xiàn)以單相橋式整流電容濾波電路為例來(lái)說(shuō)明。電容濾波電路如圖2-9所示，在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個(gè)濾波電容Q圖2-9電容濾波電路1 ）、濾波原理若V2處于正半周，二極管 D、D3導(dǎo)通，變壓器次端電壓V2給

44、電容器C充電。此時(shí)C 相當(dāng)于并聯(lián)在V2上，所以輸出波形同V2 ,是正弦波。當(dāng)V2到達(dá)ot =n/2時(shí)，開(kāi)始下降。先假設(shè)二極管關(guān)斷，電容 C就要以指數(shù)規(guī)律向負(fù)36湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）載Rl放電。指數(shù)放電起始點(diǎn)的放電速率很大。在剛過(guò)Et=n/2時(shí)，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過(guò) N=n/2時(shí)二極管仍然導(dǎo)通。在超過(guò) N=n/2后的某個(gè)點(diǎn)，正弦曲線下降 的速率越來(lái)越快，當(dāng)剛超過(guò)指數(shù)曲線起始放電速率時(shí)， 二極管關(guān)斷。所以在t2到t3時(shí)刻, 二極管導(dǎo)電，C充電，V=Vo按正弦規(guī)律變化；ti到t2時(shí)刻二極管關(guān)斷，V=M按指數(shù)曲線 下降，放電時(shí)間常數(shù)為 RC。電容濾波過(guò)程見(jiàn)圖2-10。3

45、6圖2-10電容濾波電路波形需要指出的是，當(dāng)放電時(shí)間常數(shù) RLC增加時(shí)，ti點(diǎn)要右移，t2點(diǎn)要左移，二極管關(guān)斷 時(shí)間加長(zhǎng)，導(dǎo)通角減??；反之,RC減少時(shí)，導(dǎo)通角增加。顯然。當(dāng) Rl很小，即Il很大 時(shí)，電容濾波的效果不好，見(jiàn)圖 2-11濾波曲線中的2。反之,當(dāng)Rl很大，即Il很小時(shí)， 盡管C較小，RC仍很大，電容濾波的效果也很好，見(jiàn)濾波曲線中的 3。所以電容濾波適合 輸出電流較小的場(chǎng)合。0 t0t圖2-11電容濾波的效果0t湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2）、電容濾波電路參數(shù)的計(jì)算電容濾波電路的計(jì)算比較麻煩，因?yàn)闆Q定輸出電壓的因素較多。工程上有詳細(xì)的曲 線可供查閱，一般常采用以下近似估

46、算法：一種是用鋸齒波近似表示，即，T 另一種是在RlC= （3、5） 的條件下，近似認(rèn)為 Vo=1.2V2。2%=叫"二垃匕C=0,% =0.9JU3）、外特性整流濾波電路中，輸出直流電壓 Vo隨負(fù)載電流Io的變化關(guān)系曲線如圖2-12所示圖2-12電容濾波外特性曲線名稱Vo（空載）Vo（巾載）二極管反向最大 電壓每管平均電流半波整流。45匕血均IO全波整流、電容濾 波他*1.2V20.5Io橋式整流、電容濾 波他*1.2V2取巧0.5Io橋式整流、電感濾 波0.9V20.5Io36湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）*使用條件：3、電感濾波電路在大電流的情況下，由于負(fù)載電阻 RL

47、很小。若采用電容濾波電路，則電容容量勢(shì)必 很大，而且整流二極管的沖擊電流也非常大，在此情況下應(yīng)采用電感濾波。如圖2-13所示，由于電感線圈的電感量要足夠大，所以一般需要采用有鐵心的線圈。濾波電路工作圖2-13單相橋式整流電路原理 當(dāng)流過(guò)電感的電流變化時(shí)，電感線圈中產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)將阻止電流的變化。當(dāng)通 過(guò)電感線圈的電流增大時(shí)，電感線圈產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)與電流方向相反，阻止電流的增 加，同時(shí)將一部分電能轉(zhuǎn)化成磁場(chǎng)能存儲(chǔ)于電感之中；當(dāng)通過(guò)電感線圈的電流減小時(shí)， 自感電動(dòng)勢(shì)與電流方向相同，阻止電流的減小，同時(shí)釋放出存儲(chǔ)的能量，以補(bǔ)償電流的 減小。因此經(jīng)電感濾波后，不但負(fù)載電流及電壓的脈動(dòng)減小，波形變得

48、平滑，而且整流 二極管的導(dǎo)通角增大。在電感線圈不變的情況下，負(fù)載電阻愈小，輸出電壓的交流分量愈小。只有在RL>2 L 時(shí)才能獲得較好的濾波效果。L愈大，濾波效果愈好。另外，由于濾波電感電動(dòng)勢(shì)的作用，可以使二極管的導(dǎo)通角接近冗，減小了二極管的沖擊電流，平滑了流過(guò)二極管的電流，從而延長(zhǎng)了整流二極管的壽命。2.2.4濾波電路的選擇電容濾波電路有一下的優(yōu)點(diǎn)：具適用于小電流負(fù)載；電容濾波電路的外特性比較軟； 且電路簡(jiǎn)單、體積小、成本低。但其缺點(diǎn)是采用它時(shí)，整流二極管中將流過(guò)較大的沖擊 電流。電感濾波的優(yōu)點(diǎn)有：整流二極管的導(dǎo)電角大，峰值電流小，輸出特性較平坦。但其 缺點(diǎn)是：存在鐵心，笨重、體積大，易

49、引起電磁干擾，一般只適應(yīng)于低電壓、大電流的 場(chǎng)合。綜上所述，可知電容濾波器適用于大電壓小電流負(fù)載，而電感濾波器適用于大電流36湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）低電壓負(fù)載。本設(shè)計(jì)中電源是要產(chǎn)生高頻高壓電源，因而易使用電容濾波。2.3 DC/AC逆變電路開(kāi)關(guān)電源中的一個(gè)重要的能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)是把工頻整流后得到的直流電由電子開(kāi)關(guān)變 換成負(fù)載需要的交流電。實(shí)現(xiàn)這種變換可以有不同的電路結(jié)構(gòu)。逆變器是將直流電變換 成交流電的變換器直流變成交流的逆變過(guò)程可分為有源逆變和無(wú)源逆變。逆變器輸出接 到交流電網(wǎng)的逆變稱為有源逆變； 逆變器的輸出直接接到交流負(fù)載的逆變稱為無(wú)源逆變。 本設(shè)計(jì)中所要用到的是無(wú)源逆變。

50、2.3.1 逆變電路的論證及設(shè)計(jì)電源根據(jù)直流電源的性質(zhì)不同，可以分為電流型、電壓型逆變電路。1、電壓型逆變電路（電路圖如圖 2-14所示）圖2-14電壓型逆變電路原理 圖電壓型逆變電路的基本特點(diǎn)：1）直流側(cè)并聯(lián)大電容，直流電壓基本無(wú)脈動(dòng)。2）輸出電壓為矩形波，電流波形與負(fù)載有關(guān)。3）電感性負(fù)載時(shí)，需要提供無(wú)功功率。為了有無(wú)功功率通道，逆變橋臂需要并聯(lián) 二極管。2、電流型逆變電路（電路圖如圖 2-15所示）36湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）36vt3VTf z JZjzu-JZ I yy=圖2-15 電流型逆變電路原理圖電流型逆變電路的主要特點(diǎn)是：1）直流側(cè)串聯(lián)有大電感，相當(dāng)于電流源。

51、直流側(cè)電流基本無(wú)脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)高 阻抗。2）電路中開(kāi)關(guān)器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑，因此交流側(cè)輸出電流為矩 形波，并且與負(fù)載阻抗角無(wú)關(guān)。而交流側(cè)輸出電壓波形和相位則因負(fù)載阻抗情況的不同 而不同。3）當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無(wú)功功率，直流測(cè)電惑起緩沖無(wú)功能量的作用。 因?yàn)榉答仧o(wú)功能量時(shí)直流電流并不反向，因此不必像電壓型逆變電路那樣要給開(kāi)關(guān)器件 反并聯(lián)二極管。從上述可得出直流邊電壓無(wú)脈動(dòng)能輸出穩(wěn)定矩形波的電壓型逆變電路更適合本設(shè)計(jì) 的需求。2.3.2 電壓型逆變電路的原理如圖2-16所示，電壓型逆變電路的特點(diǎn)有：共四個(gè)橋臂，可看成兩個(gè)半橋電路組合而成。兩對(duì)橋臂交替導(dǎo)通180

52、6;。輸出電壓合電流波形與半橋電路形狀相同，幅值高出一倍。湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）（a）電壓型逆變電路（b）電壓型逆變電路波形圖圖2-16 電壓型逆變電路原理圖1）純電阻負(fù)載時(shí)同單相半橋逆變電路相比，在相同負(fù)載的情況下，其輸出電壓和輸出電流的 幅值為單相半橋逆變電路的兩倍。2）電感負(fù)載時(shí)0<t< Ts/4, Ts / 2&t&3 Ts/4期間，D1、D4導(dǎo)通起負(fù)載電流續(xù)流作 用，在此期間T1、T4均不導(dǎo)通。3）阻感負(fù)載RL時(shí)0W80cot期間，T1和T4有驅(qū)動(dòng)信號(hào)，電流iO為負(fù)值，T1和T4不導(dǎo)通，Di、D4導(dǎo)通起負(fù)載電流續(xù)流作用，見(jiàn)=+ Ud。80

53、必7冗期間，io為正值，Ti和T4才導(dǎo)通。冗&cotw冗+ 8期間，丁2和T3有驅(qū)動(dòng)信號(hào)，由于電流io為負(fù)值，T2、T3不 導(dǎo)通，D2、D3導(dǎo)通起負(fù)載電流續(xù)流作用，Uo = - Ud。冗+80cotW2冗期間，T2和T3才導(dǎo)通。36湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)2.3.3 脈寬調(diào)制(PWM型逆變電路逆變器是將直流變?yōu)槎l定壓或調(diào)頻調(diào)壓交流電的變換器，傳統(tǒng)方法是利用品閘管 組成的方波逆變電路實(shí)現(xiàn)，但由于其含有較大成分低次諧波等缺點(diǎn)，近十余年來(lái)，由于 電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，全控型快速半導(dǎo)體器件BJT, IGBT, GTO等的發(fā)展和PWM勺控制技術(shù)的日趨完善，使SPWMK變器得以

54、迅速發(fā)展并廣泛使用。PWM空制技術(shù)是利用半 導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷把直流電壓變成電壓脈沖列，并通過(guò)控制電壓脈沖寬度和周 期以達(dá)到變壓目的或者控制電壓脈沖寬度和脈沖列的周期以達(dá)到變壓變頻目的的一種控 制技術(shù)，SPWM空制技術(shù)又有許多種，并且還在不斷發(fā)展中，但從控制思想上可分為四類， 即等脈寬PWM去,正弦波PWM& (SPWMt),磁鏈追蹤型PWMte和電流跟蹤型PWMte, 其中利用SPWM$制技術(shù)做成的SPWMK變器具有以下主要特點(diǎn)：(1)逆變器同時(shí)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻調(diào)壓，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)不受中間直流環(huán)節(jié)濾波器參數(shù)的影 響。(2)可獲得比常規(guī)六拍階梯波更接近正弦波的輸出電壓波形，低次諧波減少，

55、在電 氣傳動(dòng)中，可使傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈沖的大大減少，擴(kuò)大調(diào)速范圍，提高系統(tǒng)性能。(3)組成變頻器時(shí)，主電路只有一組可控的功率環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，由于采用不可 控整流器，使電網(wǎng)功率因數(shù)接近于 1,且與輸出電壓大小無(wú)關(guān)。1. PWM控制的基本原理在采樣控制理論中有一個(gè)重要的結(jié)論：沖量(脈沖的面積)相等而形狀不同窄脈沖 (如圖2-17所示)，分別加在具有慣性環(huán)節(jié)的輸入端，器輸出響應(yīng)波形基本相同，也就是說(shuō)盡管脈沖形狀不同，但只要脈沖的面積相等，其作用效果基本相同。這就是PWM5制的重要理論依據(jù)。如圖2-18所示，一個(gè)正弦半波完全可以用等幅不等寬的脈沖列來(lái)等 效，但必須做到正弦半波所等分的6塊陰影面積與相對(duì)應(yīng)的6個(gè)脈沖列的陰影面積相等，(a)(b)(c)36圖2-17 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖