斬控式單相交流調(diào)壓電路設(shè)計(jì)

1、湖南工程學(xué)院應(yīng)用技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱：電力電子技術(shù)題目：斬控式單相交流調(diào)壓電源設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)：電氣118學(xué)生姓名：學(xué)號(hào):指導(dǎo)老師：劉星平蔡斌軍李祥來等審批：謝衛(wèi)力任務(wù)書下達(dá)日期2014年5月12日設(shè)計(jì)完成日期2014年5月23日設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)內(nèi)容：1.電路功能：1）用斬控方式實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓，功率因數(shù)高，諧波小，輸出波形好。2）電路由主電路與控制電路組成，主電路主要環(huán)節(jié)：主電力電子開關(guān)與續(xù)流管。控制電路主要環(huán)節(jié)：脈寬調(diào)制PWM電路、電壓電流檢測(cè)單元、驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)與故障保護(hù)電路。3）主電路電力電子開關(guān)器件采用GTR、IGBT或MOSFET。4）系統(tǒng)具有完善的保護(hù)2 .系統(tǒng)總體方案確

2、定3 .主電路設(shè)計(jì)與分析1）確定主電路方案2）主電路元器件的計(jì)算及選型3）主電路保護(hù)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)4 .控制電路設(shè)計(jì)與分析1）檢測(cè)電路設(shè)計(jì)2）功能單元電路設(shè)計(jì)3）控制電路參數(shù)確定設(shè)計(jì)要求：1 .設(shè)計(jì)思路清晰，給出整體設(shè)計(jì)框圖；2 .單元電路設(shè)計(jì)，給出具體設(shè)計(jì)思路和電路；3 .分析所有單元電路與總電路的工作原理，并給出必要的波形分析。4 .繪制總電路圖5 .寫出設(shè)計(jì)報(bào)告；主要設(shè)計(jì)條件1 .設(shè)計(jì)依據(jù)主要參數(shù)1）輸入輸出電壓：?jiǎn)蜗嘟涣鬏斎耄海ˋC）220（+5%1-10%）,可調(diào)交流輸出：0200V（AC）2）最大輸出電流：20A3）功率因數(shù)：0.82 .可提供實(shí)驗(yàn)說明書格式1 .課程設(shè)計(jì)封面；2 .任務(wù)

3、書；3 .說明書目錄；4 .設(shè)計(jì)總體思路，基本原理和框圖（總電路圖）5 .單元電路設(shè)計(jì)（各單元電路圖）；6 .故障分析與電路改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)及仿真等。7 .總結(jié)與體會(huì)；8 .附錄（完整的總電路圖）；9 .參考文獻(xiàn)；10 、課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)分表進(jìn)度安排第一周星期一：課題內(nèi)容介紹和查找資料;星期二：總體電路方案確定星期三：主電路設(shè)計(jì)星期四：控制電路設(shè)計(jì)星期五：控制電路設(shè)計(jì)；第二周星期一：控制電路設(shè)計(jì)星期二：電路原理及波形分析、實(shí)驗(yàn)調(diào)試及仿真等星期四五:寫設(shè)計(jì)報(bào)告，打印相關(guān)圖紙；星期五下午：答辯及資料整理參考文獻(xiàn)1 .石玉栗書賢.電力電子技術(shù)題例與電路設(shè)計(jì)指導(dǎo).機(jī)械工業(yè)出版社，19982 .王兆安黃俊.電力

4、電子技術(shù)（第4版）.機(jī)械工業(yè)出版社，20003 .浣喜明姚為正.電力電子技術(shù).高等教育出版社，20004 .莫正康.電力電子技術(shù)應(yīng)用（第3版）.機(jī)械工業(yè)出版社，20005 .鄭瓊林.耿學(xué)文.電力電子電路精選.機(jī)械工業(yè)出版社，19966 .劉定建朱丹霞.實(shí)用晶閘管電路大全.機(jī)械工業(yè)出版社，19967 .劉祖潤(rùn)胡俊達(dá).畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo).機(jī)械工業(yè)出版社，19958 .劉星平.電力電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書.校內(nèi)，2009第1章概述11.1 交流調(diào)壓在生活中的應(yīng)用11.2 關(guān)于單向調(diào)壓器11.3 關(guān)于本課題2第2章設(shè)計(jì)總體思路32.1 系統(tǒng)總體方案確定32.2 交流斬波調(diào)壓的基本原理72.3 3章主電路設(shè)計(jì)與分析

5、83.1 主要技術(shù)條件及要求83.2 開關(guān)器件的選擇83.3 主電路計(jì)算及元器件參數(shù)選型83.4 主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析9第4章主控制芯片的詳細(xì)說明104.1芯片的選擇104.1芯片的詳細(xì)介紹104.1芯片的工作原理11第5章實(shí)驗(yàn)調(diào)試13第6章總結(jié)與體驗(yàn)19附錄A參考文件及評(píng)分表第1章概述1.1 交流調(diào)壓在生活中的應(yīng)用交流調(diào)壓電路廣泛用于燈光控制（如調(diào)光臺(tái)燈和舞臺(tái)燈光控制）及異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)，也用于異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速。在電力系統(tǒng)中，這種電路還常用于對(duì)無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。此外，在高電壓小電流或低電壓大電流直流電源中，也常用交流高壓電路調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。因此交流調(diào)壓電路廣泛存在于農(nóng)村、輕工業(yè)、家用電

6、器等小功率傳動(dòng)領(lǐng)域以及電力機(jī)車供電系統(tǒng)。1.2 關(guān)于單相調(diào)壓器對(duì)于單相交流電源，調(diào)壓和穩(wěn)壓是最為普遍的要求。目前能夠?qū)崿F(xiàn)這一要求的調(diào)壓器有下面三種：磁飽和式調(diào)壓器該調(diào)壓器通過控制主電路中電感的飽和程度，以改變電抗值以及其上的電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)。這種調(diào)壓器具有一定的動(dòng)態(tài)性能，但輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍小，體積和重量較大。機(jī)械式調(diào)壓器機(jī)械式調(diào)壓器由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)碳刷實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)。這種調(diào)壓器輸出波形較好，但體積、重量大，動(dòng)態(tài)性能差。電子式調(diào)壓器這種調(diào)壓器采用電力電子器件實(shí)現(xiàn)。目前有晶閘管調(diào)壓器和逆變式調(diào)壓器兩種。晶閘管調(diào)壓器采用的是相控方式，因此其輸出波形差；逆變式調(diào)壓器采用的是斬波控制方式，其

7、輸出波形和動(dòng)態(tài)響應(yīng)較好。從上面可知，逆變式電子調(diào)壓器具有最好的性能。逆變式電子調(diào)壓器的結(jié)構(gòu)不僅具有調(diào)壓、穩(wěn)壓的能力，而且還可以實(shí)現(xiàn)頻率的變換。它是通過AC/DC/AC變換實(shí)現(xiàn)的。具有中間直流環(huán)節(jié)和儲(chǔ)能電容，不過，變換效率低是它的不足。與自耦變壓器調(diào)壓方法相比，交流調(diào)壓電路控制方便，調(diào)節(jié)速度快，裝置的重量輕、體積小，有色金屬消耗也少。1.3 關(guān)于本課題與自耦變壓器調(diào)壓方法相比，交流調(diào)壓電路控制方便，調(diào)節(jié)速度快，裝置的重量輕、體積小，有色金屬消耗也少。本文提出采用ICBT的斬控式交流調(diào)壓器。斬控式調(diào)壓的原理圖如圖如圖1.3所示圖1.3斬控式交流調(diào)壓電路21第2章設(shè)計(jì)總體思路2.1 系統(tǒng)總體方案確定

8、交流調(diào)壓的控制方式有三種：1磁飽和式調(diào)壓器；2機(jī)械式調(diào)壓器；3電子式調(diào)壓器。整周波控制調(diào)壓一一適用于負(fù)載熱時(shí)間常數(shù)較大的電熱控制系統(tǒng)。電子式調(diào)壓器這種調(diào)壓器采用電力電子器件實(shí)現(xiàn)。目前有晶閘管調(diào)壓器和逆變式調(diào)壓器兩種。晶閘管調(diào)壓器采用的是相控方式，因此其輸出波形差；逆變式調(diào)壓器采用的是斬波控制方式，其輸出波形和動(dòng)態(tài)響應(yīng)較好。晶閘管導(dǎo)通時(shí)間與關(guān)斷時(shí)間之比，使交流開關(guān)在某幾個(gè)周波連續(xù)導(dǎo)通，某幾個(gè)周波連續(xù)關(guān)斷，如此反復(fù)循環(huán)地運(yùn)行，具輸出電壓的波形如圖2.1所示。圖2.1周波控制的電壓波形改變導(dǎo)通的周波數(shù)和控制周期的周波數(shù)之比即可改變輸出電壓。為了提高輸出電壓的分辨率，必須增加控制周期的周波數(shù)。為了減少

9、對(duì)周圍通信設(shè)備的干擾，晶閘管在電源電壓過零時(shí)開始導(dǎo)通。在負(fù)載容量很大時(shí),開關(guān)的通斷將引起對(duì)電網(wǎng)的沖擊，產(chǎn)生由控制周期決定的分?jǐn)?shù)次諧波,這些分?jǐn)?shù)次諧波引起電網(wǎng)電壓閃變。這是其缺陷。相位控制調(diào)壓利用控制觸發(fā)滯后角a的方法，控制輸出電壓。品閘管承受正向電壓開始到觸發(fā)點(diǎn)之間的電角度稱為觸發(fā)滯后角a。在有效移相范圍內(nèi)改變觸發(fā)滯后角，即能改變輸出電壓。有效移相范圍隨負(fù)載功率因數(shù)不同而不同，電阻性負(fù)載最大，純感性負(fù)載最小。圖2.2是阻性負(fù)載時(shí)相控方式的交流調(diào)壓電路的輸出電壓波形。相控交流調(diào)壓電路輸出電壓包含較多的諧波分量，當(dāng)負(fù)載是電動(dòng)機(jī)時(shí)，會(huì)使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩和附加諧波損耗。另外它還會(huì)引起電源電壓畸變。為

10、減少對(duì)電源和負(fù)載的諧波影響，可在電源側(cè)和負(fù)載側(cè)分別加濾波網(wǎng)絡(luò)。Ui圖2.2相位控制的輸出電壓波形斬波控制調(diào)壓一一使開關(guān)在一個(gè)電源周期中多次通斷，將輸入電壓切成幾個(gè)小段，用改變小段的寬度或開關(guān)通斷的周期來調(diào)節(jié)輸出電壓。斬控調(diào)壓電路輸出電壓的質(zhì)量較高，對(duì)電源的影響也較小。圖2.3是斬波控制的交流調(diào)壓電路的輸出電壓波形。圖2.3斬波控制調(diào)壓電路的輸出電壓波形在斬波控制的交流調(diào)壓電路中，為了在感性負(fù)載下提供續(xù)流通路，除了串聯(lián)的雙向開關(guān)S外，還須與負(fù)載并聯(lián)一只雙向開關(guān)S20當(dāng)開關(guān)Si導(dǎo)通,&關(guān)斷時(shí)，輸出電壓等于輸入電壓；開關(guān)Si關(guān)斷，&導(dǎo)通時(shí)，輸出電壓為零?？刂崎_關(guān)導(dǎo)通時(shí)間與關(guān)斷時(shí)間之比

11、即能控制交流調(diào)壓器的輸出電壓。開關(guān)Si、&動(dòng)作的頻率稱斬波頻率。斬波頻率越高，輸出電壓中的諧波電壓頻率越高，濾波較容易。當(dāng)斬波頻率不是輸入電源頻率的整數(shù)倍時(shí)，輸出電壓中會(huì)產(chǎn)生分?jǐn)?shù)次諧波。當(dāng)斬波頻率較低時(shí)，分?jǐn)?shù)次諧波較大，對(duì)負(fù)載產(chǎn)生惡劣的影響。將斬波信號(hào)與電源電壓鎖相，可消除分?jǐn)?shù)次諧波。斬波控制的交流調(diào)壓電路的功率開關(guān)元件必須采用功率晶體管或其他自關(guān)斷元件，所以成本較高。圖2.4斬控式交流調(diào)壓電路斬控式交流調(diào)壓電路的原理圖如圖2.4所示，一般采用全控型器件作為開關(guān)器件。其基本原理和直流斬波電路有類似之處，只是直流斬波電路的輸入是直流電壓，而斬控式交流調(diào)壓電路的輸入是正弦交流電壓。在交流電

12、源U1的正半周，用V1進(jìn)行斬波控制，用V3給負(fù)載電流提供續(xù)流通道；在ui的負(fù)半周，用V2進(jìn)行斬波控制，用V4給負(fù)載電流提供續(xù)流通道。設(shè)載波器件（V1或V2）導(dǎo)通時(shí)間為ton,開關(guān)周期為T,則導(dǎo)通比a=ton/To和直流斬波電路一樣，也可以通過改變a來調(diào)節(jié)輸出電壓。圖2.4給出了電阻性負(fù)載時(shí)負(fù)載電壓U0和電源電流i1（也就是負(fù)載電流）的波形。可以看出，電源電流的基波分量是和電源電壓同相位的，即位移因數(shù)為1。另外，通過傅里葉分析可知，電源電流中不含低次諧波，只含和開關(guān)周期T有關(guān)的高次諧波。這些高次諧波用很小的濾波器即可濾除。這時(shí)電路的功率因數(shù)接近1。輸入書階/功率轉(zhuǎn)換音階/輸出音吩J輔助電源驅(qū)動(dòng)電

13、路控制部外電壓/脈寬 期梅由路*過流過壓保護(hù)士圖6電路的結(jié)構(gòu)框圖本次課程設(shè)計(jì)所用的斬控式單相交流調(diào)壓電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖6所示,首先是交流輸入電壓為220V,經(jīng)濾波后用全控型開關(guān)器件進(jìn)行斬波，輸出電壓為0100V,然后在其輸出取樣電流，進(jìn)行過壓檢測(cè)保護(hù)。時(shí)鐘震蕩器及脈寬PWM調(diào)制均由芯片形成控制部分2.2 交流斬波調(diào)壓的基本原理交流斬波調(diào)壓的原理波形如圖2.2所示。由圖可知，它是用一組頻率恒定、占空比可調(diào)的脈沖，對(duì)正弦波電壓進(jìn)行調(diào)制后，得到邊緣為正弦波、占空比可調(diào)的電壓波形。該電壓的調(diào)制頻率f%其基本諧波頻率為士50H乙改變占空比，即可改變輸出電壓。利用具有自關(guān)斷能力的電力半導(dǎo)體器件就可方便地構(gòu)

14、成交流斬波調(diào)壓電路。止強(qiáng)斬液濃脂0V同制°斬波開工5.功觸11 nIn圖2.2交流斬波調(diào)壓的原理波形圖第3章電路設(shè)計(jì)與分析3.1 主要技術(shù)條件及要求斬波控制要求以比電源頻率高得多的頻率周期性接通和斷開主電路開關(guān)器件，把連續(xù)的正弦輸入電壓“斬”成離散的脈沖狀加于負(fù)載。由于開關(guān)器件以高頻工作，在電路中必須實(shí)施強(qiáng)迫換流。為此斬波控制的交流調(diào)壓都是采用全控型雙向開關(guān)器件。所以設(shè)計(jì)主電路采用的是MOSFE新型的全控型器件，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小，開關(guān)的速度快，工作的頻率高，符合設(shè)計(jì)的要求。3.2 開關(guān)器件的選擇由于斬波調(diào)壓電路一般采用全控型器件作為開關(guān)器件，典型的全控型開關(guān)器件有，門極

15、可關(guān)斷晶閘管（GTO）、電力晶體管（GTR）、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）及絕緣柵雙極晶體管（IGBT）等。由于MOSFET的開關(guān)時(shí)間在10100ns之間，其工作頻率可達(dá)100KHz以上，是主要電力電子器件中最高的，而且它的驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小，所以這次課程設(shè)計(jì)決定用MOSFET來做開關(guān)器件。3.3 電路計(jì)算及元器件參數(shù)選型開關(guān)管選用VMOSFET。它是繼MOSFET之后新發(fā)展起來的高效、功率開關(guān)器件。它不僅繼承了MOS場(chǎng)效應(yīng)管輸入阻抗高（108VV、驅(qū)動(dòng)電流小（左右0.1（1A左右），還具有耐壓局（最局可耐壓1200V）、工作電流大（1.5A100A）、輸出功率高（1250W）

16、、跨導(dǎo)的線性好、開關(guān)速度快等優(yōu)良特性。3.4 電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析單相交流調(diào)壓主電路如圖1關(guān)斷器件調(diào)壓電路所示。電路采用功率場(chǎng)效應(yīng)管作為自關(guān)斷器件,利用集成脈寬調(diào)制器SG3525r生的脈寬調(diào)制信號(hào)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)。由兩個(gè)MOSFET其反并聯(lián)的二極管組成交流調(diào)壓開關(guān)，同步變壓器T與運(yùn)算放大器A1及A2構(gòu)成同步檢測(cè)環(huán)節(jié)。輸入交流電壓為220V,經(jīng)過同步變壓器T形成兩路互為倒相的方波，寬度為180°,分別對(duì)應(yīng)正弦波的正半周和負(fù)半周，由SG3525a行調(diào)制后，經(jīng)過隔離及驅(qū)動(dòng)電路，分別驅(qū)動(dòng)兩路功率場(chǎng)效應(yīng)管。當(dāng)輸入交流電處于正半波時(shí)，經(jīng)調(diào)制的方波信號(hào)施加于VT2的柵極和源極，VT1的控制電壓為0V,

17、交流電經(jīng)L,R,VT2,VD1構(gòu)成回路；當(dāng)輸入交流電處于負(fù)半周時(shí)，方波信號(hào)加于VT1,VT2控制電壓為0V,交流電經(jīng)過VT1,VT2,R,L構(gòu)成回路，從而在足上得到一完整的經(jīng)過調(diào)制的單相正弦波交流電。法】單相交潦調(diào)壓苣電路第4章主控制芯片詳細(xì)說明4.1芯片的選擇本次課程設(shè)計(jì)由芯片SG3525產(chǎn)生脈沖，來控制MOSFET來實(shí)現(xiàn)斬波調(diào)壓，它具有管腳數(shù)量少，外圍電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。4.2芯片的詳細(xì)介紹SG3525的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6-1所示，它主要由基準(zhǔn)電壓調(diào)整器、震蕩器、誤差放大器、比較器、鎖存器、欠壓鎖定電路、閉鎖控制電路、軟啟動(dòng)電路、輸出電路構(gòu)成。GroundGOSC-Outpu

18、ta基睢電源OutputASsua二娠蕩器觸日=年?彝、Liq_n_OutputBComp-mation工邪.inputSoft-Startb105,0kShutdownC-_SG3525A輸出級(jí)aVref圖6-1SG2535內(nèi)部框圖SG3525A系列脈寬調(diào)制器控制電路可以改進(jìn)為各種類型的開關(guān)電源的控制性能和使用較少的外部零件。在芯片上的5.1V基準(zhǔn)電壓調(diào)定在±1，誤差放大器有一個(gè)輸入共模電壓范圍。它包括基準(zhǔn)電壓，這樣就不需要外接的分壓電阻器了。一個(gè)到振蕩器的同步輸入可以使多個(gè)單元成為從電路或一個(gè)單元和外部系統(tǒng)時(shí)鐘同步。在CT和放電腳之間用單個(gè)電阻器連接即可對(duì)死區(qū)時(shí)間進(jìn)行大范圍的編程

19、。在這些器件內(nèi)部還有軟起動(dòng)電路，它只需要一個(gè)外部的定時(shí)電容器。一只斷路腳同時(shí)控制軟起動(dòng)電路和輸出級(jí)。只要用脈沖關(guān)斷，通過pwM脈寬調(diào)制）鎖存器瞬時(shí)切斷和具有較長(zhǎng)關(guān)斷命令的軟起動(dòng)再循環(huán)。當(dāng)Vx低于標(biāo)稱值時(shí)欠電壓鎖定禁止輸出和改變軟起動(dòng)電容器。輸出級(jí)是推挽式的可以提供超過200mA的源和漏電流。SG3525碌列的NOR（或非）邏輯在斷開狀態(tài)時(shí)輸出為低。 工作范圍為8.0V到35V 5.1V±1.0%調(diào)定的基準(zhǔn)電壓 100Hz到400KHz振蕩器頻率 分立的振蕩器同步腳4.3芯片的工作原理基準(zhǔn)電壓調(diào)整器：基準(zhǔn)電壓調(diào)整器是輸出為51V，50mA，有短路保護(hù)的電壓調(diào)整器。它供給所有內(nèi)部電路，同

20、時(shí)又可作為外部基準(zhǔn)參考電壓。振蕩器：振蕩器的充電回路由C2,C3,R4構(gòu)成，電阻R5作為放電電阻，改變充電電容的大小即可改變鋸齒波的頻率，此頻率也就是振蕩器的振蕩頻率。此電路中，放電電阻較小，所以形成的鋸齒波波形后沿較陡。誤差放大器及補(bǔ)償輸入：誤差放大器是差動(dòng)輸入的放大器，本電路可以不用，僅在補(bǔ)償端9引入幅值可調(diào)的直流調(diào)制信號(hào)Ur。鎖存器：比較器的輸出送到鎖存器。鎖存器由關(guān)閉電路置位，由振蕩器輸出時(shí)間脈沖復(fù)位。這樣當(dāng)關(guān)閉電路動(dòng)作，即使過流信號(hào)立即消失，鎖存器也可維持一個(gè)周期的關(guān)閉控制，直到下一周期時(shí)鐘信號(hào)使鎖存器復(fù)位為止。另外，由于PWM鎖存器對(duì)比較器來的置位信號(hào)鎖存，將系統(tǒng)所有的跳動(dòng)和振蕩信

21、號(hào)消除了。只有在下一個(gè)時(shí)鐘周期才能重新置位，有利于提高可靠性，經(jīng)過鎖存器后的輸出為PWM輸出：l1端、l2端及l(fā)4端連結(jié)在一起，由l3端輸出信號(hào)，這樣就保證了l3端的輸出與鎖存器的輸出一致。止匕外，SG3525還有欠壓鎖定電路，閉鎖控制電路，軟起動(dòng)電路，但本電路不需使用閉鎖控制和軟起動(dòng)。第5章實(shí)驗(yàn)調(diào)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)熟悉斬控式交流調(diào)壓電路的工作原理。(2)了解斬控式交流調(diào)壓控制集成芯片的使用方法與輸出波形。、實(shí)驗(yàn)所需掛件及附件在舁廳P型號(hào)備注1DJK01電源控制屏2DJK21斬控式交流調(diào)壓電路3慢掃描雙蹤示波器自備4萬(wàn)用表自備三、實(shí)驗(yàn)線路及原理斬控式交流調(diào)壓主電路原理如圖3-17所示圖3-1

22、7斬控式交流調(diào)壓主電路原理圖一般采用全控型器件作為開關(guān)器件，其基本原理和直流斬波電路類似，只是直流斬波電路的輸入是直流電壓，而斬控式交流調(diào)壓電路輸入的是正弦交流電壓。在交流電源Ui的正半周，用V1進(jìn)行斬波控制，用V3給負(fù)載電流提供續(xù)流通道；在Ui的負(fù)半周，用V2進(jìn)行斬波控制，用V4給負(fù)載電流提供續(xù)流通道。設(shè)斬波器件VV2的導(dǎo)通時(shí)間為ton,開關(guān)周期為T,則導(dǎo)通比為a=ton/T,和直流斬波電路一樣，通過對(duì)a的調(diào)節(jié)可以調(diào)節(jié)輸出電壓U0O圖3-18給出了電阻負(fù)載時(shí)負(fù)載電壓U0和電源電流ii（也就是負(fù)載電源）的波形。可以看出電源電流的基波分量是與電源電壓同相位的。即位移因數(shù)為1。電源電流不含低次諧波

23、，只含和開關(guān)周期T有關(guān)的高次諧波，這些高次諧波用很小的濾波器即可濾除，這時(shí)電路的功率因數(shù)接近于1。圖3-18電阻負(fù)載斬控式交流調(diào)壓電路波形斬控式交流調(diào)壓控制電路方框圖如圖3-19所示，PWW空比產(chǎn)生電路使用美國(guó)SiliconGeneral公司生產(chǎn)的專門PWM1成芯片SG3525其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)及各引腳功能可參見有關(guān)資料。在交流電源Ui的正半周，V進(jìn)行斬波控制，用V3給負(fù)載電流提供續(xù)流通道，M關(guān)斷；在Ui的負(fù)半周，%進(jìn)行斬波控制，V3關(guān)斷，用V4給負(fù)載電流提供續(xù)流通道?？刂菩盘?hào)與主電路的電源必須保持同步。圖3-19斬控式交流調(diào)壓控制電路方框圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)控制電路波形觀察。(2)交流調(diào)壓性能測(cè)

24、試。五、思考題(1)當(dāng)主電路接純電阻負(fù)載(即將電感短路)時(shí)，可見負(fù)載電壓波形存在死區(qū)，其產(chǎn)生的原因是什么？(2)當(dāng)主電路接電感性負(fù)載時(shí)，在電壓的過零點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)一尖峰脈沖，其幅值隨占空比的增大而增大。試分析其產(chǎn)生的原因以及控制方法。六、實(shí)驗(yàn)方法由于主電路的電源必須與控制信號(hào)保持同步，因此主電路的電源不需要外部接入。但是為了能同時(shí)觀察兩路控制信號(hào)之間的相位關(guān)系，主電路的開關(guān)K是用接在電源開關(guān)之后的。在觀察控制信號(hào)時(shí)將開關(guān)打在斷狀態(tài)。（1） 控制電路波形觀察斷開開關(guān)K,使主電路不得電，接通電源開關(guān)，用雙蹤示波器觀察控制電路的波形，并記錄參數(shù)。測(cè)量控制信號(hào)V1與V4、與V3之間的死區(qū)時(shí)間。（2） 交流調(diào)

25、壓性能測(cè)試接入電阻負(fù)載（220V/25W勺白熾燈），接通開關(guān)K,調(diào)節(jié)PWM空比調(diào)節(jié)電位器，改變導(dǎo)通比a,（即改變Ur值）使負(fù)載電壓由小增大，記錄輸出電壓的波形，并測(cè)量輸出電壓。接入電阻、電感性負(fù)載，（即與白熾燈串接一個(gè)電感作為負(fù)載）重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告在方格紙上畫出控制信號(hào)與不同負(fù)載下的輸出電壓波形并分析。八、注意事項(xiàng)雙蹤示波器有兩個(gè)探頭，可同時(shí)測(cè)量?jī)陕沸盘?hào)，但這兩探頭的地線都與示波器的外殼相連，所以兩個(gè)探頭的地線不能同時(shí)接在同一電路的不同電位的兩個(gè)點(diǎn)上，否則這兩點(diǎn)會(huì)通過示波器外殼發(fā)生電氣短路。為此，為了保證測(cè)量的順利進(jìn)行，可將其中一根探頭的地線取下或外包絕緣，只使用其中一路的地線，

26、這樣從根本上解決了這個(gè)問題。當(dāng)需要同時(shí)觀察兩個(gè)信號(hào)時(shí)，必須在被測(cè)電路上找到這兩個(gè)信號(hào)的公共點(diǎn)，將探頭的地線接于此處，探頭各接至被測(cè)信號(hào)，只有這樣才能在示波器上同時(shí)觀察到兩個(gè)信號(hào)，而不發(fā)生意外。思考題解答1當(dāng)主電路接純電阻負(fù)載（即將電感短路）時(shí)，可見負(fù)載電壓波形存在死區(qū)，其產(chǎn)生的原因是什么？答：當(dāng)外加正向電壓小于Uth時(shí)，外電場(chǎng)不足以克服PN結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)造成的阻力，正向電流幾乎為零，二極管呈現(xiàn)為一個(gè)大電阻，好像有一個(gè)門檻，因此將電壓Uth稱為門檻電壓（又稱死區(qū)電壓）。而此電路中的MO牖為耗盡型NMOSs而耗盡型NMO在uGS為正、負(fù)、零時(shí)，均可導(dǎo)通工作。因此負(fù)載電壓波形存在死區(qū)，是因

27、為二極管存在死區(qū)電壓2. 當(dāng)主電路接電感性負(fù)載時(shí)，在電壓的過零點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)一尖峰脈沖，其幅值隨占空比的增大而增大。試分析其產(chǎn)生的原因以及控制方法。答：原因：接入電感性負(fù)載時(shí)，主電路中引入了無功電流，也向電路注入了諧波電流，而諧波電流在電路阻抗上產(chǎn)生了諧波壓降，是電路電壓產(chǎn)生畸變，所以在電壓的過零點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)一尖峰脈沖，占空比越大，引入的無功電流越大，尖峰脈沖也越大?？刂品椒ǎ海?）從電網(wǎng)上考慮。提高短路比Rsc。盡量選取較高的Rsc值，增大系統(tǒng)短路容量。（2）從交流裝置本身采取措施。增加交流裝置輸出的脈沖波數(shù)P是減少諧波電流的有效措施。正常運(yùn)行時(shí)，避免在深挖下工作，也能減小諧波電流，從而減小尖峰脈沖。（3）從附加設(shè)備考慮。附加設(shè)備設(shè)置濾波器，或用電力電源濾波器向系統(tǒng)注入諧波電流。用電力電源濾波器向系統(tǒng)注入諧波電流用自關(guān)斷電力半導(dǎo)體器件構(gòu)成的采用脈沖寬度調(diào)制工作方式的諧波電流發(fā)生器，可以產(chǎn)生相位、頻率、幅值可調(diào)的諧波電流，將這些諧波電流注入系統(tǒng)，以抵消原來部分諧波，從而減小尖峰脈沖。輸出電壓波形I I 11I I 1 I I I I I 1 I 1