田紅霞，江培蕾，孫茂松

（唐山學(xué)院 信息工程系，唐山 063000）

實用的三相斬控式交流調(diào)壓電路設(shè)計

田紅霞，江培蕾，孫茂松

（唐山學(xué)院 信息工程系，唐山 063000）

0 引言

隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，實現(xiàn)三相交流調(diào)壓的自藕變壓器逐漸被晶閘管取代了[1]。但是這種通過控制晶閘管的導(dǎo)通角來調(diào)節(jié)三相負(fù)載上的電壓，實現(xiàn)調(diào)壓的目的的方法卻存在一定的缺點：當(dāng)電壓較低時，電壓波形缺口大，使電壓諧波分量較大；對電動機負(fù)載來說，會使電動機轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲增加，附加損耗增加，溫升過高，對電動機的運行不利[2]。因此，本文提出一種針對Y型接法的三相對稱負(fù)載，僅采用一只自關(guān)斷型電力電子器件IGBT作為開關(guān)元件而實現(xiàn)的斬控式調(diào)壓的電路。同時該電路在帶感性負(fù)載時，通過對連接在負(fù)載兩端的電子開關(guān)控制避免了因負(fù)載電流突變使得IGBT易損壞的問題。

1 工作原理

圖1 三相Y接對稱性負(fù)載斬控式調(diào)壓電路原理圖

圖l所示為三相對稱負(fù)載（Y接）斬控調(diào)壓電路原理圖。電動機的三相定子繞組U、V、W端分別接在三相供電電源上，X、Y、Z端則分別接到由VD1-VD6六只整流二極管構(gòu)成三相整流電路的三支橋臂上。整流電路中的共陽極與共陰極兩端接有一個自關(guān)斷型電力電子器件作為開關(guān)元件K1。當(dāng)開關(guān)元件K1被觸發(fā)導(dǎo)通時，整流電路中的共陽極和共陰極兩端被短接，整流二極管VD1-VD6導(dǎo)通，感應(yīng)電動機的三相定子繞組X、Y、Z端短接在一起。三相電源電壓施加到感應(yīng)電動機的三相定子繞組上，感應(yīng)電動機便工作于自然工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)元件K1被阻斷時，使整流電路中的共陽極與共陰極兩端斷路，整流二極管VD1-VD6阻斷，感應(yīng)電動機的三相定子繞組X、Y、Z端斷路，三相電源電壓不能施加到感應(yīng)電動機的三相定子繞組上，感應(yīng)電動機便工作于自由停車工作狀態(tài)。由于開關(guān)元件K1為自關(guān)斷型電力電子器件，可以通過驅(qū)動使開關(guān)元件K1工作在一定開關(guān)頻率下，并通過控制開關(guān)元件K1的導(dǎo)通和阻斷的占空比，從而達到控制和改變施加到感應(yīng)電動機三相定子繞組上的電壓，使加到電動機三相定子繞組上的電壓為正弦電壓被斬波后的包絡(luò)正弦電壓，實現(xiàn)調(diào)壓的目的。

2 觸發(fā)脈沖的控制方式

當(dāng)開關(guān)元件K1的觸發(fā)脈沖位置選擇不當(dāng)時，將造成三相負(fù)載中各相負(fù)載間電壓的不平衡，每相負(fù)載將產(chǎn)生直流電壓分量。為使三相對稱性負(fù)載所加電壓的正、負(fù)半周對稱而不產(chǎn)生直流分量，采用觸發(fā)脈沖要與每相電源相電壓的過零點進行一次同步的方法，即每60o在一相電源電壓過零點時就對觸發(fā)脈沖進行一次同步。使開關(guān)元件K在同步點的觸發(fā)脈沖頻率為6×50 Hz。開關(guān)元件K1的觸發(fā)脈沖頻率可以選擇為6×50×N Hz，N取整數(shù)。觸發(fā)脈沖最高頻率受IGBT和二極管開關(guān)頻率的限制。觸發(fā)脈沖的占空比可調(diào)，觸發(fā)脈沖的最大可調(diào)脈沖寬度決定于觸發(fā)脈沖的頻率，當(dāng)觸發(fā)脈沖頻率為6×50×N Hz時，最大脈沖寬度為60o/N。

3 實驗結(jié)果

3.1 實驗電路及元件參數(shù)

二極管VD1-VD6選用快恢復(fù)二極管元件，型號為MUR8100（摩托羅拉）。開關(guān)元件K1選用IGBT，型號為25N120ANTD。IGBT驅(qū)動模塊型號為EXB-851。圖2所示為實驗電路。電路中的三相Y接對稱性負(fù)載可以是Y接的電阻性負(fù)載和感性負(fù)載。當(dāng)負(fù)載為感性負(fù)載時，與阻性負(fù)載相比要多注意兩個問題。因為如果感性負(fù)載中的電流突變，負(fù)載兩端會瞬時產(chǎn)生一個很高的沖擊電壓，該電壓會使得與負(fù)載相連的器件IGBT擊穿損壞。所以為了避免該問題，把感阻性負(fù)載兩端并聯(lián)一個電子開關(guān)K2。當(dāng)IGBT關(guān)斷時，控制電子開關(guān)K2閉合使感性負(fù)載放電，避免了由于負(fù)載兩端電流的突變引起的沖擊電壓。又因電子開關(guān)K2和IGBT的開通與關(guān)斷不能瞬時完成，為避免在此時間內(nèi)造成的電源短路現(xiàn)象，在IGBT兩端設(shè)計了保護電路VD-R-C。

圖2 三相Y接對稱性負(fù)載斬波調(diào)壓實驗電路

3.2 實驗結(jié)果

實驗中IGBT的觸發(fā)控制頻率為300Hz，觀察到負(fù)載上的電壓波形為正、負(fù)半周期正弦波中分別被斬波三次后的波形。電壓連續(xù)可調(diào)，圖3為實驗中用示波器測得的負(fù)載上電壓為200 V時所拍攝的負(fù)載W、Z兩端的電壓波形和開關(guān)元件IGBT兩端的電壓波形。

圖3 拍攝負(fù)載W、Z兩端的電壓波形和IGBT兩端的電壓波形

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)僅用一只IGBT實現(xiàn)了對三相對稱性Y接負(fù)載三相調(diào)壓的目的。通過對感性負(fù)載時，負(fù)載兩端電流變化率的控制有效地保護了IGBT不被損壞。觸發(fā)控制頻率的選擇應(yīng)為N×300 Hz，在IGBT和二極管的開關(guān)控制頻率允許的情況下，觸發(fā)控制頻率愈高，三相負(fù)載上的電壓愈接近于正弦波，從而使電壓諧波分量減小，減少負(fù)載的附加損耗，并且觸發(fā)控制頻率愈高系統(tǒng)響應(yīng)愈快。

本調(diào)壓電路可適用于三相Y接感應(yīng)電動機的調(diào)壓調(diào)速、三相Y接電阻爐調(diào)壓調(diào)溫等負(fù)載應(yīng)用中。

[1]王兆安, 黃俊. 電力電子技術(shù)[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2005.

[2]李愛文,等. 現(xiàn)代逆變技術(shù)及其應(yīng)用[M]. 北京:科學(xué)出版社, 2002.

Practical three-phase ac voltage controlled horse-cutting circuit design

TIAN Hong-xia，JIANG Pei-lei，SUN Mao-song

本文應(yīng)用一只IGBT設(shè)計了一種僅針對三相Y接對稱負(fù)載的調(diào)壓電路—斬控調(diào)壓電路。分析了其工作原理、保護方法，給出了實驗結(jié)果。結(jié)果表明對Y型接法的三相對稱負(fù)載采用此電路調(diào)壓能使系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、負(fù)載上的電壓諧波分量小。并且此調(diào)壓電路完全適用于所有的三相Y接對稱性負(fù)載的調(diào)壓應(yīng)用中。

三相斬控式；電路；脈沖

田紅霞（1976－），女，講師，碩士研究生，主要從事電氣工程及其自動化專業(yè)教學(xué)及科研工作。

TH166

B

1009-0134(2010)12(下)-109-02

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.12(下).40

2010-08-14