國網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司 常聚忠 王 抗 肖旭光

0 引言

在單相高頻AC/AC變換器鄰域，由于拓撲結(jié)構(gòu)相對簡單，而且只能實現(xiàn)調(diào)壓，不能調(diào)頻，在很長的時間段內(nèi)被忽略。國外起步相對較早，但是也一直到二十世紀八十年代現(xiàn)代電力電子技術(shù)步入變頻器時代，有關(guān)交變斬波器的學術(shù)研究也才開始大量涌現(xiàn)。近年來國內(nèi)外學者研究發(fā)現(xiàn)串聯(lián)調(diào)整式交流斬波器有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，如交流穩(wěn)壓場合、調(diào)壓場合[1-3]。雖然在大功率應(yīng)用鄰域里，由于電力電子器件的耐壓限制，無法得到應(yīng)用。但是中小功率鄰域里，交流調(diào)壓器正在逐步壓縮傳統(tǒng)工頻變壓器的生存空間。

1 交流斬波調(diào)壓原理

斬控式交流調(diào)壓電路的原理圖如圖1所示，圖中V1、V2、VD1、VD2構(gòu)成一雙向可控開關(guān)。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。用V1、V2進行斬波控制，用V3、V4給負載電流提供續(xù)流通道。設(shè)斬波器V1、V2導(dǎo)通的時間為ton，開關(guān)周期為T，則導(dǎo)通比α = ton/ T。和直流斬波電路一樣，也可以通過改變α來調(diào)節(jié)輸出電壓。

圖2所示給出了電阻負載時斬控式交流調(diào)壓電路的波形?？梢钥闯觯娫措娏鱅1的基波分量是和電源電壓U1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。

圖1 電阻負載時斬控式交流調(diào)壓電路

圖2 電阻負載時斬控式交流調(diào)壓電路波形

2 串聯(lián)調(diào)整式交流斬波器主電路結(jié)構(gòu)

圖3所示即為串聯(lián)調(diào)整式交流斬波器的主電路圖，虛線框里的是雙向降壓交流斬波器，后面部分是通過串聯(lián)變壓器進行補償調(diào)壓。雙向電力電子開關(guān)T1、T2、T3、T4構(gòu)成交流雙向降壓變壓器，其中雙向斬波電子開關(guān)是T1、T2，雙向續(xù)流開關(guān)是T3、T4。續(xù)流電路由R1和C2組成。D1和D2是瞬態(tài)電壓抑制二極管，瞬態(tài)電壓抑制二極管在主電路中起保護作用，防止電路中電壓過高。C1是輸入濾波電容，L1和C2是輸出濾波器。S1、S2、S3是繼電器觸點，其中S1、S2是同一個繼電器上的兩個不同的觸點，S1、S2是同時動作分別來控制變壓器繞組的正接和反接。在開關(guān)切換過程中會因為變壓器原邊開路導(dǎo)致變壓器副邊感應(yīng)很高的電壓，在觸點閉合時會產(chǎn)生很大的沖擊電流會損壞電路中的其他的原件，觸點S3在觸點S1和觸點S2動作之前必須將變壓器原邊繞組短接。

圖3 串聯(lián)調(diào)整式交流斬波器主電路結(jié)構(gòu)

3 主電路原理圖及補償穩(wěn)壓原理

圖4 穩(wěn)壓電路原理框圖

穩(wěn)壓電路原理框圖如圖4所示，補償變壓器二次繞組串聯(lián)在主電路中，一次繞組由雙向BUCK變換器提供一個補償電壓。電網(wǎng)電壓ui、補償電壓uT、輸出電壓u0均為工頻。當ui與uT同相時，；當ui與uT反相時，u0= ui—uT。當電網(wǎng)電壓ui變化時，調(diào)節(jié)uT的大小以及與ui的相對極性即可保證u0的恒定。

之所以選擇此串聯(lián)型補償調(diào)壓方式，主要是因為補償式調(diào)壓器輸出為正弦波無諧波干擾，它的變壓器容量僅為需要調(diào)節(jié)的部分的容量，因此可用較小的容量控制較大的容量輸出，輸出效率高，調(diào)節(jié)方便，過載能力強，很適合在大中功率場合下應(yīng)用[5]。

4 系統(tǒng)模型及其仿真

圖6(a)波形為交流電壓源通過IGBT管1的輸入電壓波形圖。圖6(b)波形為交流電壓源通過IGBT管2的輸入電壓波形圖。圖6(c)波形為交流電壓源通過IGBT管3的輸入電壓波形圖。圖6(d)波形為交流電壓源通過IGBT管4的輸入電壓波形圖。圖6(e)為交流電壓源輸入電壓波形，波形為正弦波，幅值為220V。

圖6 系統(tǒng)仿真結(jié)果圖

圖7 系統(tǒng)仿真結(jié)果圖

圖7(a)為輸出負載電流波形圖，波形為正弦波，幅值為5A。圖7(b)為輸出負載電壓波形圖，波形為正弦波，幅值為160V。圖7(c)為輸出斬波器的電壓波形圖，波形為正弦波，幅值為220V。

5 總結(jié)

通過各種類型的電力變換裝置如將一種頻率、電壓、波形的電能轉(zhuǎn)換成另一種頻率、電壓、波形的電能，這些變換裝置和系統(tǒng)加入是以獲得最大的技術(shù)經(jīng)濟效益為目的的。AC/AC調(diào)壓作為電力電子中的一個分支，是目前技術(shù)發(fā)展的熱點之一，具有極大的理論研究和實際應(yīng)用價值。本文研究了一種串聯(lián)調(diào)整式交流斬波器電路結(jié)構(gòu)，用Matlab/simulink對主電路做了仿真，驗證了此電路結(jié)構(gòu)的可行性。

引文

①陸超.一種新穎的雙升壓/雙降壓式AC/AC變換器[J].電力電子技術(shù),2013,07.

②楊海明.電容降壓式電路的設(shè)計原理[J].信息技術(shù),2013,07.

③夏玲芳.一種五電平雙降壓式并網(wǎng)逆變器[J].電力電子技術(shù),2012,11.

④李鳳祥.基于模糊控制的全數(shù)字晶閘管交流調(diào)壓技術(shù)[J].電力電子技術(shù),2012-11-1.

⑤張忠.簡易實用的三相對稱交流調(diào)壓電路的設(shè)計與仿真[J].機械工程與自動化,2012.