调压电路

调压电路（共7篇）

调压电路 篇1

引言

交流调压电路是把两个晶闸管反并联后串联在交流电路中,通过对晶闸管触发角的控制就可以控制交流电力。这种电路不改变交流电的频率,在每半个周期内通过对晶闸管相位的控制,可以方便地调节输出电压的有效值。交流调压电路分为单相和三相交流调压电路,它广泛应用于电炉温度控制,台灯调光,舞台灯光控制,三相异步电动机调压调速和降压软启动,还常应用于供用电系统无功功率的连续调节等等。此外,在晶闸管相控整流电路中,高电压小电流可控直流电源常采用很多晶闸管串联,低电压大电流可控直流电源常采用很多晶闸管并联。这都是很不合理的,采用交流调压电路在变压器一次侧调压,其电压电流值都不太大也不太小,在变压器二次侧用二极管整流就解决问题了。这样的电路体积小,成本低,易于设计制造。签于此种情况,对交流调压电路进行了分析和仿真。

1 单相交流调压电路

如图1所示交流电源频率为50HZ,电压峰值为2202V初相为0的正弦波。晶闸管具有理想特性,负载为纯电阻。该电路已达稳态,同时忽略电路引线电感电容。T1和T2晶闸管在交流电源AC的正半周和负半周,分别对T1和T2的触发角a进行控制就可以调节输出电压。

当a=π/6,u=220 2 sin tw时,

由仿真图2得负载电压有效值U0=220*sqrt[1/2π*sin(π/3)+5/6];负载电流的有效值I0=U0/R功率因数λ=P/S=U0/U1=sqrt[1/2π*sin(π/3)+5/6];

由图2、图3比较得出随着触发角a的增加,单相交流调压电路输出电压及电流逐渐减少,功率因数λ逐渐减少。设计类似电路时,应注意:当a=0时λ=1;a=π时U0=0。

2 三相交流调压电路

根据三相电源与负载联结形式的不同,三相交流调压电路具有许多种形式,其中星形联结和支路控制三角形联结两种电路最常用,三相交流调压星形联结电路可分为三相三线和三相四线两种情况。下面讨论三相四线制电路,如图4所示,三相电源UA、UB、UC频率均为50HZ,电压峰值均为2202V,它们为对称的正弦波,纯电阻负载Y形联结,S0、S1、S2均为相等的值,晶闸管处以理想状态,忽略电路里的寄生电感电容,电路里UNO=0

当(1)-(6)式成立时,ω=100f且f=50HZ时,由图4可设条件,晶闸管VT1触发角a=π/3,晶闸管VT2触发角a=4π/3,晶闸管VT3触发角a=π,晶闸管VT4触发角a=2π,晶闸管VT5触发角a=5π/3,晶闸管VT6触发角a=2π/3.A相电流反向并进入正半波;原来导通的VT2由于VT1的导通承受反方向电压并进入关断状态。由仿真图5可以看出电路在自然换流时,

由计算得负载电阻的电压有效值较大,相应的电流却较小,而且晶闸管在换流瞬间脉冲电流较大,这将给电路带来很大的危害.我们把电阻负载换成三相变压器,由仿真图5知很好地解决了这个问题。当然在电路设计时,应注意中性线电流因为组成三相电路后,基波和三的整数倍次以外的谐波在三相之间流动,不经过零线.而三相的三的整数倍次谐波和基波是同相位的,不能在各相之间流动,全部流过零线,因此零线中会有很大的的三次谐波电流及其他三的整数倍次谐波电流,当触发角为90度时,零线电流甚至和各相电流的有效值相等,在选择导线和变压器时应注意这些问题。

3 结论

交流调压电路研究涉及到自动控制原理,电力电子技术,计算机控制与仿真等学科,是一个综合性研究课题.作者对单相和三相交流调压两种具体电路进行了分析计算,并有效地进行了计算机仿真,验证了分析和计算的正确性,同时提出了设计类似电路时应注意的一些问题,对于从事这方面研究具有一定的参考价值。

参考文献

[1]王兆安,黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2002.

[2]张旺.自动控制原理[M].北京:北京理工大学出版社,1993.

调压电路 篇2

本例介绍的温度控制器，具有SB260取材方便、性能可靠等特点，可用于种子催 芽、食用菌培养、幼畜饲养及禽蛋卵化等方面的温度控制，也可用于控制电热毯、小功 率电暖器等家用电器。

1．电路图 温度控制器电路如图7.116所示。

2．工作原理220V交流电压经Cl降压、VD，和VD。整流、C2滤波及VS稳压后，一路作为IC(TL431型三端稳压集成电路)的输入直流电压；另一路经RT、R3和RP分压后，为IC提供控制电压。在被测温度低于RP的设定温度时，NTC502型负温度系数热敏电阻器Rr的电阻值较 大，IC的控制电压高于其开启电压，IC导通，使LED点亮，VS受触发而导通，电热器 EH通电开始加热。随着温度的不断上升，Rr的电阻值逐渐减小，同时IC的控制电压也随之下降。当被测温度高于设定温度时，IC截止，使LED熄灭，VS关断，EH断电而停止加热。随后温 度又开始缓慢下降，当被测温度低于设定温度时，IC又导通，EH又开始通电加热。如此循环不止，将被测温度控制在设定的范围内。

电动机调压节能装置电路研究 篇3

根据国家技术监督局批准的强制性国家标准GB12487—90《三相异步电动机经济运行》要求:对于已安装运行的三相异步电动机, 必须按标准规定, 进行经济负载率的计算, 确定实际运行的负载率、功率和功率因数, 求取电动机的工作特性, 判断电动机是否经济运行, 是否需要采取更换、调速补偿、负载匹配等措施, 使电动机处于经济运行状态。企业要根据电动机的运行状态, 逐台确定电动机是否经济运行。本装置采用自动调节电动机的端电压的方法, 使电动机处于经济运行区内运行。

2 装置主电路

调压装置主要由刀开关、断路器、过流缺相保护器、滤波器、电子开关和单片机控制器等器件或部分组成, 如图1所示。装置首先将电动机运行负载率与各类经济运行区最低负载率进行比较, 在判断出电动机是处于何种运行状态后, 即可决定调压装置是否投入使用。如果在装置投入使用前, 电动机已经处于经济运行区, 则装置并不投入使用;若电动机处于综合经济运行区以下, 则装置开始工作, 调节电动机的端电压, 使其工作于经济运行区, 在达到经济运行区后, 保持电动机端电压不变。如果电动机所带负载变化引起电动机工作于经济运行区以外, 则装置通过自动调节电动机的端电压使电动机重新回到经济运行区, 从而达到节能的目的。

3 IGBT电子开关电路图选择

IGBT电子开关电路是调压装置的核心部分, 几种IGBT电子开关主电路的特点分析如下, 如图2所示。

(1) a图为反并联电路, 该电路中的IGBT正向承受电压为反向承受电压亦为它的输出电压及电流波形对称, 2个IGBT触发电路将没有公共点, 且适用于各种负载。

(2) b图为混合反并联电路, 该电路中的IGBT正向承受电压为反向承受电压为0, 它的输出电压及电流波形不对称, 有直流分量, 但使用的IGBT数量少, 触发电路简单。该电路仅适用于无变压器小容量场合。

(3) c图为二极管桥式电路, 该电路中的IGBT正向承受电压为反向承受电压为0, 它使用的IGBT数量少, 触发电路简单, 可以使用耐压较低的IGBT管, 但电路中的二极管有压降, 所以会增加损耗。该电路还要求选用关断时间比较短的管子。

(4) d图为混合桥式电路, 该电路中的IGBT正向承受电压为反向承受电压为0, 它的IGBT触发电路将有公共点, 它可以使用耐压较低的IGBT管, 但电路中的二极管有压降, 所以会增加损耗。

综合考虑, 本装置采用图3作为装置IGBT的电路形式。

4 IGBT栅极驱动电路的选择

IGBT对栅极驱动电路的基本要求有:

(1) 动态驱动能力强, 能为IGBT栅极提供具有陡峭前后沿的驱动脉冲。

(2) 开通时能向IGBT提供合适的正向栅源电压, 关断的时候可提供足够的反向关断栅压。

(3) 必须有足够的输出、输入电隔离能力, 用于隔离驱动电路和主回路。

(4) 输入、输出信号输出延迟时间短。

(5) 出现短路、过流的情况下, 能迅速发出过流保护信号, 供控制回路进行处理。

IGBT驱动器的正确选择和计算中经常有很多问题和不确定性, 这种情况出现的原因有一部分是因为IGBT模块本身的特性, 即在IGBT厂家参数数据表中的输入电容Ciss的数值与在实际使用中表现出的数值不相符。本设计根据能量选择驱动器, 所选的驱动器能够传递足够的所需能量, 驱动器最大的输出电流大于等于最大门极电流, 即大于420 m A。综合考虑, 选用瑞士CONCEPT公司的IGBT驱动板, 型号为6SD106EI-17。其结构图如图4所示。 (6SD106EI-17是6单元的可以驱动1 700 V IGBT的驱动板, 该结构图只画出了驱动板的1/3, 只表现了2个通道, 1个PWM振荡器。)

6 SD106EI-17能输出很大的峰值电流, 具有很强的驱动能力和很高的隔离电压的能力, 它有6个驱动通道, 适合驱动1 200 V和1 700 V的6个单管或3个半桥式的双单元IGBT模块, 能胜任不同驱动电流 (门极电流) 和不同驱动能量的IGBT要求, 能适用几乎所有的开关频率, 所有的调制模型, 可以控制从千瓦级到兆瓦级的电气部件。它的每个驱动器通道都把控制回路和主功率回路进行了电气隔离, 并且都有短路和过流保护电路功能来保护功率半导体器件, 还有工作状态输出电路来检测电路是否工作正常, 以便把状态信号传输给控制回路进行处理。它本身还包括驱动功能、反馈管理、状态确认、直—直逆变器的电源供应隔离和控制回路和电源部分所有电子信号的隔离功能。其中, 使用两极控制电压 (典型±15 V) 可使IGBT可靠的工作, 而负极门极电压可使IGBT免受干扰, 从而避免误触发情况的发生。该驱动板集成的为所有通道隔离而设计的小型变压器有很低的耦合电容, 最小的延迟时间 (约300~350 ns, 且正负极边缘的延迟是对称的, 在不同驱动通道间的延迟时间几乎没有差别) , 无信号畸变, 使用寿命长和显著的隔离性能, 能获得任意的所需电压的隔离。变压器的MTBF (故障可靠性) 比高质量光耦 (如较好的光纤) 好近200倍, 还可以同时传送驱动信息和状态确认这2个方向的信号。

6 SD106EI-17的部分参数如表1所示。

6SD106EI-17的工作模式的选择:

6SD106EI-17有2种工作模式, 即直接模式和半桥模式, 具体应用的模式靠模式选择端MOD来决定。本课题选用的是直接模式, 此时模式选择端MOD外接高电平VCC, 而死区时间为400 ns, 设置端RC1~RC6一定要同时接地。在直接模式中各个驱动通道间是相互独立的, In A和In B分别为2个通道的输入, SO1和SO2分别是2个通道的工作状态输出端。

5结语

调压电路 篇4

1 单相交流调压电路

1.1 单相交流调压电路的工作原理与应用

图1为单相交流调压电路原理图, 在交流电源u1的正半周和负半周, 分别对反并联的晶闸管VT1和VT2 (或者一只双向晶闸管) 的控制触发角α进行调节就可以改变输出电压。交流调压电路主要应用于灯光控制 (如舞台灯光控制和家用调光台灯) 、异步电动机软起动及调速等场合。在电力系统中, 还可用于对无功功率连续调节[3]。

1.2 单相交流调压电路仿真模型的建立及参数设置过程[4]

1) 在MATLAB7.0及以上版本的命令窗口下, 新建一个模型窗口, 命名为jlty;

2) 在电力电子 (Power Electronics) 模块组中, 调用两个标准晶闸管 (Detaild Thyristor) 到模型窗口中, 晶闸管参数设置为Ron=0.001Ω、Lon=0 H、Vf=0 V、RS=20Ω、CS=4.7e-06F, 命名为Thyristor和Thyristor1;

3) 在电源 (Electrical Sources) 模块组中, 调用一个交流电压源到模型窗口中, 电压幅值设为100 V、频率为50 Hz、初相位为0;

4) 在元件 (Elements) 模块组和连接器 (Connectors) 模块组中, 调用一个串联RLC元件和接地模块到模型窗口中, 打开参数设置对话框, 根据电阻性和阻感性负载分别设置相应的R、L;

5) 在测量元件 (Measurements) 模块组中, 调用一个电压和电流测量装置用来测量负载上的电压和电流;

6) 在输入源 (Sources) 模块组中调用两个脉冲发生器模型到仿真模型窗口中, 命名为Pulse、Pulse1, 并将其输出接到两个晶闸管的门极上。其参数设置为相位控制角Phase Delay (用时间表示) , 脉冲周期为0.02 s、脉冲宽度设置为脉宽的10%、脉冲高度为10;

7) 在完成前面的元件选取及参数设置后, 将各元件通过信号线适当连接, 得到如图2所示的单相交流调压电路的仿真模型[5]。

1.3 单相交流调压电路的仿真过程

仿真参数设置如下:仿真算法ode23tb、相对误差1e-03、仿真开始时间0、仿真停止时间0.06s。控制触发角α分别为60°、120°时Pulse模块对应的相位延迟时间为0.003 333 s和0.006 667 s。而触发反向晶闸管的脉冲相位延迟时间需要再增加半个周期 (0.01 s) , 即Pulse1模块对应的相位延迟时间为0.013 333 s和0.016 667 s。参数设置完毕后, 启动仿真, 仿真结果如图3所示。

从图3可以看出, 仿真波形与理论分析一致。

2 三相交流调压电路

2.1 三相交流调压电路的结构及应用

三相交流调压电路主要应用于三相交流负载的调压及TCR (Thyristor phase controlled reactor, 晶闸管控制电抗器) , 根据三相连接的不同, 三相交流调压电路具有多种形式, 本文以调压电路中最常见的星形连接无中线的形式来分析。

2.2 三相交流调压电路仿真模型的建立及参数设置过程

由于三相交流调压电路可看成三个单相交流调压电路的组合, 模型的建立及元件参数的选择与前述基本相同, 仅在电源和触发角设置上需要做以下调整:

1) 选择三个单相电源, 电压幅值设为100 V、频率为50 Hz、初相位为0、-120°、120°;

2) 选择六个脉冲发生器模型, 分别命名为Pulse1—Pulse6, 并将其输出接到六个晶闸管的门极上。其参数设置为相位控制角Phase Delay (用时间表示) , 脉冲周期为0.02 s、由于三相调压电路最少要有两个管子导通, 需设置成宽脉冲或双脉冲触发, 此处脉冲宽度设置为脉宽的20%、脉冲高度为10;

3) 通过信号线的适当连接后, 得到图4所示的三相交流调压电路模型。

2.3 三相交流调压电路的仿真过程

仿真参数设置如下:仿真算法ode23tb、相对误差1e-03、仿真开始时间0、仿真停止时间0.06 s。控制触发角α分别为30°、60°、120°时Pulse1模块对应的相位延迟时间为0.001 666 7 s、0.003 333 s和0.006 667 s。而Pusle2~6晶闸管的脉冲相位延迟时间需要依次增加60° (0.01/3 s) 。参数设置完毕后, 启动仿真, 仿真结果如图5~7所示。

从图5至7仿真波形可以看出:

1) α=0°~60°这个范围内, 电路处于三只晶闸管和两只晶闸管交替导通的状态, 因而输出的a相负载电压波形由uab/2、ua、uac/2交替构成, 每只晶闸管导通角度为θ=180°-α。

2) α=60°~90°这个范围内, 电路处于两只晶闸管一直导通的状态, a相负载电压波形由uab/2、uac/2交替构成, 每只晶闸管导通角度为θ=120°。

3) α=90°~150°这个范围内, 电路处于两只晶闸管导通和没有晶闸管导通的状态, a相负载电压波形仍由uab/2、uac/2交替构成, 每只晶闸管导通角度为θ=150°-α。

3 结论

通过对单相和三相交流调压电路建模及仿真分析, 可以得到如下结论[6]:

1) 电力电子变流电路类型多、波形复杂, 学生学习起来有一定难度。本文利用Simulink对电力电子技术中的交流调压进行了分析, 与采用常规分析方法所得到的输出电压波形及结果进行比较, 具有一致性, 从而验证了仿真结果的正确性。

2) 采用Matlab/Simulink对变流电路仿真分析, 避免了传统课堂教学中复杂的画图和分析过程, 仿真结果清晰、明了, 学生易于接受。

3) 应用Matlab/Simulink对电力电子电路进行建模仿真, 通过在仿真过程中灵活改变控制角和负载参数, 实时得到仿真波形和结果, 给电力电子技术的教学和研究工作提供了有力的帮助。

摘要：电力电子技术是本科高校电气信息类专业学生必修的一门专业基础课程, 由于变流电路类型多、波形图较复杂, 学生学习难度较大。本文应用Matlab中的Simulink仿真工具建立了单相交流调压和三相交流调压电路的仿真模型, 并对负载电压与控制角的关系进行了仿真分析。结果表明, 仿真波形与常规分析方法得到的结果具有一致性, 证实了Matlab软件在电力电子技术教学和研究中具有较好的应用价值。

关键词：Matlab/Simulink,电力系统工具箱,交流调压,仿真

参考文献

[1]王兆安, 刘进军.电力电子技术[M].第5版.北京:机械工业出版社, 2009.

[2]王辉, 武成慧.Matlab_Simulink在有源逆变电路教学中的应用[J].山西电子技术, 2014 (6) :34-35.

[3]叶予光, 王辉.电力电子技术[M].北京:中国电力出版社, 2012.

[4]黄忠霖, 黄京.电力电子技术的MATLAB实践[M]北京:国防工业出版社, 2009.

[5]程琼, 丁志林.单相斩控式交流调压电路的MATLAB仿真[J].实验科学与技术, 2012, 10 (5) :45-47.

单片机控制的交流调压器电路设计 篇5

调节电网电压的电路,有相控式交流调压和开关型交流调压。相控式交流调压,当控制角增大时,功率因数减小,电流中谐波的幅值增大。开关型交流调压,输出电压和电流的谐波含量较高,需要较大容量的滤波环节,输入功率因数较低。下面分析单片机控制的交流斩波调压电路,以便与同仁共享。

电路如图1所示。

1电路组成及作用

滤波元件:L1C1L2C2滤除输入电流、输出电压中的谐波分量。

开关器件晶闸管:VD1VD2通过控制电路的控制,实现比输入电源高得多的周期性频率的导通和关断。

交流电源:AC负载:R

单片机为核心的控制电路:(图2)

继电器输出的触发电路,配合电流、电压过零点检测电路,在单片机的控制下产生PWM脉宽调制信号触发晶闸管开关。

同步电源经过一个比较器LM339转换成同相的方波送入控制芯片进行过零检测,并以此产生的信号作为触发脉冲电路的同步信号。控制芯片产生的触发脉冲通过光耦隔离、放大,由继电器输出加到晶闸管的门极(G)和阴极(K)。电压给定信号Uref与电压反馈信号Uf由Dspic30f6014a自带的12位A/D进行模数转换,单片机根据给定信号的大小(开环工作模式)或PID的输出量(恒流、恒压、恒功率工作模式)通过计算得到SCR的导通角来实现对主电路的调压。

2电路原理

开关器件晶闸管:VD1VD2的导通和截止,有单片机输出到触发极上的PWM信号决定。单片机作为控制核心,根据负载需要的交流电压值,计算出PWM占空比,产生PWM波形,通过驱动电路控制开关功率管的导通和截止,输出需要的交流电压,使其稳定工作在该工作点上。当负载发生变化或者其他干扰使输出电压发生变化时,该系统偏离原来的稳定工作点,此时,单片机计算实际输出电压与设定电压的偏差,然后根据PI控制算法进行偏差控制,适当的调整占空比的大小,修改PWM波形,使输出稳定在新的工作点上。

通过数字控制技术,可以运用当今一些先进且成熟的控制策略从而实现良好的静、动态性能,具有精度高、开发周期短、良好的人机界面、并能实现通讯等许多优点,对于提高产品的性能,降低成本具有重大意义。

3电路优点

不易受电网电压影响,触发脉冲的对称较好,使输出负载电压正、负面积对称,无直流分量,且实时检测电路工作电压、电流值。开关频率足够高时,只要引入极小尺寸的输入、输出滤波器,就可以将输入电流、输出电压中的谐波几乎完全滤除。电源侧的功率因数总和负载侧相同。

该触发器控制精度优于1℃,变压器次端电压变化率优于0.1V。根据按键设置,可工作在电流负反馈或电压负反馈方式下,具有完善的保护功能,可时时显示负载的工作电压、电流、故障状态等。提高了电路的性能,同时可用于其他需要交流调压、调功的场合,具有很好的性能。

总之,单片机控制的交流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、高效化以及低污染的发展趋势,并将逐步取代晶闸管相控交流调压,新器件的发展将加速这一进程,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了高性价比产品,是一种经济型交流调压技术,具有很好的发展前景。

摘要：分析了单片机控制的交流调压器的电路组成、元件作用及电路工作原理,阐述了单片机控制的交流调压器的作用及优点。

关键词：交流调压,电网电压,谐波

参考文献

[1]王宜建,张桂玉.电力电子变频技术[M].北京:科技出版社,2009.

[2]赵俊生.电力电子技术[M].北京:中国铁道出版社,2013.

[3]任照富,李学平.单片机原理与应用项目化教程[M].北京:中国建材工业出版社,2013.

[4]丁艳华.三相电流型PWM整流器及其控制策略研究[D].南京:江苏大学,2010.

[5]卞萍萍.基于变频电源的PWM整流器研究[D].南京:江苏大学,2009.

调压电路 篇6

Math-works开发研制出的Simulink是动态系统仿真领域中应用相当广泛的仿真工具之一,数学、电力系统、通信、信号处理、自动控制、机械控制、金融、生物等领域的建模仿真都可以用到Simulink。它用模块组合的方法来使用户快速、准确的建立线性、非线性、连续、离散动态系统模型,并通过强大的图形显示和处理功能,将用户需观察的仿真结果准确的显示出来。本文的电力交流调压电路的建模仿真,主要用到的是Simulink里的电力系统(Powersys)工具箱,它专用于RLC电路、电力电子电路、电机传动控制系统和电路系统的仿真。

电力交流调压电路广泛应用于调压、调功、调温、调光和电动机的软起动、调速中,这些调压电路体积小、重量轻、成本低、电路简单、易于制造、可靠性高。一般采用三相交流调压电路。

本文在Simulink基础下,运用电力系统(Powersys)工具箱中的各种元件建立三相交流调压电路模型,该模型采用相位控制方式,它在不同控制角的触发下,进行电路中电压的变化研究,同时提出了同步六脉冲发生器在触发三相交流调压电路时的弊端,并给出了解决方案。

2 基于Simulink的电力系统工具箱

基于Simulink的电力系统工具箱中包含了各种交直流电源、大量的电气元器件和电工测量仪表等模型。利用这些模型可以模拟含电阻、电感、电容组成的电路,最重要的是它还可以模拟电力电子器件的开关、整流和逆变、变频等装置,以及电力系统运行和故障的各种状态。在电力电子电路和电力拖动控制系统的仿真中主要使用该工具箱的模型。在使用电力系统工具箱的模型时,模型必须连接在回路中,这就像搭建一个电路一样,在回路中流动的是电流,并且电流通过每个电气元器件时均相应的产生电压降。由电力系统工具箱中的模型构成的电路和系统可以和Simulink其他工具箱中的控制单元连接、组合成控制系统,研究和观察在不同控制方案下系统的各种响应问题。[1]

电力系统工具箱主要含有7个子模型库:电源(Electrical Sources)模型库,它包含本文所需的交流电源;电器元件(Elements)模型库,内有电路建模所需的变压器、电阻、电感、电容等;电机(Machines)模型库,提供各种电机模型;电力电子元件(Power Electronics)模型库,给出电力调压电路所需的电力电子开关模型;测量仪器(Measurements)模块库,该库中的模块用于电压、电流和阻抗的测量;另外还有应用模块库(Application Libaray)和其它电气模块库(Extra Library)。

3 三相交流调压电路模型

3.1 原理分析

根据三相电路联结的形式的不同,三相交流调压电路具有多种不同的形式。调压电路有星形联结形式、线路控制三角形联结形式、支路控制三角形连接形式、中点控制三角形联结形式等。而性能最好,用的最多的是星形联结形式的三相交流调压电路,其结构如图1所示。

该电路中三个正向晶闸管VT1、VT3、VT5的触发信号相差120°,三个反向晶闸管VT2、VT4、VT6的触发信号也相差120°。因此VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6的触发信号依次各差60°,同一相的两个触发信号相差180°。三相交流调压电路的触发信号控制角从各自的相电压过零点开始算起。触发电路采用双窄脉冲触发。

本文中三相调压电路的负载采用纯电阻负载,则触发角α的移相范围为0°~150°。其电路的工作范围可分为三段:[2]

1)0°≤α<60°:三管导通与两管导通交替,即输出的a相负载电压波形由交替构成。每管导通180°-α。但α=0°时一直是三管导通,得到的a相负载电压波形既为a相电源波形。

2)60°≤α<90°:两管交替导通,即输出的a相负载电压波形由交替构成。每管导通120°。

3)90°≤α<150°:两管导通与无晶闸管导通交替,即输出的a相负载电压波形由交替构成。导通角度为300°-2α。

3.2 建模

有了三相交流调压电路的原理分析,下面就可以运用Simulink中的电力系统工具箱中的模型进行建模。得到模型如图2所示。

模块的选择和参数设定是电路仿真的关键,图2中每个模块的名称、用途,及来自的模块库见表1。

几个主要的模块参数设置如下:

1)三相电Ua、Ub、Uc的幅值=100V,初相位分别为0°、120°、240°,频率=50Hz。

2)六个晶闸管中,设Ron=0.01Ω,Lon=0H,Uf=0.8V,Ic=0A,Il(擎住电流)=0A,Tq(关断时间)=0s,Rs=10Ω,Ls=4.7e-6F。其中m输出端用来作为测量晶闸管上的电压和电流的输出端。

3)三相负载设为R=1Ω,L=0H,C=inf(电阻负载)

4)同步六脉冲发生器设定频率为50Hz,脉宽为20%。该模块的alpha-deg端为触发角信号输入端,单位为度,其输入为30,则触发角应为30°;block端为触发器使能端,给该端施加零信号,则该模块可用,若该端施加大于零的信号,则模块的输出信号被封锁。[3]

5)设定仿真的开始时间0s,终止时间0.08s,选择ode23tb算法。

3.3 仿真结果分析

调压电路建模完成后,进行仿真,可得波形如图3、4、5所示。

从这个模型可看到,alpha-deg端的输入值比理论上需要的值小了30°,并且仿真不到控制角为0°时的波形。这是因为,同步六脉冲发生器是专门为三相桥式整流电路设计的。其alpha-deg端的输入值为0,实际对应的是调压电路控制角为30°时,因此用同步六脉冲发生器去触发三相调压电路,得不到0°-30°理论分析出的波形。而30°往后的调压波形,应该把alpha-deg端的输入值减30得到。为了从根本上解决这个问题,可以将建模电路的同步六脉冲发生器换为独立的脉冲发生器来实现,建模得到图6所示。

控制角为0°触发时,六脉冲pg1、pg2、pg3、pg4、pg5、pg6的相位延迟依次设为0、1/300s、2/300s、3/300s、4/300s、5/300s。控制角为30°触发时,六脉冲P1、P2、P3、P4、P5、P6的相位延迟依次设为1/600s、3/600s、5/600s、7/600s、9/600s、11/600s。依次类推,可得波形如图7、8所示。

4 结束语

电力调压电路的理论分析是比较复杂的,有时很难直观的得到结果,而用Simulink进行波形的仿真,可以任意改变仿真参数,在仿真时用Scope观察仿真波形,能实时、直观的观察结果。同时,在电路仿真研究过程中,适当的转换模型,能帮助我们准确的得到结论。因此,Simulink无疑是我们进行电路研究的有益工具。

摘要：文章在Simulink基础下,运用电力系统工具箱中的各种元件建立三相交流调压电路模型,并在不同控制角的触发下,对电路中电压的变化进行研究。同时提出了同步六脉冲发生器在触发三相交流调压电路时的弊端,并给出了解决方案。

关键词：Simulink,三相交流调压,建模,晶闸管

参考文献

[1]洪乃刚.电力电子和电力传动控制系统的MATLAB仿真[M].北京:机械工业出版社,2007:62-63.

[2]王兆安.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2007:117-118.

调压电路 篇7

随着经济的高速发展,用户对配电网的电压质量和可靠性都有了更高的要求,而配电网低电压问题却严重影响了用户的生产与生活[1]。2015年8月国家能源局发布了《2015—2020年配电网建设改造行动计划》,要求到2020年要基本消除配电网的长期低电压问题。有载调压变压器是稳定电网电压的有效措施之一,但是传统的机械式有载调压开关抽头切换时会产生电弧,且不宜进行频繁调压[2]。本文针对现阶段有载调压开关存在的问题,提出了一种基于大功率IGBT的有载调压开关结构,并给出了其执行结构硬件电路的详细设计方案。该结构用IGBT器件完全取代了机械触头式开关,解决了切换电弧和动作缓慢的问题,执行结构采用基于单片机技术的硬件电路,能够应对电网负荷波动主动进行电压调整,为实现配电变压器无弧有载调压奠定了理论基础。

1基于大功率IGBT的有载调压开关设计

图1为所提出的基于大功率IGBT的有载调压开关结构图,其中电力电子开关S1、S2和S4都由一个大功率IGBT与四个电力二极管构成,且与充放电型RC-D缓冲电路[3]并联以保护IGBT不被击穿。变压器抽头由电力电子开关连入电路,利用单片机控制IGBT的触发信号来切换变压器抽头,选择减少或增加一次侧有效绕组的匝数,从而调高或调低二次侧电压,使其稳定在规定范围内。

2基于大功率IGBT的有载调压开关执行结构硬件电路设计

为更好地进行配电网低电压治理,提升电网的供电质量,本文设计了基于单片机技术的有载调压开关执行结构硬件电路,能够在应对负荷波动时自动检测电压变化并进行电压调整,有效实现电压稳定。执行结构硬件电路由电源单元、启动单元、复位单元、过零检测单元、数据采集单元、单片机接口单元、IGBT触发单元等七部分组成[4],下面将进行详细介绍。

2.1电源单元

电源单元是有载调压开关执行结构正常运行的保证,其设计电路图如图2所示,根据需要合理设计电路参数可得到+5 V和+12 V的电源,以满足整个硬件电路供电要求。

2.2启动单元

启动单元是在变压器二次侧电压为零,电源单元无法提供硬件电路的工作电压时,给电路上电启动的单元。本文采用双向晶闸管作为启动单元的控制开关,连接在变压器一次侧100%抽头与中性点之间,其电路结构原理图如图3所示。

2.3复位单元

单片机工作时,由于其硬件和软件相结合的特点对外界干扰比较敏感,有时会出现程序混乱,陷入死循环的情况。复位单元也叫作看门狗技术,可以解决程序死循环问题,主要工作原理是:程序运行后看门狗进行计时,达到预设时间后,若正常工作,系统给看门狗复位,重新计时;如果程序处于混乱、死循环状态,则强制整个系统进行复位,使程序脱离死循环。本设计采用X25045与单片机构成看门狗电路。

2.4过零检测单元

为降低IGBT关断产生的过电压,选择在电压过零点进行IGBT的导通和关断操作,本文设计了如图4所示的电压过零检测单元电路,在电压过零点时给予单片机一个过零信号,以确保IGBT能够在过零点正常动作。

2.5数据采集单元

为采集变压器二次侧电压,本文设计了一个数据采集单元,实现对变压器二次侧电压的监测,其电路结构原理图如图5所示。

如图5所示,变压器输出电压经电压互感器T降压,再通过桥式整流电路将交流电压变为直流电压,然后通过电容C1滤波,C2稳压,最后将模拟信号经A/D转换芯片TLC2543转为数字信号输入单片机中,在转换芯片的输入端接了一个5 V的稳压管D1,以防止输入电压大于芯片所能承受的电压阈值。

2.6单片机接口单元

由于配电变压器有载调压开关每相需要控制的IGBT数目为8个,三相一共是24个,但单片机一共只有24个I/O接口,不能直接与IGBT控制端连接。本文采用锁存器74HC373作为接口电路,使得单片机能用较少的接口实现24个IGBT的完全控制。其工作真值表如表1所示。

根据74HC373工作真值表,可以通过控制锁存使能端来控制单片机触发信号的分配,即将P0口与三个74HC373的D0~D7口相连接,再用三个I/O口分别连接三个74HC373的锁存使能端LE,通过控制这三个I/O口来分配三相的控制信号,达到用较少I/O口完全控制IGBT的目的。

2.7 IGBT触发单元

IGBT与其控制电路分别位于变压器高、低压侧,为保证两者间的电气隔离,本文采用光纤触发的方案,触发信号由单片机产生,通过光纤发送器从变压器低压侧发出,由变压器高压侧的光纤接收器接收触发信号,根据信号控制IGBT的导通和关断,电路如图6所示。

3结语

本文提出了一种基于大功率IGBT的有载调压开关结构,并对其执行结构硬件电路进行了详细设计。该方案克服了传统有载调压开关切换电弧和响应缓慢等缺点,在应对负荷波动时能够自动检测电压变化并进行电压调整,有效实现电压稳定,有助于配电网低电压治理和提升供电质量。

摘要：有载调压变压器是治理配电网低电压问题的有效措施之一,但传统的机械式有载调压开关在电力系统不断发展的过程中暴露出诸多缺点。现提出一种基于大功率IGBT的有载调压开关结构,并给出了其执行结构硬件电路设计方案,该方案有着切换无电弧产生、响应速率快和维护成本低等优点,在应对负荷波动时能够自动检测电压变化并进行电压调整,有助于配电网低电压治理和提升供电质量。

关键词：配电网,低电压,大功率IGBT,有载调压开关,硬件电路

参考文献

[1]王金丽,段祥骏,李云江,等.配电网低电压产生原因与综合治理措施[J].供用电,2016,33(7):8-12.

[2]张德明.有载分接开关国内现状及其发展动向[J].变压器,2000,37(1):36-39.

[3]曲振江,左树萍,付媛媛.RDC缓冲电路的技术分析[J].高电压技术,2007,33(5):176-179.