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时间:2018-08-08
《斩控式交流稳压电源主电路参数设计中文》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、斩控式交流稳压电源主电路参数设计中文双向可逆PWM控制交流稳压电源主电路参数设计摘要:双向可逆PWM控制补偿型稳压电源具有稳压精度高、效率高、体积小等优点。但为了保证电源质量,主电路结构中电感、电容等参数的确定至关重要。通过对电路工作情况的分析,从滤波的角度出发,给出了主电路电感、电容等参数的详细计算公式,并举例计算。计算参数时,为减小体积,在满足要求时,滤波电感取小值,电容取大值;直流侧平波电容要按逆变时直流电压升高限幅来选取,为保持稳压精度,此电容尽可能取大值。关键词:补偿型稳压电源;PWM整流器;SPWM逆变器;滤波器1前言交流
2、稳压电源种类很多,但参数调整型、自藕调整型及全功率变换型[1]等电磁元件体积大或电压电流谐波较大,功率因数较低,因此在小容量范围内补偿型稳压电源具有技术优势。补偿型稳压电源是利用增加补偿环节实现输出电压的稳定,其优点是电路简单、补偿变压器容量小、稳压精度高、响应速度快。双PWM控制的交流稳压电源补偿功率双向流动,综合性能优异。随着微计算机处理速度越来越快成本越来越低,采用微计算机控制的双向可逆PWM控制稳压电源逐渐成为交流稳压电源设计的主流。2稳压电源主电路设计双向PWM控制的补偿型交流稳压电源的主要结构如图1所示,整流器和逆变器都采
3、用PWM控制方式。采用PWM整流器,可以使交流侧输入功率因数为1,不会产生低次谐波污染电网,直流侧输出稳定的直流电压,且幅值高于二极管不控整流得到的直流电压值,有利于后级逆变电路的工作。逆变器采用SPWM控制方式,可以输出波形良好的正弦波电压,与市电输入电压频率相同,相位一致或相差1800,通过补偿变压器与市电串联后得到额定输出电压。2.1稳压电源主电路结构稳压电源的主电路结构如图2所示,整流和逆变均采用单相全桥变换器,开关器件采用IGBT。补偿变压器T原边与逆变器输出端相连,副边串联在市电和负载之间。[2]PWM整流器电路中,Ls为
4、交流侧电感,Lf1和Cf1组成直流侧二次滤波器,电解电容Cd是直流侧平波电容。SPWM逆变器电路中,Lf2和Cf2组成输出滤波器,其输出通过补偿变压器T将补偿电压与输入电压串联。2.2功率流动分析补偿变压器T的同名端如图3中标示。当Ui?U0?Uc时,需要一个与电网电压反相的补偿电压Uc,作负补偿。由图示的输出电流I0的方向和Uc的极性可知,能量由变压器副边流向变压器原边,经过逆变器和PWM整流器反馈到电网,PWM整流器工作在逆变状态。同理,当Ui?U0?Uc时,作正补偿,能量由变压器原边流向变压器副边。当系统达到稳态,负载电压为额定
5、时,补偿电路处理的功率为?P?S0?S1?I0Uc2.3主电路参数计算2.3.1补偿变压器当输入电压的范围为Ui?UN?1??U?,则补偿变压器的容量为?Pmax??U?UNIN??U?U0NI0N(2)补偿变压器副边额定电压为?U?UN,原边电压为?U?UNk,k为补偿变压器变比。一般地,为留有一定裕量,逆变器直流侧电压要比输出的交流电压峰值高20%~30%。PWM整流直流侧电压为Ud,即输出交流电压应满足2VcN?1?30%??Ud(3)求得VcN?Ud?1.32?。则补偿变压器的匝比k?VcNcN?VcN?U?UN?(4)最终k
6、取整数值。2.3.2逆变器输出滤波器Lf和Cf组成逆变器输出端LC串联谐振滤波器[3],谐振频率为fL2?2?Lf2Cf2?。PWM逆变桥输出电压波中,各次谐波次数为n?c?k?[4]r,其中k为载波比,?c为载波频率,?r为工频信号波频率,n=1,3,5,…时,k=0,2,4,…;n=2,4,6,…时,k=1,3,4,…。各次谐波中幅值最高影响最大的是角频率为?c的谐波分量。因为载波频率fc要比基波频率大100倍以上,所以一般取载波频率的1/10为单调谐滤波器谐振频率,此时截止频率仍远大于工频基波频率。确定了谐振频率后,还要考虑逆变
7、器输出电流变化率。输出电流脉动值可以表示为:?I??Vi?Vc?MTcLf2(5)式中,Vi——逆变器输入电压,即逆变器直流侧电压值,Vi?Ud;Vc——逆变器输出电压;M——调制度;Tc——开关周期,即载波频率fc的倒数。载波比足够大时,可以近似有:M?Vci(6)在M?Vci?0.5时,输出电流脉动取得最大,则?Imax?ViTc?4Lf2?(7)逆变器输出电流纹波系数为?i,则?Imax??iImax??i2IN(8)从而有Lf2?kUdTc?42?iIN?(9)由逆变器直流侧电压值、载波频率、电流纹波系数、电源额定输出电流,可
8、以求出Lf2和Cf2的值。输出电流纹波系数一般取?i?0.2。2.3.3整流器交流侧电感为了改善PWM整流系统动态特性,并不受交流侧参数的影响,PWM整流多采用直接电流控制[5]。其中固定开关频率的直接电流控制,开关频率
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