1引言
目前,在各種交流穩(wěn)壓電源中,,采用正弦能量分配技術(shù)的交流凈化電源是一種新型的技術(shù)先進(jìn)的穩(wěn)壓電源,。其典型的實(shí)用電路簡(jiǎn)圖如圖1所示。
實(shí)際上,,這種電路主要是通過(guò)改變晶閘管的觸發(fā)角θ,,來(lái)改變A、B間的等效電感量,,從而起到穩(wěn)定輸出電壓的作用,。
在實(shí)際設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中,,如果知道A,、B間的等效電感隨觸發(fā)角θ的變化情況,對(duì)設(shè)計(jì)出穩(wěn)定可靠的電源是很有幫助的,。為此,,有必要分析一下A、B間的等效電感量是如何隨觸發(fā)角θ變化的,。
圖1交流凈化電源典型實(shí)用電路
圖2等效電路示意圖
2等效電感的分析
將由電感L1和晶閘管構(gòu)成的串聯(lián)電路等效為可變電感L,,如圖2所示,。
設(shè)加在L1兩端的交流電壓為
uL=Umsinβ
則電感L1上的電壓波形uL1如圖3中實(shí)線所示,。圖中θ為觸發(fā)角,在0~π之間變化,。當(dāng)θ=0時(shí),,晶閘管完全導(dǎo)通;當(dāng)θ=π時(shí),,晶閘管完全截止,。
uL1的表達(dá)式為, 現(xiàn)將uL1按傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)(ancosnβ+bnsinnβ)(1)
上式中=0(n=0,1,2,…)
圖3電感L1上的電壓波形
圖4交流凈化電源去耦等效電路
故式(1)可表示為(2)
上式中
(n=3,5,7,…)n=1時(shí),,(3)
在實(shí)際設(shè)計(jì)交流凈化電源時(shí),,由于對(duì)3次和5次諧波都加有濾波電路,而7次以上的諧波分量很小,,所以在實(shí)際計(jì)算中,,可以近似地將3次以上的諧波分量略去不計(jì)。故可近似認(rèn)為
uL1≈b1sinβ
又,,由于IL1=IL,,因此即則(4)
式(4)即為表征等效電感L與晶閘管觸發(fā)角θ之間關(guān)系的近似計(jì)算公式。
?。ň幷咦ⅲ捍耸脚c本刊總第11期有關(guān)文章中的推導(dǎo)結(jié)果不完全一致,,設(shè)定的條件也不相同,。)
3等效電感的實(shí)際應(yīng)用
知道了等效電感的近似計(jì)算公式,在實(shí)際設(shè)計(jì)交流凈化電源時(shí),,可將圖1等效為如圖4所示的去耦等效電路,,使復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化。
用網(wǎng)絡(luò)分析法,,可得如下方程(5)(6)其中
而L與L1之間的關(guān)系由式(4)得出,。
在負(fù)載為純阻性的情況下,有 將以上關(guān)系式代入式(5),、(6)可以求得,,(7)
由上式可知,要使輸出電壓保持穩(wěn)定,,在參數(shù)L1,、L2、L3,、C及負(fù)載R確定的情況下,,當(dāng)輸入交流電壓發(fā)生變化時(shí),則Lx(實(shí)際上表現(xiàn)為晶閘管觸發(fā)角θ)亦相應(yīng)要發(fā)生變化,。
在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí),,根據(jù)式(4)和式(7)選擇合適的晶閘管觸發(fā)角θ及參數(shù)L1、L2,、L3,、C,有助于設(shè)計(jì)出不同功率,、不同穩(wěn)壓范圍的交流凈化電源,,并使設(shè)計(jì)更加合理,更加穩(wěn)定可靠,。
4實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
下面來(lái)驗(yàn)證式(4)的可行性
現(xiàn)對(duì)一實(shí)用的3kVA交流凈化電源進(jìn)行分析,。該電源的主要參數(shù)為:
L1=60mH,L2=193mH,,L3=21.4mH,,C=20μF,R=16.1Ω,,Uo=220V,。
根據(jù)式(4)和式(7)可算出,Ui與θ之間的理論計(jì)算值如表1中上格所示,。
利用同步示波器和調(diào)壓器,,實(shí)測(cè)出Ui與θ之間的數(shù)據(jù)如表1中下格所示。
表1VI與θ的理論與實(shí)測(cè)值
198V | 220V | 253V | |
---|---|---|---|
理論計(jì)算值 | 104° | 122° | 137° |
實(shí)測(cè)值 | 105° | 124° | 139° |
VI由表1可知,,θ的理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值基本吻合,,故等效電感L的計(jì)算公式(4)經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明是行之有效的,。
5結(jié)語(yǔ)
運(yùn)用傅立葉級(jí)數(shù),并結(jié)合實(shí)際情況,,推導(dǎo)出了交流凈化電源中等效電感L和晶閘管觸發(fā)角θ之間的關(guān)系式,,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。利用這個(gè)關(guān)系式,,有助于設(shè)計(jì)出不同規(guī)格的交流凈化電源,,并使設(shè)計(jì)更為合理可靠。