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　　斬控式純正弦波交流調壓器的設計石理碧李春生2，王魯楊3，陳炯3（1.杭州市質量技術監督檢測院，浙江杭州310019；2.安徽阜陽供電公司，安徽阜陽236000；3.上海電力學院，上海200090）控制方式原理，以及斬波頻率對輸出電壓波形的影響，同時給出了相應的非互補邏輯控制方式的電路。通過對上述電路的搭建和測試可知，該電路輸出交流電壓波形具有正弦度好、電壓穩定等優點。

　　通訊：陳炯（1977-），男，博士，副教授，浙江奉化人。主要研究方向為高壓電氣設備狀態監測，開關電源基金項目：上海市教委重點學科資助項目（51301）。

　　交流電壓調節器廣泛應用于電機啟動與調速，交流穩壓，調光等工業領域M.目前，對于交流調壓的方法有兩種：一是以交流變壓器為核心的調壓、降壓手段，包括多抽頭、自耦等，但存在體積大、調節精度低或有級調節、可靠性差等缺點；二是利用晶閘管相控的調壓器，但因其采用相控方式而導致功率因數低、諧波大、動態響應慢、濾波器體積大等缺點。

　　近年來，絕緣柵雙極結型晶體管（IGBT）因其性能優良而得到了廣泛的應用。IGBT的顯著優點是開關速度快、損耗小，所需驅動信號功率小，脈寬調制技術可借助高開關頻率降低諧波的優點，通過IGBT得到了的體現。采用IGBT實現交流電壓的斬波調節，替代傳統的基于半控型器件SCR的相控技術，大大改善了交流電壓調節器的性能。交流斬波控制調壓技術具有輸出功率因數僅取決于負載的功率因數、動態響應速度快、線性調壓范圍寬，以及輸入輸出電壓易于濾波高度正弦化等優點。

　　根據這些優點，本文在交流斬波調壓技術的基礎上，設計了一種交流調壓系統。整個系統采用DSP控制，大大簡化了控制核心系統的復雜程度，提高了控制的精度和速度，使輸出電壓高度正弦化，并使電網側和負載側的功率因數基本相同，實現了對輸出電壓和電流的控制。

　　1交流斬波技術的工作原理交流動態電壓調節電路的主電路由輸入濾波、開關電路和輸出濾波3部分組成，其結構如所示。

　　交流斬波調壓電路原理中，濾波電感Li和濾波電容Ci組成輸入濾波，對電網中的高頻分量進行吸收；雙向開關Si和由兩個IGBT共射極連接；電感用于存儲能量并將其傳遞到輸出端，濾波電容C2作為輸出濾波電路。

　　由可以看出，在理想斬波方式下，斬波開關Si，S2和續流開關S3，S4交替工作，每個開關周期分為斬波導通和續流階段。輸出電壓為：Um??輸入電壓峰值；（0輸入電壓的角頻率。

　　對U進行傅立葉分析可得：D??占空比。

　　可見，輸出電壓由輸入電壓的基波和高次諧波所組成。當開關頻率足夠高時，只要引入較小尺寸的輸入、輸出濾波器，即可將輸入電流、輸出電壓中的諧波完全消除，同時不改變系統的功率因數。此時，輸出電壓為：因此，可通過調整占空比，實現對輸出電壓的調節。

　　2交流斬波的控制方式交流斬波調壓控制方式與開關器件的工作模式有關，一般分為互補控制和非互補控制兩種。其中S1~S4為全控開關，一般用帶反并聯二極管的IGBT單元代替，S1和S2起斬波作用，S3和S4起續流作用。

　　2.1互補控制方式互補控制方式是指在一個開關周期內，斬波開關和續流開關必須有且只能有一個導通，要求驅動信號嚴格準確。由于電力電子器件開通和關斷都需要一定時間，如果不加處理，就會在過渡階段導致開關直通。因此，實際應用時必須在兩個控制信號之間添加控制死區，即在過渡期間時需要兩類開關同時關斷。但由于死區的存在，容易使感性電路產生大的瞬時電壓沖擊，需要增加一定功率的緩沖電路。這不僅會使波形畸變、效率降低，而且如何設計緩沖電路也是難點。

　　2.2非互補控制方式非互補控制方式是指按不同規律分別控制斬波開關和續流開關的工作狀態，避免出現互補控制中的直通所導致的短路現象，不需要或只需很小的緩沖電路即可。根據檢測負載電流與否，又分為無電流檢測和有電流檢測兩類。在無電流檢測非互補控制方式的情況下，可以避免出現直通現象。但當輸入電壓和輸出電流不同相時，該控制方式存在失控現象，即輸出電壓不是斬波波形。失控區的存在使輸出電壓包含較明顯的3次和5次等低次諧波。而在有電流檢測的非互補控制方式的情況下，當電壓和電流不同相時，續流開關也做斬波工作，這樣雖然消除失控現象，但控制較復雜。

　　3交流斬波調壓器的設計根據上述交流斬波的原理，本文采用非互補控制方式對其進行控制，可使系統的諧波分量變小，并消除系統的失控區。整個系統由交流斬波電路、信號處理電路、邏輯控制電路和濾波電路組成，其原理結構如所示。

　　交流調壓器的原理由可以看出，整個系統的工作過程分為以下5個步驟：是對交流信號進行濾波，濾出電網中的高頻分量；二是對電壓波形進行測量，并將交流信號送到調壓電路，利用斬波原理對交流電壓進行斬波；三是利用輸出濾波電路對其輸出的斬波信號進行濾波，濾除高頻分量，從而在負載上得到完整的正弦波電壓信號，并對負載上的電流進行測量；四是將測得的電流信號送入DSP系統中，與基準信號進行對比，輸出合理的PWM信號，將其送入邏輯控制電路；五是邏輯控制電路根據輸入的PWM信號、電壓信號和電流信號，輸出合理的非互補式控制方式的控制信號，經IGBT的驅動電路對其進行驅動，終實現交流斬波。

　　3.1主電路分析由可以看出，交流斬波主電路的輸出電壓波形受斬波頻率大小的影響。為了了解其影響的程度，本文采用PSPICE軟件對其進行了仿真分析。分別為斬波頻率為5kHz，10kHz，20kHz下的輸出電壓波形。

　　由可以看出，在電路其他參數不變的條件下，隨著斬波頻率的上升，其輸出電壓的波形質量越來越高，并且其輸出電壓的效率也在增加。因此，在制作交流斬波調壓系統的過程中，可選擇較大的斬波頻率。

　　3.2控制邏輯電路的設計在本設計中，對開關采用非互補方式進行控制，從而消除失控現象，這就需要對續流支路進行相應的斬波控制。為使系統更加可靠，本系統采用?路PWM波，并通過邏輯電路實現對4個IGBT的控制，其控制電路和波形見和。

　　中的U和I的曲線分別代表電壓、電流經過零比較后的曲線，1，S2，S3，S4的波形分別為IGBT1，IGBT2，IGBT3，IGBT4的控制信號波形。從控制波形可以看出，本文所設計的邏輯控制系統消除了斬波過程中的盲區，實現了整體斬波。

　　（下轉第352頁）時的時間耗費和空間耗費都較少，性能較好。另外，資源獲取的時間耗費，與采用不同的資源表述方式進行序列化和反序列化所耗費的時間大小，以及序列化結果的空間大小有定的關系。

　　4結論資源多重表述是REST的基本原則之一。

　　不同的資源表述方式對于資源訪問有著性能差異。在本文所設計的書店REST服務應用中，對于書列資源，以二進制字節碼作為序列化結果的資源表述方式在資源獲取時的時間耗費較少，性能較好。

　　選擇不同的資源表述方式不僅需要考慮客戶端應用的需要，也應考慮其性能指標。使用二進制字節碼作為序列化結果的資源表述方式在犧牲可讀性的同時可以提供更優的性能。