【文章內(nèi)容簡介】 種復(fù)合概念的斬波器。前面介紹的 電流可逆 斬波電路是由不 同的基本斬波電路組合而成的。與此不同，多相多重?cái)夭娐肥窃陔娫春拓?fù)載之間接入多個結(jié)構(gòu)相同的基本斬波電路而構(gòu)成的。一個控制周期中電源側(cè)的電流脈波數(shù)稱為斬波電路的相數(shù)，負(fù)載電流脈波數(shù)稱為斬波電路的重?cái)?shù)。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 7 圖 三相三重?cái)夭娐? 圖 所示為三相三重降壓斬波電路。該電路相當(dāng)于由三個降壓斬波電路單元并聯(lián)而成，總輸出電流為三個斬波電路單元輸出電流之和，其平均值為單元輸出電流平均值的三倍。而三個單元電流的脈動幅值互相抵消，使總的輸出電流脈動幅值變得很小。多相多重?cái)夭娐返目傒敵鲭娏髯畲竺}動率（即電流脈動幅值與電 流平均值之比）與相數(shù)的平方成反比，且輸出電流脈動頻率提高，因此多相多重?cái)夭娐泛蛦蜗鄶夭娐废啾?，在輸出電流最大脈動率一定時，所需平波電抗器的總重量大為減輕。 工作原理 與數(shù)量關(guān)系 當(dāng)上述電路電源公用而負(fù)載為三個獨(dú)立負(fù)載時，則為三相一重?cái)夭娐?，而?dāng)電源為三個獨(dú)立電源，向一個負(fù)載供電時，則為一相三重?cái)夭娐贰? 此時，電源電流為合可控開關(guān)的電流之和，其脈動頻率為單個斬波電路時的三倍，諧波分量比單個斬波電路時顯著減小，且電源電流的最大脈動率也是與相數(shù)的平方成反比。這使得由電源電流引起的感應(yīng)干擾大大減小 ，若需濾波，只需接上簡單的 LC 濾波器就可充分防止感應(yīng)干擾。 多相多重?cái)夭娐愤€且有備用功能，各斬波電路單元可互為備用，萬一斬波單元發(fā)生故障，其余各單元可以繼續(xù)運(yùn)行，使得總體的可靠性提高。 由于多相多重電路 由三個降壓斬波電路單元并聯(lián)而成 所以數(shù)量關(guān)系可由 節(jié)中降壓斬波電路數(shù)量關(guān)系得到。 MATLAB 建模與仿真 分析 啟動 MATLAB ，進(jìn)入 SIMULINK 后新建文檔，繪制電流可逆斬波 電路內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 8 仿真模型如圖 所示。雙擊各個模塊，在出現(xiàn)的對話框中設(shè)置相應(yīng)的電氣參數(shù)。 （ 1） 直流電壓源參數(shù)設(shè)置：直流電源電 壓為 200V。 （ 2） 電感、電阻參數(shù)設(shè)置： L1=L2=L3=5mH、 R=2Ω。 （ 3） 脈沖發(fā)生器模塊（ Pulse）的參數(shù)設(shè)置：振幅為 1V，頻率為 1kHz(即周期為 )、脈沖寬度為 20。 三個驅(qū)動信號相位差依次相差120176。（即相差 ）。 圖 三相三重?cái)夭娐贩抡婺Ｐ? 設(shè)置好各元件參數(shù)后，將 MATLAB 工具欄中的仿真時間設(shè)為 ，最終顯示的是 ～ 的電路波形，此時電路基本接近穩(wěn)態(tài)。 單擊工具欄的 按鈕進(jìn)行仿真。雙擊示波器模塊，得到仿真結(jié)果如圖 所示。 波形圖由上到下依 次為驅(qū)動信號 3， L L L3 電流 ，輸出 電壓 、電源電流。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 9 1012u G E 1 / u G E 2 / u G E 3 1 0010203040i L 1 / i L 2 / i L 32 1 . 8 1 . 6 1 . 4 1 . 2 1 0 . 8 0 . 6x 1 010203040O u t p u t v o l t a g e / S o u r c e c u r r e n t圖 三相三重?cái)夭娐贩抡娌ㄐ? 從圖 中可以看出， 總輸出電流為三個斬波電路單元輸出電流之和，其平均值為單元輸出電流平均值的三倍。而三個單元電流的脈動幅值互相抵消，使總的輸出電流脈動幅值變得很小。 與理論分析相符，驗(yàn)證了仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 10 第二章 單端正激電路 主電路結(jié)構(gòu) 單端正激電路實(shí)際上就是一個帶隔離變壓器的 Buck 變換電路，圖 所示 為 單端正激變換器 。其中 Ui 加 一直流電源以提供能量， VD1 是 輸出整流二極管、 VD2 是續(xù)流二極管、 L 和 C 是輸出濾波電感和濾波電容。隔離變壓器有三個繞組，原邊繞組 W1，匝數(shù) N1；副邊繞組 W2，匝數(shù) N2；復(fù)位繞組 W3， 圖 單端正激變換器 匝數(shù) N3。繞組中標(biāo) 有 “ ?”的一端為同名端。 VD3 是復(fù)位繞組 W3 的 串聯(lián) 二極管。通過圖中的開關(guān) S 周期 性的開通與關(guān)斷來控制電路。 工作 原理 與數(shù)量關(guān)系 開關(guān) S 開通后， 電源電壓 Ui 加在 N1 上， 一次繞組 N1 的電流 i1 線性上升。 變壓器繞組 W1 兩端的電壓為上正下負(fù)，與其耦合的 W2 繞組兩端的電壓也是上正下負(fù)，因此 VD1 處于通態(tài)， VD2 為斷態(tài) ， 電感電流 iL=i1 向負(fù)載供電 。 開關(guān) S 關(guān)斷后， 三個繞組的電壓均反向： W2 的電壓下正上負(fù)使 VD1 關(guān)斷 、VD2 導(dǎo)通， iL 經(jīng) VD2 續(xù)流。 變壓器的勵磁電流經(jīng) N3 繞組和 VD3 流回電源，所以 S 關(guān)斷后承受的電壓為 式（ 21） 。 iS UNNu )1(31?? （ 21） 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 11 在開關(guān) S 開通后，由于 i1 由零開始線性增加，直到 S 關(guān)斷。所以必須保證在 S 關(guān)斷期間使 i1 的電流降到零，否則勵磁電流會在本周期結(jié)束時的剩余 值的基礎(chǔ)上不斷增 加，最終導(dǎo)致變壓器勵 磁電感飽和。損壞電路中的開關(guān)元件。 在正激電路中， 變壓器 的 磁芯復(fù)位很重要，磁芯復(fù)位過程見圖 。 圖 正激電路磁芯復(fù)位過程 變壓器變壓器 繞組 W3 和 VD3 組成復(fù)位電路使變壓器勵磁電流在 S 關(guān)斷期間流回電源，并逐漸的降到零。 從 S 關(guān)斷到繞組 W3 的電流降到零所需的時間 trst 見式（ 22）。 on13rst tNNt ? （ 22） S 處于關(guān)斷的時間必須大于 trst， 這就可得到占空比 D≤ Dmax= N1/（ N1+ N3） （ 23） 在輸出濾波電感電流連續(xù)的情況下，即 S 開通時電感電流不為零，輸出電壓與輸入電壓 關(guān)系 為 ： i12o DUNNU ? （ 24） 對于變壓器的設(shè)計(jì)，變比 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 12 DFUUDUUUNN ????0m in1m in2m in121μ (25) 式中， min1U 為 變壓 器一次側(cè)電壓最小值， min2U 為二次側(cè)電壓最小值 。 對于濾波電感與電容的設(shè)計(jì)，根據(jù)電路形式與電流文波的大小就可以確定出電感值。 由式（ 23）得 Dmax，再由（ 24）得到 0maxU ， 因?yàn)檩敵鲭娏鱅0 等于電感峰值電流，所以有： LTURU ON1m ax0 ? （ 26） 則 ， max01UTUL ON? （ 27） 在 L、 C 濾波電路中， 諧振頻率一般為開關(guān)頻率的 1/10～ 1/2，諧振頻率 (28) 在確定 L 后則可確定濾波電容 C 的值。 MATLAB 建模與仿真 結(jié)果 分析 啟動 MATLAB ，進(jìn)入 SIMULINK 后新建文檔，繪制 正激電路 仿真模型如圖 所示。雙擊各個模塊，在出現(xiàn)的對話框中設(shè)置相應(yīng)的電氣參數(shù)。 （ 1） 直流電壓源參數(shù)設(shè)置：直流電源電壓為 100V。 （ 2） 電感、電容、電阻參數(shù)設(shè)置： C=40μF、 L=1mH、 R=4Ω。 （ 3） 變壓器參數(shù)設(shè)置： UW1=100V、 UW2=100V、 UW3=100V。 （ 4） 脈沖發(fā)生器模塊（ Pulse）的參數(shù)設(shè)置：振幅為 1V，頻率為 20kHz(即周期為 )、脈沖寬度為 30。 設(shè)置好各元件參數(shù)后，將 MATLAB 工具欄中的仿真時間設(shè)為 3ms，最終顯示的是 ～ 3ms 的電路波形，此時電路基本接近穩(wěn)態(tài)。 單擊工具欄的 按鈕進(jìn)行仿真。雙擊示波器模塊，得到仿真結(jié)果 如圖 所示。 波形圖由上到下依次為開關(guān)管電壓、開關(guān)管電流、電感電流、勵磁電流和輸出電壓。 由圖 可知，變壓器的變比為 1:1，而脈沖發(fā)生器的占空比為 30%，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 13 通過公式（ 24）計(jì)算可知，輸出電壓應(yīng)為 100/100 30=30v，而由仿真波形圖看到的輸出電壓介于在 30v 左右，波形較為平滑。