国网湖北省电力公司检修公司 常聚忠 王 抗 肖旭光

0 引言

在单相高频AC/AC变换器邻域，由于拓扑结构相对简单，而且只能实现调压，不能调频，在很长的时间段内被忽略。国外起步相对较早，但是也一直到二十世纪八十年代现代电力电子技术步入变频器时代，有关交变斩波器的学术研究也才开始大量涌现。近年来国内外学者研究发现串联调整式交流斩波器有着广泛的应用领域，如交流稳压场合、调压场合[1-3]。虽然在大功率应用邻域里，由于电力电子器件的耐压限制，无法得到应用。但是中小功率邻域里，交流调压器正在逐步压缩传统工频变压器的生存空间。

1 交流斩波调压原理

斩控式交流调压电路的原理图如图1所示，图中V1、V2、VD1、VD2构成一双向可控开关。其基本原理和直流斩波电路有类似之处，只是直流斩波电路的输入是直流电压，而斩控式交流调压电路的输入是正弦交流电压。用V1、V2进行斩波控制，用V3、V4给负载电流提供续流通道。设斩波器V1、V2导通的时间为ton，开关周期为T，则导通比α = ton/ T。和直流斩波电路一样，也可以通过改变α来调节输出电压。

图2所示给出了电阻负载时斩控式交流调压电路的波形。可以看出，电源电流I1的基波分量是和电源电压U1同相位的，即位移因数为1。另外，通过傅里叶分析可知，电源电流中不含低次谐波，只含和开关周期T有关的高次谐波。这些高次谐波用很小的滤波器即可滤除。

图1 电阻负载时斩控式交流调压电路

图2 电阻负载时斩控式交流调压电路波形

2 串联调整式交流斩波器主电路结构

图3所示即为串联调整式交流斩波器的主电路图，虚线框里的是双向降压交流斩波器，后面部分是通过串联变压器进行补偿调压。双向电力电子开关T1、T2、T3、T4构成交流双向降压变压器，其中双向斩波电子开关是T1、T2，双向续流开关是T3、T4。续流电路由R1和C2组成。D1和D2是瞬态电压抑制二极管，瞬态电压抑制二极管在主电路中起保护作用，防止电路中电压过高。C1是输入滤波电容，L1和C2是输出滤波器。S1、S2、S3是继电器触点，其中S1、S2是同一个继电器上的两个不同的触点，S1、S2是同时动作分别来控制变压器绕组的正接和反接。在开关切换过程中会因为变压器原边开路导致变压器副边感应很高的电压，在触点闭合时会产生很大的冲击电流会损坏电路中的其他的原件，触点S3在触点S1和触点S2动作之前必须将变压器原边绕组短接。

图3 串联调整式交流斩波器主电路结构

3 主电路原理图及补偿稳压原理

图4 稳压电路原理框图

稳压电路原理框图如图4所示，补偿变压器二次绕组串联在主电路中，一次绕组由双向BUCK变换器提供一个补偿电压。电网电压ui、补偿电压uT、输出电压u0均为工频。当ui与uT同相时，；当ui与uT反相时，u0= ui—uT。当电网电压ui变化时，调节uT的大小以及与ui的相对极性即可保证u0的恒定。

之所以选择此串联型补偿调压方式，主要是因为补偿式调压器输出为正弦波无谐波干扰，它的变压器容量仅为需要调节的部分的容量，因此可用较小的容量控制较大的容量输出，输出效率高，调节方便，过载能力强，很适合在大中功率场合下应用[5]。

4 系统模型及其仿真

图6(a)波形为交流电压源通过IGBT管1的输入电压波形图。图6(b)波形为交流电压源通过IGBT管2的输入电压波形图。图6(c)波形为交流电压源通过IGBT管3的输入电压波形图。图6(d)波形为交流电压源通过IGBT管4的输入电压波形图。图6(e)为交流电压源输入电压波形，波形为正弦波，幅值为220V。

图6 系统仿真结果图

图7 系统仿真结果图

图7(a)为输出负载电流波形图，波形为正弦波，幅值为5A。图7(b)为输出负载电压波形图，波形为正弦波，幅值为160V。图7(c)为输出斩波器的电压波形图，波形为正弦波，幅值为220V。

5 总结

通过各种类型的电力变换装置如将一种频率、电压、波形的电能转换成另一种频率、电压、波形的电能，这些变换装置和系统加入是以获得最大的技术经济效益为目的的。AC/AC调压作为电力电子中的一个分支，是目前技术发展的热点之一，具有极大的理论研究和实际应用价值。本文研究了一种串联调整式交流斩波器电路结构，用Matlab/simulink对主电路做了仿真，验证了此电路结构的可行性。

引文

①陆超.一种新颖的双升压/双降压式AC/AC变换器[J].电力电子技术,2013,07.

②杨海明.电容降压式电路的设计原理[J].信息技术,2013,07.

③夏玲芳.一种五电平双降压式并网逆变器[J].电力电子技术,2012,11.

④李凤祥.基于模糊控制的全数字晶闸管交流调压技术[J].电力电子技术,2012-11-1.

⑤张忠.简易实用的三相对称交流调压电路的设计与仿真[J].机械工程与自动化,2012.