交流凈化電源中等效電感的分析

摘要：在設(shè)計新型交流凈化電源時，研究等效電感L和晶閘管觸發(fā)角θ之間的關(guān)系很有必要。本文探討了它們之間的關(guān)系，推導出它們之間的關(guān)系式。

關(guān)鍵詞：雙向晶閘管等效電感

Analysis of the Equivalent Inductance of the Clean AC Power Supply

Abstract: As a new clean AC power supply is designed,it is very necessary that know the relationship between the equivalent inductance “ L” and the triac turn－ on angle “ θ ” . In this paper,the relationship between them is analyzed,a calculation formular between them is derived.

Keywords: Triac, Equivalent inductance

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)先進的穩(wěn)壓電源。其典型的實用電路簡圖如圖1所示。

實際上，這種電路主要是通過改變晶閘管的觸發(fā)角θ，來改變A、B間的等效電感量，從而起到穩(wěn)定輸出電壓的作用。

在實際設(shè)計、制造過程中，如果知道A、B間的等效電感隨觸發(fā)角θ的變化情況，對設(shè)計出穩(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中實線所示。圖中θ為觸發(fā)角，在0～π之間變化。當θ=0時，晶閘管完全導通；當θ=π時，晶閘管完全截止。

uL1的表達式為，　　現(xiàn)將uL1按傅立葉級數(shù)展開(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，(3)

在實際設(shè)計交流凈化電源時，由于對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，所以在實際計算中，可以近似地將3次以上的諧波分量略去不計。故可近似認為

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)系的近似計算公式。

　　（編者注：此式與本刊總第11期有關(guān)文章中的推導結(jié)果不完全一致，設(shè)定的條件也不相同。）

3等效電感的實際應(yīng)用

知道了等效電感的近似計算公式，在實際設(shè)計交流凈化電源時，可將圖1等效為如圖4所示的去耦等效電路，使復雜的問題簡單化。

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及負載R確定的情況下，當輸入交流電壓發(fā)生變化時，則Lx（實際上表現(xiàn)為晶閘管觸發(fā)角θ）亦相應(yīng)要發(fā)生變化。

在實際設(shè)計時，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)計出不同功率、不同穩(wěn)壓范圍的交流凈化電源，并使設(shè)計更加合理，更加穩(wěn)定可靠。

4實驗結(jié)果分析

下面來驗證式（4）的可行性

現(xiàn)對一實用的3kVA交流凈化電源進行分析。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之間的理論計算值如表1中上格所示。

利用同步示波器和調(diào)壓器，實測出Ui與θ之間的數(shù)據(jù)如表1中下格所示。

表1VI與θ的理論與實測值

VI由表1可知，θ的理論計算值與實測值基本吻合，故等效電感L的計算公式（4）經(jīng)實驗證明是行之有效的。

5結(jié)語

運用傅立葉級數(shù)，并結(jié)合實際情況，推導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，并通過實驗進行了驗證。利用這個關(guān)系式，有助于設(shè)計出不同規(guī)格的交流凈化電源，并使設(shè)計更為合理可靠。

參考文獻

1鄭君里.信號與系統(tǒng).北京:人民郵電出版社，1982