交流凈化電源中等效電感的分析

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

關鍵詞：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，在各種交流穩壓電源中，采用正弦能量分配技術的交流凈化電源是一種新型的技術先進的穩壓電源。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角θ，來改變A、B間的等效電感量，從而起到穩定輸出電壓的作用。

在實際設計、制造過程中，如果知道A、B間的等效電感隨觸發角θ的變化情況，對設計出穩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和晶閘管構成的串聯電路等效為可變電感L，如圖2所示。

設加在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，　　現將uL1按傅立葉級數展開(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與晶閘管觸發角θ之間關系的近似計算公式。

　?。ň幷咦ⅲ捍耸脚c本刊總第11期有關文章中的推導結果不完全一致，設定的條件也不相同。）

3等效電感的實際應用

知道了等效電感的近似計算公式，在實際設計交流凈化電源時，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。

用網絡分析法，可得如下方程(5)(6)其中

　　而L與L1之間的關系由式（4）得出。

　　在負載為純阻性的情況下，有　　將以上關系式代入式（5）、（6）可以求得，(7)

由上式可知，要使輸出電壓保持穩定，在參數L1、L2、L3、C及負載R確定的情況下，當輸入交流電壓發生變化時，則Lx（實際上表現為晶閘管觸發角θ）亦相應要發生變化。

在實際設計時，根據式（4）和式（7）選擇合適的晶閘管觸發角θ及參數L1、L2、L3、C，有助于設計出不同功率、不同穩壓范圍的交流凈化電源，并使設計更加合理，更加穩定可靠。

4實驗結果分析

下面來驗證式（4）的可行性

現對一實用的3kVA交流凈化電源進行分析。該電源的主要參數為：

L1=60mH，L2=193mH，L3=21.4mH，C=20μF，R=16.1Ω，Uo=220V。

根據式（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壓器，實測出Ui與θ之間的數據如表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）經實驗證明是行之有效的。

5結語

運用傅立葉級數，并結合實際情況，推導出了交流凈化電源中等效電感L和晶閘管觸發角θ之間的關系式，并通過實驗進行了驗證。利用這個關系式，有助于設計出不同規格的交流凈化電源，并使設計更為合理可靠。

參考文獻

1鄭君里.信號與系統.北京:人民郵電出版社，1982