单相交流调压电路

单相交流调压电路

一、工作原理

单相交流调压电路带组感性负载时的电路以及工作波形如下图所示。之所产生的滞后由于阻感性负载时电流滞后电压一定角度，再加上移相控制所产生的滞后，使得交流调压电路在阻感性负载时的情况比较复杂，其输出电压，电流与触发角α，负载阻抗角φ都有关系。当两只反并联的晶闸管中的任何一个导通后，其通态压降就成为另一只的反向电压，因此只有当导通的晶闸管关断以后，另一只晶闸管才有可能承受正向电压被触发导通。由于感性负载本身滞后于电压一定角度，再加上相位控制产生的滞后，使得交流调压电路在感性负载下大的工作情况更为复杂，其输出电压、电流波形与控制角ɑ、负载阻抗角φ都有关系。其中负载阻抗角

)

arctan(R wL =ϕ,相当于在电阻电感负载上加上纯正弦交流电压

时，其电流滞后于电压的角度为φ。为了更好的分析单相交流调压电路在感性负载下的工作情况，此处分φαφαφα<=>,,三种工况分别进行讨论。

（1）φα>情况

图1 电路图（截图）

图2 工作波形图φα>（截图）

上图所示为单相反并联交流调压电路带感性负载时的电路图，以及在控制角

触发导通时的输出波形图，同电阻负载一样，在i u 的正半周α角时，

i T 触发导通，输出电压o u 等于电源电压，电流波形o i 从0开始上升。由于是感性负载，电流o i 滞后于电压o u ，当电压达到过零点时电流不为0，之后o i 继续下降，输出电压o u 出现负值，直到电流下降到0时，1T 自然关断，输出电压等于0，正半周结束，期间电流o i 从0开始上升到再次下降到0这段区间称为导通角0θ。由后面的分析可知，在φα>工况下，ο180<φ因此在2T 脉冲到来之前1T 已关断，正负电流不连续。在电源的负半周2T 导通，工作原理与正半周相同，在o i 断续期间，晶闸管两端电压波形如图2所示。

为了分析负载电流o i 的表达式及导通角θ与α、φ之间的关系，假设电压坐标原点如图所示，在αω=t 时刻晶闸管T 1导通，负载电流i 0应满足方程

L

0Ri d d t

io

+=i u =i U 2sin t ω 其初始条件为： i 0|αω=t =0,

解该方程，可以得出负载电流i 0在α≤t ω≤θα+区间内的表达式为 i 0=

])sin()[sin()

(2tan /)(2φαωφαφωω-----+t i e t L R U .

当t ω=θα+时，i 0=0，代入上式得，可求出θ与α、φ之间的关系为 sin （θα+-φ）=sin （α-φ）e φθtan /-

利用上式，可以把θ与α、φ之间的关系用下图的一簇曲线来表示。

图3 θ与α、φ之间的关系曲线（截图）

图中以φ为参变量，当φ=00时代表电阻性负载，此时θ=180ο-α；若φ为某一特定角度，则当α≤θ时，θ=180 ο，当α>φ时，θ随着α的增加而减小。

上述电路在控制角为α时，交流输出电压有效值U

O

、负载电流有效值

U

o =U

iπ

θ

α

α

θ)

2

2

sin(

2

sin+

-

+

I

=2I

m ax

o I T

*

I

T

=2I

m ax

o I T*

式中，I

m ax

o

为当α=0时，负载电流的最大有效值，其值为

I m ax

o=

2

2)

(l

R

U

i

ω

+

I T*为晶闸管有效值的标玄值，其值为

I T*=φ

π

θ

φ

α

θ

π

θ

cos

2

)

2

cos(

sin

2

+

+

-

由上式可以看出，

I T*是α及φ的函数下图给出了以负载阻抗角φ为参变量

时，晶闸管电流标幺值与控制角

α的关系曲线。

图4 晶闸管电流标幺值与控制角α的关系曲线（截图）

当

α、φ已知时，可由该曲线查出晶闸管电流标幺值，进而求出负载电流有

效值I0及晶闸管电流有效值I T

。

（2）

α=φ情况

当控制角

α=φ时，负载电流i0的表达式中的第二项为零，相当于滞后电源电压φ角的纯正弦电流，此时导通角θ=1800，即当正半周晶闸管T1关断时，T2恰好触发导通，负载电流i0连续，该工况下两个晶闸管相当于两个二极管，或输入输出直接相连，输出电压及电流连续，无调压作用。

图5 α=φ情况下的输出波形

(3) φ

α<情况

在φα<工况下，阻抗角φ相对较大，相当于负载的电感作用较强，使得负载电流严重滞后于电压，晶闸管的导通时间较长，此时式仍然适用，由于φα<，

公式右端小于0，只有当ο180)(>-+φαθ时左端才能小于0，因此ο180>θ，如

图所示，如果用窄脉冲触发晶闸管，在α=wt 时刻1T 被触发导通，由于其导通角

大于180ο

，在负半周)(πα+=wt 时刻为2T 发出出发脉冲时，1T 还未关断，2T 因

受反压不能导通,1T 继续导通直到在)(πα+=wt 时刻因1T 电流过零关断时，2T 的窄脉冲

2

G u 已撤除，2T 仍然不能导通，直到下一周期1T 再次被触发导通。这样就

形成只有一个晶闸管反复通断的不正常情况，0i

始终为单一方向，在电路中产生

较大的直流分量；因此为了避免这种情况发生，应采用宽脉冲或脉冲列触发方式。

图6 窄脉冲触发方式（截图）

二、建模仿真

1．建立一个仿真模型的新文件。在 MATLAB 的菜单栏上点击 File ，选择 New ，再在弹出菜单中选择 Model ，这时出现一个空白的仿真平台，在这个平台上可以绘制电路的仿真模型。

2.在simulink 菜单下面找到simpowersystems 从中找出所需的晶闸管，交流电源，电压表，电流表，示波器，阻感负载等。

3.将找到的模型正确的连接起来，如7所示