单相交流调压电路实验报告

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电力电子技术课程设计总结报告
题目：单相交流调压电路
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一、实验目的与要求
(1)加深理解单相交流调压电路的工作原理。

(2)掌握单相交流调压电路的调试步骤和方法。

(3)熟悉单相交流调压电路各点的电压波形。

(4) 掌握直流电动机调压调速方法
电力电子技术是专业技术基础课，做课程设计是为了让我们运用学过的电路原理的知识，独立进行查找资料、选择方案、设计电路、撰写报告、制作电路等，进一步加深对变流电路基本原理的理解，提高运用基本技能的能力，为今后的学习和工作打下良好的基础，同时也锻炼了自己的实践能力。

二、实验设备及仪器
1、DT01B 电源控制屏
2、DT09 转速显示
3、DT15 交流电压表
4、DT14 直流电流表
5、DT20 电阻（900欧）
6、DT04 电阻（3000欧）
7、DT02 220V直流稳压电源
8、DDS12单相交流调压电路触发器
9、DD202 晶闸管、二极管、续流二极管、电感 10、导线若干 11、双踪示波器
三、实验线路及原理
1、主电路的设计
所谓交流调压就是将两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，在每半个周波内通过控制晶闸管开通相位，可以方便的调节输出电压的有效值。

交流调压电路广泛用于灯光控制及异步电动机的软启动，也用于异步电动机调速。

此外，在高电压小电流或低电压大电流之流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。

本次课程设计主要是研究单相交流调压电路的设计。

由于交流调压电路的工作情况与负载的性质有很大的关系，因此下面就反电势电阻负载予以重点讨论。

①电阻负载
图1、图2分别为电阻负载单相交流调压电路图及其波形。

图中的晶闸管VT1和VT2也可以用一个双向晶闸管代替。

在交流电源U2的正半周和负半周，
分别对VT1和VT2的移相控制角进行控制就可以调节输出电压
正、负半周α起始时刻（α=0），均为电压过零时刻。

在tωα
=时，对VT1
施加触发脉冲，当VT1正向偏置而导通时，负载电压波形与电源电压波形相同；在tωπ
=时，电源电压过零，因电阻性负载，电流也为零，VT1自然关断。

在=+时，对VT2施加触发脉冲，当VT2正向偏置而导通时，负载电压波形tωπα
与电源电压波形相同；在2
=时，电源电压过零，VT2自然关断。

tωπ
当电源电压反向过零时，由于反电动势负载阻止电流变化，故电流不能立即为零，此时晶闸管导通角θ的大小，不但与控制角α有关，而且与负载阻抗角φ有关。

两只晶闸管门极的起始控制点分别定在电源电压每个半周的起始点。

稳态时，正负半周的相等，负载电压波形是电源电压波形的一部分，负载电流（电源电流）和负载电压的波形相似。

图1 电阻负载单相
图2 单相交流电压电路波形
②反电势电阻负载
图3、图4分别为反电势电阻负载单相交流调压电路图及其波形。

图中的晶闸管VT1和VT2也可以用一个双向晶闸管代替。

在交流电源U2的正半周和负半周，分别对VT1和VT2的移相控制角进行控制就可以调节输出电压。

图3 反电势电阻负载单相交流调压电路图图4 输入输出电压及电流波形图
=时，对VT1正、负半周α起始时刻（α=0），均为电压过零时刻。

在tωα
施加触发脉冲，当VT1正向偏置而导通时，负载电压波形与电源电压波形相同；
=时，电源电压过零，因电阻性负载，电流也为零，VT1自然关断。

在在tωπ
=+时，对VT2施加触发脉冲，当VT2正向偏置而导通时，负载电压波形tωπα
与电源电压波形相同；在2
=时，电源电压过零，VT2自然关断。

tωπ
当电源电压反向过零时，由于反电动势负载阻止电流变化，故电流不能立即为零，此时晶闸管导通角θ的大小，不但与控制角α有关，而且与负载阻抗角φ有关。

两只晶闸管门极的起始控制点分别定在电源电压每个半周的起始点。

稳态时，正负半周的相等，负载电压波形是电源电压波形的一部分，负载电流（电源电流）和负载电压的波形相似。

2 控制电路的设计
采用KC05移相触发器进行触发电路的设计。

KC05可控硅移相触发器适用于双向可控硅或两只反向并联可控硅的交流相位控制。

KC05驱动电路如图10所示。

KC05触发芯片具有锯齿波形好，移相范围宽，控制方式简单，易于集中控
制，有失交保护，输出电流大等优点，是交流调光，调压的理想电路。

KC05电路也适用于作半控或全控桥式线路的相位控制。

同步电压由KC05的15、16脚输入，在TP1点可以观测到锯齿波，RP1电位器调节锯齿波的斜率，Rp2电位器调节移相角度，触发脉冲从第9脚，经脉冲变压器输出。

调节电位器RP1，观察锯齿波斜率是否变化，调节RP2，可以观察输出脉冲的移相范围如何变化。

图10 KC05引脚图
图11单相交流调压触发电路原理图图12 各点波形图
图13 KC05内部结构图
C、KC05工作原理：
同步检测是由KC05内部的整流桥VD1一VD4和V1、V2组成。

脚l5、脚16接交流电源同步变压器，在同步电压正负两个半周内绝大部分时间几乎都能使V1、V2处于完全导通状态．只有在电网电压过零点附近．即小于三个PN结开启电压之和时，V1、V2才截止，由此来控制锯齿波电压的形成，由于二极管的钳位作用．脚15、脚16之间的电压为正负间隔出现的近似梯形波电压。

如图所示。

锯齿波形成环节由V3、VDZ1、V5、V6和V5发射极脚4的外接电容C1构成，依靠电容C1的充放电作用在它两端产生锯齿波电压。

同步电压过零时，V1、V2截止，V3、V5导通，向电容C1充电，由于充电时间常数很小，C1两端电压迅速充至VDZ1的稳压值8伏左右，作为锯齿波电压的峰值。

同步电压过零后，V1、V2导通，V3、V5截止，电容C1的电荷经V6恒流放电，形成锯齿波电压的下降沿，调节V6外接偏置电阻R1就能调整锯齿波电压的斜率。

锯齿波电压波形如图12所示。

脉冲移向环节由V8、V9、V10、VDZ2、V11组成。

V7、V8、V9为恒流源组成的差放电路，起比较放大作用。

移向电压接至KC05的脚6，当线性下降的锯齿波电压大于移向电压时，V8导通，V9、V10、VDZ2、V11截止。

当锯齿波电压小于移向电压时，V9、V10、VDZ2、V11导通，V11的导通经过脉冲形成环节产生脉冲输出。

脉冲形成环节由VD8、V12、VI3、VI4，脚13外接电容c2、脚l0外接电阻R2组成。

VI1截止时调整偏置电阻R2 使VI2导通，与此同时，C2经VD8、VI2充电，极性为左正右负。

当V11导通时，电容c2上的电荷以反压的形式加于VD8与VI2发射结两端，迫使VI2截止。

复合管VI3、VI4为输出驱动管在VI2截止期间，VI3基极为高电平，通过外接驱动电路触发双向晶闸管。

同时C2由15伏电源、R2、V11反向充电．脚l0端电压逐步上升，当该电压大于VD8和V12开启电压时，Vl2导通，VI3、VI4截止，输出脉冲终止。

调节时间常数R2、C2的大小就能获得合适的脉冲宽度。

KC05引脚相关电压波形如图12所示。

若将KC05的脚2与脚12相连，便组成了失交保护环节，所谓“失交就
是指一旦移相电压大于锯齿波电压峰值时(此时两电压不存在交点)．V9、V10、V11、VI2保持导通，V13 V14保持截止，电路无脉冲输出，电动机在较高的速度下骤然停止．对控制不利。

若将KC05的脚2和脚12相连，在电网电压过零时．vl、v2截止，V3、V4导通，V4导通时管压降加于VDZ2和V11的发射结两端，强迫使VIl截止，当电网电压过零后，VI、V2导通，V3、V4截止，VDZ2、V11导通，电容C2上预充电电压强迫使VI2截止，VI3、VI4导通．输出触发脉冲，因此．当移相电雎大于锯齿波电压峰值时，使晶闸管工作于全导通状态．电机在满电压下运行。

四、实验内容和方法
1. 电路调试
总电路图
图14
图15主电路部分放大电路图
按图14所示安装单相交流调压电路，然后从主电路的电枢回路输入端加入交流电压220V，励磁回路加220V直流电源，把交流调压电路触发电路的开关拨到“开”位置。

然后通电，调节触发电路的RP1，RP2，如果电机转动，说明交流调压电路工作正常。

2. 内容
连接好电路后，首先要检查电路连接是否正确，检查正确无误后才能开始通电，注意把触发电路的开关拨到“开”位置，然后通上点，观察各表的变化情况，也可用示波器测量各点的波形，看是否正确，如果表指示变化，电机也转，说明电路正确，调节触发电路的RP1,RP2可以调节触发角和触发脉冲的斜率，从而改变输入的有效值，改变电机转速。

五、实验数据处理
1. 实验数据如下表所示
组数转数（r/min）交流电压（V）直流电压（V）
1 50 121 68.5
2 125 134 82.5
3 250 155 106.5
4 380 174 131
5 560 17
6 162
6 780 219 198
2. 整理并画出实验中记录下的各点波形。

实验波形如下图所示
1、单相交流调压电路触发器如图11各点波形
1、2点波形1、3点波形1、4点波形1、5点波形1、6点波形
第一组实验交流和直流电压波形第二组实验交流和直流电压波形
第三组实验交流和直流电压波形第四组实验交流和直流电压波形
5
第五组实验交流和直流电压波形 第六组实验交流和直流电压波形 由此可知，实验结果与理论分析与结果是一致的，()()παπππαπαωω-+==
⎰2sin sin 2212221U t d t U U 我们从公式中也能看出波形符合要求。

六、注意事项
在电感性负载下，不能用窄脉冲触发，否则ϕα<时会发生一只SCR 无法导通现象，输出电流出现很大的直流分量，会烧毁晶闸管和交流负载。

器件被触发导通的过程非常短暂,注意细心观察,详细记录
双踪示波器有两个探头,可同时观测两路信号,但这两探头的地线都与示波器的外壳相连,注意强弱电不共地，要不然容易烧毁示波器。

七、结论与心得
八、参考文献
【1】王兆安，刘进军.电力电子技术(第五版) 北京：机械工业出版社，2011年
【2】吴晓燕，张双选.MATLAB 在自动控制中的应用[M] 西安：西安电子科技大学出版社，2006
【3】周克宁、电力电子技术、北京：机械工业出版社，2004
【4】赵良炳、现代电力电子技术基础.北京：清华大学出版社，1999。