基于matlab的单相交流调压电路的设计与仿真

目录

前言 (2)

1.主电路设计 (3)

1.1.设计内容及技术要求 (3)

1.2设计内容 (3)

1.3.工作原理 (3)

1.4.建模仿真 (9)

2.仿真 (11)

2.1.电阻性负载仿真波形 (11)

2.1.1.波形分析 (16)

2.2.阻感性负载（H=0.01） (16)

2.2.1.波形分析 (20)

2.3.阻感性负载（H=0.1） (20)

2.3.1.波形分析 (23)

3.触发电路的设计 (23)

4.保护电路的设计 (25)

4.1过电压的产生及过电压保护 (25)

4.2.晶闸管的过电流保护 (26)

5．设计体会 (27)

参考文献 (28)

前言

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，交流调压电路可以带电阻性负载，也可以带电感性负载，如感应电动机或其它电阻电感混合负载等。交流调压电路是采用相位控制方式的交流电力控制电路，通常是将两个晶闸管反并联后串联在每相交流电源与负载之间。在电源的每半个周期内触发一次晶闸管，使之导通。与相控整流电路一样，通过控制晶闸管开通时所对应的相位，可以方便的调节交流输出电压的有效值，从而达到交流调压的目的。其晶闸管可以利用电源自然换相，无需强迫关掉电路，并可实现电压的平滑调节，系统响应速度较快，但它也存在深控时功率因数较低，易产生高次谐波等缺点。交流调压电路主要应用在电热控制、交流电动机速度控制、交流稳压器等场合，主要有灯光调节，温度调节（如工频加热、感应加热、需控制的家用电器等），泵及风机等异步电动机的软起动，交流电机的调压调速，随电机负载大小自动调压，变压器初级调压（在高压小电流或低压大电流直流电源中，如采用晶闸管相孔整流电路，需要很多晶闸管串联或并联，若采用交流调压电路在变压器初级调压。其电压电流值都比较合理，在变压器次级只要用二极管整流即可，从而达到减少体积、减低成本的目的）。与自耦变压器调压方法相比，交流调压电路控制方便，调节速度快，装置的重量轻、体积小，有色金属消耗也少。

1．主电路的设计

1.1.设计内容及技术要求

计算机仿真具有效率高，精度高，可靠性高和成本低等特点，已经广泛应用与电力电子电路（或系统）的分析和设计中。计算机仿真不仅可以取代系统的许多繁琐的人工分析，减轻劳动强度，提高分析和设计能力，避免因为解析法在近似处理中带来的较大误差，还可以与实物试制和调试相互补充，最大限度降低设计成本，缩短系统研制周期。可以说，电路的计算机仿真技术大大加速了电路的设计和实验过程。通过本次仿真，学生可以初步认识电力电子计算机仿真的优势，并掌握电力电子计算机仿真的基本方法。

单相交流调压电路的电路参数要求：

电源电压220V，工频50Hz,阻感负载。R=10Ω，电源侧功率因数0.4-0.65可调。

1.2设计内容

⑴制定设计方案

⑵主电路设计及主电路元件选择

⑶驱动电路和保护电路设计及参数计算，器件选择

⑷绘制电路原理图

⑸总体电路原理图及其说明

1.3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上图所示。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α、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1-3电路图

图1-4工作波形图（φα>工况）

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， 180<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1-4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1-5θ与α、φ之间的关系曲线