单相交流调压电路性能的研究

单相交流调压电路性能的研究
一、实验原理：
交流调压就是将一种形式的交流电变成另一种形式的交流电。

在进行交流-交流变流时，可以改变相关的电压（电流）、频率和相数。

交流调压电路中，把两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可以控制交流输出。

在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，可以方便地调节输出电压的有效值。

1.1单相交流调压原理图
图1 单相交流调压原理图
1.2电路工作情况
在电源电压u1的正负半周，分别对VT1、VT2施加电压，当VT1承受正向压降且在脉冲1到来时VT1导通，输出电压波形u0和电源电压波形一致；在u1电压过零时，负载中存储的能量开始释放，直至能量全部放完，之后当VT2承受正向压降且在脉冲2到来时VT2导通，输出电压波形u0和电源电压波形一致；从复上一阶段过程。

二、实验电路搭接：
2.1器件查的找
以下器件均是在 MATLAB R2011a 环境下查找的，其他版本类似。

有些常用的器件比如示波器、脉冲信号等可以在Simulink库下的 Sinks、Sources中查找；其他一些器件可以搜索查找
2.2连接说明
在连接晶闸时，晶闸管 a、k 是电气连接端口，g 是脉冲输入端，m 是测量输出端参数设置。

2.3参数设置
1. 双击交流电源把电压设置为 100V，频率设为 50Hz；
2. 双击脉冲把周期设为 0.02s，占空比设为 10％，延迟角设为 30 度，由于属性里的单位为秒，故把其转换为秒即，30×0.02/360；
3. 双击负载把电阻设为 10Ω，电感设为 0.01H；
4. 双击示波器把Number of axes设为6，同时把History选项卡下的Limit data points
to last 前面的对勾去掉；
5. 晶闸管参数保持默认即可。

三、仿真波形及分析：
3.1 α＞ψ时的仿真波形及分析
在 MATLAB 命令窗口中输入以下代码：
fprintf('计算电流电压相位角');
图2 α＞ψ时的仿真波形及分析
fprintf('\n');
L=0.01;
R=10;
f=50;
a1=atan((2*pi*f*L)/R);
a=a1*180/pi;
fprintf('电流电压相位角为');
a
即可得出ψ为 17.4o，由于α为 30o，大于ψ，所以在脉冲 1 到来时，VT1 立即到通，在电源电压u1过零时，VT1 两端所施加的电压为零，VT2 两端施加正压，此时由于阻感负载作用，电流不能立即降为零，而是慢慢放电，由于电感较小其存储的能量在脉冲2到来之前便放完，电压、电流均变为零，所以图中出现，电压和电流均有断续现象。

3.2 α＜ψ时的仿真波形及分析
图3 α＜ψ时的仿真波形及分析
按上述求解ψ的方法，在 L=0.1，其他参数不变，此时ψ为 88.2o，显然大于α。

波形如图 3 所示，负载电感较大，其存储的能量相对较多，放电时间也就相应有所增长，在 VT2 脉冲到来时，其放电过程还未结束，由于脉冲 2 较窄，当电感放电完成后，VT2 的触发脉冲也就结束了，所以即使 VT2 两端施加正压，由于触发脉冲没有了，所以，VT2 在电源电压为负半周时，没有导通。

图中箭头处为电流变为零时的点，电压本应该降为零，由于电感相对较大，可知 RL较大，有个较长的冲发电过程，且有一定的脉动。

四、修改参数仿真波形及分析
4.1 α＞ψ修改参数
4.1.1 修改脉冲参数
把脉冲占空比调为 50％，其他不变，仿真如下
图4 脉冲占空比为50％时的仿真波形
与图2相比较，发现修改脉冲占空比并不影响输出电压、电流的波形。

4.1.2 修改延迟角
把触发延迟角增大，其他参数不变观察仿真波形：
图5 α为60o时仿真波形
与图2相比较，发现修改脉冲触发延迟角，电压波形相当于向后推迟导通，同时电感存储的能量更少，电压、电流断续时间将会更长。

5.2 α＜ψ修改参数
5.2.1 修改脉冲参数
1. 把脉冲占空比调为 50％，其他不变，仿真如下：
图6 占空比为40％时仿真波形
由图可知，和图33相比，由于脉冲1和脉冲2的宽度较大，也就意味着，当电感放电完成后，VT1的脉冲已经到来，所以VT1立即导通，输出电压波形和电源电压波形一致。

2. 脉冲 1 参数不变，脉冲 2 脉冲占空比改为 60％，其他参数不变，观察仿真波形：
图7 只改变脉冲2 的占空比仿真波形
由图可知，和图6相比，由于脉冲 2 的宽度较大，也就意味着，当电感放电完成后，VT2 的脉冲还未结束，所以 VT2 立即导通，输出电压波形和电源电压波形一致。

5.2.2 修改负载参数
修改负载参数相当于改变α和ψ之间的相对大小，此前以已论。

6．实际实验现象：
六、总结
从以上分析可得：
1.改变延迟角α可以改变输出电压的波形；
2.α＞ψ时，改变占空比并不改变输出电压、电流的波形；
3.α＜ψ时，改变脉冲 1 和脉冲 2 的宽度可以使 VT2 导通还是关断；
4.改变负载参数，可以使α和ψ之间的相对大小发生变化。