单相交流调功电路实验

创新性实验

姓名刘太阳

班级自动化2013级2班

学号201301100221

单相交流调功电路实验

一、实验目的

熟悉调功电路的基本工作原理与特点。

二、实验所需挂件及附件

序号型号备注

1.DJK01 电源控制屏

2.DJK22 单相交流调压/调功电路

3.双踪示波器自备

4.万用表自备

三、实验线路及原理

单相交流调功电路方框图如图所示。

单相交流调功电路方框图

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。这种电路不改变交流电的频率，称为交流电力控制电路。

交流调功电路的主电路和交流调压电路的形式基本相同，只是控制的方式不同。他不是采用移相控制而采用通断控制方式。

交流调功电路不是在每个交流电源周期都通过触发延迟角对输出电压波形进行控制。而是以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断,即负载与交流电源接通几个周波，再断开几个周波，通过改变接通周波数和断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。如图所示，这种电路常用于电炉的温度控制，因为像电炉这样的控制对象，其时间常数往往很大，没有必要对交流电源的各个周期进行频繁的控制。只要大致以周波数为单位控制负载所消耗的平均功率，故称之为交流调功电路。

BCR

TLC336

A1

A2

g

u

脉宽可调矩形

波信号发生器

单相交流调功主电路

采用周波控制方式，使得负载电压电流的波形都是正弦波，不会对电网电压电流造成通常意义的谐波污染。此外由于在BCR导通期间，负载上的电压保持为电源电压，因此若将此控制方式用于手电钻在低速下对玻璃或塑性材料进行钻孔，将非常有利。

交流调功电路典型波形图

实验线路，选用灯泡作为实验负载，从灯泡亮、暗时段的变化，可了解交流调功电路的原理与特征。实验线路中双向晶闸管的触发信号由555组成振荡器，产生一个占空比可调的触发脉冲，并通过模拟门形成可靠的触发信号，其频率要低于市电的频率，并可在一定的范

围内调节。

四、实验内容

交流调功电路的测试。

五、思考题

(1)交流调压与交流调功电路的电路结构是否相同，控制方式有什么不同？

(2)说明这两种交流控制方式的特点，并例举它们的应用。

交流调压与交流调功电路的电路结构是否相同，控制方式有什么不同，说明这两种交流控制方式的特点，并例举它们的应用。

交流调压电路和交流调功电路的电路形式完全相同，二者的区别在于控制方式不同。交流调压电路是在交流电源的每个周期对输出电压波形进行控制。而交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周波，再断开几个周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。交流调压电路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。在供用电系统中，还常用于对无功功率的连续调节。此外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常采用交流调压电路

调节变压器一次电压，如采用晶闸管相控整流电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联。同样低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联，这都是十分不合理的。采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压值电流值都不太大也不太小，在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了。这样的电路体积小成本低，已与设计制造。

交流调功电路常用于电炉温度这样时间常数很大的控制对象。由于控制对象的时间常数大，没有必要对交流电源的每个周期进行频繁控制。

六、实验方法

将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧,使输出线电压为200V，用两根导线将200V交流电压接到DJK22的“Ui”电源输入端，按下“启动”按钮。

打开交流调功电路的电源开关，用万用表测量555的电源电压，是否接近10V。

用示波器观测555输出端“3”的波形及4066输出(即BCR触发信号)波形是否正常。

当触发电路波形正常后关闭电源，接入负载（220V、15W灯泡）。

开启交流调功电路的电源开关，调节“周波控制”电位器，观察灯泡亮暗或闪烁的变化规律。

调节“周波控制”电位器，用示波器分别观测BCR的触发信号、BCR两端以及灯泡两端的波形，并记录。

实验仿真电路图

七、实验仿真波形

从上至下依次555输出波形cd4066输出波形，负载灯泡两端波形，BCR两端波形

八、注意事项

(1)双踪示波器有两个探头，可同时测量两路信号，但这两探头的地线都与示波器的外壳相连，所以两个探头的地线不能同时接在同一电路的不同电位的两个点上，否则这两点会通过示波器外壳发生电气短路。为此，为了保证测量的顺利进行，可将其中一根探头的地线取下或外包绝缘，只使用其中一路的地线，这样从根本上解决了这个问题。当需要同时观察两个信号时，必须在被测电路上找到这两个信号的公共点，将探头的地线接于此处，探头各接至被测信号，只有这样才能在示波器上同时观察到两个信号，而不发生意外。

(2)调功电路的触发控制电路，其低压直流电源是通过交流电源电容降压，而不是通过降压变压器隔离，因此在实验时不要用手直接触模线路的低压部分，以免触电。

九．实验故障检测

选用灯泡作为实验负载，从灯泡亮、暗时段的变化，可了解交流调功电路的原理与特征。线路中双向晶闸管的触发信号由555组成振荡器，产生一个占空比可调的触发脉冲，并通过模拟门形成可靠的触发信号，其频率要低于市电的频率，并可在一定的范围内调节。将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧，是输出线电压为220V，用两根导线将220V交流电压接到DJK22的“Ui”电源输入端，按下“启动”按钮。

打开交流调功电路的电源开关，用万用表测量555的电源电压，是否接近10V，之后，用示波器观测555输出端“3”的波形及4066的输出（即BCR触发信号）波形是否正常。当触发电路波形正常后关闭电源，接入负载（220V、15W 灯泡），并开启交流调功电路的电源开关，调节“周波控制”电位器，观察灯泡亮暗或闪烁的变化规律。

在由原555集成触发电路的基础上，又增加了4066芯片，可产生三相六路互差60°的双窄脉冲或三相六路后沿固定、前沿可调的宽脉冲链，供触发晶闸管使用。

4066的引脚功能具体如下：每个封装内部有4个独立的模拟开关，每个模拟开关有输入、输出、控制三个端子，其中输入端和输出端可互换。当控制端加高电平时，开关导通；当控制端加低电平时开关截止。模拟开关导通时，导通电阻为几十欧姆；模拟开关截止时，呈现很高的阻抗，可以看成为开路。模拟开关可传输数字信号和模拟信号，可传输的模拟信号的上限频率为40MHz。各开关间的串扰很小，典型值为－50dB。

再就是用到了双向可控硅BCR（Z0409MF）取代由两个单向可控硅SCR反并联的结构形式，并利用RC充放电电路和双向触发二极管DB3的特点，在每半个周波内，通过对双向可控硅的通断进行移相触发控制，可以方便地调节输出电压的有效值。正负半周控制角α的起始时刻均为电源电压的过零时刻,且正负半周的控制角相等,可见负载两端的电压波形只是电源电压波形的一部分。在电阻性负载下,负载电流和负载电压的波形相同，α角的移相范围为0≤α≤π, α=0时,相

当于可控硅一直导通, 输入电压为最大值，U

0=U

i

灯最亮；随着α的增大，U

逐渐

降低，灯的亮度也由亮变暗,直至α=π时，U

=0,灯熄灭。此外α=0时，功率因数cosφ=1，随着α的增大，输入电流滞后于电压且发生畸变，cosφ也逐渐降低。