单相交流调压器仿真

单相交流调压器仿真

摘要：基于单相交流调压器的结构和工作原理,建立了一种基于Matlab的仿真模型,具有原理清晰,仿真时短,占用资源少的优点。

关键词：单相交流调压器、晶闸管、MATLAB、仿真

一．工作原理

1.交流调压电路

概念：在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控

制来调节输出电压的有效值。

原理：

两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶

闸管的控制就可控制交流电力。

应用：交流调压电路（1）灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制)；

（2）异步电动机软起动；

（3）异步电动机调速；

（4）供用电系统对无功功率的连续调节；

（5）在高压小电流或低压大电流直流电源中，

（6）用于调节变压器一次侧电压。

2.主要元件晶闸管介绍

⑴晶闸管的工作原理

晶闸管T在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。

静态特性：

①当AK之间加上反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通；

②当AK之间加上正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通；

③晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用；

④要使晶闸管关断，只有使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。动态特性

晶闸管的开通和关断过程波形

①开通特性

延迟时间td：从门极电流阶跃时刻开始，到阳极电流上升到稳态值的10%所需的时间；

上升时间tr：阳极电流从稳态值的10%上升到稳态值的90%所需的时间；开通时间tgt为以上两者之和：

tgt=td+ tr

普通晶闸管延迟时间为0.5~1.5s，上升时间为0.5~3s。

②关断特性

通常采用外加反电压的方法将已导通的晶闸管关断。

突加反向阳极电压后，由于外电路电感的存在，晶闸管阳极电流的下降会有一个过程，当阳极电流过零，也会出现反向恢复电流，反向电流达最大值IRM后，再反方向快速衰减到接近于零，此时晶闸管恢复对反向电压的阻断能力。电流过零到反向电流接近于零所经历的时间称为反向阻

断恢复时间trr。由于载流子复合需要一定的时间，反向电流接近于零到晶闸管恢复正向电压阻断能力所需时间称为正向阻断恢复时间tgr。

关断时间tq：trr与tgr之和，即 tq=trr+tgr 。

⑵晶闸管的主要参数

①电压参数

1) 断态重复峰值电压UDRM：在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的正向峰值电压。

2) 反向重复峰值电压URRM：在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压。

3) 额定电压UR：通常取晶闸管的UDRM和URRM中较小的标值作为该器件的额定电压。选用时，额定电压要留有一定裕量,一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压2~3倍。

4）通态平均电压UT（AV）：指在晶闸管通过单相工频正弦半波电流，额定结温、额定平均电流下，晶闸管阳极与阴极间电压的平均值。

②电流参数

1) 通态平均电流 IT(AV)

在环境温度为+40C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许连续流过的单相工频正弦半波电流的最大平均值。

使用时应按实际电流与通态平均电流有效值相等的原则来选取晶闸管。实际使用时应留一定的裕量，一般取IT(AV) =（1.5~2）IT/1.57。

2) 维持电流 IH

指使晶闸管维持导通所必需的最小电流；一般为几十到几百毫安，与结温有关，结温越高，则IH越小。

3) 擎住电流 IL

晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后，能维持导通所需的最小电流。对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的2~4倍。

4) 浪涌电流ITSM

指由于电路异常情况引起的并使结温超过额定结温的不重复性最大正向过载电流。

③其它参数

1) 断态电压临界上升率du/dt：

指在额定结温和门极开路的情况下，不导致晶闸管从断态到通态转换的外加电压最大上升率。

2) 通态电流临界上升率di/dt：

指在规定条件下，晶闸管能承受而无有害影响的最大通态电流上升率。如果电流上升太快，则晶闸管刚一开通，便会有很大的电流集中在

门极附近的小区域内，从而造成局部过热而使晶闸管损坏。

3.阻感负载单相交流调压电路

阻感负载单相交流调压电路及其波形

当控制角为α时，Ug1 触发VT1导通，流过VT1管的电流2i 有两个分量，即强制分量B i 与自由分量s i ，

其强制分量为

式中

其自由分量为 （1）

式中 τ—自由分量衰减时间常数， 流过晶闸管的电流即负载电流为

()φαω-+=t Z U i sin 22B ()R L arctg L R Z ωφω=+=,22()()φωτφαφαtg t t e Z U e Z U i ----=-=sin 2sin 222S R

L =τ

当α > φ时，电压、电流波形如上图所示。随着电源电流下降过零进入负半周，电路中的电感储藏的能量释放完毕，电流到零，VT1管才关断。

在ωt=0时触发管子，ωt= θ时管子关断，将ωt= θ代入式(1)可得

当取不同的φ角时， θ=f(α)的曲线如图所示，

(1) 当α >φ时

稳定分量iB 与自由分量is 如图3-2(b)所示，叠加后电流波形i2的导通角θ <180，正负半波电流断续， α愈大θ愈小，波形断续愈严重。

(2) 当α =φ时

电流自由分量is=0，i2=iB ；θ=180。正负半周电流处于临界连续状态，相当于晶闸管失去控制，负载上获得最大功率，此时电流波形滞后电压φ角。

(3) 当α <φ时

()()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡---+=+=-φωφαφαωtg t e t Z U i i i sin sin 22B S 2()()φ

θ

φαφαθtg e --=-+sin sin