单相交流调压电路(电阻负载)
单相交流调压电路
单相交流调压电路交流-交流变流电路：把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路。
直接方式即无中间直流环节，间接方式即有中间直流环节交流-交流变换电路可以分为间接方式（有中间直流环节）直接方式（即无中间直流环节）直接方式有交流电力控制电路和变频电路交流电力控制电路：只改变电压、电流或对电路的通断进行控制，而 不改变频率的电路。
变频电路：改变频率的电路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。
Ø交流电力控制电路交流调压电路在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，调节输出电压有效值的电路。
交流调功电路以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断，改变通态周期数和断态周期数的比，调节输出功率平均值的电路。
交流电力电子开关：串入电路中根据需要接通或断开电路的晶闸管。
02异步电动机软起动。
04供用电系统对无功功率的连续调节。
01灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制)。
03异步电动机调速。
05在高压小电流或低压大电流直流电源中，用于调节变压器一次电压。
应用图1 阻性负载单相交流调压电路及波形电阻负载Ø在交流电源u1 的正半周和负半周，分别对VT1 和VT2的开通角α进行控制就可以调节输出电压。
基本的数量关系Ø负载电压有效值U0负载电流有效值I0--式1---式2Ø晶闸管电流有效值ITØ功率因数λ----式3----式4图1 阻性负载单相交流调压电路及波形Ø电阻性负载时，控制角 移相范围为0~π ，随着α增大，U0逐渐减小。
电阻性负载及各处波形如图2所示。
由于电感的储能作用，负载电流 会在电源电压 u1过零后再延迟一段时间后才能降为零，延迟的时间与负载的功率因数角 有关。
晶闸管的关断是在电流过零时刻，因此，晶闸管的导通时间θ 不仅与触发控制角α 有关，还与负载功率因数角有φ关，必须根据α与α 的关系分别讨论。
由于θ=π 时意味着负载电流i0 连续， θ ＜ π时意味i0 断续，因此也表达了电流连续与否的运行状态。
单相交流调压电路实验
实验一 单相交流调压电路实验一．实验目的：1．加深理解单相交流调压电路的工作原理；2．加深理解单相交流调压电路带电感性负载对脉冲及移相范围的要求。
二．实验内容：1．单相调压电路带电阻性负载实验；2．单相交流调压电路带电阻电感性负载实验。
三．实验过程：1、电阻性负载实验：按图1-1接好线路（蓝色为电源电压波形，黄色为负载电压波形，红色为负载电流波形）晶闸管脉冲触发角度： 绘制波形：结论： 2、带电阻电感性负载实验：按图1-2接好线路分别取脉冲触发角大于，等于和小于功率因数角φ三种情况。
当选R1和L 时，φ=48o 当选R2和L 时，φ=20o 当选R3和L 时，φ=18o图1-1图1-2绘制波形：结论：实验二功率场效应晶体管（MOSFET）特性与驱动电路研究一．实验目的：1．熟悉MOSFET主要参数的测量方法；2．掌握MOSFET对驱动电路的要求；3．掌握一个实用驱动电路的工作原理与调试方法。
二．实验内容：1．MOSFET静态特性及主要参数测试：=GS（th）跨导gm=绘制转移特性曲线（2=on绘制输出特征曲线2．驱动电路研究：(1)快速光耦输入、输出延时时间测试；波形记录:延迟时间(2)驱动电路的输入、输出延时时间的测试; 波形记录:延迟时间3．动态特性测试：（1）电阻负载MOSFET开关特性测试；波形记录:开关时间:（2）电阻、电感负载MOSFET开关特性测试；波形记录:开关时间:（3）RCD缓冲电路对MOSFET开关特性的影响测试；波形记录:开关时间:（4）栅极反压电路对MOSFET开关特性的影响测试；波形记录:开关时间:（5）不同栅极电阻对MOSFET开关特性的影响测试。
波形记录:开关时间:实验三绝缘栅双极型晶体管（IGBT）特性与驱动电路研究一．实验目的：1．熟悉IGBT主要参数的测量方法；2．掌握混合集成驱动电路EXB840的工作原理与调试方法。
二．实验内容：1．MOSFET静态特性及主要参数测量：（1）开启阀值电压V ge（th）测量；=ge（th跨导gm=（3）导通电阻R on的测量。
单相交流调压电路
电力电子课程设计——单相交流调压电路学院：工程学院班级：12电气2班姓名：2015年6月摘要本次课程设计，先明确了实验的要求和设计目的设计一个单相交流调压电路。
然后根据要求进行电路设计，包括主电路、触发电路。
排版等等。
设计并发现、解决相应的问题。
之后对电路进行了实验仿真，通过仿真实验，再发现其中的问题和不足，进行更改和完善。
然后确定实验所需的元器件。
确定之后，进行器件的购买，之后进行电路板实物的焊接。
焊接后要进行调试。
发现和排除错误，调试时，发现了问题，然后经过实验仪器的排错，线路元器件的排错，发现了两处问题，更改之后就正常了。
接着是对波形的观察和数据的记录。
完成这些后，对数据进行处理，整理结论。
最后是我们的心得体会和收获。
以及完成报告总结。
关键词主电路触发电路波形负载电压调压目录一、设计任务及目的 (4)（一）设计要求任务 (4)（二）设计目的 (4)二、实验器件、设备及所用软件 (4)（一）实验材料的选择 (5)（二）实验所需设备 (5)（三）所用软件 (5)三、电路设计方案的设计和选择 (5)（一）方案的确立 (5)（二）实验电路的设计 (6)1、触发电路的设计 (6)1.1触发信号的种类 (6)1.2触发电路的设计 (6)2、主电路的设计 (9)四、完整电路图及实物图 (11)五、实验波形及数据 (12)（一）α=30°时 (12)（二）α=60°时 (13)（三）α=90°时 (15)（四）α=120时 (17)六、实验数据处理 (19)七、结论总结 (20)八、心得体会 (21)参考文献 (22)单相交流调压电路前言电力电子线路的基本形式之一，即交流—交流变换电路，它是将一种形式的交流电能变换成另一种形式交流电能电路。
在进行交流—交流变换时，可以改变交流电的电压、电流、频率或相位等。
用晶闸管组成的交流电压控制电路，可以方便的调节输出电压有效值。
可用于电炉温控、灯光调节、异步电动机的启动和调速等，也可用作调节整流变压器一次侧电压，其二次侧为低压大电流或高压小电流负载常用这种方法。
单相交流调压电路实验步骤
单相交流调压电路实验步骤
一、将实验台左侧面大旋钮逆时针（向“小”指示方向）转到头。
二、将PAC14单元中“锯齿波同步触发电路I”中的“RP2”可调旋钮顺时针转到头。
三、将MEC42单元中的“R3”、“R4”两个可调电阻旋钮逆时针（向“增大”方向）转到头。
四、按图接线。
五、打开实验台左侧MEC01单元中的“电源总开关”。
打开PAC09A单元中“直流稳压电
路”部分中的“电源开关”。
六、将MEC01单元中的“电压指示切换”开关拨到“三相调压输出”档，调节实验台左侧
面大旋钮，使“电压指示”指针大概指到30左右。
七、将示波器探头接到电阻负载两端，此时开始将PAC14单元中“锯齿波同步触发电路I”
中的“RP2”可调旋钮向逆时针方向慢慢旋转，过程中可观察到单相交流调压电路中负载两端电压波形的变化。
（观察过程中可由负载两端电压波形推断触发角大小，此时最好不要让触发角大于120度，否则实验台容易报警停机）
八、若观察过程中因为各种原因无法观察到正确波形，应按MEC01单元红色“停止”按钮。
关闭PAC09A单元中“直流稳压电路”部分中的“电源开关”，然后查找原因。
排除问题后，重新返回第一步开始向下进行。
实验过程中一定要注意安全！。
单相交流调压电路
东南大学《电力电子技术基础》实验报告实验名称：单相交流调压电路院（系）：自动化专业：自动化姓名：学号：实验室：实验时间：2016 年11月17日评定成绩：审阅教师：目录1实验目的 (3)2单相交流调压电路 (3)2.1交流调压 (3)2.2工作过程 (3)3 MATLAB仿真验证 (5)3.1 同步脉冲触发器 (5)3.2 单相交流调压电路 (7)3.3 相关公式的验证 (11)4 实验小结 (12)1 实验目的学习单相交流调压电路，加深对相关概念和参数的理解，掌握其工作原理以及在不同延迟角下的工作特性。
学习脉冲触发电路，并设计一个同步脉冲触发器。
利用MATLAB仿真验证相关公式的正确性。
2 单相交流调压电路2.1 交流调压交流调压是指交流电压幅值的变换（其频率不变）。
交流调压器通常是指接在交流电源与负载之间，用以实现调节负载电压有效值的电力电子装置，它们可以采用相位控制或通断控制。
2.2 工作过程单相交流调压电路由两只反并联的晶闸管VT1和VT2组成，如图2.1所示。
由于晶闸管为单向开关元件，故用两只普通晶闸管分别作正负半周的开关，当一个晶闸管导通时，它的管压降成为另一个晶闸管的反压使之阻断，实现电网自由换流。
图2.1 单相交流调压电路2.2.1带电阻负载时的工作情况图2.2 电阻负载单相交流调压电路工作波形图2.2中(a)是输入交流电压Ua 波形，(b)和(c)是电阻性负载下不同α的输出交流电压波形。
波形分析：（1） 改变控制角α就可将电源电压“削去”0~α、π~π+α区间一块，从而在负载上得到不同大小的交流电压。
（2） 输出电压不是正弦波，包含一些奇次谐波。
适用于对波形没有要求的场合，例如温度和灯光的调节2.2.2带电阻负载时的数量计算负载电压有效值：U R =√1π∫(√2U a sin ωt)2παdωt =U a √1−2α−sin 2α2π=U a √sin 2α2π+π−απ(U a 为输入交流电压有效值) 负载电流有效值：I R =U R R =U R R √1−2α−sin 2α2π=U R R √sin 2α2π+π−απ输出有功功率：P R =U R I R =U a 2R (1−2α−sin 2α2π)=U a 2R (sin 2α2π+π−απ) 2.2.3输入功率因数PF 和控制角α的关系（1） 输入功率因数为有功功率与视在功率之比 (a) (b)(c)视在功率：S=U a I R输入功率因数:PF=U R I RU a I R=√1−2α−sin2α2π=√sin2α2π+π−απ（2）如图2.3所示，α越大，输出电压越低，输入功率因数也越低。
单相交流调压及调功电路课程设计方案
姓名学号年级专业系（院）指导教师一、引言较流-交流变流电路，即把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路。
在进行交流-交流变流时，可以改变相关的电压（电流）、频率和相数等。
交流-交流变流电路可以分为直接方式（无中间直流环节方式）和间接方式（有中间直流环节方式）两种。
而间接方式可以看做交流-直流变换电路和直流-交流变换电路的组合，故交-交变流主要指直接方式。
其中，只改变电压、电流或对电路的通断进行控制，而不改变频率的电路称为交流电力控制电路，改变频率的电路称为变频电路。
采用相位控制的交流电力控制电路，即交流调压电路；采用通断控制的交流电力控制电路，即交流调功电路和交流无触点开关。
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）及异步电动机的软启动也用于异步电动机调速。
在电力系统中，这种电路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。
在这些电源中如果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，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联，十分不合理。
采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压、电流值都比较适中，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、易于设计制造。
其分为单相和三相交流调压电路，前者是后者基础，这里只讨论单相问题。
交流调功电路常用于电炉的温度控制，其直接调节对象是电路的平均输出功率。
像电炉温度这样的控制对象，其时间常数往往很大，没有必要对交流电源的每个周期进行频繁的控制，只要以周波数为单位进行控制就足够了。
通常控制晶闸管导通的时刻都是在电源电压过零的时刻，这样，在交流电源接通期间，负载电压电源都是正弦波，不对电网电压电流造成通常意义的谐波污染。
RO图4-1u 1u oi o VT 1VT 2u 1u o i o u V TωtO ωtO ωtO ωt三、设计方案选择及论证3.1 带电阻性负载 3.1.1 原理图1为电阻负载单相交流调压电路图及其波形。
单相交流调压电路
项目一单相交流调压电路一、单相交流调压电路（电阻性负载）∙原理图单相交流调压电路，它用两只反并联的普通晶闸管或一只双向晶闸管与负载电阻R串联组成的电路，如图1-1。
如图1-1∙工作原理.以反并联电路为例进行分析，正半周a时刻触发VT1管，负半周a时刻触发VT2管，输出电压波形为正负半周缺角相同的正弦波∙建立模型仿真根据原理图用matalb软件画出正确的仿真电路图，如图1-2。
如图1-2仿真参数，算法（solver）ode15s，相对误差（relativetolerance）1e-3，开始时间0结束时间0.05s，如图1-3。
图1-3第一个脉冲参数，振幅3V，周期0.02，占空比20%，时相延迟30/180*0.01如图1-4第二个脉冲参数，振幅3V，周期0.02，占空比20%，时相延迟30/180*0.01+0.01如图1-4图1-4图1-5 电源参数，频率50hz，电压220v，如图1-6图1-6 晶闸管参数，如图1-7（4）仿真参数设置设置触发脉冲α分别为30°、60、90、120°。
与其产生的相应波形分别如图1-8、图1-9、图1-10、图1-11。
在波形图中第一列波为晶闸管电流波形，第二列波为晶闸管电压波形，第三列波为负载电流波形，第四列波为负载电压波形图1-8图1-9图1-10（4）小结在电源电压正半波（0~π区间），晶闸管Ug1承受正向电压，在ωt=α处触发晶闸管，晶闸管开始导通，形成负载电流Id，负载上有输出电压和电流。
在ωt=π时刻，U2=0，电源电压自然过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为0。
在电源电压负半波（π~2π区间），晶闸管Ug2承受正向电压，在wt=a+180度处触发晶闸管Ug2，Ug2导通，而Ug1受反向电压，晶闸管不导通直到电压电源U2的下个周期的正半波，脉冲在ωt=2π+α处又触发Ug1晶闸管，晶闸管再次被触发导通，输出电压和电流有加在负载上，如此不断反复。
单相和三相交流调压电路实验
实验三单相和三相交流调压电路实验一、实验目的(1)．加深理解交流调压电路的工作原理。
(2)．加深理解单相交流调压感性负载时对移相范围要求。
(2)．加深理解三相交流调压阻性负载时的工作情况。
二、实验设备及仪器(１)．计算机(２)．MATLAB软件三、注意事项（1）在单相电阻电感负载时，当α<ϕ时，若脉冲宽度不够会使负载电流出现直流分量。
（2）三相电路中，触发脉冲要选择双脉冲。
（3）仿真时间不宜太长，一般几个电源周期即可（4）晶闸管器件选择“普通晶闸管”，而不是详细模型的晶闸管。
（5）电气仿真时，一定要有“powergui”模块在仿真界面中才可以仿真成功。
四、实验步骤(１) 单相交流调压器带电阻性负载电路原理图如下图所示图1交流调压电路电阻性负载原理图基本参数为：交流电源：220V，50Hz电阻负载：10欧姆α=，120°，150°时负载侧电压、电流要求：搭建仿真电路，分别输出60波形及电源侧电压波形，并显示负载电压的有效值。
记录波形并分析触发角的移相范围。
步骤1：搭建主电路(a)搭建如图2所示主电路仿真中模型的提取路径是：交流电源：simpowersystem\Electrical sources\AC Voltage Source晶闸管： simpowersystem\Power Electronics\thyristor电阻： simpowersystem\Elements\series RLC Branch(b)设置参数根据已知条件设置电源和负载参数，晶闸管可用默认参数。
图2电阻负载主电路部分步骤二：搭建触发电路（a）触发电路利用脉冲发生器实现，如图3所示图3 脉冲触发电路触发脉冲提取路径为： simulink\Sources\Pulse Genetator(b)设置参数脉冲类型：Time based时间：Use simulation time脉冲幅值：1.0脉冲宽度：5脉冲周期：（自己思考）脉冲延时：（单位：秒；触发角不同，延时不同。
单相交流调压电路
交流电力 控制电路
交交变频
变频电路 改变频率的电路 交直交变频
直接
间接
6.1 交流调压电路
6.1.1 单相交流调压电路 *6.1.2 三相交流调压电路
6.1 交流调压电路·引言
■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。
■交流电力控制电路
◆交流调压电路：在每半个周波内通过对晶闸管开
u
o
= P 2
输出电压
=0
P
平均输出电压
=
P
2
O
wt
6.3.1 单相交交变频器
2) 整流与逆变工作状态 把交交变频电路理想
化，忽略变流电路换相时
uo的脉动分量，就可把电 路等效成右所示的正弦波 交流电源和二极管的串联。 为避免两组变流器
之间产生环流，两组变
流电路采取无环流工作 方式，即一组变流电路 工作时，封锁另一组变 流电路的触发脉冲。
t
t VT 1 VT 2 t1 t2 t t
uC
uVT 1 iC
TSC理想投切时刻原理说明
6.3 交交变频电路
6.3.1 单相交交变频电路 6.3.2 三相交交变频电路
6.3.1 单相交交变频电路
晶闸管交交变频电路，也称周波变流器，把电网
频率的交流电变成可调频率的交流电的变流电路，属
于直接变频电路。
6.3.1 单相交交变频器
为使uo波形接近正弦波，可按正弦规律对角进行调制。 在输出电压半个周期内让a角按正弦规律从90°减到 0°，再增加到90°，每个控制间隔内的平均输出电压就 按正弦规律从零增至最高，再减到零。 另外半个周期可对N组进行同样的控制。 uo由若干段电源电压拼接而成，在uo的一个周期内， 包含的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波。
单相交流调压电路(阻感性负载)
1.单相交流调压电路（阻-感性负载）1.1单相交流调压电路电路结构（阻-感性负载）单相交流调压电路，它用两只反并联的普通晶闸管或一只双向晶闸管与负载电阻R电感L串联组成主电路。
单相交流调压电路（阻-感性负载）电路图如图1所示。
图1.单相交流调压电路（阻-感性负载）电路图1.2单相交流调压电路工作原理（阻-感性负载）当电源电压U2在正半周时，晶闸管VT1承受正向电压，但是没有触发脉冲晶闸管VT1没有导通，在α时刻来了一个触发脉冲，晶闸管VT1导通，晶闸管VT2在电源电压是正半周时承受反向电压截止，当电源电压反向过零时，由于负载电感产生感应电动势阻止电流变化，故电流不能马上为零，随着电源电流下降过零进入负半周，电路中的电感储存的能量释放完毕，电流到零，晶闸管VT1关断。
当电源电压U2在负半周时，晶闸管VT2承受正向电压，但是没有触发脉冲晶闸管VT2没有导通，在π+α时刻来了一个触发脉冲，晶闸管VT2导通，晶闸管VT1在电源电压是负半周时承受反向电压截止，当电源电压反向过零时，由于负载电感产生感应电动势阻止电流变化，故电流不能马上为零，随着电源电流下降过零进入负半周，电路中的电感储存的能量释放完毕，电流到零，晶闸管VT2关断。
1.3单相交流调压电路仿真模型（阻-感性负载）单相交流调压电路（阻-感性负载）仿真电路图如图2所示：图2.单相交流调压电路（阻-感性负载）仿真电路图电源参数，频率50hz，电压100v，如图3图3.单相交流调压电路（阻-感性负载）电源参数VT1脉冲参数设置，振幅3V，周期0.02，占空比10%，时相延迟α/360*0.02，如图4图4.单相交流调压电路（阻-感性负载）脉冲参数设置VT2脉冲参数设置，振幅3V，周期0.02，占空比10%，时相延迟（α+π）/360*0.02，如图5图5.单相交流调压电路（阻-感性负载）脉冲参数设置1.4单相交流调压电路仿真参数设置（阻-感性负载）设置触发脉冲α分别为30°、60°、90°、120°。
电力电子--单相交流调压电路
1．主电路的设计电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，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。
1.1 电阻负载图1、图2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。
正、负半周α起始时刻（α=0），均为电压过零时刻。
在t ωα=时，对VT 1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t ωπ=时，电源电压过零，因电阻性负载，电流也为零，VT1自然关断。
在t ωπα=+时，对VT2施加触发脉冲，当VT2正向偏置而导通时，负载电压波形与电源电压波形相同；在2t ωπ=时，电源电压过零，VT2自然关断。
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1-1反电势电阻负载单相交流调压电路图图1-2输入输出电压及电流波形图1.2 阻感负载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。
电力电子实验
电力电子实验报告实验一单相交流调压电路实验电路原理图一．纯电阻负载Uun=100V,R=450Ωα=60°负载电压u 晶闸管电压Uvtα=90°负载电压u 晶闸管电压Uvtα=120°负载电压u 晶闸管电压Uvt二．电阻-电感性负载Uun=100V,R=450ΩL=700mh时,φ=arctan((2π/0.02)*0.7/450)=26.04°R=150ΩL=700mh时,φ=arctan((2π/0.02)*0.7/450)=55.76°α=45°调节R 450Ω→150Ω用示波器同时观察调压输出UO、iO信号，记录其α>φ，α=φ，α<φ时的负载电压和负载电流的波形α=45°不变φ=26.04°→55.76°α>φα=φ三．电阻-电感性负载Uun=100VR=150ΩL=700mh时,φ=arctan((2π/0.02)*0.7/450)=55.76°α=90°调节α90°→30°用示波器同时观察调压输出UO、iO信号，记录其α>φ，α=φ，α<φ时的负载电压和负载电流的波形φ=55.76°不变α>φα=φ3 分析电阻电感性负载时,α角与φ角相应关系的变化对调压器工作的影响电阻电感负载时,α大于φ时,调压器能正常工作.α等于φ时,调压器没有调压的作用.电压不变.α小于φ没有作用其稳态工作情况和α等于φ相同。
4.实验中的问题在做二,三实验时对α>φ，α=φ，α<φ的情况理解不够,在老师的帮助下才做出波形整体上容易出现各种情况导致无法出现波形。
实验二全桥DC/DC变换电路实验UPW模块的sg3525性能测试1端电压波形250mv 50us 2端波形占空比50% 1650mv 56us最小占空比最大占空比2.逻辑延时时间测试0.6us 同一桥臂上下管子驱动信号列区时间测试波形图如下占空比20% 占空比30%占空比70%波形图如下：占空比40% 占空比65%。
单相交流调压电路的性能研究
实验报告课程名称：实验项目：实验地点：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：年月日一、实验目的和要求（必填）目的：熟悉单相交流调压电路的工作原理，分析在电阻负载和电阻电感负载时不同的输出电压和电流的波形及相控特性。
明确交流调压电路在电阻电感负载时其控制角应限制在≦α≦α的范围内。
二、实验内容和原理（必填）1、单相交流调压电路(电阻性负载)2、单相交流调压电路(阻感形负载)。
3、主电路由反并联的两个晶闸管组成，触发电路由脉冲同步触发电路构成。
Matlab仿真原理图和脉冲同步触发电路如下所示。
脉冲同步触发电路仿真原理图参数设置：三相电源电压设置为220V，频率设为50Hz。
只要有适当的触发信号，便可以使晶闸管变换器在对应的时刻导通。
设置同步电压的频率跟脉冲宽度分别为50Hz和20%，，通过设置输入信号给它的常数模块参数便可以得到不同的触发角a，从而产生给出触发脉冲。
选择算法为ode23tb，stop time 设为0.3。
1.电阻负载仿真设置电路负载为纯电阻性，R＝20Ω。
以下是分别在a=0 度，45 度,90度时的仿真结果。
2.阻感负载仿真设置电路负载为阻感性，R＝20Ω，L＝0.4H。
（这里再加有关六脉冲同步触发电路PWM发生器的描述）三、主要仪器设备模块（必填）1、Matlab7.01\Simulink软件2、SimPowerSystems3、整流桥模块，IGBT/DIODE仿真模块4、电阻、电感元件（）。
5、Multimeter测量模块。
6、Scope测量模块。
四、操作方法与实验步骤（可选）1、按（二）中原理图建立Matlab仿真模型2、增加测试仪器模块用来观察波形。
3、按阻性负载、阻感负载，分别以a=0度，45度, 90度进行仿真，记录波形。
五、实验数据记录和处理（可选）R＝20Ω a=0 度R＝20Ω，45度R＝20Ω 90度R＝20Ω，L＝0.4H 0度R＝20Ω，L＝0.4H 45度R＝20Ω，L＝0.4H 90度图 6 图7图8 图9由仿真图结合理论分析可知，上述波型图是正确的。
单相交流调压电路
图1 电路图（截图）θαφ图3 与、之间的关系曲线（截图）φ0θo为参变量，当=0时代表电阻性负载，此时=180-α≤θθoαφθα某一特定角度，则当时，=180 ，当>时，随着的增加而减小。
图4 晶闸管电流标幺值与控制角的关系曲线（截图）α当、已知时，可由该曲线查出晶闸管电流标幺值，进而求出负载电流αφ有效值I 及晶闸管电流有效值I 。
0T（2）=情况αφ当控制角=时，负载电流i 的表达式中的第二项为零，相当于滞后电源αφ0电压角的纯正弦电流，此时导通角=180，即当正半周晶闸管T 关断时，T φθ01恰好触发导通，负载电流i 连续，该工况下两个晶闸管相当于两个二极管，或20输入输出直接相连，输出电压及电流连续，无调压作用。
图5 =情况下的输出波形αφ(3) 情况φα<在工况下，阻抗角相对较大，相当于负载的电感作用较强，使得负φα<φ载电流严重滞后于电压，晶闸管的导通时间较长，此时式仍然适用，由于，φα<公式右端小于0，只有当时左端才能小于0，因此，o 180)(>-+φαθo 180>θ如图所示，如果用窄脉冲触发晶闸管，在时刻被触发导通，由于其导α=wt 1T 通角大于180，在负半周时刻为发出出发脉冲时，还未关断，o )(πα+=wt 2T 1T 因受反压不能导通,继续导通直到在时刻因电流过零关断时，2T 1T )(πα+=wt 1T 的窄脉冲已撤除，仍然不能导通，直到下一周期再次被触发导通。
2T 2G u 2T 1T 这样就形成只有一个晶闸管反复通断的不正常情况，始终为单一方向，在电0i 路中产生较大的直流分量；因此为了避免这种情况发生，应采用宽脉冲或脉冲列触发方式。
图6 窄脉冲触发方式（截图）二、建模仿真1．建立一个仿真模型的新文件。
在 MATLAB 的菜单栏上点击 File ，选择 New ，再在弹出菜单中选择 Model ，这时出现一个空白的仿真平台，在这个平台上可以绘制电路的仿真模型。
单相交流调压电路纯电阻负载
1 设计方案及选择由于题目要求输出电压范围为0～100V，所以方案可选电阻性负载或阻感性负载。
本电路采用单相交流调压器带阻感负载时的电路图如图1所示，在负载和交流电源间用两个反并联的晶闸管VT1，VT2相连。
2 单相交流调压电路的设计2.1 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。
图1、图2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1 电阻负载单相交流调压电路图2 单相交流电压电路波形正、负半周α起始时刻（α=0），均为电压过零时刻。
在t ωα=时，对VT 1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t ωπ=时，电源电压过零，因电阻性负载，电流也为零，VT1自然关断。
在t ωπα=+时，对VT2施加触发脉冲，当VT2正向偏置而导通时，负载电压波形与电源电压波形相同；在2t ωπ=时，电源电压过零，VT2自然关断。
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。
2.2 控制电路的设计2.2.1 触发信号的种类晶闸管由关断到开通，必须具备两个外部条件：第一是承受足够的正向电压；第二是门极与阴极之间加一适当正向电压、电流信号(触发信号)。
交流调压
工作原理：²u1的正半周和负半周，分别对VT1和VT2的开通角a 进行控制就可以调节输出电压²正负半周a 起始时刻（a =0）均为电压过零时刻，稳态时，正负半周的a 相等²负载电压波形是电源电压波形的一部分，负载电流（也即电源电流）和负载电压的波形相同图4-1 电阻负载单相交流调压电路及其波形Ø 数量关系负载电压有效值(4-1)负载电流有效值(4-2)晶闸管电流有效值(4-3)功率因数; ; (4-4)²输出电压与a 的关系：移相范围为0≤a ≤π。
a =0时Uo=U1，最大，a的增大，Uo降低，a =π时，Uo=0²λ与a 的关系：a =0时，λ=1，a 增大，输入电流滞后于电压且畸变，λ降低第五章 交流调压电路第一节 单相交流调压电路一、电阻性负载图5-1 单相交流调压电路 图5-2电阻性负载单相交流调压电路工作波形在电源u 的正半周内，晶闸管V 1承受正向电压，当ωt ＝α时，触发V 1使其导通，则负载上得到缺α角的正弦半波电压， 当电源电压过零时，V 1管电流下降为零而关断。
在电源电压u 的负半周，V 2晶闸管承受正向电压，当ωt ＝π＋α时，触发V 2使其导通，则负载上又得到缺α角的正弦负半波电压。
持续这样的控制， 在负载电阻上便得到每半波缺α角的正弦电压。
改变α角的大小，便改变了输出电压有效值的大小。
设sin u t ω=, 则负载电压的有效值为从上式中可以看出，随着α角的增大，U o 逐渐减小; 当α＝π时，U o ＝0。
因此，单相交流调压器对于电阻性负载， 其电压的输出调节范围为0～U ， 控制角α的移相范围为0～π。
παπαπ-+==2sin 21RU R U I o o二、电感性负载图5-3 感性负载单相交流调压电路及波形由图5-3（b ）可知，晶闸管的导通角θ的大小，不但与控制角有关，而且与负载阻抗角有关。
一个晶闸管导通时，其负载电流i o 的表达式为式中])sin()[sin(2tan ϕωαϕαϕωto e t ZU i ----=当ωt ＝α＋θ时，i o ＝0。
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实验一：单相交流调压电路(电阻负载)
一、 实验内容
对单相交流调压电路的原理能够理解，并能够通过MATLAB 仿真得出当α为不同角度时的仿真波形。
最后通过分析仿真波形来了解单相交流调压电路（电阻负载）的工作情况。
电路模型由交流电源、反并联的两个晶闸管、触发模块、电阻负载组成。
单相交流调压电路（电阻负载）如图1-1所示。
我所要分析的问题是α为不同值时，输出电压及电流的波形变化。
图1-1
二、 实验原理
图1-1为纯电阻负载的单相调压电路。
图中晶闸管VT1和VT2反并联连接与负载电阻R 串联接到交流电源U 2上。
当电源电压正半周开始时出发VT1，负半周开始时触发VT2，形同一个无触点开关，允许频繁操作，因为无电弧，寿命特长。
在交流电源的正半周αω=t 时，触发导通VT1，导通角为1θ= απ-；在负半周αω=t +π时，触发导通VT2，导通角为2θ= απ-。
负载端电压U 为下图所示斜线波形。
这时负载电压U 为正弦波的一部分，宽度为（απ-），若正负半周以同样的移相角α触发VT1和VT2，则负载电压U 的宽度会发生变化，那么负载电压有效值也将随α角而改变，从而实现交流调压。
三、 实验步骤
在MATLAB 新建一个Model ，命名为zuxingfuzai ，同时模型建立如下图所示
图1-2 电阻负载的电路建模图
四、仿真结果
仿真参数：选择ode23tb算法，将相对误差设置为1e-3，开始仿真时间设置为0，停止仿真时间设置为0.06，其他的选项为默认设置。
模型参数设置
参数设置为频率（Frequency）为50Hz，电压幅值100V，“measurements”测量选“V oltage” 其他为默认设置，如图所示
触发信号uG1参数设置：幅值（Amplitude）电压为12V；周期（Period）为0.02s；占空比（Pulse Width）为40%；时相延迟（Phase delay）为（α*0.02/360）其他为默认设置，如图所示。
触发信号uG2参数设置：幅值（Amplitude）电压为12V；周期（Period）为0.02s；占空比（Pulse Width）为40%；时相延迟（Phase delay）为【（α+180）*0.02/360】。
其他为默认设置脉冲信号发生器相位相差180，如图所示。
晶闸管参数设置：晶闸管Thyristor_VT1、Thyristor_VT2不勾选“Show measurement port” 其他均为默认设置
RLC元件参数设置：电阻（Resistance）R=10Ω，电感（Inductance）H=0H，电容（Capacitance）C=inf，其他设置选项默认设置。
设置Pulse1触发脉冲角α1分别为0°、30°、60°、90°、120°Pulse2触发脉冲角α2对应为180°、210°、240°、270°、300°产生的相应波形分别如图所示。
说明：第一列为电源电压u1。
第二列为脉冲信号Ug1波形，第三列为脉冲信号Ug2波形，第四列为负载电流i0波形，第五列为电压u0波形，第六列为晶闸管两端电压u VT波形。
当α=0°电阻负载时的仿真波形如下：
当α=30°电阻负载时的仿真波形如下：
当α=60°电阻负载时的仿真波形如下：
当α=90°电阻负载时的仿真波形如下：
当α=120°电阻负载时的仿真波形如下：
小结：有以上的这些波形图可以知道，当为电阻负载时，移相角ɑ范围为0至180度，当移相角ɑ大于180°时，输出的电压u0、电流i0和晶闸管两端的电压uVT在没有什么变化。
实验二：单相交流调压电路（阻感负载）
一．实验内容
对单相交流调压电路的原理能够理解，并能够通过MATLAB仿真得出当α为不同角度时的仿真波形。
最后通过分析仿真波形来了解单相交流调压电路（阻感负载）的工作情况。
电路模型由交流电源、反并联的两个晶闸管、触发模块、电阻负载、电感组成。
图2-1
单相交流调压电路（阻感负载）如图2-1所示。
我所要分析的问题是α为不同值时，输出电压及电流的波形变化。
二、实验原理
当电源电压U2在正半周时，晶闸管VT1承受正向电压，但是没有触发脉冲晶闸管VT1没有导通，在α时刻来了一个触发脉冲，晶闸管VT1导通，晶闸管VT2在电源电压是正半周时承受反向电压截止，当电源电压反向过零时，由于负载电感产生感应电动势阻止电流变化，故电流不能马上为零，随着电源电流下降过零进入负半周，电路中的电感储存的能量释放完毕，电流到零，晶闸管VT1关断。
当电源电压U2在负半周时，晶闸管VT2承受正向电压，但是没有触发脉冲晶闸管VT2没有导通，在π+α时刻来了一个触发脉冲，晶闸管VT2导通，晶闸管VT1在电源电压是负半周时承受反向电压截止，当电源电压反向过零时，由于负载电感产生感应电动势阻止电流变化，故电流不能马上为零，随着电源电流下降过零进入负半周，电路中的电感储存的能量释放完毕，电流到零，晶闸管VT2关断。
三、实验步骤
在MATLAB新建一个Model，命名为zuganfuzai，同时模型建立如下图所示
图2-2 阻感负载的电路建模图
五、仿真结果
在交流电源U1的正半周和负半周，分别对VT1和VT2的触发延迟角ɑ进行控制，使得输出电压波形为正弦电压的一部分，从而实现调节输出电压的目的，负载阻抗角φ=arctan(ωL/R),负载电压相位滞后于晶闸管输出电压相位φ，把ɑ=0°的时刻定在电源电压过零的时刻，显然阻感负载下稳态时ɑ的移相范围为φπ。
仿真参数：仿真参数设置如电阻负载各项设置，无疑不同的是电感的参数设置。
电感参数设置如下：
设置Pulse1触发脉冲角α1分别为0°、30°、60°、90°、120°Pulse2触发脉冲角α2对应为180°、210°、240°、270°、300°产生的相应波形分别如图所示。
说明：第一列为电源电压u1。
第二列为脉冲信号Ug1波形，第三列为脉冲信号Ug2波形，第四列为负载电流i0波形，第五列为电压u0波形，第六列为晶闸管两端电压u VT波形。
当α=0°电阻负载时的仿真波形如下：
当α=30°电阻负载时的仿真波形如下：
当α=60°电阻负载时的仿真波形如下：
当α=90°电阻负载时的仿真波形如下：
当α=120°电阻负载时的仿真波形如下：
小结：由以上的波形可以看得出来，当触发角范围为φ<ɑ时，电压输出波形和电压波形相同，晶闸管两端的电压为方波。
当φ<ɑ<180时，波形由上面的波形可知。
总结：在Simulink 环境下利用电力系统模块库中的电力电子器件组建单相交流
调压纯电阻电路，并对电路进行相应的理论分析和仿真实验。
仿真实验结果表明，通过控制 角的大小，单相交流调压电路能够得到很好的调压结果。