单相交流调压电路性能研究

基础强化训练任务书

学生姓名：韦晟云专业班级：电气1003 指导教师：胡红明工作单位：自动化学院

题目: 单相交流调压电路性能研究

初始条件：

输入为单相交流电源，有效值220V。

要求完成的主要任务:

（1）掌握单相交流调压电路的原理；

（2）设计出系统结构图，并采用matlab对单相交流调压电路进行仿真；

（3）采用protel设计出单相交流调压主电路及采用KJ004控制电路时间安排：

2012年7月9日至2012年7月13日，历时一周，具体进度安排见下表

参考文献：

[1]王兆安，刘进军.《电力电子技术》第5版.北京：机械工业

出版社，2011

指导教师签名：年月日

系主任（或责任教师）签名：年月日

单相交流调压电路性能研究

目录

前言 (3)

1.主电路设计 (4)

1.1.设计内容及技术要求 (4)

1.2工作原理 (4)

1.2.1主电路工作原理

1.2.2晶闸管的工作原理

1.3负载电流分析 (8)

1.4单相交流调压电路主电路和触发电路图 (10)

1.5.仿真参数设置 (10)

2.仿真 (13)

2.1.电阻性负载仿真波形 (13)

2.1.1.波形分析 (16)

2.2.阻感性负载（H=0.02） (16)

2.2.1.波形分析 (19)

2.3.实验结果分析 (20)

3.触发电路的设计 (20)

4．设计体会 (23)

参考文献 (24)

前言

这次基础强化训练主要究单相交流调压电路的设计。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。交流调压器与常规的交流调压变压器相比，它的体积和重量都要小得多。交流调压器的输出仍是交流电压，它不是正弦波，其谐波分量较大，功率因数也较低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。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

初始条件：输入为单相交流电源，有效值220V 。

要求完成的主要任务:

（1）掌握单相交流调压电路的原理；

（2）设计出系统结构图，并采用matlab 对单相交流调压电路进行仿真；

（3）采用protel 设计出单相交流调压主电路及采用KJ004控制电路

1.2工作原理

1.2.1主电路工作情况

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下图1-1所示。产生的滞后是因为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。

图1-1电路图

（1）φα>情况

上图1-1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 的正半周时，在αω=t 时触发Vt1,Vt1导通，输出电压o u =i u ，电流o i 从0开始上升。当电压到达过零点时，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电流不为零，之后o i 继续下降，Vt1仍然导通，输出电压出现负值。直到电流下降到零时，Vt1自然关断，输出电压为零。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，晶闸管两端电压波如下图

α>情况下的波形)

图1-2(φ

α=φ情况

（2）

α=φ时，当正半周Vt1关断时，Vt2恰好触发导通，在一个周期内当控制角

两只晶闸管轮流导通180°。此时负载电流i。临界连续，负载电流是一个滞后电源电压φ角的正弦电流。该工况下两个晶闸管相当于两个二极管，或输入输出直接相连，输出电压及电流连续，相当于晶闸管失去控制，无调压作用。

图1-3α=φ情况下的输出波形

(3) φα<情况

在φα<工况下，阻抗角φ相对较大，相当于负载的电感作用较强，使得负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 180)(>-+φαθ时左端才能小于0，因此 180>θ，如

图所示，如果用窄脉冲触发晶闸管，在α=wt 时刻1T 被触发导通，由于其导通角

大于180 ，在负半周)(πα+=wt 时刻为2T 发出出发脉冲时，1T 还未关断，2T 因

受反压不能导通,1T 继续导通直到在)(πα+=wt 时刻因1T 电流过零关断时，2T 的窄脉冲2G u 已撤除，2T 仍然不能导通，直到下一周期1T 再次被触发导通。这样就形成只有一个晶闸管反复通断的不正常情况，这一现象称为“半相半波整流现象”负载电流i 。始终为单一方向，在电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1-4φα<下窄脉冲触发方式时输出波形