单相交流调压电路(1000W) 电力电子技术 课程设计(论文)

电力电子技术课程设计（论文）题目：单相交流调压电路（1000W）

院（系）：电气工程学院

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起止时间：09-7-6至09-7-12

课程设计（论文）任务及评语

目录

第一章课程设计方案 (1)

1.1交流调压电路概述 (1)

1.2 系统总体结构 (1)

第2章课程设计内容 (2)

2.1 单相交流调压电路工作情况与负载性质的关系 (2)

2.1.1电阻性负载 (2)

2.1.2阻感负载 (3)

2.2单相交流调压触发电路的选择 (5)

2.3变压器变比的计算 (6)

2.4晶闸管的选择 (7)

2.5 实际实现电路及工作原理 (8)

2.6总体电路图及其波形图 (10)

第三章课程设计总结 (11)

参考文献 (12)

第一章课程设计方案

1.1交流调压电路概述

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电力。这种电路不改变交流电的频率，称为交流电力控制电路。在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，可以方便的调节输出电压的有效值，这种电路称为交流调压电路。交流调压电路可分为单相交流调压电路和三相交流调压电路。单相交流调压电路是后者的基础，和整流电路一样，交流调压电路的工作情况也和负载性质有着很大的关系，因此分别对电阻负载和阻感负载分别予以讨论。

1.2 系统总体结构

将一种交流电能转换为另一种交流电能的过程称为交流-交流变换过程，凡能实现这种变换的电路为交流变换电路。对单相交流电的电压进行调节的电路。用在电热控制、交流电动机速度控制、灯光控制和交流稳压器等场合。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。结构原理简单。该方案是由变压器、触发电路、整流器、以及一些电路构成的，为一台电阻炉提供电源。输入的电压为单相交流220V，经电路变换后，为连续可调的交流电。下图为系统总体结构框图。

图1 系统结构框图

图1中的220V为交流市电输入，经过调压环节的变压器等电路转换为连续可调的交流电，输出连续可调的交流电源部分作用：为电阻炉提供电源。

第2章 课程设计内容

2.1 单相交流调压电路工作情况与负载性质的关系

2.1.1电阻性负载

图2.1 电阻负载单相交流调压电路

图2.1为电阻负载单相交流调压电路图。图中晶闸管VT1和VT2也可以用一个双向晶闸管代替。在交流电源U1的正半周和负半周，分别对VT1和VT2的开通角电源α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。在稳态情况下，应使正负半周的α相等。可以看出负载电压波形是电源电压波形的一部分，负载电流（也是电源电流）和负载电压的波形相同。

上述电路在开通角为α时，负载电压有效值U 0、负载电流有效值I 0、晶闸管电流有效值I T 和电路的功率因数分别为：

负载电压有效值

(4-1)

负载电流有效值

(4-2)

u o

u

V 1V 2

晶闸管电流有效值

(4-3) 功率因数 ;; (4-4)

从图2.1及上式中可以看出，输出电压与α 的关系：移相范围为0≤α ≤π。α =0时U o=U1，最大，α的增大，U o降低，α =π时，U o=0。λ与α 的关系：α =0时，λ=1，α 增大，输入电流滞后于电压且畸变，λ降低u的正半周内，晶闸管V

1

承受正向电压，当ωt＝α时，触发V1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，V1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V2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。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。

2.1.2阻感负载

电路图及其波形如图2.2所示

图2.3阻感负载单相交流调压电路及其波形

阻感负载下稳态时的移相范围为φ《α《π。当VT2导通时，只是I0的极性相反，且相相差180°

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

图2.4单相交流调压电路以φ为参变量的α和θ的关系曲线

当ωt ＝α＋θ时，i o ＝0。将此条件代入可求得导通角θ与控制角α、负载阻抗角φ之间的定量关系表达式为

针对交流调压器，其导通角θ≤180°，再根据上式可绘出θ＝f （α，φ）曲线，单

相交流调压电路以φ为参变量时θ与α的关系。

下面分别就α＞φ、α＝φ、α＜φ三种情况来讨论调压电路的工作情况。(1) 当

α＞φ时， 由式可以判断出导通角θ＜180°, 正负半波电流断续。α越大，θ越小，波形断续愈严重。

(2) 当α＝φ时， 由式可以计算出每个晶闸管的导通角θ＝180°。此时，每个晶闸管轮流导通180°，相当于两个晶闸管轮流被短接， 负载电流处于连续状态，输出完整的正弦波。

(3) 当α＜φ时， 电源接通后，在电源的正半周，如果先触发V 1， 则可判断出它的导通角θ＞180°。 如果采用窄脉冲触发，当V 1的电流下降为零而关断时，V 2的门极脉冲

R

L

L R Z t ωϕωθαωαarctan

]

)([2

122

=+=+≤≤04080120140180

40

80120140180α / °

θ / (° 15

°30°45°60°75°

ϕ＝

90°

)

ϕ

θ

ϕαϕθαtan )sin()sin(-

-=-+e