三相交流调压电路的仿真与研究
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ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
响应，同时使 Ａ／Ｄ 的采集的频率精确。
４ 船舶柴油机曲轴的检测
根据理论分析以及相关资料，柴油机曲轴 的理论应力集中和疲劳区域主要在于主轴颈 或曲柄销颈与曲柄臂连接的过渡圆角处，所以 安装传感器时，重点对这些部位进行检测。在 船舶动力装置实验室，把裂纹检测仪的传感部 分安装在型号是 ２９５Ｇ 的船舶柴油机上。把传 感器固定在特制的有机塑料封盖上（导门位置） 并靠近曲轴， 传感器深入曲柄箱的距离可调 节， 在传感器前面有一个密封的玻璃罩， 避免 热的滑油直接接触并损坏它。便携式的仪表 通过电缆线直接和传感器相连，并能把传感器 传出的电压信号转化成磁场强度值由显示器 示出。
学 术 论 坛
科技资讯 ２００８ ＮＯ．３３
ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
三相交流调压电路的仿真与研究
翟晓烨 （中国地质大学（北京）信息工程学院 北京 １０００８３）
摘 要：本文重点介绍三相交流调压电路的构成、工作原理及谐波分析。通过 ＭＡＴＬＡＢ 的 ＳＩＭＵＬＩＮＫ 电力系统工具箱建立了三相交流
对于船舶柴油机轴系裂纹检测，测定曲轴 裂纹的方法是：船舶柴油机在新机和运转良好 的情况下， 进行轴系裂纹检测的多次实验， 把 测得的数据和曲线作为原始资料保存起来，当 再次进行船舶柴油机轴系裂纹的检测时，把测 得的数据及曲线和原始资料相对照，如发现数 据有了较大的变化， 应让柴油机停止运转， 再 用其它的无损检测方法进行检查，针对柴油机 轴系的裂纹检测， 本仪器只进行了初步探讨， 随着仪器优化设计，在船舶轴系和柴油机曲轴 上的研究将深入下去。
ａ 相电压
ａ 相电压
ｂ 相电压
ｃ 相电压
三相电压 控制角为 ０°
控制角为 １５０° 图 １ 电阻性负载的仿真波形
三相电压 控制角为 ９０°
（下转 ２４５ 页）
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２４３
学 术 论 坛
构简单可靠， 抗干扰能力强。Ｒ Ａ ０ 、Ｒ Ａ １ 外 接两路模拟信号， 也就是模数转换器的输入 端；ＲＡ２、ＲＡ３ 分别接负参考电压和正参考电 压。船舶柴油机轴系裂纹检测仪只使用磁阻 传感器，没有位移传感器。为了能够看到场强 的变化趋势，简化软件，用一个微分电路，把从 滤波器出来的场强信号一路进入单片机的 ＲＡ０， 即采集的磁场强度； 另一路通过微分微 分电路后， 再进入 Ｒ Ａ １ ， 即采集的广义梯度。 单片机把输入的模拟信号转换成数字量后，通 过公式运算， 根据一类似梯度的量（ 即广义梯 度）是否超出一定的范围来判断单片机是否报 警。
参考文献
［１］ 黄俊，王兆安．电力电子变流技术（第３版） ［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９９．
［２］ 周渊深．交直流调速系统与 ＭＡＴＬＡＢ 仿 真［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００３．
［３］ 陈阳泉，薛定宇．基于 ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 的系统仿真技术与应用［Ｍ］．北京：清华大 学出版社， ２ ０ ０ ２ ．
三相交流调压电路，具体分析触发脉冲的 相位与调压电路输出电压的关系。
（１）三相调压电路在纯电阻性负载时的工 作情况：①当 ０°≤α＜ ６０°时，三相导通和两 相导通情况交替出现。三相导通时，每相电阻 电压为相电压； 两相导通时， 导通相电阻电压 为导通两相线电压的一半，不导通相电阻电压
ａ 相电压
三相电压 控制角为 ３０°
３ 检测仪的软件设计
轴系检测仪使用的程序采用 ＰＩＣ 单片机 汇编语言编写， 可实现数据采集、参数计算、 打印、显示等功能，显示时使用液晶模块以数 字或曲线的形式连续显示采集的场强、广义 梯度。
在主程序中， 系统主要是进行 Ａ ／ Ｄ 转换 结果的运算和运算结果保存，根据运算结果进 行场强、广义梯度的显示， 及其阈值判断报 警。同时通过硬件复位键，可以使程序被重新 初始化，再进行新的任务选择。
３ 结语
本文对三相交流调压电路进行了详细的 分析研究， 并通过 Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ 的 Ｓ Ｉ Ｍ Ｕ Ｌ Ｉ Ｎ Ｋ 电力系统工具箱建立了其仿真电路模型，并对 多种情况下的仿真结果进行了深入地分析探 讨，验证了交流调压电路的工作原理和相关谐
波问题， 为交流调压电路在电炉的温度控制、 灯光调节、异步电机软起动、异步电机调速 等方面应用奠定了良好的理论基础。
［４］ 李传琦．电力电子技术计算机仿真实验［Ｍ］． 北京：电子工业出版社，２００６．
［５］ 林伟，臧小惠．基于 ＭＡＴＬＡＢ 的三相交流 调压电路仿真与研究［Ｊ］．北京：中国科技信 息，２００７，２０．
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２４５
调压电路的仿真模型， 并对其进行了仿真分析和研究。通过仿真分析验证了所建模型的正确性。
关键词：交流调压 ＭＡＴＬＡＢ 仿真
中图分类号： Ｔ Ｍ ４ ２ ３
文献标识码： Ａ
文章编号：１６７２－３７９１（２００８）１１（ｃ）－０２４３－０２
随着电力电子技术的发展，采用晶闸管组 成的交流调压器及可控整流装置等，以其设备 体积小、损耗小、电路及控制较简单、响应快、 价格低廉、可靠性高、使用和维护方便等优 点，而被广泛应用于工业及日常生活电气设备 中，取代了笨重、价高和性能差的调压变压器 或串接饱和电抗器等。晶闸管的控制方式有 两种：一是通断控制，在一定的时间内，控制晶 闸管导通的工频周期数来达到调压的目的。 二是相位控制，即通过控制晶闸管的导通角来 调压；采用控制晶闸管通断周波比调压方式的
［５］ 任吉林，邬冠华，宋凯，等．金属磁记忆检测 机理的探讨［Ｊ］．无损检测，２００２（１）：２９～ ３１．
５ 结语
本文对基于金属磁记忆检测技术的船舶 轴系裂纹检测仪的研制进行了初步探索，开发
（上接 ２４３ 页）
为零。每只晶闸管导通角度为： １ ５ ０ °－ α。② 当 ６０°≤α≤ ９０°时，由于任何瞬时都是两相 导通，所以导通相电阻电压为导通两相线电压 的一半，不导通相电阻电压为零。每只晶闸管 导通角度为：１２０°。③当 ９０°＜α≤ １５０°时， 会有一区段内三个元件均不导通。在这一段 区间内，会出现两相导通或者三相都不通的情 况。两相导通时负载输出电压如前所述。三相 都不通时，则三相负载电压都为零。每只晶闸 管导通角度为：３００°－２ α。④α≥ １５０°时， 触发脉冲不起作用，晶闸管不导通。
三相电压 控制角为 ６０°
ａ 相电压
压电路。通过改变触发脉冲的相位控制角α， 便可以控制加在负载上的电压大小。对于这 种不带零线的调压电路，为使三相电流构成通 路， 任意时刻至少要有两个晶闸管同时导通。 为了调整电压， 需要改变触发脉冲的相位角 α。为此对触发脉冲电路的要求是：（１）三相正 （或负）脉冲依次间隔 １２０°，而每一相正、负 脉冲相隔１８０°。（２）为了保证电路起始工作时 能两相同时导通，以及在感性负载和控制角较 大时， 仍能保持两相同时导通， 与三相全控整 流桥一样，要求采用双窄脉冲或宽脉冲触发（大 于 ６ ０ °） 。
［２］ 刘贵民．无损检测技术［Ｍ］．北京：国防工业 出版社，２００６：１～１０．
［３］ 徐广宇．基于 ＤＳＰ 技术的管道裂纹漏磁定 量检测仪的研究［Ｄ］．北京：北京化工大学， ２００４．
［４］ 林俊明，林春景，林发炳，等．基于磁记忆效 应的一种无损检测新技术［Ｊ］．无损检测， ２０００（７）：２９７～２９９．
出简单易用的低成本检测仪器，并进行了试验 检测，尽管与成熟的通用产品在检测结果上存 在一定差距，但仪器简单便携，成本低，传感部 分体积小， 灵敏度高， 可适用于船舶轴系或其 它铁制工件裂纹和应力集中的检测。
参考文献
［１］ 任吉林，林俊明，池永滨，等．金属磁记忆检 测技术［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２０００： １～１２０．
缺点是： 难以实现连续调压， 不易找到合适的 调压比。本文在 Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ 仿真环境下， 运用 ＳＩＭＵＬＩＮＫ 电力系统工具箱的各种元件模型 建立三相交流调压电路的仿真模型，并对其进 行仿真研究。
１ 三相交流调压电路的分析wenku.baidu.com
三相交流调压电路有各种各样的形式，应 用最为广泛的、性能最好的是三相交流调压 电路。用三对反并联晶闸管作为开关元件，分 别接至负载就构成了三相全波星形联结的调
设计中使用定时器中断，每隔 ７０ μ ｓ 中断 一次，在中断中主要进行按键处理程序和 Ａ／Ｄ 的采集。选用 ２０ＭＨｚ 晶振的情况下， 绝大部 分指令执行的时间是 ０．２ μｓ，在中断程序中执 行的程序较短，不会出现中断程序用时超出７０ μ ｓ 情况，这样既保证了有按键按下就能及时
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２ 三相交流调压电路的仿真
交流调压电路仿真结果及分析。 （１）带电阻性负载的仿真波形如图 １ 所示 图 １ 为三相交流调压电路带阻性负载，控 制角分别为 ０°、３０ °、６０°、９０ °和 １５０°时 的负载电压仿真波形。由仿真结果分析可得： α＝０°时调压电路输出全电压，α增大则输出 电压减小，α ＝１５０°时输出电压为零。控制 角α由０°至１５０°变化，则输出电压从最大到 零连续变化。此外， 随着α角的增大， 电流的 不连续程度增加，每相负载上的电压已不是正 弦波，但正、负半周对称。因此，调压电路输出 电压中只有奇次谐波，以三次谐波所占比重最 大。但由于这种线路没有零线，故无三次谐波 通路，减少了三次谐波对电源的影响。
（２）交流调压电路在电感性负载时的工作 情况： 当交流调压电路的负载为交流电动机、 变压器等电感性负载时，晶闸管的工作情况与 电阻性负载时就不相同了。因为在电感性负 载时， 电路中电流的波形与电压的波形不同 相。当电源电压过零点时，由于电路自感电势 的作用使电流要滞后一个角度（时间）才能为零 而去关断晶闸管。因此，晶闸管的导通角会增 大，并由于晶闸管是在电压过零后经过一个延 迟才关断，所以它是在承受反压情况下被关断 的。
响应，同时使 Ａ／Ｄ 的采集的频率精确。
４ 船舶柴油机曲轴的检测
根据理论分析以及相关资料，柴油机曲轴 的理论应力集中和疲劳区域主要在于主轴颈 或曲柄销颈与曲柄臂连接的过渡圆角处，所以 安装传感器时，重点对这些部位进行检测。在 船舶动力装置实验室，把裂纹检测仪的传感部 分安装在型号是 ２９５Ｇ 的船舶柴油机上。把传 感器固定在特制的有机塑料封盖上（导门位置） 并靠近曲轴， 传感器深入曲柄箱的距离可调 节， 在传感器前面有一个密封的玻璃罩， 避免 热的滑油直接接触并损坏它。便携式的仪表 通过电缆线直接和传感器相连，并能把传感器 传出的电压信号转化成磁场强度值由显示器 示出。
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三相交流调压电路的仿真与研究
翟晓烨 （中国地质大学（北京）信息工程学院 北京 １０００８３）
摘 要：本文重点介绍三相交流调压电路的构成、工作原理及谐波分析。通过 ＭＡＴＬＡＢ 的 ＳＩＭＵＬＩＮＫ 电力系统工具箱建立了三相交流
对于船舶柴油机轴系裂纹检测，测定曲轴 裂纹的方法是：船舶柴油机在新机和运转良好 的情况下， 进行轴系裂纹检测的多次实验， 把 测得的数据和曲线作为原始资料保存起来，当 再次进行船舶柴油机轴系裂纹的检测时，把测 得的数据及曲线和原始资料相对照，如发现数 据有了较大的变化， 应让柴油机停止运转， 再 用其它的无损检测方法进行检查，针对柴油机 轴系的裂纹检测， 本仪器只进行了初步探讨， 随着仪器优化设计，在船舶轴系和柴油机曲轴 上的研究将深入下去。
ａ 相电压
ａ 相电压
ｂ 相电压
ｃ 相电压
三相电压 控制角为 ０°
控制角为 １５０° 图 １ 电阻性负载的仿真波形
三相电压 控制角为 ９０°
（下转 ２４５ 页）
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构简单可靠， 抗干扰能力强。Ｒ Ａ ０ 、Ｒ Ａ １ 外 接两路模拟信号， 也就是模数转换器的输入 端；ＲＡ２、ＲＡ３ 分别接负参考电压和正参考电 压。船舶柴油机轴系裂纹检测仪只使用磁阻 传感器，没有位移传感器。为了能够看到场强 的变化趋势，简化软件，用一个微分电路，把从 滤波器出来的场强信号一路进入单片机的 ＲＡ０， 即采集的磁场强度； 另一路通过微分微 分电路后， 再进入 Ｒ Ａ １ ， 即采集的广义梯度。 单片机把输入的模拟信号转换成数字量后，通 过公式运算， 根据一类似梯度的量（ 即广义梯 度）是否超出一定的范围来判断单片机是否报 警。
参考文献
［１］ 黄俊，王兆安．电力电子变流技术（第３版） ［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９９．
［２］ 周渊深．交直流调速系统与 ＭＡＴＬＡＢ 仿 真［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００３．
［３］ 陈阳泉，薛定宇．基于 ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 的系统仿真技术与应用［Ｍ］．北京：清华大 学出版社， ２ ０ ０ ２ ．
三相交流调压电路，具体分析触发脉冲的 相位与调压电路输出电压的关系。
（１）三相调压电路在纯电阻性负载时的工 作情况：①当 ０°≤α＜ ６０°时，三相导通和两 相导通情况交替出现。三相导通时，每相电阻 电压为相电压； 两相导通时， 导通相电阻电压 为导通两相线电压的一半，不导通相电阻电压
ａ 相电压
三相电压 控制角为 ３０°
３ 检测仪的软件设计
轴系检测仪使用的程序采用 ＰＩＣ 单片机 汇编语言编写， 可实现数据采集、参数计算、 打印、显示等功能，显示时使用液晶模块以数 字或曲线的形式连续显示采集的场强、广义 梯度。
在主程序中， 系统主要是进行 Ａ ／ Ｄ 转换 结果的运算和运算结果保存，根据运算结果进 行场强、广义梯度的显示， 及其阈值判断报 警。同时通过硬件复位键，可以使程序被重新 初始化，再进行新的任务选择。
３ 结语
本文对三相交流调压电路进行了详细的 分析研究， 并通过 Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ 的 Ｓ Ｉ Ｍ Ｕ Ｌ Ｉ Ｎ Ｋ 电力系统工具箱建立了其仿真电路模型，并对 多种情况下的仿真结果进行了深入地分析探 讨，验证了交流调压电路的工作原理和相关谐
波问题， 为交流调压电路在电炉的温度控制、 灯光调节、异步电机软起动、异步电机调速 等方面应用奠定了良好的理论基础。
［４］ 李传琦．电力电子技术计算机仿真实验［Ｍ］． 北京：电子工业出版社，２００６．
［５］ 林伟，臧小惠．基于 ＭＡＴＬＡＢ 的三相交流 调压电路仿真与研究［Ｊ］．北京：中国科技信 息，２００７，２０．
科技资讯 ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
２４５
调压电路的仿真模型， 并对其进行了仿真分析和研究。通过仿真分析验证了所建模型的正确性。
关键词：交流调压 ＭＡＴＬＡＢ 仿真
中图分类号： Ｔ Ｍ ４ ２ ３
文献标识码： Ａ
文章编号：１６７２－３７９１（２００８）１１（ｃ）－０２４３－０２
随着电力电子技术的发展，采用晶闸管组 成的交流调压器及可控整流装置等，以其设备 体积小、损耗小、电路及控制较简单、响应快、 价格低廉、可靠性高、使用和维护方便等优 点，而被广泛应用于工业及日常生活电气设备 中，取代了笨重、价高和性能差的调压变压器 或串接饱和电抗器等。晶闸管的控制方式有 两种：一是通断控制，在一定的时间内，控制晶 闸管导通的工频周期数来达到调压的目的。 二是相位控制，即通过控制晶闸管的导通角来 调压；采用控制晶闸管通断周波比调压方式的
［５］ 任吉林，邬冠华，宋凯，等．金属磁记忆检测 机理的探讨［Ｊ］．无损检测，２００２（１）：２９～ ３１．
５ 结语
本文对基于金属磁记忆检测技术的船舶 轴系裂纹检测仪的研制进行了初步探索，开发
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为零。每只晶闸管导通角度为： １ ５ ０ °－ α。② 当 ６０°≤α≤ ９０°时，由于任何瞬时都是两相 导通，所以导通相电阻电压为导通两相线电压 的一半，不导通相电阻电压为零。每只晶闸管 导通角度为：１２０°。③当 ９０°＜α≤ １５０°时， 会有一区段内三个元件均不导通。在这一段 区间内，会出现两相导通或者三相都不通的情 况。两相导通时负载输出电压如前所述。三相 都不通时，则三相负载电压都为零。每只晶闸 管导通角度为：３００°－２ α。④α≥ １５０°时， 触发脉冲不起作用，晶闸管不导通。
三相电压 控制角为 ６０°
ａ 相电压
压电路。通过改变触发脉冲的相位控制角α， 便可以控制加在负载上的电压大小。对于这 种不带零线的调压电路，为使三相电流构成通 路， 任意时刻至少要有两个晶闸管同时导通。 为了调整电压， 需要改变触发脉冲的相位角 α。为此对触发脉冲电路的要求是：（１）三相正 （或负）脉冲依次间隔 １２０°，而每一相正、负 脉冲相隔１８０°。（２）为了保证电路起始工作时 能两相同时导通，以及在感性负载和控制角较 大时， 仍能保持两相同时导通， 与三相全控整 流桥一样，要求采用双窄脉冲或宽脉冲触发（大 于 ６ ０ °） 。
［２］ 刘贵民．无损检测技术［Ｍ］．北京：国防工业 出版社，２００６：１～１０．
［３］ 徐广宇．基于 ＤＳＰ 技术的管道裂纹漏磁定 量检测仪的研究［Ｄ］．北京：北京化工大学， ２００４．
［４］ 林俊明，林春景，林发炳，等．基于磁记忆效 应的一种无损检测新技术［Ｊ］．无损检测， ２０００（７）：２９７～２９９．
出简单易用的低成本检测仪器，并进行了试验 检测，尽管与成熟的通用产品在检测结果上存 在一定差距，但仪器简单便携，成本低，传感部 分体积小， 灵敏度高， 可适用于船舶轴系或其 它铁制工件裂纹和应力集中的检测。
参考文献
［１］ 任吉林，林俊明，池永滨，等．金属磁记忆检 测技术［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２０００： １～１２０．
缺点是： 难以实现连续调压， 不易找到合适的 调压比。本文在 Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ 仿真环境下， 运用 ＳＩＭＵＬＩＮＫ 电力系统工具箱的各种元件模型 建立三相交流调压电路的仿真模型，并对其进 行仿真研究。
１ 三相交流调压电路的分析wenku.baidu.com
三相交流调压电路有各种各样的形式，应 用最为广泛的、性能最好的是三相交流调压 电路。用三对反并联晶闸管作为开关元件，分 别接至负载就构成了三相全波星形联结的调
设计中使用定时器中断，每隔 ７０ μ ｓ 中断 一次，在中断中主要进行按键处理程序和 Ａ／Ｄ 的采集。选用 ２０ＭＨｚ 晶振的情况下， 绝大部 分指令执行的时间是 ０．２ μｓ，在中断程序中执 行的程序较短，不会出现中断程序用时超出７０ μ ｓ 情况，这样既保证了有按键按下就能及时
科技资讯 ２００８ ＮＯ．３３
２ 三相交流调压电路的仿真
交流调压电路仿真结果及分析。 （１）带电阻性负载的仿真波形如图 １ 所示 图 １ 为三相交流调压电路带阻性负载，控 制角分别为 ０°、３０ °、６０°、９０ °和 １５０°时 的负载电压仿真波形。由仿真结果分析可得： α＝０°时调压电路输出全电压，α增大则输出 电压减小，α ＝１５０°时输出电压为零。控制 角α由０°至１５０°变化，则输出电压从最大到 零连续变化。此外， 随着α角的增大， 电流的 不连续程度增加，每相负载上的电压已不是正 弦波，但正、负半周对称。因此，调压电路输出 电压中只有奇次谐波，以三次谐波所占比重最 大。但由于这种线路没有零线，故无三次谐波 通路，减少了三次谐波对电源的影响。
（２）交流调压电路在电感性负载时的工作 情况： 当交流调压电路的负载为交流电动机、 变压器等电感性负载时，晶闸管的工作情况与 电阻性负载时就不相同了。因为在电感性负 载时， 电路中电流的波形与电压的波形不同 相。当电源电压过零点时，由于电路自感电势 的作用使电流要滞后一个角度（时间）才能为零 而去关断晶闸管。因此，晶闸管的导通角会增 大，并由于晶闸管是在电压过零后经过一个延 迟才关断，所以它是在承受反压情况下被关断 的。