三相交流调压电路设计..

2013 年 6 月

28 日

课程设计报告书

所属课程名称 电气工程设计软件计算机操作

题 目 三相交流调压电路设计 分院

专 业 班 级

学号

学生姓名

指导教师

目录

第一章课程设计内容及要求 (3)

第二章单相交流调压电路的分析 (3)

第三章三相交流调压电路设计 (7)

3.1三相交流调压电路的比较 (7)

3.2三相三线交流调压电路的原理分析. (8)

3.3仿真电路设计 (11)

第四章电路仿真效果图 (14)

第五章课程设计心得体会 (20)

参考文献（资料）22

第一章课程设计内容及要求

根据单相交流调压电路的原理，设计一个三相交流调压电路。通过MATLAB/SIMULINK仿真分别得到控制角

α=0°、α=30°和α=90° 时的输出电压和电流波形，以及各相触发脉冲波形。负载考虑纯电阻情况，触发脉冲可通过脉冲宽度调制技术得到。仿真电路设计步骤如下：

A.根据设计要求设计方案，对要求进行分析。提出初步的设计方案。

B.然后对方案进行比较，选定合适设计方案。

C.完成单元电路的设计和主要元器件的参数选择，完成主电路的原理分析。

D.把各个元器件和单元电路连接成我们所需要的仿真电路图，对搭建的仿真的进行检验。

E.如果仿真电路图无误，对所需的结果进行仿真。最

后，把仿真出来的效果图，写到课程设计报告里。

第二章单相交流调压电路的分析

所谓单相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交流电压的有效值。其输出波形是对称的，设正、负半波的控制角均为。当负载电阻为R，输入的电源电压有效值为

U1，则此电路的基本电气参数如下：

1. 负载电阻R上的交流电压有效值：

2. 负载电阻R 上的电流有效值：

3. 功率因数：

4. 晶闸管的电流平均值：

5.. 晶闸管电流有效值I 及其通态平均电流：

6. 图（1）为单相交流调压器在电阻负载时的参数与控制角的关系，其中U R/U1、I R/I 0及功率因数三者与的关系可用同一条曲线表示。

图（1）单相交流调压器在电阻负载时的参数与控制角的关系

面是单相交流调压电路图及其波形如图(2) 、图(3) ：

图( 2)单相交流调压电路

图( 3)单相交流调压电路波形

第三章三相交流调压电路设计

3.1三相交流调压电路的比较

根据单相交流调压电路的原理，对三相交流调压电路进行设计。常用的三相交流调压线路有电源星型和三角型联结、负载三角型和星型联结。其中星型联结有分为三相三线负载星型线和三相负载三角型联结如图（4）、图（5）。下面对这个两种链接进行比较, 三相三线负载星型线时，输出谐波分量低，没有三次谐波电流，对邻近通信电路干扰小，因而应用比较广。因为没有零线，必须保证两个晶闸管同时导通，负载中才有电流通过，因而必须是双脉冲或宽脉冲（脉宽大于60 度）触发。要求移相范围为150 度。晶闸管承受峰值电压 2 U1.适用于输出接变压器初级、变压器次级为低电压大电流的负载。三相负载三角型联结：它是一个于三个单相调压器组合而成。每相电流波形与单相交流调压器相同，其线电流三次谐波分量为零。触发移相范围为180 度。晶闸管承受峰值电压 2 U1.负载必须为三个可拆开的单相负载，所以用的比较少。因此，我选择三相三线负载星型联结的交流调压电

路（4）

图（4）三相三线负载星型联结交流调压电路

图（5）三相负载三角型联结交流调压电路

3.2三相三线交流调压电路的原理分析

三相交流调压的电路有各种各样的形式，图（4）用的是性

能最好、运用最多的三相三线Y形连接的调压电路。下面以图（4）电阻负载为例说明其工作原理。

图（4）中由于没有中线，若要负载上流过电流，至少要有

两相构成通路，即在三相电路中，至少要有一相正向晶闸管与另一相的反向晶闸管同时导通。为了保证在电路工作时能使两个晶

闸管同时导通，要求采用大于60度的宽脉冲或双窄脉冲的触发电路；为保证输出电压三相对称并有一定的调节范围，要求晶闸管

的触发信号。除了必须与相应的交流电源有一致的相序外，各触发信号之间还必须严格地保持一定的相位关系。对图（4）的调压电路，要求A、B、C三相电路中正向晶闸管VT1、VT3、VT5 0

的触发信号相位互差120 ，反向晶闸管VT2、VT4、VT6的触发信

号相位也互差120 ，而同一相中反并联的两个正、反向晶闸管

的触发脉冲相位应互差180，即各晶闸管触发脉冲的序列应按

VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6的次序，相邻两个晶闸管的触发信号相位差为600。为使负载上能得到全电压，晶闸管应能全导通，因此应选用电源相应波形起始点作为控制角为α=00

的时

刻，该点作为触发角α的基准点。当α为其它角度时，会出现有时三相均有晶闸管导通，有时只两相晶闸管导通。对于三相导通的情况，导通相负载上电压为各相电压。对于两相导通的情况，导通的两相每相负载上的电压为其线电压的一半，不导通相的负载电压为零。对电路工作情况分析如：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，不导通相电阻电压为零。当600≤α≤900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；同上一样，不导通相电阻电压为零。当90≤ α≤150时，会有一区段内三个元件均不导通，这就是三相不导通的情况。α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。当α≥1500时，触发脉冲不起作用，晶闸管不导通。所以三相交流调压电路电阻负载时触发角最大移相角范围为1500。

由以上分析可得出结论：交流调压所得的负载电压和电流波形都不是正弦波，且随着α角增大，负载电压相应变小，负载电流开始出现断续。当负载为电感性时，交流调压输出的波形就不仅与α有关，也与负载的阻抗角β有关，这时负载电流和电压波形也不再同相了，其移相角范围为150。由于三相交流调压带阻感性负载的工作情况比较复杂，很难理论上给出定量的分析，所以在本文后面将结合其仿真波形进行分析。

交流调压电路谐波和功率因数分析：交流调压电路采用的是相位控制方式，使电路中出现缺角正弦波形! 因此它不可避免地包含高次谐波电流并导致电源波形畸变。在电力电子技术中有功功率、无功功率、功率因数的计算和正弦电路中相同。即有功功