单相交流调压器

一.交流调压器件的介绍

交流调压控制器是交流调压器、交流调功器和交流无触点开关的统称。交流电力控制器在电力系统中主要用于交流电压的调节、有功及无功功率的调节、以及负载短路时的电流遮断控制等。它也广泛应用于电路温控、灯光调节、异步电动机软启动和调速等。交流电力控制器最常见的基本电路是将一对晶闸管反并联或用一个双向晶闸管与负载串联，然后接到交流电源上，通过对晶闸管的控制可实现对负载的交流电压和功率的控制。根据用途不同选择相位控制、通断周期控制和过零点通断控制的三种不同控制方式，便构成了三种不同的交流调压电路。

二.单相交流调压器

接在交流电源与负载之间的晶闸管，，以相位控制方式来调节负载上的电压，就构成了交流调压器，其工作情况与负载有关。

在此次仿真中我们的参数主要是:

1220

u V

=,50HZ，交流

R=1Ω

L=2mH

2.1电阻负载

单相交流调压器是交流电力控制器中最基本的电路，下图给出了带电阻负载的电路。

图2.1单相交流电阻负载电路

单相交流电阻负载的调压电路仿真模型如下图所示：

图2.2单相交流电阻负载调压电路仿真模型

图2.31u ，0i ，0u ，VT1触发脉冲，VT2触发脉冲的波形图

在交流电压的正半周，控制角为α时，VT1导通，把交流正电压的一部分加在负载R 上。交流电压由正过零变负时，回路电流下降到零，VT1自然关断，负载上电压电流为零。t ωπα=+时，触发VT2导通，把交流负电压的一部分加在负载R 上。交流电压由负过零变正时，VT2自然关断。改变α的大小，就改变的电压上的负载波形，从而改变了负载电压的有效值，达到了调压的目的。负载电压的有效值为

0U U =

=电阻上的有效值为0

0U I R

=

交流调压器功率因数为0010

p U I S

U I λ===α越大，输出电压越低，功率因数也越低。 2.2阻感负载

交流电压电路工作在电感性负载时，由于控制角α和阻感角?的关系不同，晶闸管每半周导通时，会产生不同的过渡过程。单相交流调压电路工作在阻感时的电路图如下图所示：

图2.4单相交流阻感负载电路

交流调压晶闸管控制角α的移相范围是180。

，α=0.时的位置定在电源电压过零的时刻。在阻感负载时按照控制角与负载阻抗角[arctan

L

R

?=]的关系，在此我们选择R=1Ω，L=2mH,可以计算出阻抗角为：?=0.1146。

，下面我们将介绍电路的三种工作状态： (1)0180?α≤≤

调压器输出电压和电流的正负半周是不连续的，在这范围内调节控制角，负载的电压和电流将随之变化。此时负载电压波形断续，但交流电压可调。因此，阻感负载时α的移相范围应为0180?α≤≤，负载电压有效值为：

0U U =

=单相交流阻感负载的调压电路仿真模型如下图所示：

图2.5单相交流阻感负载调压电路仿真模型

①0

30α=，（

301

.02360

60

?=）

图2.6

030α=时，1u ，0i ，0u ，VT1， VT2触发脉冲的波形图

图2.7 脉冲信号的设置

脉冲信号的设置如上图所示，Amplitude 为脉冲信号的幅值，Period 为脉冲

信号的周期，Pulse Width 为出发宽度，必须有足够的触发宽度，晶闸管才能导通，Phase delay 为脉冲延迟，即我们通过设置这项来调节触发角度。

②0

60α=（0

600.02360

?）

图2.80

60α=，1u ，0i ，0u ，VT1，VT2触发脉冲的波形图

③0

90α=（00901

0.02360200

?=）

图2.90

90α=，1u ，0i ，0u ，VT1，VT2触发脉冲的波形图

④0

120α=（001201

0.02360150

?=）

图2.100

120α=，1u ，0i ，0u ，VT1，VT2触发脉冲的波形图

另外，利用边界条件t ωθα=+，00i =，θ为晶闸管导通角，可求得：

sin()sin()

t tg ω?

αθ?α?-

+-=-，取不同的功率因数角?，所得到的曲线也不同。

如下图所示：

图2.11当电感足够大时，1u ，0i ，0u ，VT1触发脉冲，VT2触发脉冲的波形图

(2)α?=

正负半周处于临界状态，相当于晶闸管失去开工至作用，电路失去调压作用。上面我们已经求得?=0.1146。

，计算有066.63710α-=?，晶闸管处于临界导通，

仿真波形如下图所示：

图2.12临界导通，1u ，0i ，0u ，VT1触发脉冲，VT2触发脉冲的波形图

如上图由于066.63710α-=?太小了，接近于零，所以仿真波形跟我们下面介绍的情况基本相同。 (3)00α?≤≤

调压器输出处于失控状态，即虽然控制角变化，但负载电压不变，且是与电源电压相同的完整正弦波。这是因为阻感负载电流滞后于电压，因此如果控制角变小，在一个晶闸管尚未下降到零前，另外一个晶闸管可能已经触发但是不能导通，一旦电流下降到零，如果另一个晶闸管的触发脉冲还存在，则该晶闸管立即导通，使负载上电压成为连续的正弦波。仿真图形如下图所示：

图2.130

0α=，1u ，0i ，0u ，VT1触发脉冲，VT2触发脉冲的波形图