单相交流调压电路的课程设计

单相交流调压电路的课程设计内容摘要：

通过控制晶闸管开通相位，可以方便的调节输出电压的有效值。 交流调压电路广泛用于灯光控制及异步电动机的软启动，也用于异步电动机调速。 此外，在高6 电压小电流或低电压大电流之流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。 本次课程设计主要是研究单相交流调压 电路 的设计。 由于 交流 调压电路的工作情况与负载的性质有很大的关系，因此 下面就 反电势 电阻 负载 予以 重点 讨论。 电阻负载 图 图 2 分别 为 反电势 电阻负载单相交流调压电路图及其波形。 图中的晶闸管 VT1 和 VT2 也可以用一个双向晶闸管代替。 在交流电源 U2 的正半周和负半周，分别对 VT1 和 VT2 的移相控制角 进行控制就可以调节输出电压。 图 1 反电势电阻负载单相交流调压电路图 图 2 输入输出电压及电流波形图 建立模型仿真 根据原理图用 MATALB 软件画出正确的仿真电路 图 23， 仿真参数设置 设置触发脉冲 α 分别为 30176。 、 60176。 、 90176。 、 120176。 与其产生的相应波形分别如图 2图 2图 2图 27。 在波形图中第一列波为晶闸管电流波形，第二列波为晶闸管电压波形，第三列波为负载电流波形，第四列波为负载电压波形。 7 图 3 matlab 电阻负载仿真 图 4 0176。 时，单相交流调压电路波形 8 图 5 30176。 时，单相交流调压电路波形 图 6 60176。 时，单相交流调压电路波形 9 图 7 90176。 时，单相交流调压电路波形 图 8 150176。 时，单相交流调压电路波形 10 图 9 180176。 时，单相交流调压电路波形 结果分析 上面图 5图 10 给出了  分别为 0度、 30 度， 60 度， 90 度、 150 度和 180 度时单相交流调压电路的纯电阻负载的电压和电流的仿真波形。 当晶闸管触发控制角  =0 时， U=U2 ，负载两端的电压 U 和流过其电流 LRI 的波形均为正弦波。 当  0 时， U、 LRI 的波形为非正弦波，控制角  从 0~180 度范围改变时，输出电压有效值 U 从 U2 下降到 0，控制角  对输出电压 U 的移相可控区域是 0180 度。 把  角等于 0度、 30 度， 60度， 90度、 150 度和 180度分别代入下式         2s i ns i n2 2 12221 UtdtUU可求得 ： 0U 2202 12 10s i n UUU   30U = 2654 3262 12 )2s in ( 6 UUU  11 2324 3232 1260 )2s i n ( 3 UUUU 221222 1290 )2s i n ( 2 UUUU 22121252 12150 )2s i n ( 125 UUUU  000)2s i n ( 22 12180   UUU   观察图 5图 10 的仿真波形，可得到随着  角增大 ，负载两端电压 U的波形的曲线部分的宽度越来越窄，则其有效值将不断减小。 由此可知，理论分析与仿真结果是一致的。 在 Sim 库 环境下利用电力系统模块库中的电力电子器件组建单相交流调压纯电阻电路，并对电路进行相应的理论分析和仿真实验。 仿真实验结果表明，通过控制  角的大小，单相交流调压电路能够得到很好的调压 结果。 2． 2 阻感负载 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  、负载阻抗角  都有关系。 其中负载阻抗角 )arctan( RwL ,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 。 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   , 三种工况分别进行讨论。 （ 1）  情况 12 图 10 阻感负载 电路图 图 11 阻感负载工作波形图 上图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 iu 的正半周  角时， iT 触发 导通，输出电压 ou 等于电源电压，电流波形 oi 从 0开始上升。 由于是感性负载，电流 oi滞后于电压 ou ，当电压达到过零点时电流不为 0，之后 oi 继续下降，输出电压 ou出现负值，直到电流下降到 0 时， 1T 自然关断，输出 电压等于 0，正 半周结束，期间电流 oi 从 0 开始上升到再次下降到 0 这段区间称为导通角 0。 由后面的分析13 可知，在  工况下， 180 因此在 2T 脉冲到来之前 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 oi 断续期间，晶闸 管两端电压波形如图 14 所示。 为了分析负载电流 oi 的表达式及导通角  与  、  之间的关系，假设电压坐标原点如图所示，在 t 时刻晶闸管 T1导通，负载电流 i0 应满足方程 L0Riddtio= iu = iU2 sin t 其初始条件为 i0 | t =0, 解该方程，可以得出负载电流 i0 在  ≤ t ≤  区间内的表达式为 i0 = ])s in ()[ s in ()(2 t a n/)(2  ti etLR U . 当 t =  时， i0 =0，代入上式得，可求出  与  、  之间的关系为 sin（   ） =sin（   ） e tan/ 利 用上式，可以把  与  、  之间的关系用下图的一簇曲线来表示。 图 12  与  、  之间的关系曲线 图中以  为参变量 ，当  =00 时代表电阻性负载，此时  =180  ；若  为某一特定角度，则当    时，  =180 ，当   时，  随着  的增加而减小。 14 上述电路在控制角为  时，交流输出电压有效值 UO 、负载电流有效值 Io 、晶闸管电流有效值 IT 分别为 Uo =Ui  )22s in (2s in  I0 =2I maxo IT* IT= 2 I maxo IT* 式中， I maxo 为当  =0 时，负载电流的最大有效值，其值为 I maxo = 22 )( lRUi IT* 为晶闸管有效值的标玄值，其值为 IT* =   c os2 )2c os (s in2  由 上式可以看出， IT* 是  及  的函数下图给出了以负载阻抗角  为参变量时，晶闸管电流标幺值与控制角  的关系曲线。 图 13 晶闸管电流标幺值与控制角  的关系曲线 15 当  、。