單相交流調(diào)壓電路仿真研究課程設(shè)計(jì)-文庫吧
2025-07-30 06:03 本頁面
【正文】 功率單相電動(dòng)機(jī)控制、照明和電加熱控制。通過用兩單相晶閘管反并聯(lián)組成的交流電壓控制器，可以方便地調(diào)節(jié)輸出電壓有效值。在使用中， 交流調(diào)壓器的晶 閘管控制通常有兩種方法： 一是通斷控制。即把晶閘管作為開關(guān)將負(fù)載與交流電源接通幾個(gè)周期（工 頻 1周期為20ms） ,然后再斷開一定的周期，改變通斷時(shí)間比值達(dá)到調(diào)壓的目的。這里晶閘管起到一個(gè)通斷頻率可調(diào)的快速開關(guān)的作用。這種控制方式電路簡單，功率因素高，適用于有較大時(shí)間常數(shù)的負(fù)載，缺點(diǎn)是輸出的電壓或功率調(diào)節(jié)不平滑。 二是相位控制。它是使晶閘管在電源電壓每一周期中、在選定的時(shí)刻內(nèi)將負(fù)載與電源接通，改變選定的時(shí)刻可達(dá)到調(diào)壓的目的。 在交流調(diào)壓器中，相位控制應(yīng)用較多，下面主要分析相位控制的交流調(diào)壓器，并闡述作為基 礎(chǔ)的單相交流電阻性電路的原理及工作情況 。 皖西學(xué)院 單相交流調(diào)壓電路仿真研究 4 初始條件： 輸入為單相交流電源，有效值 220V， 要求完成的主要任務(wù) : （ 1）掌握單相交流調(diào)壓電路的原理； （ 2）設(shè)計(jì)出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并采用 Matlab ／ Simulink 對單相交流調(diào)壓電路進(jìn)行仿真； （ 3）采用 Protues 設(shè)計(jì)出單相交流調(diào)壓主電路及采用 KJ004 控制電路 方案 本系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)思想是：采用兩個(gè)晶閘管反向并聯(lián)加負(fù)載為主電路，外加觸發(fā)電路；觸發(fā)電路控制晶閘管的導(dǎo)通，從而控 制輸出。其系統(tǒng)框圖如下所示： 圖 11 系統(tǒng)原理方框圖 單相交流調(diào)壓電路帶阻 感性負(fù)載時(shí)的電路以及工作波形如下圖 1 1 1 15所示。產(chǎn)生的滯后是因?yàn)樽韪行载?fù)載時(shí)電流滯后電壓一定角度，再加上移相控制所產(chǎn)生的滯后，使得交流調(diào)壓電路在阻感性負(fù)載時(shí)的情況比較復(fù)雜，其輸出電壓，電流與觸發(fā)角α，負(fù)載阻抗角φ都有關(guān)系。當(dāng)兩只反并聯(lián)的晶閘管中的任何一個(gè)導(dǎo)通后，其通態(tài)壓降就成為另一只的反向電壓，因此只有當(dāng)導(dǎo)通的 晶閘管關(guān)斷以后， 另一只晶閘管才有可能承受正向電壓被觸發(fā)導(dǎo)通。由于感性負(fù)載本身滯后于電壓一定角度，再加上相位控制產(chǎn)生的滯后，使得交流調(diào)壓電路在感性負(fù)載下大的工作情況更為復(fù)雜，其輸出電壓、電流波形與控制角? 、負(fù)載阻抗角 ? 都有關(guān)系。其中負(fù)載阻抗角 )arc tan( RwL?? ,相當(dāng)于在電阻電感負(fù)載上加上純正弦交流電壓時(shí)，其電流滯后于電壓的角度為 ? 。為了更好的分析單相交流調(diào)壓電路在皖西學(xué)院 單相交流調(diào)壓電路仿真研究 5 感性負(fù)載下的 工作情況，此處分 ?????? ??? , 三種工況分別進(jìn)行討論 。 圖 12 電路圖 （ 1） ??? 情況 上圖 12 所示為單相反并聯(lián)交流調(diào)壓電路帶感性負(fù)載時(shí)的電路圖，以及在控制角觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)的輸出波形圖，同電阻負(fù)載一樣，在 iu 的正半周時(shí)，在 ???t 時(shí)觸發(fā) Vt1,Vt1 導(dǎo)通，輸出電壓 ou = iu ， 電流 oi 從 0 開始上升。當(dāng)電壓到達(dá)過零點(diǎn)時(shí)，由于是感性負(fù)載，電流 oi 滯后于電壓 ou ，當(dāng)電壓達(dá)到過零點(diǎn)時(shí)電流不為 0 電流不為零，之后 oi 繼續(xù)下降， Vt1 仍然導(dǎo)通，輸出電壓出現(xiàn)負(fù)值。直到電流下降到零時(shí)， Vt1 自然關(guān)斷，輸出電壓為零。正半周結(jié)束，期間電流 oi 從 0 開始上升到再次下降到 0 這段區(qū)間稱為導(dǎo)通角 0? 。由后面的分析可知，在 ???工況下， ?180?? 因此在 2T 脈沖來之 前 1T 已關(guān)斷，正負(fù)電流不連續(xù)。在電源的負(fù)半周 2T 導(dǎo)通，工 作 原 理 與 正 半 周 相 同 ， 在 oi 斷 續(xù) 期 間 ， 晶 閘 管 兩 端 電 壓 波 如 下 圖 ：皖西學(xué)院 單相交流調(diào)壓電路仿真研究 6 圖 13 ( ??? 情況下的波形 ) （ 2） ? =? 情況 當(dāng)控制角 ? =? 時(shí)，當(dāng)正半周 Vt1關(guān)斷時(shí)， Vt2恰好觸發(fā)導(dǎo)通，在一個(gè)周期內(nèi)兩只晶閘管輪流導(dǎo)通 180176。此時(shí)負(fù)載電流 i。臨界連續(xù)，負(fù)載電流是一個(gè)滯后電源電壓 ? 角的正弦電流。該工況下兩個(gè)晶閘管相當(dāng)于兩個(gè)二極管，或輸入輸出直接相連，輸出電壓及電流連續(xù)，相當(dāng)于晶閘管失去控制，無調(diào)壓作用。 圖 14? =? 情況下的輸出波形 皖西學(xué)院 單相交流調(diào)壓電路仿真研究 7 (3) ??? 情況 在 ??? 工況下，阻抗角 ? 相對較大，相當(dāng)于負(fù)載的電感作用較強(qiáng)，使得負(fù)載電流嚴(yán)重滯后于電壓，晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間較長，此時(shí)式仍然適用，由于 ??? ，公式右端小于 0，只有當(dāng) ?180)( ??? ??? 時(shí)左端才能小于 0，因此 ?180?? ，如圖所示，如果用窄脈沖觸發(fā)晶閘管，在 ??wt 時(shí)刻 1T 被觸發(fā)導(dǎo)通，由于其導(dǎo)通角大于 180? ，在負(fù)半周 )( ????wt 時(shí)刻為 2T發(fā)出出發(fā)脈沖時(shí)， 1T 還未關(guān)斷， 2T 因受反壓不能導(dǎo)通 ,1T 繼續(xù)導(dǎo)通直到在 )( ????wt 時(shí)刻因1T 電流過零關(guān)斷時(shí)， 2T 的窄脈沖 2Gu 已撤除， 2T 仍然不能導(dǎo)通，直到下一周期 1T 再次被觸發(fā)導(dǎo)通。這樣就形成只有一個(gè)晶閘管反復(fù)通斷的不正常情況，這一現(xiàn)象稱為“半相半波整流現(xiàn)象”負(fù)載電流 i。始終為單一方向，在電路中產(chǎn)生較大的直流分量；因此為了避免這種情況發(fā)生，應(yīng)采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)方式。 圖 15 ??? 下窄脈沖觸發(fā)方式時(shí)輸出波形 皖西學(xué)院 單相交流調(diào)壓電路仿真研究 8 管的介紹 晶體閘流管簡稱晶閘管 ,也稱為可控硅整流元件 (SCR),是由三個(gè) PN 結(jié)構(gòu)成的一種
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