【文章內(nèi)容簡介】 通過控制晶閘管開通相位，可以方便的調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值。 交流調(diào)壓電路廣泛用于燈光控制及異步電動機的軟啟動，也用于異步電動機調(diào)速。此外，在高6 電壓小電流或低電壓大電流之流電源中，也常采用交流調(diào)壓電路調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。 本次課程設(shè)計主要是研究單相交流調(diào)壓 電路 的設(shè)計 。 由于 交流 調(diào)壓電路的工作情況與負(fù)載的性質(zhì)有很大的關(guān)系，因此 下面就 反電勢 電阻 負(fù)載 予以 重點 討論。 電阻負(fù)載 圖 圖 2 分別 為 反電勢 電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路圖及其波形。 圖中的晶閘管 VT1 和 VT2 也可以用一個雙向晶閘管代替。在交流電源 U2 的正半周和負(fù)半周，分別對 VT1 和 VT2 的移相控制角 進(jìn)行控制就可以調(diào)節(jié)輸出電壓。 圖 1 反電勢電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路圖 圖 2 輸入輸出電壓及電流波形圖 建立模型仿真 根據(jù)原理圖用 MATALB 軟件畫出正確的仿真電路 圖 23， 仿真參數(shù)設(shè)置 設(shè)置觸發(fā)脈沖 α 分別為 30176。、 60176。 、 90176。 、 120176。與其產(chǎn)生的相應(yīng)波形分別如圖 2圖 2圖 2圖 27。在波形圖中第一列波為晶閘管電流波形，第二列波為晶閘管電壓波形，第三列波為負(fù)載電流波形，第四列波為負(fù)載電壓波形 。 7 圖 3 matlab 電阻負(fù)載仿真 圖 4 0176。時，單相交流調(diào)壓電路波形 8 圖 5 30176。時，單相交流調(diào)壓電路波形 圖 6 60176。時，單相交流調(diào)壓電路波形 9 圖 7 90176。時，單相交流調(diào)壓電路波形 圖 8 150176。時，單相交流調(diào)壓電路波形 10 圖 9 180176。時，單相交流調(diào)壓電路波形 結(jié)果分析 上面圖 5圖 10 給出了 ? 分別為 0度、 30 度， 60 度， 90 度、 150 度和 180 度時單相交流調(diào)壓電路的純電阻負(fù)載的電壓和電流的仿真波形。 當(dāng)晶閘管觸發(fā)控制角 ? =0 時， U=U2 ，負(fù)載兩端的電壓 U 和流過其電流 LRI 的波形均為正弦波。當(dāng) ? 0 時， U、 LRI 的波形為非正弦波，控制角 ? 從 0~180 度范圍改變時，輸出電壓有效值 U 從 U2 下降到 0，控制角 ? 對輸出電壓 U 的移相可控區(qū)域是 0180 度。把 ? 角等于 0度、 30 度， 60度， 90度、 150 度和 180度分別代入下式 ? ? ? ? ? ????????? ???? ? 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 ? ??? ?觀察圖 5圖 10 的仿真波形，可得到隨著 ? 角增大 ，負(fù)載兩端電壓 U的波形的曲線部分的寬度越來越窄，則其有效值將不斷減小。 由此可知，理論分析與仿真結(jié)果是一致的。在 Sim 庫 環(huán)境下利用電力系統(tǒng)模塊庫中的電力電子器件組建單相交流調(diào)壓純電阻電路，并對電路進(jìn)行相應(yīng)的理論分析和仿真實驗。仿真實驗結(jié)果表明，通過控制 ? 角的大小，單相交流調(diào)壓電路能夠得到很好的調(diào)壓 結(jié)果。 2． 2 阻感負(fù)載 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 )arctan( RwL?? ,相當(dāng)于在電阻電感負(fù)載上加上純正弦交流電壓時，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。 （ 1） ??? 情況 12 圖 10 阻感負(fù)載 電路圖 圖 11 阻感負(fù)載工作波形圖 上圖所示為單相反并聯(lián)交流調(diào)壓電路帶感性負(fù)載時的電路圖，以及在控制角觸發(fā)導(dǎo)通 時的輸出波形圖，同電阻負(fù)載一樣，在 iu 的正半周 ? 角時， iT 觸發(fā) 導(dǎo)通，輸出電壓 ou 等于電源電壓，電流波形 oi 從 0開始上升。由于是感性負(fù)載，電流 oi滯后于電壓 ou ，當(dāng)電壓達(dá)到過零點時電流不為 0，之后 oi 繼續(xù)下降，輸出電壓 ou出現(xiàn)負(fù)值，直到電流下降到 0 時， 1T 自然關(guān)斷，輸出 電壓等于 0，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13 可知，在 ??? 工況下， ?180?? 因此在 2T 脈沖到來之前 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 管兩端電壓波形如圖 14 所示。 為了分析負(fù)載電流 oi 的表達(dá)式及導(dǎo)通角 ? 與 ? 、 ? 之間的關(guān)系，假設(shè)電壓坐標(biāo)原點如圖所示，在 ???t 時刻晶閘管 T1導(dǎo)通，負(fù)載電流 i0 應(yīng)滿足方程 L0Riddtio?= iu = iU2 sin t? 其初始條件為 i0 | ???t =0, 解該方程，可以得出負(fù)載電流 i0 在 ? ≤ t? ≤ ??? 區(qū)間內(nèi)的表達(dá)式為 i0 = ])s in ()[ s in ()(2 t a n/)(2???????? ?????? ti etLR U . 當(dāng) t? = ??? 時， i0 =0，代入上式得，可求出 ? 與 ? 、 ? 之間的關(guān)系為 sin（ ??? ? ） =sin（ ? ? ） e ??tan/? 利 用上式，可以把 ? 與 ? 、 ? 之間的關(guān)系用下圖的一簇曲線來表示 。 圖 12 ? 與 ? 、 ? 之間的關(guān)系曲線 圖中以 ? 為參變量 ，當(dāng) ? =00 時代表電阻性負(fù)載，此時 ? =180? ? ；若 ? 為某一特定角度，則當(dāng) ? ? ? 時， ? =180? ，當(dāng) ? ? 時， ? 隨著 ? 的增加而減小。 14 上述電路在控制角為 ? 時，交流輸出電壓有效值 UO 、負(fù)載電流有效值 Io 、晶閘管電流有效值 IT 分別為 Uo =Ui? ???? )22s in (2s in ??? I0 =2I maxo IT* IT= 2 I maxo IT* 式中， I maxo 為當(dāng) ? =0 時，負(fù)載電流的最大有效值，其值為 I maxo = 22 )( lRUi?? IT* 為晶閘管有效值的標(biāo)玄值，其值為 IT* = ?? ?????? c os2 )2c os (s in2 ??? 由 上式可以看出， IT* 是 ? 及 ? 的函數(shù)下圖給出了以負(fù)載阻抗角 ? 為參變量時，晶閘管電流標(biāo)幺值與控制角 ? 的關(guān)系曲線。 圖 13 晶閘管電流標(biāo)幺值與控制角 ? 的關(guān)系曲線 15 當(dāng) ? 、