晶闸管单相交流调压电路.docx

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晶闸管单相交流调压电路

摘要

把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对晶闸管开通相位的控制，可以方便地调节输出电压的有效值，这种电路称为交流调压电路。

单相交流电的电压进行调节的电路与自耦变压器调压方法相比，交流调压电路控制方便，调节速度快，装置重量轻、体积小，有色金属消耗也少。

可用于灯光调节、交流稳压器，异步电动机降压软启动和调压调速等，也可以用作调节变压器一次侧电压。

用晶闸管一次侧调压，省去了效率低下的调压变压器，有利于简化结构、降低成本和提高可靠性。

第一章交流调压电路

1、电阻性负载的交流调压器的原理分析

其晶闸管VT1和VT2反并联连接，与负载电阻R串联接到交流电源上。

当电源电压U2正半周开始时刻触发VT1，负半周开始时刻触发VT2，形同一个无触点开关。

若正、负半周以同样的移相角α触发VT1和VT2，则负载电压有效值随α角而改变，实现了交流调压。

移相角为α时的输出电压u的波形，如图1-1所示。

图1-1电阻性负载单相交流调压电路及波形图

负载上交流电压有效值U与控制角α的关系为

电流有效值：

电路功率因数：

电路的移相范围为0～π。

2.电感性负载的交流调压器的原理分析

当电源电压反向过零时，由于负载电感产生感应电动势阻止电流变化，故电流不能立即为零，此时晶闸管导通角θ的大小，不但与控制角α有关，而且与负载阻抗角φ有关。

两只晶闸管门极的起始控制点分别定在电源电压每个半周的起始点，α的最大范围是φ≤α≤π

图1-2电感性负载单相交流调压电路及波形图

当控制角为α时，Ug1触发VT1导通，流过VT1管的电流i2有两个分量，即强制分量iB与自由分量iS，

其强制分量为

式中

其自由分量为

式中τ—自由分量衰减时间常数，

流过晶闸管的电流即负载电流为

当α>φ时，电压、电流波形如上图所示。

随着电源电流下降过零进入负半周，电路中的电感储藏的能量释放完毕，电流到零，VT1管才关断。

在ωt=0时触发管子，ωt=θ时管子关断，将ωt=θ代入式（3-5）可得

当取不同的φ角时，θ=f（α）的曲线如图所示，

图1-3θ=f（α）的曲线

（1）当α>φ时稳定分量iB与自由分量is如图1-2（b）所示，叠加后电流波形i2的导通角θ<180，正负半波电流断续，α愈大θ愈小，波形断续愈严重。

（2）当α=φ时电流自由分量is=0，i2=iB；θ=180。

正负半周电流处于临界连续状态，相当于晶闸管失去控制，负载上获得最大功率，此时电流波形滞后电压φ角。

（3）当α<φ时如果触发脉冲为窄脉冲，则当Ug2出现时，VT1的电流还未到零，VT2管受反压不能触发导通；待VT1中电流变到零关断，VT2承受正压时，脉冲已消失，无法导通。

这样使负载只有正半波，电流出现很大的直流分量，电路不能正常工作。

带电感性负载时，晶闸管应当采用宽脉冲列，这样在α<φ时，虽然在刚开始触发晶闸管的几个周期内，两管的电流波形是不对称的，但当负载电流中的自由分量衰减后，负载电流即能得到完全对称连续的波形，电流滞后电源电压φ角，但实际是晶闸管是不可控的。

所以晶闸管的移相范围φ≤α<π。

3、单相交流调压总结

单相交流调压可归纳为以下三点：

①带电阻性负载时，负载电流波形与单相桥式可控整流交流侧电流波形一致，改变控制角α可以改变负载电压有效值。

②带电感性负载时，不能用窄脉冲触发，否则当α<φ时会发生有一个晶闸管无法导通的现象，电流出现很大的直流分量。

③带电感性负载时，α的移相范围为φ~180，带电阻性负载时移相范围为0~180。

改变反并联晶闸管的控制角，就可方便地实现交流调压。

当带电感性负载时，必须防止由于控制角小于阻抗角造成的输出交流电压中出现直流分量的情况。

第二章基于MATLAB的晶闸管单相交流调压电路仿真

相位控制的晶闸管单相交流调压器带电阻负载时系统的建模与仿真。

一．设计要求

1、电源电压：

交流100V/50Hz

2、输出电压能随α角的改变而改变

二．晶闸管单相交流调压器电路的仿真模型

图2－1电阻性负载的交流调压电路

1.参数设置

交流峰值电压为100V、初相位为0、频率为50Hz。

晶闸管参数设置：

Ron=0.001Ω，Lon=0H，Vf=0，Rs=20Ω，Cs＝4e-6F，RC缓冲电路Lon=0.01H。

负载RLC分支，电阻性负载时，R＝2Ω，L＝0H，C=inf。

脉冲发生器：

PulseGenerator1和PulseGenerator模块中的脉冲周期为0.02s，脉冲宽度设置为脉宽的10％，脉冲高度为12，脉冲移相角通过“相位角延迟”对话框设置。

2.晶闸管单相交流调压器电路的仿真结果

控制方法：

相位控制。

它是使晶闸管在电源电压每一周期中、在选定的时刻将负载与电源接通，改变选定的时刻可达到调压的目的。

图2-3控制角为00时的电阻性负载电流电压和脉冲波形

图2-4控制角为600时的电阻性负载电流电压和脉冲波形

图2-5控制角为1200时的电阻性负载电流电压和脉冲波形

图2-6控制角为1800时的电阻性负载电流电压和脉冲波形

从波形可看出，随着开通角α的增大，负载电压逐渐降低，达到调节灯光的目的。

α的移相范围为0≤α≤π。

3.元器件明细表

序号/名称

元器件个数

电阻2Ω

1

晶闸管

2

脉冲发生器

2

交流电源

1

示波器

1

电压表

2

电流表

1

参考文献

1.王兆安、黄俊主编.电力电子技术.第四版.机械工业出版社

2.王忠礼、段慧达、高玉峰主编.MATLAB应用技术.清华大学出版社

3.洪乃刚主编.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真.机械工业出版社

4.CSDN.NET-中国最大的IT技术社区（）

5.行业资料共享（）