單相交流調(diào)壓電路教學(xué)案例

1、 單相交流調(diào)壓電路一、工作原理 單相交流調(diào)壓電路帶組感性負(fù)載時(shí)的電路以及工作波形如下圖所示。之所產(chǎn)生的滯后由于阻感性負(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，負(fù)載阻抗角都有關(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,相當(dāng)于在

2、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）情況圖1 電路圖（截圖）圖2 工作波形圖（截圖） 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(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，在的正半周角時(shí)，觸發(fā)導(dǎo)通，輸出電壓等于電源電壓，電流波形從0開(kāi)始上升。由于是感性負(fù)載，電流滯后于電壓，當(dāng)電壓達(dá)到過(guò)零點(diǎn)時(shí)電流不為0，之后繼續(xù)下降，輸出電壓出現(xiàn)負(fù)值，直到電流下降到0時(shí)，自然關(guān)斷，輸出電壓等于0，正半周結(jié)束，期間電流從0開(kāi)始上升到再次下降到0這段區(qū)間稱(chēng)為導(dǎo)通角。由后面的分析可知，

3、在工況下，因此在脈沖到來(lái)之前已關(guān)斷，正負(fù)電流不連續(xù)。在電源的負(fù)半周導(dǎo)通，工作原理與正半周相同，在斷續(xù)期間，晶閘管兩端電壓波形如圖2所示。為了分析負(fù)載電流的表達(dá)式及導(dǎo)通角與、之間的關(guān)系，假設(shè)電壓坐標(biāo)原點(diǎn)如圖所示，在時(shí)刻晶閘管T導(dǎo)通，負(fù)載電流i應(yīng)滿(mǎn)足方程L=sin其初始條件為： i|=0,解該方程，可以得出負(fù)載電流i在區(qū)間內(nèi)的表達(dá)式為 i=.當(dāng)=時(shí)，i=0，代入上式得，可求出與、之間的關(guān)系為sin（-）=sin（-）e利用上式，可以把與、之間的關(guān)系用下圖的一簇曲線來(lái)表示。圖3 與、之間的關(guān)系曲線（截圖）圖中以為參變量，當(dāng)=0時(shí)代表電阻性負(fù)載，此時(shí)=180-；若為某一特定角度，則當(dāng)時(shí)，=180

4、60;，當(dāng)>時(shí)，隨著的增加而減小。上述電路在控制角為時(shí)，交流輸出電壓有效值U、負(fù)載電流有效值 U=UI=2II= I式中，I為當(dāng)=0時(shí)，負(fù)載電流的最大有效值，其值為I=為晶閘管有效值的標(biāo)玄值，其值為=由上式可以看出，是及的函數(shù)下圖給出了以負(fù)載阻抗角為參變量時(shí)，晶閘管電流標(biāo)幺值與控制角的關(guān)系曲線。 圖4 晶閘管電流標(biāo)幺值與控制角的關(guān)系曲線（截圖）當(dāng)、已知時(shí)，可由該曲線查出晶閘管電流標(biāo)幺值，進(jìn)而求出負(fù)載電流有效值I及晶閘管電流有效值I。（2）=情況當(dāng)控制角=時(shí)，負(fù)載電流i的表達(dá)式中的第二項(xiàng)為零，相當(dāng)于滯后電源電壓角的純正弦電流，此時(shí)導(dǎo)通角=180，即當(dāng)正半周晶閘管T關(guān)斷時(shí)，T恰好觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)

5、載電流i連續(xù)，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)，無(wú)調(diào)壓作用。圖5 =情況下的輸出波形(3) 情況在工況下，阻抗角相對(duì)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(zhǎng)，此時(shí)式仍然適用，由于，公式右端小于0，只有當(dāng)時(shí)左端才能小于0，因此，如圖所示，如果用窄脈沖觸發(fā)晶閘管，在時(shí)刻被觸發(fā)導(dǎo)通，由于其導(dǎo)通角大于180，在負(fù)半周時(shí)刻為發(fā)出出發(fā)脈沖時(shí)，還未關(guān)斷，因受反壓不能導(dǎo)通,繼續(xù)導(dǎo)通直到在時(shí)刻因電流過(guò)零關(guān)斷時(shí)，的窄脈沖已撤除，仍然不能導(dǎo)通，直到下一周期再次被觸發(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，始終為單一方向，在

6、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6 窄脈沖觸發(fā)方式（截圖）二、建模仿真1建立一個(gè)仿真模型的新文件。在 MATLAB 的菜單欄上點(diǎn)擊 File，選擇 New，再在彈出菜單中選擇 Model，這時(shí)出現(xiàn)一個(gè)空白的仿真平臺(tái)，在這個(gè)平臺(tái)上可以繪制電路的仿真模型。 2.在simulink菜單下面找到simpowersystems從中找出所需的晶閘管，交流電源，電壓表，電流表，示波器，阻感負(fù)載等。3.將找到的模型正確的連接起來(lái)，如7所示圖7電路仿真圖三、參數(shù)設(shè)置 觸發(fā)脈沖參數(shù)設(shè)置如下表所示:其中將周期（period）設(shè)置為0.02，觸發(fā)脈沖寬度（pulse

7、 width）設(shè)置為5，相位滯后（phase delay）也就是觸發(fā)角可設(shè)為0-0.01之間的任意數(shù)，他們之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下觸發(fā)角相位滯后換算公式00相位滯后=(觸發(fā)角/180)×0.01300.0017450.0025900.0051200.00671500.00831800.01負(fù)載參數(shù)設(shè)置如果負(fù)載為電阻性負(fù)載，則將電感（inductance）設(shè)為0，電容（capacitance）設(shè)為inf,本次仿真中的負(fù)載為阻感性，其參數(shù)設(shè)置如8所示 電源電壓設(shè)為220V，頻率設(shè)為50Hz，相位角設(shè)為0，如需改變可另行設(shè)置采樣時(shí)間設(shè)為0。四、仿真圖形參數(shù)設(shè)置好后，點(diǎn)擊（start simuli

8、nk）開(kāi)始仿真，為便于比較，先將負(fù)載設(shè)為電阻性負(fù)載，改變觸發(fā)角，觀察波形變化，不同觸發(fā)角時(shí)的波形如下4.1 電阻性負(fù)載仿真波形R=10,觸發(fā)角為0°圖11 觸發(fā)角為0°波形 （截圖）R=10,觸發(fā)角為30°圖12 觸發(fā)角為30°（截圖）R=10,觸發(fā)角為45°圖13 觸發(fā)角為45°（截圖）R=10,觸發(fā)角為90°圖14 觸發(fā)角為90°（截圖）R=10,觸發(fā)角為120°圖15 觸發(fā)角為120°（截圖） R=10,觸發(fā)角為150°。圖16 觸發(fā)角為150°（截圖）4.1.1 波形

9、分析以上各圖分別為觸發(fā)角為0°,30°,45°,90°,120°，150°時(shí)所得的仿真波波形，圖中第一個(gè)波形為觸發(fā)脈沖的波形，第二個(gè)波形為負(fù)載電流的波形，第三個(gè)波形為負(fù)載電壓的波形。當(dāng)負(fù)載為電阻性負(fù)載時(shí)，負(fù)載電壓和負(fù)載電流波形一致，隨著觸發(fā)角的增大，波形的占空比減小，電流和電壓出現(xiàn)斷續(xù)。當(dāng)觸發(fā)角為0°時(shí)，波形為完整的正弦波；當(dāng)觸發(fā)角為度時(shí)180°時(shí)，波形為一條直線，由此可以說(shuō)明單相交流調(diào)壓電路帶電阻性負(fù)載時(shí)的觸發(fā)角的取值范圍為0°180°。4.2 阻感性負(fù)載（H=0.01）將負(fù)載設(shè)為阻感性，電感

10、值設(shè)為0.01H,改變觸發(fā)角，觀察仿真波形。R=10，h=0.01,觸發(fā)角為30°圖17 觸發(fā)角為30°（截圖）R=10,h=0.01,觸發(fā)角為45°。圖18 觸發(fā)角為45°（截圖）R=10,h=0.01,觸發(fā)角為90°圖19 觸發(fā)角為90°（截圖）R=10,h=0.01,觸發(fā)角為120°圖20 觸發(fā)角為120°（截圖）R=10,h=0.01,觸發(fā)角為150°。圖21 觸發(fā)角為150°（截圖）R=10,h=0.01,觸發(fā)角為180°。圖22 觸發(fā)角為180°（截圖）4.2.2波形分析以上各圖分別為觸發(fā)角為0°,30°,45°,90°,120°，150°，180°時(shí)所得的仿真波波形，圖中第一個(gè)波形為觸發(fā)脈沖的波形，第二個(gè)波形為負(fù)載電流的波形，第三個(gè)波形為負(fù)載電壓的波形。單相交流調(diào)壓電路帶組感性負(fù)載時(shí)，隨著觸發(fā)角的增大，負(fù)載兩端電流和電壓波形的占空比逐漸減小。由于電感的影響電流波形和電壓波形不再保持一致，這是因?yàn)殡姼械膬?chǔ)能作用。當(dāng)觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí)，正向晶閘管導(dǎo)通，電壓發(fā)生跳變，由于電感的作用，電流只能從零開(kāi)始變化，同時(shí)電感開(kāi)始儲(chǔ)能。當(dāng)電源電