交流调压/调功电路

交流调压/调功电路设计

摘要

交流调压电路广泛用于灯光控制（如调光灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软启动，也用于异步电动机调速。在电力系统中，这种电路还常用于对无功功率的连续调节。此外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。在这些电源中如采用晶闸管相控整流电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联；同样，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联。这都是十分不合理的。采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压、电流值都比较适中，在变压器二次侧只要用二极管整流就这样的电路体积小、成本低、易于设计制造。单相交流调压电路是对单相交流电的电压进行调节的电路。用在电热制、交流电动机速度控制、灯光控制和交流稳压器等合。与自耦变压器调压方法相比，交流调压电路控制简便，调节速度快，装置的重量轻、体积小，有色金属耗也少

关键词：交流；调压；电力系统；变压器；

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ABSTRACT

Ac voltage circuit is widely used in lighting control (such as dimmer and stage lighting control) and asynchronous motor, also used in the soft start-up induction motor drive. In the power system, the circuit is also often used to reactive power of continuous adjustment. In addition, in high voltage and low voltage, current, or small current dc power supply, often also adopt ac voltage transformer voltage regulating circuit. In these power such as using thyristor rectifier circuit control of high voltage, low current controlled dc power needs many thyristor series, Similarly, low voltage dc current needs many thyristor parallel. This is very reasonable. Adopt ac voltage transformer voltage circuit in the side, the voltage and current are moderate, as in transformer with diode rectifier side. This circuit, small volume, low cost, easy to design and manufacture.

Single-phase ac voltage circuit of single-phase ac voltage is to adjust the circuit. Used in electric heating system, ac motor speed control, lighting control and ac stabilizer etc. Since the voltage transformer with decoupling method, exchange regulating circuit control and speed regulation, the device, light weight, small size, non-ferrous metal consumption is less

Key words: communication; Voltage regulation;Power system; Transformer;

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目录

1 单相交流调压电路设计目的及务 1.1设计目的 1.2设计要求及分析 1.3 设计方案选择

2 单相交流调压主电路设计及分析

2.1电阻负载 2.1.1建立模型仿真 2.1.2仿真参数设置 2.1.3结果分析

2.2阻负载感 3 总结与体会 参考文献

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1单相交流调压电路设计目的及任务

1.1设计目的

电力电子技术是专业技术基础课，做课程设计是为了让我们运用学过的电

路原理的知识，独立进行查找资料、选择方案、设计电路、撰写报告、制作电路等，进一步加深对变流电路基本原理的理解，提高运用基本技能的能力，为今后的学习和工作打下良好的基础，同时也锻炼了自己的实践能力。

1.2设计要求

在理解单向调压、调功电路原理的基础上，设计出单相调功、调压电路的电路原理图，使用PSIM软件对所设计的电路进行仿真，给定两种不同的触发角、分别获得Uo、Io波形，并计算上述数值。

要求成果：1）设计出合理的电路图。

2）仿真出波形并作计算。

3）给出详细的仿真过程描述和详细的计算步骤和过程。

1.3 设计方案选择

本课程设计方法：采用两个普通晶闸管反向并联设计单相交流调压电路。

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2．单相交流调压主电路设计及分析

所谓交流调压就是将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。

2.1电阻负载

图1、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

2.1.1建立模型仿真

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根据原理图用PSIM软件画出正确的仿真电路图 2.1.2仿真参数设置

设置触发脉冲α分别为30°、90°。与其产生的相应波形分别如图4、图5

图3 PSIM电路仿真图

图4 30°时，单相交流调压电路波形

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图5 90°时，单相交流调压电路波形

2.1.3 结果分析

上面图4—图5,给出了?分别为 30度， 90度时单相交流调压电路的纯

IRL电阻负载的电流的仿真波形。

当晶闸管触发控制角?=0时，U=U2 ，负载两端的电压U和流过其电流波形均为正弦波。当?>0时，U、

IRL的

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0---180度。把?角等于0度、 30度， 60度，90度、150度和180度分别代入下式

U?1????2Usin?t?d??t??U?2212?212?sin2??????可求得：

U30=U2U90?U2sin(2??)?6?2???6??U234??5?0.99U2 61212?sin(2?)????2??U20??0.71U2观察图4—图5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。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

wL)??arctan(?R,相当于在电制角?、负载阻抗角都有关系。其中负载阻抗角

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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

?

图6 阻感负载电路图

图6 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

uT触发导通时的输出波形图，同电阻负载一样，在i的正半周?角时，i触发导通，

ii输出电压uo等于电源电压，电流波形o从0开始上升。由于是感性负载，电流o 9

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滞后于电压uo，当电压达到过零点时电流不为0，之后io继续下降，输出电压uo出现负值，直到电流下降到0时，T1自然关断，输出电压等于0，正半周结束，期间电流io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

??????180的分析可知，在工况下，因此在T2脉冲到来之前T1已关断，正负电流不连续。在电源的负半周T2导通，工作原理与正半周相同，在io断续期间，晶闸管两端电压波形如图6所示。

(2) 阻感负载下，PSIM仿真图，以及设置触发脉冲α分别为30°、90°。与其产生的相应波形分别如图8、图9。

图7 阻感负载PSIM电路仿真图

图8 30°时，单相交流调压电路波形

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图9 90°时，单相交流调压电路波形

7．总结与体会

这次电力电子技术课程设计，让我们有机会将课堂上所学的理论知识运用到实际中。并通过对知识的综合利用，进行必要的分析，比较。从而进一步验证了所学的理论知识。同时，这次课程设计也为我们以后的学习打下基础。指导我们在以后的学习，多动脑的同时，要善于自己去发现并解决问题。这次的课程设计，还让我知道了最重要的是心态，在你拿到题目时会觉得困难，但是只要充满信心，就肯定会完成的。

通过电力电子技术课程设计，我加深了对课本专业知识的理解，平常都是理论知识的学习，在此次课程设计中，真正做到了自己查阅资料、完成一个基本汇编程序的设计。在此次的设计过程中，我更进一步地熟悉了单相交流调压电路的原理以及触发电路的设计。当然，在这个过程中我也遇到了困难，通过查阅资料，相互讨论，我准确地找出错误所在并及时纠正了，这也是我最大的收获，使自己的实践能力有了进一步的提高，让我对以后的工作学习有了更大的信心。通过这次课程设计使我懂得了只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计，把以前所学过的知识重新温故，巩固了所学的知识。

参考文献

[1] 王兆安，刘进军.电力电子技术[M] 第五版 北京：机械工业出版社，2011年

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