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1、皖西学院 单相交流调压电路仿真研究1提供全套毕业论文，各专业都有目录前言 .21.主电路设计.41.1.设计内容及初始条件 41.2.系统原理框图41.3.工作原理 41.3.1.主电路工作原理 .41.3.2.晶闸管的工作原理.81.4.负载电流分析 91.5.单相交流调压电路主电路和触发电路（总电路）图111.6.仿真参数设置 112.仿真 142.1.电阻性负载仿真波形142.1.1.波形分析 162.2.阻感性负载.162.2.1.波形分析192.3.实验结果分析 203.控制电路的设计204.设计体会 225.参考文献 23皖西学院 单相交流调压电路仿真研究2前言摘要 深入学习单相调
2、压电路的工作原理，掌握单相调压电路带纯电阻负载和阻感性负载时的工作特性，并利用Matlab的Simulink仿真平台和系统仿真模型库对单相调压电路构造模型并进行电路实验仿真。电路模型由交流电源、反并联的两个晶闸管、触发模块、电阻负载和观测示波器组成。实验结果表明，组建的电路模型能够产生理论上的调压作用。关键词：调压电路； 晶闸管 ； Simulink working principle of understanding of the signal-phase voltage regulator circuits with pure resistance of the work load, th
3、e use of Matlabs Simulink simulation platform and the Treasury Simulation Model of the signa-phase voltage regulator circuit structure and circuit model simulation experiment. Circuit model from AC power, two anti-parallel thyristor, trigger module, load resistance, and composition of the oscillosco
4、pe. The results show that the formation of the circuit to generate-a theoretical model of the role of the regulator. Key words:voltage- regulator- circuit ；Thyristor ； Simulink 引 言 交交变换（）包括交流调压和交交变频。交流调压是指不改变交流电压的频率而只调节电压的大小的方法。过去交流调压使用变压器，在电力电子技术出现后，采用电力电子器件的交流调压器不仅可以对电压进行连续调节，并且体积小、重量轻、控制灵活方便，在灯光控
5、制、家用风扇调速、交流电机的调压调速和软启动以及交流电机的轻载节能运行中得到了广泛的应用。交交变频是通过电力电子电路的开关控制将工频三皖西学院 单相交流调压电路仿真研究3相交流电直接转换为其他频率的单项或三相交流电，也称直接变频器和周波变流器，一般交交变频器在改变频率的同时也调节电压的大小，即实现控制。交流调压电路可分为单相交流调压电路和三相交流调压电路。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。该电路主要应用在电热控制、交流电动机速度控制、交流稳压器等场合，主要有灯光调节（如调光台灯、舞台灯光控制等），温度调节（如工频加热、感应加热、需控制的家用电器等），泵及风机等异步电动机的软起
6、动，交流电机的调压调速（如纺织、造纸、治金等领域的调压调速），随电机负载大小自动调压（对于起动机等有较长时间空载或轻载的电荷，自动调压可以节省电能），变压器初级调压（在高压小电流或低压大电流直流电源中，如采用晶闸管相控整流电路，需要很多晶闸管串联或并联，若采用交流调压电路在变压器初级调压。其电压电流值都比较合理，在变压器初级只要用二极管整流即可，从而达到减少体积、减低成本的目的）。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，装置的重量轻、体积小，有色金属消耗也少。单相交流调压器常用于小功率单相电动机控制、照明和电加热控制。通过用两单相晶闸管反并联组成的交流电压控制器，可以方便地
7、调节输出电压有效值。在使用中， 交流调压器的晶闸管控制通常有两种方法： 一是通断控制。即把晶闸管作为开关将负载与交流电源接通几个周期（工 频1周期为20ms）,然后再断开一定的周期，改变通断时间比值达到调压的目的。这里晶闸管起到一个通断频率可调的快速开关的作用。这种控制方式电路简单，功率因素高，适用于有较大时间常数的负载，缺点是输出的电压或功率调节不平滑。 二是相位控制。它是使晶闸管在电源电压每一周期中、在选定的时刻内将负载与电源接通，改变选定的时刻可达到调压的目的。 在交流调压器中，相位控制应用较多，下面主要分析相位控制的交流调压器，并阐述作为基础的单相交流电阻性电路的原理及工作情况。皖西学
8、院 单相交流调压电路仿真研究41.主电路设计1.1.设计内容及初始条件：输入为单相交流电源，有效值 220V，要求完成的主要任务: （1）掌握单相交流调压电路的原理；（2）设计出系统结构图，并采用 Matlab 7.0Simulink 对单相交流调压电路进行仿真；（3）采用 Protues 设计出单相交流调压主电路及采用 KJ004 控制电路1.2.总体电路设计方案本系统主要设计思想是：采用两个晶闸管反向并联加负载为主电路，外加触发电路；触发电路控制晶闸管的导通，从而控制输出。其系统框图如下所示：图1-1 系统原理方框图1.3.工作原理1.3.1.主电路工作情况单相交流调压电路带阻感性负载时的
9、电路以及工作波形如下图 1-2、1-3、1-4、1-5所示。产生的滞后是因为阻感性负载时电流滞后电压一定角度，再加上移相控制所产生的滞后，使得交流调压电路在阻感性负载时的情况比较复杂，其输出电压，电流与触发角，负载阻抗角 都有关系。当两只反并联的晶闸管中的任何一个导通后，其通态压降就成为另一只的反向电压，因此只有当导通的晶闸管关断以后，另一只晶闸管才有可能承皖西学院 单相交流调压电路仿真研究5受正向电压被触发导通。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、电流波形与控制角 、负载阻抗角 都有关系。其中负载阻抗角
10、,相当于在电阻电感 )arctn(RwL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。,图 1-2 电路图（1） 情况上图 1-2 所示为单相反并联交流调压电路带感性负载时的电路图，以及在控制角触发导通时的输出波形图，同电阻负载一样，在 的正半周时，在 时触发 Vt1,Vt1 导通，iut输出电压 = ， 电流 从 0 开始上升。当电压到达过零点时，由于是感性负载，电流ouioi滞后于电压 ，当电压达到过零点时电流不为 0 电流不为零，之后 继续下降，Vt1 仍oi oi然导通，输出电压出现负值。直到
11、电流下降到零时，Vt1 自然关断，输出电压为零。正半周结束，期间电流 从 0 开始上升到再次下降到 0 这段区间称为导通角 。由后面的分析oi 0可知，在 工况下， 因此在 脉冲来之前 已关断，正负电流不连续。在电源o182T1T的负半周 导通，工作原理与正半周相同，在 断续期间，晶闸管两端电压波如下图：2Toi皖西学院 单相交流调压电路仿真研究6图 1-3 ( 情况下的波形 )（2） = 情况当控制角 = 时，当正半周Vt1关断时，Vt2恰好触发导通，在一个周期内两只晶闸管轮流导通180。此时负载电流i。临界连续，负载电流是一个滞后电源电压 角的正弦电流。该工况下两个晶闸管相当于两个二极管，
12、或输入输出直接相连，输出电压及电流连续，相当于晶闸管失去控制，无调压作用。图 1-4 = 情况下的输出波形(3) 情况在 工况下，阻抗角 相对较大，相当于负载的电感作用较强，使得负载电流严重皖西学院 单相交流调压电路仿真研究7滞后于电压，晶闸管的导通时间较长，此时式仍然适用，由于 ，公式右端小于 0，只有当 时左端才能小于 0，因此 ，如图所示，如果用窄脉冲触发晶o180)( o180闸管，在 时刻 被触发导通，由于其导通角大于 180 ，在负半周 时刻wtT )(wt为 发出出发脉冲时， 还未关断， 因受反压不能导通, 继续导通直到在2T12T1T时刻因 电流过零关断时， 的窄脉冲 已撤除，
13、 仍然不能导通，直到下)(t 2Gu2一周期 再次被触发导通。这样就形成只有一个晶闸管反复通断的不正常情况，这一现象1称为“半相半波整流现象”负载电流 i。始终为单一方向，在电路中产生较大的直流分量；因此为了避免这种情况发生，应采用宽脉冲或脉冲列触发方式。图 1-5 下窄脉冲触发方式时输出波形1.3.2.晶闸管的介绍晶体闸流管简称晶闸管,也称为可控硅整流元件(SCR),是由三个 PN 结构成的一种大功率半导体器件。在性能上,晶闸管不仅具有单向导电性,而且还具有比硅整流元件更为可贵的可控性,它只有导通和关断两种状态。皖西学院 单相交流调压电路仿真研究8三、晶体管的工作原理分析 在分析 SCR 的工作原理时，常将其等效为两个晶体管 V1 和 V2 串级而成。此时，其工作过程如下：RNPPNPAGSKEGIG EAIKIc2Ic1IAV1 V2P1AGKN1P2P2N1N2a) b)图 1-6 晶闸管的双晶体管模型及其工作原理图a)双晶体管模型 b)工作原理如果 IG(门极电流)注入 V2 基极，V2 导通，产生 IC2（ 2IG ） 。它同时为 V1 的基极电流，使 V1 导通，且 IC1= 1IC2,IC1 加上 IG 进一步加大 V2 的基极电流，从而形成强烈的正反馈，使 V1.V2 很快进入完全饱和状态。此时 SCR 饱和导通，通过 SCR 的电流
