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1、基础强化训练任务书学生姓名： 韦晟云 专业班级： 电气1003 指导教师： 胡红明 工作单位： 自动化学院 题 目: 单相交流调压电路性能研究 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对单相交流调压电路进行仿真；（3）采用protel设计出单相交流调压主电路及采用KJ004控制电路时间安排：2012年7月9日至2012年7月13日，历时一周，具体进度安排见下表具体时间设计内容指导老师就课程设计内容、设计要求、进度安排、评分标准等做具体介绍；学生确定选题，明确设计要求开始查阅资料，完成方案的初
2、步设计由指导老师审核系统结构图，学生修改、完善撰写课程设计说明书上交课程设计说明书，并进行答辩参考文献：1王兆安，刘进军.电力电子技术第5版.北京：机械工业出版社，2011指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日单相交流调压电路性能研究目录前言31.主电路设计4 1.1.设计内容及技术要求 4工作原理 4 主电路工作原理 晶闸管的工作原理负载电流分析 81.4单相交流调压电路主电路和触发电路图10 1.5.仿真参数设置102.仿真13 2.1.电阻性负载仿真波形13 .波形分析16 2.2.阻感性负载（H=0.02）16.波形分析19203.触发电路的设计204设计体会
3、 23参考文献24前言这次基础强化训练主要究单相交流调压电路的设计。电力电子线路的基本形式之一，即交流交流变换电路，它是将一种形式的交流电能变换成另一种形式交流电能电路。在进行交流交流变换时，可以改变交流电的电压、电流、频率或相位等。用晶闸管组成的交流电压控制电路，可以调节输出电压有效值。可用于电炉温控、灯光调节、异步电动机的启动和调速等。交流调压器与常规的交流调压变压器相比，它的体积和重量都要小得多。交流调压器的 输出仍是交流电压，它不是正弦波，其谐波分量较大，功率因数也较低其晶闸管可以利用电源自然换相，无需强迫关掉电路，并可实现电压的平滑调节，系统响应速度较快，但它也存在深控时功率因数较低
4、，易产生高次谐波等缺点。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。1主电路的设计1.1.设计内容及技术要初始条件：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对单相交流调压电路进行仿真；（3）采用protel设计出单相交流调压主电路及采用KJ004控制电路1.2工作原理主电路工作情况 单相交流调压电路带组感性负载时的电路以及工作波形如下图1-1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
5、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,相当于在电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。图1-1电路图（1）情况上图1-1所示为单相反并联
6、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，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仍然导通，输出电压出现负值。直到电流下降到零时，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图1-2(情况下的波形)（2）=情况当
7、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，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1-3=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，在负半周时刻为发出出发脉冲时，还未关断，因受反压
8、不能导通,继续导通直到在时刻因电流过零关断时，的窄脉冲已撤除，仍然不能导通，直到下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1-4下窄脉冲触发方式时输出波形 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。三、晶闸管的工作原理分析在分析SCR的工作原理时，常将其等效
9、为两个晶体管V1和V2串级而成。此时，其工作过程如下：图1-5 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的电流由R确定为EA/R。UAK之间的压降相当于一个PN结加一个三极管的饱和压降约为1V。此时，将IG调整为0，即UGK时，随着的增加而减小。上述电路在控制角为时，交流输出电压有效
10、值U、负载电流有效值I、晶闸管电流有效值I分别为U=UI=2II= I式中，I为当=0时，负载电流的最大有效值，其值为I=为晶闸管有效值的标玄值，其值为=由上式可以看出，是及的函数下图给出了以负载阻抗角为参变量时，晶闸管电流标幺值与控制角的关系曲线。 1-7晶闸管电流标幺值与控制角的关系曲线当、已知时，可由该曲线查出晶闸管电流标幺值，进而求出负载电流有效值I及晶闸管电流有效值I。1.4单相交流调压主电路及触发电路图如下:1.5仿真参数设置1建立一个仿真模型的新文件。在 MATLAB 的菜单栏上新建一个Model文件这时出现一个空白的仿真平台，在这个平台上可以绘制电路的仿真模型。 2.在simu
11、link菜单下面找到simpowersystems和simulink从中找出所需的晶闸管，交流电源，电压表，电流表，示波器，阻感负载等。3.将找到的模型正确的连接起来，如下图所示4.参数设置 触发脉冲参数设置如下图所示:其中将周期（period）设置为触发脉冲宽度（pulse width）设置为5相位滞后（phase delay）脉冲一触发角可设为A=之间的任意数，脉冲二的触发角为B=A+0.01，他们之间的对应关系如下触发角相位滞后换算公式00相位滞后=(触发角/180)30603390120150180 负载参数设置如果负载为电阻性负载，则将电感（inductance）设为0，电容（cap
12、acitance）设为inf,电阻设置为200。如果主电路改接电阻电感负载，R可以再100200范围内调节，取R=100，确定阻抗角a为30 ，由公式计算可得L=0.184H。电源参数设置电源电压设为220V，频率设为50Hz,相位角设为0，采样时间设为0。仿真器设置为便于观察波形，将仿真时间设为（三个周期）仿真算法（solver）设为ode23t，其他参数设为默认，设置好后的参数如下图所示：2.仿真参数设置好后，点击（start simulink）开始仿真，为便于比较，先将负载设为电阻性负载，改变触发角，观察波形变化，不同触发角时的波形如下电阻性负载仿真波形R=200,触发角为0R=200,触发角为60R=20,触发角为120R=200,触发角为180波形分析以上各图分别为电阻性负载触发角A为0,60, 120，150时所得的仿真波波形，图中第一个波形为触发脉冲的波形，第二个为晶闸管两端电压的波形，第三个波形为负载电流的波形，第四个波形为负载电压的波形。此时负载为电阻性负载时，阻抗角为零，当触发角为零时即=0时，负载电流时连续的，
