單相交流調(diào)壓電路的性能研究

1、 .單相交流調(diào)壓電路的性能研究 摘 要：隨著用電設(shè)備種類的增加、功能的多樣化，它們對電源的要求也就各不相同，普通的市交流電已經(jīng)不能滿足這些要求。因此，就需要對市交流電壓進行調(diào)整以獲取需要的電壓。目前，較為常用的交流調(diào)壓技術(shù)手段除了老式的電感式調(diào)壓器外，主要就是采用晶閘管交流調(diào)壓裝置。交流調(diào)壓電路是一個帶有雙向晶閘管的單相交流調(diào)壓電路，其功能與一般的單相交流調(diào)壓電路類似，但是它的控制電路與其他電路的控制電路相比起來要簡單的多，更容易控制，故使用起來更加方便。關(guān)鍵詞：交流調(diào)壓電路；單相交流調(diào)壓電路；單相交流調(diào)壓電路的諧波分析0.前言 交流調(diào)壓電路廣泛應(yīng)用于燈光控制（如調(diào)光臺燈和舞臺燈光控制）及異步

2、電動機的軟啟動，也用于異步電動機調(diào)速。在電力系統(tǒng)中，這種電路還常用于對無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。此外，在高電壓小電流或低電壓大電流直流電源中，也常采用交流調(diào)壓電路調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。交流調(diào)壓電路可分為單相交流調(diào)壓電路和三相交流調(diào)壓電路。前者是后者的基礎(chǔ)，所以對單相交流調(diào)壓電路的性能研究十分重要。1.交流調(diào)壓電路把兩個晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，通過對晶閘管的控制就可以控制交流輸出，這種不改變交流電的頻率電路稱為交流電力控制電路。在每半個周波那通過對晶閘管開通相位的控制，可以方便地調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值，這中電路稱為交流調(diào)壓電路。交流調(diào)壓電路分為單相交流調(diào)壓電路和三相交流調(diào)壓電路。2.單相交流調(diào)壓電

3、路2.1單相交流調(diào)壓電路的電路圖圖1 單相交流調(diào)壓電路圖2.2電阻負(fù)載 圖2 電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及其波形 在上圖中晶閘管VT1 VT2 也可以用雙向晶閘管代替。在電源U的正半周內(nèi)，晶閘管V承受正向電壓，當(dāng)t=時觸發(fā)V使其導(dǎo)通則負(fù)載上得到缺角的正弦半波電壓，當(dāng)電源電壓過0時，V管電流下降為0而關(guān)斷，在電源電壓U的負(fù)半周，V晶閘管承受正向電壓，當(dāng)t=+時，觸發(fā)V使其導(dǎo)通，則負(fù)載上得到缺角的正弦負(fù)半波電壓，改變角大小，就改變了輸出電壓有效值大小。負(fù)載電壓電壓有效值為 負(fù)載電流有效值 晶閘管電流有效值 電路功率因數(shù) 由圖和公式可以看出移項范圍從0到，=0時，相當(dāng)于晶閘管一直接通，輸出電壓為最大值

4、，Uo=UI，隨著的增大，Uo降低，直到=時，Uo=0，此外，=0時，功率因數(shù)=1，隨著的增大，輸入電流落后于電壓并且發(fā)生畸變，也隨之降低。2.3阻感負(fù)載 圖3 阻感負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及其波形 交流調(diào)壓器在電感性負(fù)載下工作和整流器在電感性負(fù)載下工作類似，電流的波形也滯后于電壓的波形。因此電壓過零為負(fù)值后，還要經(jīng)過一個延滯角，電流才會降到零，所以已經(jīng)導(dǎo)通的晶閘管也要經(jīng)過一個延遲角才會關(guān)斷。延滯角的大小與控制角a、負(fù)載功率因數(shù)角j都有關(guān)系。圖3為單相交流調(diào)壓器在電感性負(fù)載時的電路和電壓、電流的波形。圖中q為晶閘管的導(dǎo)通角，虛線所示的電流iL0為aj時的負(fù)載電流，其滯后于電壓的相角即為功率因數(shù)。下

5、面分析q、a、j間的關(guān)系并求負(fù)載電流的表達式。設(shè)負(fù)載的阻抗角為 ， 穩(wěn)態(tài)時a 的移相范圍應(yīng)為jap。在wt=a時刻開通晶閘管VT1，可求得導(dǎo)通角q ，即以j為參變量，利用式上式可以把a和q的關(guān)系用圖4的一簇曲線來表示圖4 單相交流調(diào)壓電路以j為參變量的a和q的關(guān)系線3.單相交流調(diào)壓電路的諧波分析由圖2和圖3可以看出，負(fù)載電壓和負(fù)載電流均不是正弦波，含有大量諧波。下面以電阻負(fù)載為例，對負(fù)載電壓進行諧波分析。由于波形正負(fù)半波對稱，所以不含直流分量和偶次諧波，用傅立葉級數(shù)表示如下 上式中 (n=3,5,7,) (n=3,5,7,)基波和各次諧波有效值 (n=1,3,5,7,)負(fù)載電流基波和各次諧波有

6、效值 4.單相交流調(diào)壓電路的仿真模型圖5 電阻性負(fù)載的交流調(diào)壓電路4.1參數(shù)設(shè)置交流峰值電壓為100V、初相位為0、頻率為50Hz。晶閘管參數(shù)設(shè)置：Ron=0.001，Lon=0H,Vf=0,Rs=20,Cs4e-6F,RC緩沖電路Lon=0.01H。負(fù)載RLC分支，電阻性負(fù)載時，R2,L0H,C=inf。脈沖發(fā)生器：Pulse Generator1和Pulse Generator模塊中的脈沖周期為0.02s，脈沖寬度設(shè)置為脈寬的10，脈沖高度為12，脈沖移相角通過“相位角延遲”對話框設(shè)置。4.2單相交流調(diào)壓器電路的仿真結(jié)果控制方法：相位控制。它是使晶閘管在電源電壓每一周期中，在選定的時刻將負(fù)

7、載與電源接通，改變選定的時刻以達到調(diào)壓的目的。圖6 控制角為00時的電阻性負(fù)載電流電壓和脈沖波形 圖7 控制角為600時的電阻性負(fù)載電流電壓和脈沖波形圖8 控制角為1200時的電阻性負(fù)載電流電壓和脈沖波形圖9 控制角為1800時的電阻性負(fù)載電流電壓和脈沖波形從波形可看出，隨著開通角的增大，負(fù)載電壓逐漸降低，的移相范圍為0。5結(jié)束語由上述研究可知單相交流調(diào)壓可歸納為以下三點：帶電阻性負(fù)載時，負(fù)載電流波形與單相橋式可控整流交流側(cè)電流波形一致，改變控制角可以改變負(fù)載電壓有效值。帶電感性負(fù)載時，不能用窄脈沖觸發(fā)，否則當(dāng)<時會發(fā)生有一個晶閘管無法導(dǎo)通的現(xiàn)象，電流出現(xiàn)很大的直流分量。帶電感性負(fù)載時，的移相范圍為-180，帶電阻性負(fù)載時移相范圍為0 -180。改變反并聯(lián)晶閘管的控制角，就可方便地實現(xiàn)交流調(diào)壓。當(dāng)帶電感性負(fù)載時，必須防止由于控制角小于阻抗角造成的輸出交流電壓中出現(xiàn)直流分量的情況。交流-交流變流電路，即把一種形式的交流變成另一種形式的交流電路。在交流-交流電路中，只改變電壓、電流或?qū)﹄娐返耐〝噙M行控制，而不改變頻率的電路稱為交流電力控制電路。而單相交流調(diào)壓電路又是其基礎(chǔ)電路，所以我們通過對上述單相交流調(diào)壓電路的性能研究可以更好的掌握其工作原理，從而為我們解決日常生活中遇到的問題提供了方便。 參 考 文 獻1王兆安，劉進軍電力電子技術(shù)機械工業(yè)出版社