单相交流调压电路

东南大学

实验名称：院 （系）：姓 名：实 验 室：评定成绩：《电力电子技术基础》

实验报告

单相交流调压电路 自动化 专 业： 自动化 学 号： 实验时间： 2016 年 11月17日 审阅教师：

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目 录

1实验目的…………………………………………………………… 3 2单相交流调压电路………………………………………………… 3 2.1交流调压…………………………………………………… 3 2.2工作过程 …………………………………………………… 3 3 MATLAB仿真验证 ………………………………………………… 5 3.1 同步脉冲触发器…………………………………………… 5 3.2 单相交流调压电路………………………………………… 7 3.3 相关公式的验证 ………………………………………… 11 4 实验小结………………………………………………………… 12

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1 实验目的

学习单相交流调压电路，加深对相关概念和参数的理解，掌握其工作原理以及在不同延迟角下的工作特性。学习脉冲触发电路，并设计一个同步脉冲触发器。利用MATLAB仿真验证相关公式的正确性。

2 单相交流调压电路

2.1 交流调压

交流调压是指交流电压幅值的变换（其频率不变）。交流调压器通常是指接在交流电源

与负载之间，用以实现调节负载电压有效值的电力电子装置，它们可以采用相位控制或通断控制。

2.2 工作过程

单相交流调压电路由两只反并联的晶闸管VT1和VT2组成，如图2.1所示。由于晶闸管

为单向开关元件，故用两只普通晶闸管分别作正负半周的开关，当一个晶闸管导通时，它的管压降成为另一个晶闸管的反压使之阻断，实现电网自由换流。

图2.1 单相交流调压电路

2.2.1带电阻负载时的工作情况

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(a)

(b)

(c)

图2.2 电阻负载单相交流调压电路工作波形

图2.2中(a)是输入交流电压Ua波形，(b)和(c)是电阻性负载下不同α的输出交流电压

波形。 波形分析：

（1） 改变控制角α就可将电源电压“削去”0~α、π~π+α区间一块，从而在负载上得到

不同大小的交流电压。

（2） 输出电压不是正弦波，包含一些奇次谐波。适用于对波形没有要求的场合，例如温

度和灯光的调节

2.2.2带电阻负载时的数量计算

负载电压有效值：

1π2α−sin2α

UR=√∫(√2Uasinωt)2dωt=Ua√1−

πα2π =Ua√+ (Ua为输入交流电压有效值)

2ππ

负载电流有效值：

IR=

输出有功功率：

Ua22α−sin2αUasin2απ−α

PR=URIR=(1−)=(+)

R2πR2ππ2.2.3输入功率因数PF和控制角α的关系 （1） 输入功率因数为有功功率与视在功率之比

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sin2απ−α

URUR2α−sin2αURsin2απ−α√1−√==+

RR2πR2ππ《电力电子技术基础》实验报告 学号

视在功率：S=UaIR 输入功率因数:PF

=

URIRUaIR

=√1−

2α−sin2α

2π

=√

sin2α2π

+

π−απ

（2） 如图2.3所示，α越大，输出电压越低，输入功率因数也越低。当α≠0时，无功功

率一部分由基波电流相移产生，另一部分则由谐波电流产生。

图2.3 输入功率负载与控制角的关系

3 MATLAB仿真验证

3.1同步脉冲触发器

3.1.1 电路模型

图3.1 同步双脉冲触发器

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输入1为延迟角α的给定值，输入2为同步电压U，输入3为控制端，输入0时，允许

触发脉冲输出；另外输入K1为电源频率，输入Pwidth为脉冲宽度，在此设置分别为60HZ和20°；输出1为间隔180°的双窄脉冲。 3.1.2 设计原理

在六脉冲触发器的基础上，将输入信号改为单相交流电压，分析设计要求可知，需要产生两个间隔为180°的双窄脉冲，即将输入信号反相后即可作为互差180°的同步信号。

模块MUX将两路信号合并为一个信号列，对于每一个信号，当其由负过零变正时，模块Hit Crossing 会产生一个正向脉冲，即电网电压的同步脉冲。此脉冲一方面作用于积分器的同步输入端，产生积分同步信号，使其开始积分；另一方面，它将转化成布尔类型的量后作用于RS触发器的复位端R。

模块Relational Operator1将给定的触发角转变为积分值与模块Integrator输出相比较，来产生触发晶闸管的时刻。当达到α角度时，模块Relational Operator1输出1，作用于Logical Operator2模块，产生一个上升沿，使积分器Integrator2开始积分，其输出信号与给定脉冲宽度相比较后，产生晶闸管的触发脉冲。

模块Logical Operator的输出经模块Memory送入RS触发器。当其为高电平时，其Q输出端为1，为下次脉冲做准备。Memory的作用是为了防止当同步脉冲与触发脉冲同时到来时，将触发信号向后延迟极小一段时间，避开同步脉冲。 3.1.3工作波形分析

图3.2 双脉冲触发器波形

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从图3.2可以看出，两个脉冲波形相位相差180度，可为单相交流调压电路两个反并联

的晶闸管提供脉冲信号。

3.2单相交流调压电路

3.2.1 电路模型

图3.3 单相交流调压电路

3.2.2 工作波形 (1) α=0°时，UR波形

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(a) α=0°时，UR波形

如图3.4(a)所示，脉冲1在交流电压负半周，脉冲2在交流电压正半周，故将脉冲1 接到图2.1中的VT2，而脉冲2接到VT1，实现自由换流。 (2) α=30°时，UR波形

(b) α=30°时，UR波形

(3) α=60°时，UR波形

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(c) α=60°时，UR波形

(4) α=90°时，UR波形

(d) α=90°时，UR波形

(5) α=120°时，UR波形

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(e) α=120°时，UR波形

(6) α=150°时，UR波形

(f) α=150°时，UR波形 图3.4 不同𝛂角下负载电压波形

3.2.3 分析总结

(1)仿真波形与理论波形一致； (2)不同的α角会得到不同的输出波形。

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3.3相关公式的验证

3.3.1电路模型

图3.5 单相交流调压电路相关公式验证

为验证负载电压、电流有效值计算公式，需要测量其有效值，在电路中加入RMS模块用

来测量负载电压UR，负载电流IR有效值。 3.3.2测量数据

α/° 理论值/V 测量值/V 误差/% 0 268.7 267.7 0.37 30 2.8 263.9 0.34 60 241.0 240.2 0.33 90 190.0 1.3 0.37 120 118.8 118.3 0.42 150 45.6 45.3 0.66 表1 负载电压有效值𝐔𝐑

α/° 理论值/A 测量值/A 误差/% 0 134.4 133.9 0.37 30 132.4 132 0.34 60 120.5 120.1 0.33 90 95.0 94.7 0.37 120 59.4 59.17 0.42 150 22.8 22.67 0.66 表2 负载电流有效值𝐈𝐑

注：输入交流电压Ua最大值为380，其有效值为268.7，负载电阻为2Ω。

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分析：

测量值与理论值基本一致，误差在0.4%左右，可以验证负载电压UR，负载电流IR有效

值的计算式正确。

4 实验小结

通过本次学习，我对单相交流调压电路有了较为全面且深入的了解，熟练掌握了它的工

作原理，能够分析出在不同α角下波形的变化。理解了脉冲触发器的原理，并在六脉冲触发器的基础上实现了双脉冲触发器的设计，通过仿真功能验证了电阻负载单相交流调压电路在不同α角下的工作特性，并对电阻负载下的相关公式进行了验证。

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