单相交流调压电路的性能研究

1、单相交流调压电路的性能研究 摘 要：随着用电设备种类的增加、功能的多样化，它们对电源的要求也就各不相同，普通的市交流电已经不能满足这些要求。因此，就需要对市交流电压进行调整以获取需要的电压。目前，较为常用的交流调压技术手段除了老式的电感式调压器外，主要就是采用晶闸管交流调压装置。交流调压电路是一个带有双向晶闸管的单相交流调压电路，其功能与一般的单相交流调压电路类似，但是它的控制电路与其他电路的控制电路相比起来要简单的多，更容易控制，故使用起来更加方便。关键词：交流调压电路；单相交流调压电路；单相交流调压电路的谐波分析0.前言 交流调压电路广泛应用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动

2、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。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。前者是后者的基础，所以对单相交流调压电路的性能研究十分重要。把两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可以控制交流输出，这种不改变交流电的频率电路称为交流电力控制电路。在每半个周波那通过对晶闸管开通相位的控制，可以方便地调节输出电压的有效值，这中电路称为交流调压电路。交流调压电路分为单相交流调压电路和三相交流调压电路。交流调压电路图1 单相交流调压电路图电

3、阻负载 图2 电阻负载单相交流调压电路及其波形 在上图中晶闸管VT1 VT2 也可以用双向晶闸管代替。在电源U的正半周内，晶闸管V承受正向电压，当t=时触发V使其导通则负载上得到缺角的正弦半波电压，当电源电压过0时，V管电流下降为0而关断，在电源电压U的负半周，V晶闸管承受正向电压，当t=+时，触发V使其导通，则负载上得到缺角的正弦负半波电压，改变角大小，就改变了输出电压有效值大小。负载电压电压有效值为 负载电流有效值 晶闸管电流有效值 电路功率因数 由图和公式可以看出移项范围从0到，=0时，相当于晶闸管一直接通，输出电压为最大值，Uo=UI，随着的增大，Uo降低，直到=时，Uo=0，此外，=

4、0时，功率因数=1，随着的增大，输入电流落后于电压并且发生畸变，也随之降低。感负载 图3 阻感负载单相交流调压电路及其波形 交流调压器在电感性负载下工作和整流器在电感性负载下工作类似，电流的波形也滞后于电压的波形。因此电压过零为负值后，还要经过一个延滞角，电流才会降到零，所以已经导通的晶闸管也要经过一个延迟角才会关断。延滞角的大小与控制角a、负载功率因数角j都有关系。图3为单相交流调压器在电感性负载时的电路和电压、电流的波形。图中q为晶闸管的导通角，虚线所示的电流iL0为aj时的负载电流，其滞后于电压的相角即为功率因数。下面分析q、a、j间的关系并求负载电流的表达式。设负载的阻抗角为 ， 稳态

5、时a 的移相范围应为jap。在wt=a时刻开通晶闸管VT1，可求得导通角q ，即以j为参变量，利用式上式可以把a和q的关系用图4的一簇曲线来表示图4 单相交流调压电路以j为参变量的a和q的关系线交流调压电路的谐波分析由图2和图3可以看出，负载电压和负载电流均不是正弦波，含有大量谐波。下面以电阻负载为例，对负载电压进行谐波分析。由于波形正负半波对称，所以不含直流分量和偶次谐波，用傅立叶级数表示如下 上式中 (n=3,5,7,) (n=3,5,7,)基波和各次谐波有效值 (n=1,3,5,7,)负载电流基波和各次谐波有效值 4.单相交流调压电路的仿真模型图5 电阻性负载的交流调压电路参数设置交流峰

6、值电压为100V、初相位为0、频率为50Hz。晶闸管参数设置：，Lon=0H,Vf=0,Rs=20,Cs4e-6F,RC缓冲电路。负载RLC分支，电阻性负载时，R2,L0H,C=inf。脉冲发生器：Pulse Generator1和Pulse Generator模块中的脉冲周期为，脉冲宽度设置为脉宽的10，脉冲高度为12，脉冲移相角通过“相位角延迟”对话框设置。单相交流调压器电路的仿真结果控制方法：相位控制。它是使晶闸管在电源电压每一周期中，在选定的时刻将负载与电源接通，改变选定的时刻以达到调压的目的。图6 控制角为00时的电阻性负载电流电压和脉冲波形 图7 控制角为600时的电阻性负载电流电

7、压和脉冲波形图8 控制角为1200时的电阻性负载电流电压和脉冲波形图9 控制角为1800时的电阻性负载电流电压和脉冲波形从波形可看出，随着开通角的增大，负载电压逐渐降低，的移相范围为0。5结束语由上述研究可知单相交流调压可归纳为以下三点：带电阻性负载时，负载电流波形与单相桥式可控整流交流侧电流波形一致，改变控制角可以改变负载电压有效值。带电感性负载时，不能用窄脉冲触发，否则当<时会发生有一个晶闸管无法导通的现象，电流出现很大的直流分量。带电感性负载时，的移相范围为-180，带电阻性负载时移相范围为0 -180。改变反并联晶闸管的控制角，就可方便地实现交流调压。当带电感性负载时，必须防止由于控制角小于阻抗角造成的输出交流电压中出现直流分量的情况。交流-交流变流电路，即把一种形式的交流变成另一种形式的交流电路。在交流-交流电路中，只改变电压、电流或对电路的通断进行控制，而不改变频率的电路称为交流电力控制电路。而单相交流调压电路又是其基础电路，所以我们通过对上述单相交流调压电路的性能研究可以更好的掌握其工作原理，从而为我们解决日常生活中遇到的问题提供了方便。 参 考 文 献1王兆安，刘进军电力电子技术机械工业出版