单相交流调压电路(电阻负载).doc

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实验一：单相交流调压电路(电阻负载)
一、 实验内容
对单相交流调压电路的原理能够理解，并能够通过MATLAB仿真得出当α为不同角度时的仿真波形。最后通过分析仿真波形来了解单相交流调压电路（电阻负载）的工作情况。电路模型由交流电源、反并联的两个晶闸管、触发模块、电阻负载组成。
单相交流调压电路（电阻负载）如图1-1所示。我所要分析的问题是α为不同值时，输出电压及电流的波形变化。

图1-1
二、 实验原理
图1-1为纯电阻负载的单相调压电路。图中晶闸管VT1和VT2反并联连接与负载电阻R串联接到交流电源U2上。当电源电压正半周开始时出发VT1，负半周开始时触发VT2，形同一个无触点开关，允许频繁操作，因为无电弧，寿命特长。在交流电源的正半周时，触发导通VT1，导通角为= ；在负半周+时，触发导通VT2，导通角为= 。负载端电压为下图所示斜线波形。这时负载电压U为正弦波的一部分，宽度为（），若正负半周以同样的移相角触发VT1和VT2，则负载电压U的宽度会发生变化，那么负载电压有效值也将随角而改变，从而实现交流调压。

三、 实验步骤
在MATLAB新建一个Model，命名为zuxingfuzai，同时模型建立如下图所示
图1-2 电阻负载的电路建模图
四、 仿真结果
仿真参数：选择ode23tb算法，将相对误差设置为1e-3，开始仿真时间设置为0，停止仿真时间设置为0.06，其他的选项为默认设置。

模型参数设置
参数设置为频率（Frequency）为50Hz，电 压幅值100V，“measurements”测量选“Voltage” 其他为默认设置，如图所示

触发信号uG1参数设置：幅值（Amplitude）电压为12V；周期（Period）为0.02s；占空比（Pulse Width）为40%；时相延迟（Phase delay）为（α*0.02/360）其他为默认设置，如图所示。

触发信号uG2参数设置：幅值（Amplitude）电压为12V；周期（Period）为0.02s；占空比（Pulse Width）为40%；时相延迟（Phase delay）为【（α+180）*0.02/360】。其他为默认设置脉冲信号发生器相位相差180，如图所示。

晶闸管参数设置：晶闸管Thyristor_VT1、Thyristor_VT2不勾选“Show measurement port” 其他均为默认设置

RLC元件参数设置：电阻（Resistance）R=10Ω，电感（Inductance）H=0H，电容（Capacitance）C=inf，其他设置选项默认设置。

设置Pulse1触发脉冲角α1分别为0°、30°、60°、90°、120°Pulse2触发脉冲角α2对应为180°、210°、240°、270°、300°产生的相应波形分别如图所示。
说明：第一列为电源电压u1。第二列为脉冲信号Ug1波形，第三列为脉冲信号Ug2波形，第四列为负载电流i0波形，第五列为电压u0波形，第六列为晶闸管两端电压uVT波形。

当α=0°电阻负载时的仿真波形如下：

当α=30°电阻负载时的仿真波形如下：

当α=60°电阻负载时的仿真波形如下：

当α=90°电阻负载时的仿真波形如下：

当α=120°电阻负载时的仿真波形如下：

小结：有以上的这些波形图可以知道，当为电阻负载时，移相角ɑ范围为0至180度，当移相角ɑ大于180°时，输出的电压u0、电流i0和晶闸管两端的电压uVT在没有什么变化。

实验二：单相交流调压电路（阻感负载）
一． 实验内容
对单相交流调压电路的原理能够理解，并能够通过MATLAB仿真得出当α为不同角度时的仿真波形。最后通过分析仿真波形来了解单相交流调压电路（阻感负载）的工作情况。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、电感组成。

图2-1

单相交流调压电路（阻感负载）如图2-1所示。我所要分析的问题是α为不同值时，输出电压及电流的波形变化。

二、实验原理
当电源电压U2在正半周时，晶闸管VT1承受正向电压，但是没有触发脉冲晶闸管VT1没有导通，在α时刻来了一个触发脉冲，晶闸管VT1导通，晶闸管VT2在电源电压是正半周时承受反向电压截止，当电源电压反向过零时，由于负载电感产生感应电动势阻止电流变化，故电流不能马上为零，随着电源电流下降过零进入负半周，电路中的电感储存的能量释放完毕，电流到零，晶闸管VT1关断。
当电源电压U2在负半周时，晶闸管VT2承受正向电压，但是没有触发脉冲晶闸管VT2没有导通，在π+α时刻来了一个触发脉冲，晶闸管VT2导通，晶闸管VT1在电源电压是负半周时承受反向电压截止，当电源电压反向过零时，由于负载电感产生感应电动势阻止电流变化，故电流不能马上为零，随着电源电流下降过零进入负半周，电路中的电感储存的能量释放完毕，电流到零，晶闸管VT2关断。

三、实验步骤
在MATLAB新建一个Model，命名为zuganfuzai，同时模型建立如下图所示

图2-2 阻感负载的电路建模图
五、 仿真结果
在交流电源U1的正半周和负半周，分别对VT1和VT2的触发延迟角ɑ进行控制，使得输出电压波形为正弦电压的一部分，从而实现调节输出电压的目的，负载阻抗角φ=arctan(ωL/R),负载电压相位滞后于晶闸管输出电压相位φ，把ɑ=0°的时刻定在电源电压过零的时刻，显然阻感负载下稳态时ɑ的移相范围为φπ。
仿真参数：仿真参数设置如电阻负载各项设置，无疑不同的是电感的参数设置。
电感参数设置如下：

设置Pulse1触发脉冲角α1分别为0°、30°、60°、90°、120°Pulse2触发脉冲角α2对应为180°、210°、240°、270°、300°产生的相应波形分别如图所示。
说明：第一列为电源电压u1。第二列为脉冲信号Ug1波形，第三列为脉冲信号Ug2波形，第四列为负载电流i0波形，第五列为电压u0波形，第六列为晶闸管两端电压uVT波形。
当α=0°电阻负载时的仿真波形如下：

当α=30°电阻负载时的仿真波形如下：

当α=60°电阻负载时的仿真波形如下：

当α=90°电阻负载时的仿真波形如下：

当α=120°电阻负载时的仿真波形如下：

小结：由以上的波形可以看得出来，当触发角范围为φ<ɑ时，电压输出波形和电压波形相同，晶闸管两端的电压为方波。当φ<ɑ<180时，波形由上面的波形可知。
总结：在Simulink 环境下利用电力系统模块库中的电力电子器件组建单相交流调压纯电阻电路，并对电路进行相应的理论分析和仿真实验。仿真实验结果表明，通过控制角的大小，单相交流调压电路能够得到很好的调压结果。

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