单相交流调压电路.doc

电力电子技术基础实验报告 学号 东南大学电力电子技术基础实验报告实验名称： 单相交流调压电路 院 （系）： 自动化 专 业： 自动化 姓 名： 学 号： 实 验 室： 实验时间： 2016 年 11月17日评定成绩： 审阅教师： 目 录1实验目的32单相交流调压电路3 2.1交流调压32.2工作过程 33 MATLAB仿真验证 53.1 同步脉冲触发器 53.2 单相交流调压电路 73.3 相关公式的验证 114 实验小结 121 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(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的输出交流电压波形。波形分析：（1） 改变控制角就可将电源电压“削去”0、+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：UR=1(2Uasint)2dt=Ua1-2-sin22 =Uasin22+- (Ua为输入交流电压有效值)负载电流有效值：IR=URR=URR1-2-sin22=URRsin22+-输出有功功率：PR=URIR=Ua2R(1-2-sin22)=Ua2R(sin22+-)2.2.3输入功率因数PF和控制角的关系（1） 输入功率因数为有功功率与视在功率之比视在功率：S=UaIR输入功率因数:PF=URIRUaIR=1-2-sin22=sin22+-（2） 如图2.3所示，越大，输出电压越低，输入功率因数也越低。当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 同步双脉冲触发器输入1为延迟角的给定值，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) =0时，UR波形(a) =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) =30时，UR波形(b) =30时，UR波形(3) =60时，UR波形(c) =60时，UR波形(4) =90时，UR波形(d) =90时，UR波形(5) =120时，UR波形(e) =120时，UR波形(6) =150时，UR波形(f) =150时，UR波形图3.4 不同角下负载电压波形3.2.3 分析总结(1)仿真波形与理论波形一致；(2)不同的角会得到不同的输出波形。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/0306090120150理论值/V268.7264.8241.0190.0118.845.6测量值/V267.7263.9240.2189.3118.345.3误差/%0.370.340.330.370.420.66表1 负载电压有效值UR/0306090120150理论值/A134.4132.4120.595.059.422.8测量值/A133.9132120.194.759.1722.67误差/%0.370.340.330.370.420.66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2。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角下的工作特性，并对电阻负载下的相关公式进行了验证。11