晶闸管交流调压器输出电流波形畸变原因分析报告
晶闸管实验报告
晶闸管实验报告实验报告实验室用直流可控电源:xxxxxxxxxxx1实验人员一设计任务1.1设计目的目前，电子系统的应用越来越广泛，种类也越来越丰富。
电子设备己成为人设备提供所需要的能量，起着至关重要的作用。
然而在通信、航天、汽车、计算机、办公和家用电器等行业，直流稳压电源起着重要作用。
研究实验室用直流可调电源，解决实验室存在的直流电源调压问题，进一步加深对直流可调稳压电源的了解，提高自己的动手制作能力和设计能力，加强对电力电子电路的认识，从而为以后从事相关工作做准备。
1.2设计内容从实验室直流电源存有的问题启程，设计实验室用直流调节器电源，主要就是用作实验室直流掌控电机变频。
1.3设计意义通过此次直流可调电源设计，解决实验室直流电源工作问题，为以后研究高质量使用性能和电气性能的直流稳压电源，做了一个可行性前期实验准备工作，有利于了解直流电源在生产生活中的作用，特别是在设备稳定运行方面表现出的电气特性；从实验室直流电源入手研究，有助于积累解决生产生活中的碰到的问题；从实验团队中相互合作共同进行相关工作，培养了我们的合作意识，为以后我们参加相应工作提供了一个简单模型；研究过程中的分析和改进，增加了我们对相关知识的把握，补充自身的不足；从需求-分析-设计-实验过程中，培养了我们对以后解决相关问题的认识。
1.4设计过程二器件挑选变压器：220v/220v/38v二极管：稳压二极管、发光二极管、普通二极管4007、5108晶体管：普通三极管9015、可控硅tny816、单结晶体管bt33f电容：电解电容整流桥：kbpc1510整流桥堆电阻：18个大小不等电阻2电位计：电位计2.2k熔断器：tc115265三电路原理图四实现原理4.1控制电路单结晶体管构成的晶闸管触发电路如图所示，与单结晶体管构成弛张振荡电路相比较，电路的振荡部分相同，同步是通过对电源电路的改进实现的。
取自主电路的正弦交流电通过同步变压器t降压，变为较低的交流电压，然后经二极管整流桥变成脉动直流。
基于晶闸管的三相三线交流调压电路分析与仿真
２２ 交流调压 电路谐波和功率因数分析 ．
交流调压电路采用 的是相位控制方式 ， 电路 中出现缺角正弦波形 ， 使 因此它不可避免地包含高次谐波电流 并导致电源波形畸变。在电力 电子技术 中有功功率 、 无功功率 、 功率因数的计算 和正弦电路 中相同。即 ： 有功
由以上分析可得出结论 ： 交流调压所得的负载电压和电流波形都不是正弦波 ， 随着 ａ 且 角增大 ， 负载电压
相应变小 ， 负载电流开始出现断续 。当负载为电感性时 ， 交流调压输 出的波形就不仅与 Ｃ ｔ 有关 ， 也与负载的阻 抗角 有关 ， 这时负载 电流和电压波形也不再同相了， 其移相角范围为 ９ ５。 ￣１０。由于三相交流调压带阻感性
采用控制 晶闸管通断周波 比调压方式的缺点是 ： 以实现连续调压 ， 难 不易找到合适的调压 比。这种调压方式在
实际应用 中受到一定的限制。所以交流调压大多以相位控制方式为主 ， 该方式是作 为开关的晶闸管在 每个电 源电压波形周期的选定时刻将负载与电源接通 ， 根据选定时刻的不同可得到不同的输出负载电压 ， 从而起到调 压作用 。 ２ 三相交流调压电路的分析
ｌ 前言
。
随着 电力 电子技术 的发展 ， 交流调压技术大都采用工作在“ 交流开关状态 ” 的晶闸管 （ １ ， 图 ）其实质是在恒 定交流电源与负载之间接入晶闸管作为交流电压控制器。晶闸管的控制方式有两种 ： 一是相位控制 ， 即通过控
制晶闸管的导通角来调压 ； 二是周波控制 ， 在一定的时间内， 控制晶闸管导通 的工频周期数来达到调压 的目的。
图 ２ 控 制 角 的 基 准 点
晶闸管交流调压器及实例
鼓励企业加大研发投入，推动晶闸管交流调压器的技术创新和产品升级，以满足不断变化的市场需求。
绿色环保
在可持续发展理念的指导下，晶闸管交流调压器的发展应注重节能减排和环保要求，减少对环境的影响。
感谢观看
THANKS
在加热设备中，通过晶闸管交流调压器调节加热元件的工作电压，可以实现温度的精确控制。
03
02
01
晶闸管交流调压器的应用领域
晶闸管交流调压器具有调节范围广、调节线性度高、响应速度快、可靠性高等优点。
优点
晶闸管交流调压器的缺点包括对电网的谐波污染、功耗较大、成本较高等。
缺点
ห้องสมุดไป่ตู้
晶闸管交流调压器的优缺点
02
晶闸管交流调压器的工作原理及电路
晶闸管的工作原理
01
晶闸管是一种半导体器件，由PNPN四层半导体构成，其结构类似于三极管，但有三个电极。
02
当晶闸管承受正向阳极电压时，空穴和电子分别在P1层和N2层中形成，形成强烈的电场，促使空穴和电子迅速向N1层和P2层移动，形成较大的电流。
03
当电流达到一定值时，晶闸管内部会产生一个强磁场，使P2层和N1层中的电子和空穴受到吸引，形成反向电场，使电流减小。
新能源领域
在智能家居系统中，晶闸管交流调压器可用于调节家电设备的电源电压，实现节能和个性化控制。
智能家居
在工业自动化领域，晶闸管交流调压器可用于电机调速、自动控制系统等，提高生产效率和设备性能。
工业自动化
应用领域拓展
对未来发展的展望
标准化和规范化
随着晶闸管交流调压器的广泛应用，未来将需要制定更加完善的标准和技术规范，以确保设备的安全性和可靠性。
定义
双向晶闸管交流调压电路分析
双向晶闸管交流调压电路分析双向晶闸管交流调压电路分析同学：老师，双向晶闸管看起来与单向晶闸管的外形差不多，也有三个电极（图2 ），它的主要工作特性是什么呢？教师：双向晶闸管相当于两个单向晶闸管的反向并联（图3 ）,但只有一个控制极。
这样，双向晶闸管在正、反两个方向上都能够控制导电，而单向晶闸管却是一种可控的单方向导电器件。
给双向晶闸管的控制极加正的或负的触发脉冲，都能使管子触发导通。
这样，触发电路的设计就具有很大的灵活性，可以采用多种不同的触发方式。
此外，双向晶闸管的两个主电极不再分为阳极和阴极，而是称为第一电极T1和第二电极T2。
双向晶闸管在电路中不能用作可控整流元件，主要用来进行交流调压、交流开关、可逆直流调速等等。
同学：双向晶闸管触发电路（图1 ）中，使用了双向触发二极管，我们过去没有听说过这种管子，这是一种什么样的器件呢？老师：双向触发二极管（图4 ）从结构上来说，是一种没有控制极的晶闸管，我们可以把它看成是两个二极管的反向并联。
这样，无论在双向触发二极管的两极之间外加什么极性的电压，只要电压的数值达到管子的转折电压值，就能使它导通。
值得注意的是，双向触发二极管的转折电压较高，一般在20〜40V范围。
同学：老师，您给我们讲讲双向触发二极管组成的双向晶闸管触发电路的工作原理吧。
老师：调压器电路主要由阻容移相电路和双向晶闸管两部分组成。
我们单独画出这两部分电路（图5 ）, R5、RP 和C5构成阻容移相电路。
合上电源开关S ,交流电源电压通过R5、RP向电容器C5充电，当电容器C5两端的电压上升到略高于双向触发二极管ST的转折电压时，ST和双向晶闸管VS相继导通，负载RL得电工作。
当交流电源电压过零瞬间，双向晶闸管自行关断，接着C5又被电源反向充电，重复上述过程。
分析电路时，大家应该意识到，触发电路是工作在交流电路中的，交流电压的正、负半周分别会发岀正、负触发脉冲送到双向晶闸管的控制极，使管子在正、负半周内对称地导通一次。
小容量晶闸管直流调速系统的分析与排故
课题：小容量晶闸管直流调速系统1原理简介该调速系统适用于4千瓦以下的直流电动机的无级调速. 1）控制电路a 给定电压Ug由稳压电源通过电位器R21、R23和R22供给。
其中R21整定最高给定电压（对应最高转速），R22整定最低给定电压（对应最低转速）。
R23为手动调整电位器。
b 电压负反馈信号UFV电压负反馈信号UFV由电阻R13，R14和电位器R20分压后取出，UFV与他励直流电动机的电枢两端并联，因而UFV 电压与电枢电压UA成正比，调节R20即可调节电压负反馈量的大小，从图中可以看出由于电压信号为负反馈所以UFV 与UG的极性是相反的，电阻R13是限制UFV上限电阻，电阻R14是限制UFV下限电阻。
c 电流正反馈电路由电位器R18取出。
电枢电流IA主要流过取样电阻R8。
R18取出的电压Ufi与IaR8成正比，亦即Ufi与电枢电流Ia 成正比。
调节R18即可调节电流反馈量的大小。
2）主电路主电路由Va、Vb、V1、V2、组成单相半控桥式整流电路，C8、R10及C7、R12是交,直流过电压保护电路，L为平波电抗器,能限制电流脉动,改善换向条件,减少电枢损耗,并使电流连续,L两端的电阻R11能保证可靠触发,并且在主电路突然断路时,为电抗器提供放电回路,减少电抗器产生的过程.工作过程中只要给VSA、VSB加入尖顶脉冲信号晶闸管就能导通，电动机就能启动运行，因为采用桥式整流电路，故工作时VSA、VSB是轮流导通的的，改变晶闸管门极的脉冲相位，就可以实现对电动机的调速控制。
为了加快制动和停车,采用了能耗制动,R9为能耗制动电阻.电动机励磁由单独的整流电流VC3供电.为了防止失磁而引起的飞车事故,在励磁电路中串入电流继电器KA,只有当励磁电流大于某数值时,KA才动作.在主电路的接触器KM的控制回路中,串接KA常开触头.KA的动作电流可通过分流电位器R17来调整.钮子开关SB是调速系统的启动开关。
3）触发电路由单结晶体管VS为核心组成张弛振荡器，R15为输出电阻，R2为温度补偿电阻。
【电力电子技术习题解答】期末考试题库第6章
第6章思考题与习题6.1在单相交流调压电路中，当控制角小于负载功率因数角时为什么输出电压不可控？α<时电源接通，如果先触发T1，则T1的导通角θ>180°如果采用窄脉冲触答：当φ发，当下的电流下降为零，T2的门极脉冲已经消失而无法导通，然后T1重复第一周期的工作，这样导致先触发一只晶闸管导通，而另一只管子不能导通，因此出现失控。
6.2晶闸管相控直接变频的基本原理是什么？为什么只能降频、降压，而不能升频、升压？答：晶闸管相控直接变频的基本原理是：电路中具有相同特征的两组晶闸管整流电路反并联构成，将其中一组整流器作为正组整流器，另外为反组整流器，当正组整流器工作，反组整流器被封锁，负载端输出电压为上正下负；如果负组整流器工作，正组整流器被封锁，则负载端得到输出电压上负下正，这样就可以在负载端获得交变的输出电压。
晶闸管相控直接变频，当输出频率增高时，输出电压一周期所含电网电压数就越少，波形畸变严重。
一般认为：输出上限频率不高于电网频率的31～21。
而当输出电压升高时，也会造成输出波形畸变。
因此，只能降频、降压，而不能升频、升压。
6.3晶闸管相控整流电路和晶闸管交流调压电路在控制上有何区别？答：相控整流电路和交流调压电路都是通过控制晶闸管在每一个电源周期内的导通角的大小（相位控制）来调节输出电压的大小。
但二者电路结构不同，在控制上也有区别。
相控整流电路的输出电压在正负半周同极性加到负载上，输出直流电压。
交流调压电路，在负载和交流电源间用两个反并联的晶闸管T1、T2或采用双向晶闸管T相联。
当电源处于正半周时，触发T1导通，电源的正半周施加到负载上；当电源处于负半周时，触发T2导通，电源负半周便加到负载上。
电源过零时交替触发T1、T2，则电源电压全部加到负载。
输出交流电压。
6.4交流调压和交流调功电路有何区别？答：交流调功能电路和交流调压电路的电路形式完全相同，但控制方式不同。
交流调压电路都是通过控制晶闸管在每一个电源周期内的导通角的大小（相位控制）来调节输出电压的大小。
晶闸管直流调速系统故障原因分析
晶闸管直流调速系统故障原因分析。
（多项选择题）下面列出8种常见故障和26种可能的原因，试分析每一种故障的可能原因。
故障情况：1、起动时，晶闸管快速熔丝烧掉。
（2、3、）2、开机后，电动机不转动。
3、电动机转速不稳定，甚至发生振荡。
4、额定转速下运行正常，但降速、停车和反转过程中，快速熔丝熔断。
5、电动机负载运行时正常，但空载、低速时振荡。
6、电动机轻载运行正常，但重载运行时不稳定。
7、停车后，仍时有颤动。
8、整流输出电压波形不对称，甚至缺相。
可能原因：1、整流桥输出短路。
2、电动机被卡住，或机械负载被卡住。
3、电流截止环节未整定好，致使启动电流过大。
4、个别晶闸管元件老化，或因压降功耗过大而损坏。
5、晶闸管散热片接触不良，或冷却风（水）供量不足，或风机转向接反，导致元件过热。
6、整流元件阻容保护吸收元件虚焊。
7、三相全控桥运行中丢失触发脉冲。
8、稳压电源无电压输出。
9、熔断器芯体未安入或已烧断。
10、励磁电路未接通。
11、个别晶闸管元件擎住电流值过大。
12、整流电流断续，电压、电流反馈信号中谐波成分过大。
13、速度调节器增益过大。
14、转速及电流反馈电路滤波电容过小。
15、直流测速发电机电刷接触不良。
16、电流反馈电路断线或极性接反。
17、电源进线相序与设备要求不符，或整流变压器相序不对，或同步变压器相序不对。
18、触发器锯齿波斜率不一致，触发脉冲间隔不对称。
19、电网电压过低。
20、供电强电线路与控制弱电线路混杂一起，引起严重干扰。
21、锁零电路未起作用，运放零飘过大。
22、晶闸管元件高温特性差，大电流时失去阻断能力。
23、整流变压器漏抗引起的电压波形畸变过大。
24、转速环开环对数频率特性的穿越频率ωc过大，接近机械装置的扭振频率。
25、输出低电压时的电压波形为断续尖状波形，其中含有较大低频谐波。
26、触发电路无触发脉冲输出，或触发脉冲电压幅值不够大，或触发电流不够大，或脉宽太窄。
建筑电气设计中的电源谐波问题
试析建筑电气设计中的电源谐波问题摘要：电源谐波是影响电能质量的重要因素，它严重污染了电力系统，降低了电力电子设备的性能。
本文对电源谐波的来源和危害进行了分析和探讨，且提出了抑制建筑电气设计中电源谐波的方法。
关键词：电源谐波，电力系统，电能污染，谐波抑制在建筑电气设计时，为了给人类提供健康舒适的生活空间，电气设计人员开始对供电质量和可靠性有了越来越严格的要求，然而供电系统的谐波是影响电能质量的一个重要原因，它给建筑电力系统造成了电能污染，对智能建筑功能产生了重要影响，还会降低电子设备的性能，对于建筑电气设计中的电源谐波问题，本文进行了初步探讨和分析，并提出了电源谐波的抑制方法。
1电源谐波产生的原因1.1变压器变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）。
一般情况下，变压器的谐波主要是磁路非线性引发的，因为非正弦波形是变压器的励磁电流具备的特征，无论是平顶波还是尖顶波都含有奇次谐波，并且这两种波形含有的次谐波量是最大的，但是，变压器不是任何工作状态下都产生电源谐波的，变压器在正常工作的状态下产生的谐波含量是比较小的，因为在额定负载下，电流波形接近正弦波，而波形畸变是可以忽略的。
然而当额定电压空载或轻载时，铁心工作就进入了饱和区，变压器的感应电动势就会在励磁电流产生压降的情形下包含谐波分量。
1.2电力电子变流装置电力电子装置由各类电力电子电路组成的装置。
电力电子变流装置的谐波是当谐波电流进入电力系统后在电力系统内被压降，使电力系统中电压产生畸变。
而随着家用电器和电力电子设备的广泛使用，这便给电力系统带来了恒定的谐波，因为电力电子设备本身的工作性质决定设备会产生谐波含量，而且当电机负载的电感量比较少时，变频器流入的电流就是电流尖峰，这尖峰中的谐波含量更高。
1.3交流调压电器交流调压电器可分为通断控制调压称交流调功器和移相控制调压称交流调压器。
通断控制的调压器称交流调功器是将晶闸管作为开关，将负载与电源间接通几个周波，又断开几个周波，循环如此，这种控制方式就会使输入电流出现了含量很高的分数次特征谐波。
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晶闸管交流调压器输出电流波形畸变原因分析
秦祖荫 2008年9月4日
根据《The philosophy of ac voltage regulation 》一文所述的工作原理，导致大电流变压器次级电流波形畸变是因为以下三个因素综合作用的结果：
1. 变压器的漏感偏大，也即变压器（包括次级负载）的功率因数过低。
2. 晶闸管门极触发脉冲的宽度不够。
3. 晶闸管门极过零触发。
下面结合电路仿真波形解释这三个因素造成电流波形畸变的原因。
图1是仿真用的模拟电路，图中红色虚线框是交流电源 的等效电路，其中L4和R5 分别代表前级变压器的漏感 和线圈电阻。
蓝色虚线框是 大电流变压器等效电路，其 中Ls1和Ls2分别代表大电 流变压器初级漏感和折算到
初级的次级漏感，Lm 是变 压器励磁电感，Rm 代表变 压器铁心损耗的电阻，RL 是折算到变压器初级的次级 负载电阻。
图2是图1
交流电源电压 I G
I t h 1
I t h 2 I L m I R L 图2
TD = 0TF = 1us PW = 2ms PER = 10ms
V1 = 0
TR = 1us V2 = 10v
2 / 3
交流调压原理中已经说明：功率因数越低，晶闸管门极触发迟后角α越小，则晶闸管电流波形的宽度越大。
对于大电流变压器次级负载电阻都很小，而变压器次级电感（包括变压器次级漏感和次级大电流导线寄生电感）可能会大于次级负载电阻，这就造成变压器的功率因数很低，再用过零触发（见图2中的触发脉冲电流波形I G ）的结果是晶闸管th1首次导通电流波形宽度大于180Ο，而晶闸管th2的触发脉冲宽度延伸不到th1导电结束之后，因此晶闸管th2不能导电，此后的结果是只有th1晶闸管半边工作（见图2中的晶闸管th1电流I t h 1 波形,th2的电流I t h 2始终是0）。
因为只有th1半边工作，变压器励磁电感电流I L m 也是单方向电流，th1每次导电就使Lm 储能增加（即I L m 上升），th1截止时，Lm 向负载释放储能（即I L m 衰减），所以在上电之后I L m 波形是逐渐爬升。
变压器负载电流I R L ＝Ith1－I L m ，图中I R L 波形即有正弦畸变。
还应说明：图中I R L 波形存在暂态分量，这是因为仿真电路中的变压器等效电路次级没有电隔离。
上述半边晶闸管导电现象可以用实测变压器初级电流波形（如图2中的I t h 1，不存在负向波形）得到证明。
因为变压器初级电流中存在暂态分量（直流分量），所以应该用霍尔电流传感器采取电流信号。
消除电流波形畸变的合理方法
导致大电流变压器次级电流波形畸变的三个因素中大电流变压器和晶闸管触发电路都已经定型，可以不予变更，在此基础上可以采取两项措施消除电流波形畸变：
1．减小变压器次级输出导线的寄生电感，提高功率因数，在消除电流波形畸变的同时，还可以减小无功电流在大电流导线中的损耗（即节能）。
减小大电流导线寄生电感的方法是用铜排取代软电缆。
将两根铜排紧靠在一起，两铜排间夹一层很薄的绝缘，当有大电流时，两根铜排周围的磁通相互抵消，表明寄生电感大大减小。
更合理的措施是尽量降低变压器的漏感，为此在定制变压器时应提出短路阻抗压降（例如短路阻抗压降<2%），以进一步提高功率因数。
2．根据交流调压的理论，当晶闸管触发角α等于负载功率因数角ϕ时，就可以消除电流暂态分量。
为此应摈弃过零触发，将晶闸管门极触发迟后角调大，在无法知道负载功率因数的情况下，可以通过实验试探几次，达到负载电流波形没有畸变即可。
更合理的措施是将晶闸管门极触发脉冲宽度加宽。
图3是仿真的其它条件与前同,仅将晶闸管门极触发角增大到54o
（3ms ）所得的波形。
从变压器初级电压和变压器初级电流波形间的相位差角（即功率因数角）为59.4o
，出触发角和功率因数角间的差为 4.5544.59=-
而触发脉冲宽度为2ms ，换算成电角度为 4.536102180003>=⨯⨯-，这就表明可以避免只有单边晶闸管工作，也就避免了电流波形畸变。
功率因数角 59.4o
交流电源电压
I G I t h 1 I t h 2 I L m I R L 图3。