斩控式交流调压电路实验报告
【精品】单相斩控式交流调压电路设计设计课程设计
【精品】单相斩控式交流调压电路设计设计课程设计一、实验目的1、熟悉单相斩波电路的构成和基本工作原理。
2、深刻理解交流半波斩波的不足之处，为此掌握单相斩波控制器的工作原理。
3、通过实验，掌握斩波控制电路的设计方法。
二、实验器材设备1、单相电源。
2、变压器：输入电压220V，输出电压0-48V，输出电流1A。
3、单相斩波控制器电路实验板。
4、万用表。
5、示波器。
三、实验内容1、搭建单相斩波控制器电路实验板电路。
2、通过调节斩波控制器电路实验板中的电位器和可调电阻，实现调节输出电压的目的。
3、测量并记录在不同输出电压下控制器的调节时间，分析控制器电路的工作原理和性能。
4、测量单相斩波控制器实验板电路中的主要电参数，包括输入电压、输出电压和输出电流等。
四、实验原理1、单相斩波电路原理单相斩波电路是一种简单的电源控制电路，通常用于直流电源的切割和变频器的输出。
在单相斩波电路中，电源通过晶体管或三极管等器件进行控制，可通过控制器调整输出电压的大小。
在斩波电路中，斩波开关的导通和截止时间是关键，决定着电路的传输与转换功能。
斩波控制可通过电位器和可调电阻来实现。
斩波电路的原理如图1所示。
由图1可知，当电源接入电路时，输入电压经过变压器的降压作用，接入斩波开关Q1的水平校准电路中。
斩波开关Q1被控制，从而使输出电压发生变化。
当斩波开关Q1导通时，电源通过变压器向输出电容充电。
当斩波开关Q1截止时，输出电容电压呈现指数下降趋势，并释放储藏的能量。
最终，输出电压达到预设值。
2、单相斩波控制器原理单相斩波控制器常用于直流电源的控制，以调节输出电压。
斩波控制器内置反馈控制系统，通过调整开关导通和截止时间来实现输出电压的精确调整。
控制器工作原理如图2所示。
如图2所示，单相斩波控制器由斩波开关、强制电路、反馈电路和输出电路等部分组成。
当输入电源接通时，斩波开关打开，输出电路上升到输入电压。
输出电压与比较器输出电压比较，反馈电路会根据比较结果确定斩波开关的导通和截止时间，使输出电压达到所需值。
单相斩控式交流调压电路设计
单相斩控式交流调压电路设计概述单相斩控式交流调压电路的设计用于对交流电源进行调压控制，使输出电压能够稳定在需求范围内。
本文将对该调压电路的设计原理、电路构成、工作原理以及参数选取等进行全面详细的探讨。
设计原理单相斩控式交流调压电路的设计原理基于斩波调压技术，通过控制晶闸管的导通时间来改变输出电压的大小。
其基本思想是在每个交流周期的一定时刻截止半导体器件的导通，从而将源电压锯齿状的波形转换为脉宽调制形式，通过改变脉宽来调节输出电压。
电路构成单相斩控式交流调压电路主要由以下几个部分构成：输入滤波电路输入滤波电路主要用于对输入电压进行平滑滤波，降低谐波成分，获得稳定的直流电压。
常用的输入滤波电路包括电容滤波电路和电感滤波电路。
斩波电路斩波电路是单相斩控式交流调压电路的核心部分，用于将交流电压转换为可调的脉冲电压。
斩波电路一般由晶闸管、二极管以及继电器等组成。
控制电路控制电路用于生成脉宽调制信号，对晶闸管的导通时间进行控制，从而实现输出电压的调节。
一般采用微处理器或者模拟控制电路来生成控制信号。
输出滤波电路输出滤波电路主要用于对输出脉冲进行滤波平滑，得到稳定的直流输出电压。
常用的输出滤波电路包括电感滤波电路和电容滤波电路。
工作原理单相斩控式交流调压电路的工作原理如下：1.输入电压经过输入滤波电路进行滤波后，进入斩波电路。
2.斩波电路将交流电压转换为可调的脉冲电压，通过控制电路的控制信号对晶闸管进行导通和截止控制，改变输出脉冲的脉宽。
3.输出脉冲经过输出滤波电路进行滤波平滑后，得到稳定的直流输出电压。
参数选取在设计单相斩控式交流调压电路时，需要选取合适的参数来保证电路的稳定性和性能。
主要包括以下几个方面：输入电压范围根据实际应用情况选择合适的输入电压范围，通常是根据供电网络的标准电压范围来确定。
输出电压范围根据需求确定输出电压的范围，确保设计的电路可以满足实际需求。
控制信号频率控制信号频率越高，调压速度越快，但也会增加电路的复杂度和功耗。
斩控式单相交流调压电路
设计内容与设计要求一．设计内容：1．电路功能：1）用斩控方式实现交流调压，功率因数高，谐波小，输出波形好。
2）电路由主电路与控制电路组成，主电路主要环节：主电力电子开关与续流管。
控制电路主要环节：脉宽调制PWM电路、电压电流检测单元、驱动电路、检测与故障保护电路。
3）主电路电力电子开关器件采用GTR、IGBT或MOSFET。
4）系统具有完善的保护2. 系统总体方案确定3. 主电路设计与分析1）确定主电路方案2）主电路元器件的计算及选型3）主电路保护环节设计4. 控制电路设计与分析1）检测电路设计2）功能单元电路设计3）触发电路设计4）控制电路参数确定二．设计要求：1．用SG3525产生脉冲。
2．设计思路清晰，给出整体设计框图；3．单元电路设计，给出具体设计思路和电路；4．分析所有单元电路与总电路的工作原理，并给出必要的波形分析。
5．绘制总电路图6．写出设计报告；主要设计条件1．设计依据主要参数1）输入输出电压：单相（AC）220（1+15%）、0~150V（AC）2）最大输出电流：5A3）功率因数：≥0.72. 可提供实验与仿真条件说明书格式1．课程设计封面；2．任务书；3．说明书目录；4．设计总体思路，基本原理和框图（总电路图）；5．单元电路设计（各单元电路图）；6．故障分析与电路改进、实验及仿真等。
7．总结与体会；8．附录（完整的总电路图）；9．参考文献；10、课程设计成绩评分表进度安排第一周星期一:课题内容介绍和查找资料；星期二:总体电路方案确定星期三:主电路设计星期四:控制电路设计星期五:控制电路设计；第二周星期一: 控制电路设计星期二：电路原理及波形分析、实验调试及仿真等星期四~五:写设计报告，打印相关图纸；星期五下午:答辩及资料整理目录第1章概述 (1)1.1 单相交流调压........................ 错误！未定义书签。
1.2 交流调压在生活生产中的应用.......... 错误！未定义书签。
单相斩控式交流调压电路设计
单相斩控式交流调压电路设计单相斩控式交流调压电路是一种常见的电路设计，它可以将交流电源的电压进行调节，使其符合特定的要求。
本文将介绍单相斩控式交流调压电路的原理、设计和应用。
一、原理单相斩控式交流调压电路的原理是利用斩波器对交流电源进行控制，从而实现电压的调节。
斩波器是一种电子元件，它可以将交流电源的正半周或负半周进行截取，从而得到一个脉冲信号。
这个脉冲信号的宽度可以通过控制斩波器的导通时间来进行调节，从而实现对电压的控制。
在单相斩控式交流调压电路中，斩波器通常采用晶闸管或场效应管。
当斩波器导通时，交流电源的电流会通过斩波器流入负载，从而使负载得到电源的供电。
当斩波器截止时，电源的电流就会被截断，负载也就不再得到电源的供电。
通过不断地重复这个过程，就可以实现对电压的调节。
二、设计单相斩控式交流调压电路的设计需要考虑多个因素，包括电源电压、负载电流、斩波器的选择和控制电路的设计等。
下面将分别介绍这些因素的设计要点。
1. 电源电压电源电压是单相斩控式交流调压电路设计的重要参数，它决定了电路的输出电压范围和负载能力。
一般来说，电源电压越高，输出电压范围就越大，负载能力也就越强。
但是，电源电压过高也会增加电路的复杂度和成本，因此需要根据实际需求进行选择。
2. 负载电流负载电流是单相斩控式交流调压电路设计的另一个重要参数，它决定了电路的输出功率和稳定性。
一般来说，负载电流越大，输出功率就越高，但是电路的稳定性也会受到影响。
因此，在设计电路时需要根据负载的实际需求进行选择。
3. 斩波器的选择斩波器是单相斩控式交流调压电路中最关键的元件之一，它的选择直接影响到电路的性能和稳定性。
一般来说，晶闸管和场效应管是常用的斩波器，它们具有导通压降低、响应速度快等优点。
但是，晶闸管的控制电路比较复杂，而场效应管的价格较高，因此需要根据实际需求进行选择。
4. 控制电路的设计控制电路是单相斩控式交流调压电路中另一个重要的设计要素，它负责控制斩波器的导通和截止。
斩控式交流调压电路实验报告
斩控式交流调压电路实验报告
一、实验目的
1.了解控制式交流调压原理；
2.掌握调压电路的模拟调试方法；
3.掌握扩展型被动式电压调节器回路的构成；
4.通过实验观察控制型调压电路的运行特性，在熟练掌握调压电路的控制方法。
二、实验仪器及内容
本实验的仪器设备主要有：电源，电表，交流控制系统，变压器，可调电阻和可调变压器。
实验内容主要有：
1.构建控制式交流调压电路；
2.根据已有参数设计控制回路；
3.调试控制回路，使其能够控制电压；
4.调试完成后，测量电压和电流上涨和下降的时间以及调压精度；
5.将电路的参数记录在实验报告中；
6.通过实验，观察控制式调压电路的运行特性；
7.熟练掌握调压电路的控制方法。
三、实验结果
实验中调试结束后，测量结果如下表所示：
电压（V），电流（A），上升时间（s），下降时间（s），调压精度----------，----------，--------------，--------------，----------
220，1.5，1.2，2.1，恒定
四、实验结论
1.通过实验，我们了解到控制式交流调压原理；
2.我们掌握了调压电路的模拟调试方法；
3.我们掌握了扩展型被动式电压调节器回路的构成；。
4.5斩控式交流调压电路
+
ui -
+ iS1
u1 S2
+
u2
输入滤波器
+ z
uO -
输出滤波器
-
4.5.1 斩控式交流调压器的工作原理——加入滤波器
假设滤波器部分和电子开关部分不耗能，输入和输出功率相等， 则得到：
uoio=ui
uO i iO DiO u
而 因此
DU m iO sin( S t ) Z
4.5 斩控式交流调压电路 斩控式交流调 压电路
4.5.1 斩控 式交流调 压器的工 作原理
4.5.2电源 与负载端 的隔离
4.5.3 双 向电力 电子开 关
<
>
4.5.1 斩控式交流调压器的工作原理——基本结构
S1
+ +
ui
-
S2
z
uO
-
S1和S2是双向电子开关； 控制规则：S1和S2的状态互补；假设一个周期中S1闭合、S2断开 的时间为Ton，S1断开S2闭合的时间为Toff，整个周期为T。则S1 闭合时，负载的端电压为u(t),S2闭合时负载的端电压为0.
4.5.2 电源与负载端的隔离——数量分析
仿照前边的分析方法，得到： N2 u2 D U m sin S t u k N1
其中ΣuK是所有谐波成分的总和，经输出滤波器的滤波作用， 谐波成分均被滤除，负载电压为 N2 uO D U m sin S t N1 假定开关和滤波电路耗能为0，输出功率与输入功率平 衡，则有：
4.5.1 斩控式交流调压器的工作原理——加入滤波器
如果负载阻抗的模为Z，幅角为φ，负载的电流iO为
DU m iO sin( S t ) Z 负载电流是连续的正弦波，无谐波成分
实验四 单相斩控式交流调压电路实验
实验四单相斩控式交流调压电路实验一、实验目的(1) 熟悉斩控式交流调压电路的工作原理。
(2) 了解斩控式交流调压控制集成芯片的使用方法与输出波形。
二、实验线路及原理斩控式交流调压主电路原理如图3.4 所示。
图3.4 斩控式交流调压主电路原理图一般采用全控型器件作为开关器件，其基本原理和直流斩波电路类似，只是直流斩波电路的输入是直流电压，而斩控式交流调压电路输入的是正弦交流电压。
在交流电源ui 的正半周，用V1进行斩波控制，用V3给负载电流提供续流通道；在ui的负半周，用V2进行斩波控制，用V4给负载电流提供续流通道。
设斩波器件V1、V2的导通时间为ton，开关周期为T，则导通比为α=ton/T，和直流斩波。
电路一样，通过对α的调节可以调节输出电压U图3.5 给出了电阻负载时负载电压U0和电源电流i1(也就是负载电源)的波形。
可以看出电源电流的基波分量是与电源电压同相位的。
即位移因数为1。
电源电流不含低次谐波，只含和开关周期T有关的高次谐波，这些高次谐波用很小的滤波器即可滤除，这时电路的功率因数接近于1。
图3.5 电阻负载斩控式交流调压电路波形斩控式交流调压控制电路方框图如图3.6 所示，PWM 占空比产生电路使用美国Silicon General公司生产的专门PWM集成芯片SG3525，其内部电路结构及各引脚功能查阅相关资料。
的正半周，V1进行斩波控制，用V3给负载电流提供续流通道，在交流电源uiV4关断；在u的负半周，V2进行斩波控制，V3关断，用V4给负载电流提供续流通i道。
控制信号与主电路的电源必须保持同步。
图3.6 斩控式交流调压控制电路方框图三、实验内容(1) 控制电路波形观察。
(2) 交流调压性能测试。
四、实验方法由于主电路的电源必须与控制信号保持同步，因此主电路的电源不需要外部接入。
但是为了能同时观察两路控制信号之间的相位关系，主电路的开关K 是串接在电源开关之后的。
在观察控制信号时将开关打在断状态。
斩控式交流调压电路实验报告
斩控式沟通调压电路试验报告沟通调压的掌握方式有三种：①整周波通断掌握。
整周波掌握调压——适用于负载热时间常数较大的电热掌握系统。
晶闸管导通时间与关断时间之比，使沟通开关在某几个周波连续导通，某几个周波连续关断，如此反复循环地运行，其输出电压的波形如图 1-1 所示。
转变导通的周波数和掌握周期的周波数之比即可转变输出电压。
为了提高输出电压的区分率，必需增加掌握周期的周波数。
为了削减对四周通信设备的干扰，晶闸管在电源电压过零时开头导通。
但它也存在一些缺点那就是：在负载容量很大时，开关的通断将引起对电网的冲击，产生由掌握周期打算的奇数次谐波，这些谐波引起电网电压变化，造成对电网的污染。
图1-1 周期掌握的电压波形②相位掌握。
相位掌握调压——利用掌握触发滞后角α的方法,掌握输出电压。
晶闸管承受正向电压开头到触发点之间的电角度称为触发滞后角α。
在有效移相范围内转变触发滞后角，即能转变输出电压。
有效移相范围随负载功率因数不同而不同，电阻性负载最大,纯感性负载最小。
图 1-2 是阻性负载时相控方式的沟通调压电路的输出电压波形。
相控沟通调压电路输出电压包含较多的谐波重量，当负载是电动机时，会使电动机产脉动转矩和附加谐波损耗。
另外它还会引起电源电压畸变。
为减少对电源和负载的谐波影响，可在电源侧和负载侧分别加滤波网络。
③斩波掌握。
斩波掌握调压——使开关在一个电源周期中屡次通断，将输入电压切成几个小段，用转变段的宽度或开关通断的周期来调整输出电压。
斩控调压电路输出电压的质量较高,对电源的影响也较小。
图 1-2 为斩波掌握的沟通调压电路的输出电压波形。
图1-2 相位掌握的电压输出波形在斩波掌握的沟通调压电路中，为了在感性负载下供给续流通路，除了串联的双向开关 S1 外，还须与负载并联一只双向开关S2。
当开关 S1 导通，S2 关断时，输出电压等于输入电压；开关 S1 关断，S2 导通时,输出电压为零。
掌握开关导通时间与关断时间之比即能掌握沟通调压器的输出电压。
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斩控式交流调压电路实验报告
交流调压的控制方式有三种：①整周波通断控制。
整周波控制
调压——适用于负载热时间常数较大的电热控制系统。
晶闸管导通
时间与关断时间之比，使交流开关在某几个周波连续导通，某几个
周波连续关断，如此反复循环地运行，其输出电压的波形如图1-1
所示。
改变导通的周波数和控制周期的周波数之比即可改变输出电压。
为了提高输出电压的分辨率，必须增加控制周期的周波数。
为
了减少对周围通信设备的干扰，晶闸管在电源电压过零时开始导通。
但它也存在一些缺点那就是：在负载容量很大时，开关的通断将引
起对电网的冲击，产生由控制周期决定的奇数次谐波，这些谐波引
起电网电压变化，造成对电网的污染。
图1-1周期控制的电压波形
②相位控制。
相位控制调压——利用控制触发滞后角α的方法,
控制输出电压。
晶闸管承受正向电压开始到触发点之间的电角度称
为触发滞后角α。
在有效移相范围内改变触发滞后角，即能改变输
出电压。
有效移相范围随负载功率因数不同而不同，电阻性负载最
大,纯感性负载最小。
图1-2是阻性负载时相控方式的交流调压电路
的输出电压波形。
相控交流调压电路输出电压包含较多的谐波分量，当负载是电动机时，会使电动机产脉动转矩和附加谐波损耗。
另外
它还会引起电源电压畸变。
为减少对电源和负载的谐波影响，可在
电源侧和负载侧分别加滤波网
络。
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③斩波控制。
斩波控制调压——使开关在一个电源周期中多次通断，将输入电压切成几个小段，用改变段的宽度或开关通断的周期来调
节输出电压。
斩控调压电路输出电压的质量较高,对电源的影响也较小。
图1-2为斩波控制的交流调压电路的输出电压波形。
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图1-2相位控制的电压输出波形
在斩波控制的交流调压电路中，为了在感性负载下提供续流通路，
除了串联的双向开关S1外，还须与负载并联一只双向开关S2。
当
开关S1导通，S2关断时，输出电压等于输入电压；开关S1关断，S2导通时,输出电压为零。
控制开关导通时间与关断时间之比即能
控制交流调压器的输出电压。
开关S1、S2动作的频率称斩波频率。
斩波频率越高,输出电压中的谐波电压频率越高,滤波较容易。
当斩
波频率不是输入电源频率的整数倍时，输出电压中会产生谐波。
当
斩波频率较低时，谐波含量较多，对负载产生不良的影响。
将斩波
信号与电源电压锁相，可消除谐波。
斩波控制的交流调压电路的功
率开关元件必须采用功率晶体管或其他自关断元件，所以成本较高。
DXDiTa9E3d
交流-交流变流电路，是将一种形式的交流电变成另一种形式的交
流电，在进行交流-交流变流时，可以改变电压、电流、频率和相位
等参数。
只改变相位而不改变交流电频率的控制，在交流电力控制
中称为交流调压。
RTCrpUDGiT
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
就可以控制交流电力。
这种电路不改变交流电的频率，称为交流电
力控制电路。
在每半个周波内通过对晶闸管开通相位控制，可以方
便地调节输出电压的有效值，这种电路称为交流调压电路。
5PCzVD7HxA
图1-3斩波交流调压电路
斩波控制方式时，晶闸管要带有强迫关断电路或采用IGBT、MOSFET等可自关断器件，在每个电压周波中，开关元件多次通断，使电压斩波成多个脉冲，改变导通比即可实现调压。
本课程设计采用斩控式单相交流调压方案。
jLBHrnAILg
斩控式交流调压电路的原理图如图1-5所示，一般采用全控型器件作为开关器件。
其基本原理和直流斩波电路有类似之处，只是直流斩波电路的输入是直流电压，而斩控式交流调压电路的输入是正弦交流电压。
在交流电源u1的正半周，用V1进行斩波控制，用V3给负载电流提供续流通道；在u1的负半周，用V2进行斩波控制，用V4 给负载电流提供续流通道。
xHAQX74J0X
斩控式交流调压就是通过改变对晶闸管的导通的控制，可以是保持开关周期T不变，调节开关导通时间Ton,这种方式称为脉冲宽度调制<PWM调制），也可以是开关导通时间Ton不变，改变开关周期T，称为频率调制，还有一种混合型，就是Ton，和T都可
调。
LDAYtRyKfE
实验室提供的是PWM调制，通过调节开关导通的时间，即调节占空比，就可以对输出电压的平均值进行调节。
图1-4仿真原理图
2.2 基本工作原理
交流斩波调压的原理波形如图1-5所示。
由图可知，它是用一组
频率恒定、占空比可调的脉冲，对正弦波电压进行调制后，得到边
缘为正弦波、占空比可调的电压波形。
该电压的调制频率f0，其基
本谐波频率为±50Hz。
改变占空比，即可改变输出电压。
利用具有
自关断能力的电力半导体器件就可方便地构成交流斩波调压电路。
Zzz6ZB2Ltk
电源脉冲电压施加到变压器的原边，同时利用过零信号驱动Q1
和Q2，实现变压器的原边电流续流。
只要输出滤波器参数设计合理，就可以得到高正弦度的输出电压波形，开关频率越高效果越好。
这
种变换器的设计难点在于双向可控开关Q1与Q2之间的是否能够安
全切换。
因为开关并非理想特性，在二者之间换流时存在电源直通
与变压器原边开路的可能性，而这两点是不期望的。
为此必须在二
者切换时采取安全换流策略。
dvzfvkwMI1
只需要利用电压传感器准确快速地检测电源电压极性来确定扇区，而不需要电流传感器检测变压器原边电流的极性。
当然，传感器要
有良好的线性度、快速性和光电隔离，由于电源电压很稳定，其过
零点的检测比较准确可靠。
扇区之间的切换不需要特别考虑，因为
切换点只出现在电源电压过零点，切换时只要保证变压器原边续流
路径即可。
rqyn14ZNXI
图1-5 交流斩波调压原理波形
图1-6交流斩波调压输出波形
各个输入的方波，1、3存在相位差0.01周期，2、4存在相位差
0.01周期
输出的电压方波和输入波形<R=10,L=1e-5,u=100）
输出的电压方波和输入波形<R=10,L=1e-3,u=100）
随着电感感值增大，方波出现越来越多小震荡，这可以说明电感能调节方波震荡的波幅
输出的电压方波和输入波形<R=100,L=1e-5,u=100）
随着电阻阻值增大，方波底波趋于斜线，波形出现不正常
总结与体会
电力电子技术》是一门新兴技术,它是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而成的,是自动化、电气工程及其自动化专业的一门专业基础性较强且与生产紧密联系的课程,在培养本专业人才中占有重要地位。
对我们来说,电力电子技术既是一门技术基础课程,也是实用性很强的。
EmxvxOtOco
这个学期要做《电力电子技术》课程设计。
可是《电力电子技术》这门课已经学完了一个学期了，现在基本上已经忘记的差不多了。
所以不的不再拿起丢掉的书本从新看了以篇。
在选课题的时候，对于有些不懂的问题，老师都认真的给我讲解。
经过一番努力之后，对一些基本知识大概的了解了一下。
之后就开始做课程设计。
一开
始不知道该从何处下手，在老师的指点下，以及在成绩好的同学的
帮助下，慢慢的也开始动手做了起来。
首先是确定了主电路的设计
和系统总体方案的确定。
SixE2yXPq5
在整个课程设计中，对有些原理理解的还是不够透彻，所以并不理
解设计的具体步骤和方法。
在经过多次的尝试和努力之后，慢慢的
也开始明白了一些道理。
比如斩控，就是在电路中使用全控型器件，通过控制器件开关的导通和关断来控制输出电压的平均值。
我做的
课题是斩控式单相交流调压电路设计。
所以这个概念是我课程设计
的关键所在。
6ewMyirQFL
在整个设计过程中，遇到了很多的问题，但是最主要的问题是电路
参数的计算。
因为计算的公式都不知道在哪找，就算找到了也不知
道怎么用，因为对公式的不理解，所以最后的参数确定只完成了一
部分。
当然这其中主要的问题是自己的学习部够扎实，对课本上以
及老师讲的东西理解的不够透彻。
所以才造成了今天这样被动的局面。
通过这次的设计，我明白了，学习部仅仅只限于课本的学习，
同时也要学会不断拓展，通过实践把知识同课本上的理论联系起来，这样才能更好的理解所学的知识点。
通过这次课程设计，我不仅加
深了我对《电力电子技术》这门课程的理解，更重要是我体会出了
学习的一些方法,这在以后的工作和生活中都是有很大帮
助.kavU42VRUs
申明：
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