单相交流调压电路
单相交流调压电路
单相交流调压电路交流-交流变流电路：把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路。
直接方式即无中间直流环节，间接方式即有中间直流环节交流-交流变换电路可以分为间接方式（有中间直流环节）直接方式（即无中间直流环节）直接方式有交流电力控制电路和变频电路交流电力控制电路：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。
变频电路：改变频率的电路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。
Ø交流电力控制电路交流调压电路在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，调节输出电压有效值的电路。
交流调功电路以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断，改变通态周期数和断态周期数的比，调节输出功率平均值的电路。
交流电力电子开关：串入电路中根据需要接通或断开电路的晶闸管。
02异步电动机软起动。
04供用电系统对无功功率的连续调节。
01灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制)。
03异步电动机调速。
05在高压小电流或低压大电流直流电源中，用于调节变压器一次电压。
应用图1 阻性负载单相交流调压电路及波形电阻负载Ø在交流电源u1 的正半周和负半周，分别对VT1 和VT2的开通角α进行控制就可以调节输出电压。
基本的数量关系Ø负载电压有效值U0负载电流有效值I0--式1---式2Ø晶闸管电流有效值ITØ功率因数λ----式3----式4图1 阻性负载单相交流调压电路及波形Ø电阻性负载时，控制角 移相范围为0~π ，随着α增大，U0逐渐减小。
电阻性负载及各处波形如图2所示。
由于电感的储能作用，负载电流 会在电源电压 u1过零后再延迟一段时间后才能降为零，延迟的时间与负载的功率因数角 有关。
晶闸管的关断是在电流过零时刻，因此，晶闸管的导通时间θ 不仅与触发控制角α 有关，还与负载功率因数角有φ关，必须根据α与α 的关系分别讨论。
由于θ=π 时意味着负载电流i0 连续， θ ＜ π时意味i0 断续，因此也表达了电流连续与否的运行状态。
单相交流调压电路实验总结
单相交流调压电路实验总结1. 实验目的本实验旨在通过搭建单相交流调压电路，研究和了解调压原理，探究电压调节器的工作原理，掌握电压调节器的设计和使用方法。
2. 实验原理单相交流调压电路是一种能够将输入的交流电源电压调节到特定输出电压的电路。
通过调整器件的导通角度来改变直流电压的大小，从而实现对交流电源进行调节。
常见的调压器有可控硅调压器和晶闸管调压器。
本实验以晶闸管调压器为例，其主要由变压器、调压变压器、晶闸管、负载等组成。
通过改变触发信号的时刻，来控制晶闸管的导通和截断，从而改变输出电压的大小。
3. 实验步骤与结果3.1 实验步骤1.搭建单相交流调压电路，连接变压器、调压变压器、晶闸管和负载。
2.接通电源，调节输出电压调节器的电位器，观察输出电压的变化。
3.改变触发信号的时刻，观察输出电压的变化。
3.2 实验结果根据实验步骤进行实验后，观察到输出电压随着调节器电位器的调节而改变，同时观察到改变触发信号的时刻会对输出电压产生影响。
4. 重要观点与关键发现•晶闸管调压电路可以实现对交流电源电压的调节。
•调压电路主要由变压器、调压变压器、晶闸管和负载等组成。
•通过改变导通角度来控制晶闸管的导通和截断，从而调节输出电压的大小。
•输出电压的大小和触发信号的时刻密切相关。
5. 进一步思考1.通过实验可以发现，调压电路可以实现对交流电源电压的调节。
然而，在实际应用中，还需要考虑电流、功率等因素。
如何在保证电压稳定的前提下，实现对电流和功率的控制，是一个值得研究的问题。
2.实验中使用的是晶闸管调压器，还有其他类型的调压器，如可控硅调压器等。
不同类型的调压器具有不同的特点和适用范围，可以进行更深入的研究和比较。
3.在实验过程中，可能会遇到一些问题，如晶闸管发热、功率损耗等。
如何在设计和使用调压器时解决这些问题，可以进行进一步的探索和优化。
4.在实际应用中，调压器多用于电力系统中，如电网调压、高压输电线路调压等。
如何在复杂的电网环境下实现稳定的调压效果，是一个具有挑战性的问题，值得深入研究。
单相交流调压电路工作原理
单相交流调压电路工作原理单相交流调压电路是一种常见的电子电路，用于将交流电源的电压调节为稳定的、恒定的电压输出。
该电路结构简单，调节精度高，使用广泛，在工业、家电、通讯、医疗等各个领域都得到了广泛的应用。
一、工作原理单相交流调压电路的基本原理是利用半导体元件的电学特性，在交流电路中形成一个与输入电压方向相同的电流。
当输入电压变化时，该电流的大小随之变化，从而形成一个与输入电压大小相反的电压，实现了电压的调节。
该电路的核心元件是可控硅（thyristor），可控硅是一种能控制电流的半导体器件，其结构与二极管相似。
它有一个额外的极，称为控制极，控制极的控制信号可以控制可控硅的导通或截止，从而控制电路中的电流。
单相交流调压电路的基本结构如下图所示：上图中，V1为交流电源，变压器T将V1降压至所需电压，D为整流二极管，将交流电转为直流电，C为滤波电容，用于过滤直流电中的脉动电流。
R为负载电阻，可控硅SCR为控制元件，用于控制电流的导通或截止。
在电路正半周期中，SCR的控制极（G）被施加一个正脉冲，使其导通，交流电通过D、C充电，直到C电压达到输入电压的峰值，此时SCR的电流减小，SCR进入截止状态，电容C会根据电路负载情况，向电阻R放电。
在电路负半周期中，SCR的控制极被施加一个反脉冲，使其导通，交流电通过D、C充电，当C电压达到SCR的触发电压时，SCR会被触发，电路进入导通状态，直到电流降为零，交流电通过C，电容C会向负载电阻R放电。
基于该原理，单相交流调压电路可以实现电压的调节，在输入电压发生变化时，通过控制SCR的导通或截止，电路中的电压也会随之变化，实现稳定的输出电压。
二、电路类型单相交流调压电路根据控制方式，可分为两种类型：阶段控制型和PWM型。
1. 阶段控制型阶段控制型交流调压电路，控制元器件一般为可控硅。
该电路的控制方式是通过控制可控硅的导通时间（相位控制），来实现电压的调节。
在输入电压上升时，控制硅导通的时间变长；在输入电压下降时，硅的导通时间变短。
单相交流调压电路(电阻负载)
实验一：单相交流调压电路(电阻负载)一、 实验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U 2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αω=t 时，触发导通VT1，导通角为1θ= απ-；在负半周αω=t +π时，触发导通VT2，导通角为2θ= απ-。
负载端电压U 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（απ-），若正负半周以同样的移相角α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α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“V oltage” 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。
单相交流调压电路
一、几种交流调压电路 1、简单双向晶闸 管交流调压电路
RL 1 VD ~220V R C1 Q 2
2、触发二极管 交流调压电路
RLT
VD
u
C1
C2
图B
VT
VD RP ~220V
M
VD1
VD2
C VD3 VD4
3、单结晶体管触发电路
RL
R1 VD1 VD2 R2 R3 V2 VD3 VD4
第四章
单相交流调压电路的分析
A. 反并联电路 B. 混合反并联电路
May 1, 2003
北方交通大学电气工程学院
4-4
第四章
单相交流调压电路的分析（续）
• 电感性负载 a. 电路 b. 电压与电流波形
May 1, 2003
北方交通大学电气工程学院
4-12
第四章 e. 几种典型情况： (1) = 0
(2) 不等于 0 < 180
May 1, 2003 北方交通大学电气工程学院 4-15
第四章 (3) =
(4)
窄脉冲 宽脉冲
May 1, 2003
北方交通大学电气工程学院
4-16
图C
RP
R4 V1
R5
~170V
VD5 TP
VT
C
θ RT
4、程控单结管触发的交流调压电路
RL
L1
VD1 C1 VD2 RP R1 R2 R3 R5
UG
UA C2 VD3 L2 VD4 V
PUT
VT TP C3 VD5
~220V
R4
二、单相交流调压电路分析
1、纯电阻负载 2、感性负载 （1） α ＞φ （2） α =φ （3）α ＜φ A、窄脉冲 B、宽脉冲或脉冲序列
单相交流调压电路工作原理
单相交流调压电路工作原理
单相交流调压电路通过电子器件（如二极管、晶闸管）的导通和截止控制，改变电源所提供的交流电压的大小，以实现对负载端的电压调节。
具体工作原理如下：
1. 整流：交流调压电路首先将交流电源的电压通过二极管桥等电路改变为半波或全波的单向脉动直流信号。
当交流电压为正向时，二极管处于导通状态，电流经过；当交流电压为反向时，二极管处于截止状态，电流不通过。
2. 滤波：由于整流后的脉动直流信号仍然含有较大的纹波，因此需要通过电容器等滤波元件，去除纹波成分，使直流电压更为稳定。
3. 调压：在滤波后得到的稳定直流电压基础上，通过调节电子器件（如可控硅）的导通时间，改变电路中电流的流动，进而改变负载端的电压大小。
例如，当电子器件导通时间较长时，电路中电流流过的时间增加，负载端的电压也会增加。
4. 反馈控制：为了实现在不同负载下仍能维持稳定的输出电压，通常需要设置反馈控制回路。
该回路根据负载端的电压变化，自动调整电子器件的导通时间，使得输出电压稳定在设定值。
单相交流调压电路工作原理的关键是通过整流、滤波、调压和反馈控制等环节实现对交流电压的调节和稳定输出。
这样可以满足不同负载的电压需求，应用于各种电力电子设备和电路中。
电力电子技术实验五之单相交流调压电路
-15V
FBS(速度变换器)
1
RP
2
DZS(零速封锁器)
3
1
封锁
RP 4 2S2
解除
3
&1
+15V
-15V
MCL-33
+15V
0V
-15V
低压直流 电源输入
同步电源观察孔 脉冲观察孔
脉冲断
脉冲通
12345 6
Uct
+15V
Ub
移相控制电压
偏移电压
脉冲放大
Ublf
Ublr
控制
MCL-33挂件右上部触发脉冲通断开关 全部按起（脉冲通状态）。
MCL-31 低压控制电路及仪表
G(给定)
+15V RP1 RP1
RP2 -15V RP2
S1
S2
S1
正给定 -+
给定
S2
负给定 0V
V
+15V
低 压 电 源
给定电压显示
-15V
FBS(速度变换器)
1
RP
2
DZS(零速封锁器)
3
1
封锁
RP 4 2S2
解除
3
&1
+15V
-15V
MCL-33
+15V
0V
G(给定)
+15V RP1 RP1
RP2 -15V RP2
S1
S2
S1
正给定 -+
给定
S2
负给定 0V
V
+15度变换器)
1
RP
2
DZS(零速封锁器)
3
单相交流调压电路
项目一单相交流调压电路一、单相交流调压电路（电阻性负载）∙原理图单相交流调压电路，它用两只反并联的普通晶闸管或一只双向晶闸管与负载电阻R串联组成的电路，如图1-1。
如图1-1∙工作原理.以反并联电路为例进行分析，正半周a时刻触发VT1管，负半周a时刻触发VT2管，输出电压波形为正负半周缺角相同的正弦波∙建立模型仿真根据原理图用matalb软件画出正确的仿真电路图，如图1-2。
如图1-2仿真参数，算法（solver）ode15s，相对误差（relativetolerance）1e-3，开始时间0结束时间0.05s，如图1-3。
图1-3第一个脉冲参数，振幅3V，周期0.02，占空比20%，时相延迟30/180*0.01如图1-4第二个脉冲参数，振幅3V，周期0.02，占空比20%，时相延迟30/180*0.01+0.01如图1-4图1-4图1-5 电源参数，频率50hz，电压220v，如图1-6图1-6 晶闸管参数，如图1-7（4）仿真参数设置设置触发脉冲α分别为30°、60、90、120°。
与其产生的相应波形分别如图1-8、图1-9、图1-10、图1-11。
在波形图中第一列波为晶闸管电流波形，第二列波为晶闸管电压波形，第三列波为负载电流波形，第四列波为负载电压波形图1-8图1-9图1-10（4）小结在电源电压正半波（0~π区间），晶闸管Ug1承受正向电压，在ωt=α处触发晶闸管，晶闸管开始导通，形成负载电流Id，负载上有输出电压和电流。
在ωt=π时刻，U2=0，电源电压自然过零，晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为0。
在电源电压负半波（π~2π区间），晶闸管Ug2承受正向电压，在wt=a+180度处触发晶闸管Ug2，Ug2导通，而Ug1受反向电压，晶闸管不导通直到电压电源U2的下个周期的正半波，脉冲在ωt=2π+α处又触发Ug1晶闸管，晶闸管再次被触发导通，输出电压和电流有加在负载上，如此不断反复。
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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 (3)
2单相交流调压电路 (3)
2.1交流调压 (3)
2.2工作过程 (3)
3 MATLAB仿真验证 (5)
3.1 同步脉冲触发器 (5)
3.2 单相交流调压电路 (7)
3.3 相关公式的验证 (11)
4 实验小结 (12)
1 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
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α的输出交流电压波形。
波形分析：
（1） 改变控制角α就可将电源电压“削去”0~α、π~π+α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：
U R =√1π∫(√2U a sin ωt)2παdωt =U a √1−2α−sin 2α2π
=U a √sin 2α2π+π−απ
(U a 为输入交流电压有效值) 负载电流有效值：
I R =
U R R =U R R √1−2α−sin 2α2π=U R R √sin 2α2π+π−απ
输出有功功率：
P R =U R I R =U a 2R (1−2α−sin 2α2π)=U a 2R (sin 2α2π+π−απ
) 2.2.3输入功率因数PF 和控制角α的关系
（1） 输入功率因数为有功功率与视在功率之比 (a) (b)
(c)
视在功率：S=U a I R
输入功率因数:PF=U R I R
U a I R
=√1−2α−sin2α
2π
=√sin2α
2π
+π−α
π
（2）如图2.3所示，α越大，输出电压越低，输入功率因数也越低。
当α≠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α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α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) α=0°时，U R波形
(a)α=0°时，U R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) α=30°时，U R波形
(b)α=30°时，U R波形
(3) α=60°时，U R波形
(c)α=60°时，U R波形
(4) α=90°时，U R波形
(d)α=90°时，U R波形
(5) α=120°时，U R波形
(e)α=120°时，U R波形
(6) α=150°时，U R波形
(f)α=150°时，U R波形
图3.4 不同α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α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U R，负载电流I R有效值。
3.3.2测量数据
表1 负载电压有效值U R
表2 负载电流有效值I R
注：输入交流电压U a最大值为380，其有效值为268.7，负载电阻为2Ω。
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U R，负载电流I R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α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α角下的工作特性，并对电阻负载下的相关公式进行了验证。