单相交流调压电路设计

  设计一个单相交流调压电路，要求触发角为45度.反电势负载E=40伏，输入交流U2=210伏。分有LB和没有LB两种情况分析.L足够大，C足够大

  上图所示为单相反并联交流调压电路带感性负载时的电路图，以及在控制角触发导通时的输出波形图，同电阻负载一样，在 的正半周 角时， 触发导通，输出电压 等于电源电压，电流波形 从0开始上升。由于是感性负载，电流 滞后于电压 ，当电压达到过零点时电流不为0，之后 继续下降，输出电压 出现负值，直到电流下降到0时， 自然关断，输出 电压等于0，正半周结束，期间电流 从0开始上升到再次下降到0这段区间称为导通角 。由后面的分析可知，在 工况下， 因此在 脉冲到来之前 已关断，正负电流不连续。在电源的负半周 导通，工作原理与正半周相同，在 断续期间，晶闸管两端电压波形如图1-4所示。

  二．调压电路分析····································4

  2.1电阻负载····································4

  2.2阻负载感····································5

  三．触发电路·········································10四．保护电路········································12

  综上所述，当单相交流调压电路带感性负载时，为了可靠、有效的工作，并实现调压的目的，应使控制角的移相范围保持在 之间，同时为了尽最大可能避免出现直流分量，晶闸管的控制脉冲应采用宽脉冲或脉冲列触发。

  在 工况下，阻抗角 相对较大，相当于负载的电感作用较强，使得负载电流严重滞后于电压，晶闸管的导通时间比较久，此时式仍然适用，由于 ，公式右端小于0，只有当 时左端才能小于0，因此 ，如图所示，如果用窄脉冲触发晶闸管，在 时刻 被触发导通，由于其导通角大于180 ，在负半周 时刻为 发出出发脉冲时， 还未关断， 因受反压不能导通, 继续导通直到在 时刻因 电流过零关断时， 的窄脉冲 已撤除， 仍然不能导通，直到下一周期 再次被触发导通。这样就形成只有一个晶闸管反复通断的不一般的情况， 始终为单一方向，在电路中产生较大的直流分量；因此为了尽最大可能避免这种情况出现，应采用宽脉冲或脉冲列触发方式。

  当电源电压反向过零时，由于反电动势负载阻止电流变化，故电流不能立即为零，此时晶闸管导通角 的大小，不但与控制角 有关，而且与负载阻抗角 有关。两只晶闸管门极的起始控制点分别定在电源电压每个半周的起始点。稳态时，正负半周的相等，负载电压波形是电源电压波形的一部分，负载电流（电源电流）和负载电压的波形相似。

  4．参数设定与计算(包括触发角的选择，输出平均电压，输出平均电流，输出有功功率计算，输出波形分析，器件额定参数确定等可自己添加分析的参数)；

  由以上要求可知该系统设计可分为四个部分：交流调压主电路设计、触发电路设计、保护电路设计及相关计算和波形分析部分。下面分别做详细的介绍。

  当控制角 = 时，负载电流i 的表达式中的第二项为零，相当于滞后电源电压 角的纯正弦电流，此时导通角 =180 ，即当正半周晶闸管T 关断时，T 恰好触发导通，负载电流i 连续，该工况下两个晶闸管相当于两个二极管，或输入输出直接相连，输出电压及电流连续，无调压作用。

  六．参数的计算与选定································16

  七．总结与体会······································18

  八．致谢············································19

  由上式能够准确的看出， 是 及 的函数下图给出了以负载阻抗角 为参变量时，晶闸管电流标幺值与控制角 的关系曲线晶闸管电流标幺值与控制角 的关系曲线

  当 、 已知时，可由该曲线查出晶闸管电流标幺值，进而求出负载电流有效值I 及晶闸管电流有效值I 。

  所谓交流调压就是将两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，在每半个周波内经过控制晶闸管开通相位，可以方便的调节输出电压的有效值。交流调压电路大范围的使用在灯光控制及异步电动机的软启动，也用于异步电动机调速。此外，在高电压小电流或低电压大电流之流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。本次课程设计主要是研究单相交流调压电路的设计。由于交流调压电路的工作情况与负载的性质有很大的关系，因此下面就反电势电阻负载予以重点讨论。

  图1、图2分别为反电势电阻负载单相交流调压电路图及其波形。图中的晶闸管VT1和VT2也可以用一个双向晶闸管代替。在交流电源U2的正半周和负半周，分别对VT1和VT2的移相控制角 来控制就能调节输出电压。

  正、负半周 起始时刻（ =0），均为电压过零时刻。在 时，对VT1施加触发脉冲，当VT1正向偏置而导通时，负载电压波形与电源电压波形相同；在 时，电源电压过零，因电阻性负载，电流也为零，VT1自然关断。在 时，对VT2施加触发脉冲，当VT2正向偏置而导通时，负载电压波形与电源电压波形相同；在 时，电源电压过零，VT2自然关断。

  利用上式，可以把 与 、 之间的关系用下图的一簇曲线 与 、 之间的关系曲线

  图中以 为参变量，当 =0 时代表电阻性负载，此时 =180 - ；若 为某一特定角度，则当 时， =180 ，当 时， 随着 的增加而减小。

  上述电路在控制角为 时，交流输出电压有效值U 、负载电流有效值I 、晶闸管电流有效值I 分别为

  4.1保护电路设计·······························12

  4.2过电压保护·································13

  4.3晶闸管过电流保护···························14

  五．总电路图········································16

  单相交流调压电路是对单相交流电的电压进行调节的电路。用在电热制、交流电动机速度控制、灯光控制和交流稳压器等合。与自耦变压器调压方法相比，交流调压电路控制简便，调节速度快，装置的重量轻、体积小，有色金属耗也少

  交流调压电路大范围的使用在灯光控制（如调光灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软启动，也用于异步电动机调速。在电力系统中，这种电路还常用于对无功功率的连续调节。此外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。在这些电源中如采用晶闸管相控整流电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联；同样，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联。这都是十分不合理的。采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压、电流值都比较适中，在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了。这样的电路体积小、成本低、易于设计制造。

  由于感性负载本身滞后于电压一定角度，再加上相位控制产生的滞后，使得交流调压电路在感性负载下大的工作情况更复杂，其输出电压、电流波形与控制角 、负载阻抗角 都有关系。其中负载阻抗角 ,相当于在电阻电感负载上加上纯正弦交流电压时，其电流滞后于电压的角度为 。为越来越好的分析单相交流调压电路在感性负载下的工作情况，此处分 三种工况分别进行讨论。

  为了分析负载电流 的表达式及导通角 与 、 之间的关系，假设电压坐标原点如图所示，在 时刻晶闸管T 导通，负载电流i 应满足方程

  一．设计任务书·······································3

  1.设计目的·········································3

  1．1要求分析·····························Fra Baidu bibliotek··········3

  1.2设计的具体方案·····································3