实验四 单相交流电路
一、实验目的
1． 掌握交流电压表, 交流电流表和万用表的使用。 2． 掌握交流电路各元件电压的相量关系。
3． 熟悉日光灯电路接线与工作原理，测量和研究日光灯各部分电压、电流的关系。 二、实验设备
1．EEL －Ⅶ实验台 1台 2 万用表 1块
3．EEL －52、EEL －55A 组件 三、实验原理
（一）RLC 串联电路
如图1所示，总电压与各元件的电压相量关系为：
R L C U U U U =++j j L C RI X I X I =+-
如图2所示，各个电压的相量构成“电压三角形”，各电压和有效值关系为：
U =本实验需验证电压三角形。
（二）日光灯电路
日光灯电路如图3，在日光灯正常发光后可等效为一个电阻和一个电感的串联电路，如图4。
电路由日光灯管、镇流器、启辉器及开关组成。 1． 日光灯管
灯管是内壁涂有荧光粉的玻璃管，两端有钨丝，钨丝上涂有易发射电子的氧化物。
图3 日光灯电路
图1 RLC 串联电路
图2 电压相量图
250V ～ 5A ～ ※※1 2 3 4 图6功率表接线柱示意图
玻璃管抽成真空后充入一定量的氩气和少量水银，氩气具有使灯管易发光和保护电极延长灯管寿命的作用。 2． 镇流器
镇流器是一个具有铁心的线圈。在日光灯启动时，它和启辉器配合产生瞬间高压（500V 以上电压）促使灯管导通（高电压启动），管壁荧光粉发光。灯管发光后镇流器在电路中起降压作用，使灯管电压降为约130V （低电压工作）。 3． 启辉器
启辉器的外壳是用铝或塑料制成，壳内有一个充有氖气的小玻璃泡和一个纸质电容器，玻璃泡内有两个电极，其中弯曲的触片是由热膨胀系数不同的双金属片（冷态常开触头）制成。电容器作用是避免启辉器触片断开时产生的火花将触片烧坏，也防止管内气体放电时产生的电磁波辐射对收音机、电视机的干扰。 (三) 并联电容器提高功率因素
日光灯属于电感性负载，由于有电感L 的存在, 功率因素φcos 都较低， 一般为0.5左右，因此必须设法提高其功率因素。常用的方法是在电感性负载的两端并联电容器, 如图5所示的电路图。若电容取值适当，功率因素可大为提高(φcos 可提高到0.9左右)。
（四）有功功率表（功率因素表）简介
有功功率表是测量有功功率（cos P UI ?=）的仪表，其需要输入电压U 和电流I 两个参数（φcos 在表内部对U 和I 的相位进行比较自动得出）。所以功率表可有1、2、3、4四个接线柱，如图6。接线柱1和2为内部电压线圈，与负载并联；接线柱3和4为内部电流线圈，与负载串联。
四、实验内容与步骤
（一）验证RC 串联交流电路的电压三角形
按图7接线，R 为40W 白炽灯，C 为耐压400V 以上的电容器，按表1测量数据，取第一行数据验证RC 电压三角形。
预习时画出U 、U R 和U C 相量关系示意图。 （二）RL 串联交流电路的研究 1. 日光灯电路的安装
C
按图8连接电路（暂不接电容器），检查接线无误后，通电点亮日光灯，并注意观察起动过程。
2. 电流、电压和功率的测量
在日光灯正常发光情况下，测量以下数据并填入表2的第一行。
（1）电压测量：用交流电压表分别测量端电压.U 、灯管两端的电压U 1和镇流器两端的电压U 2。
（2）电流测量：用交流电流表测量电流I （此时I 1＝I ，Ic ＝0）。 （3）功率测量：用功率表W 测功率P 。
（4
）功率因素的测量：读取功率表（功率因素表）的读数。
图8 日光灯实验电路
3. 并联电容器后的测量
并联电容，第2步的基础上，并联不同的电容, 用功率表测功率P, 用交流电流表表测量电路电流I 、流过灯管及整流器的电流I 1及流过电容器的电流I c ，用交流电压表分别测量端电压U 、灯管两端的电压U 1和镇流器两端的电压U 2。将测量的数据填入表2。并用计算功率因素cos ?。 表2：RL 串联交流电路数据表
预习时画出图4日光灯等效电路的U 、U R 和U L 相量关系示意图
日光灯实验电路图8中，总电流I 、日光灯电流I 1和电容器电流I C 的相量关系如图9。在并联电容时，总电压U 与日光灯电流I 1的相位差1?不变，且日光灯电流I 1也不变。（参见教材第151页）。
预习时分析：（1）说明为什么在并联电容时总电压U 与日光灯电流I 1的相位差1?不变，
S
1U 2U
且日光灯电流I 1也不变？（2）当并联电容从0逐渐变大（I C 从0逐渐变大）时，总电流如何变化？
五、实验注意事项
1. 日光灯起动电流较大，起动时要小心电流表的量程，以防损坏电流表。
2. 不能将220V 的交流电源不经过镇流器而直接接在灯管两端，否则将损坏灯管。
3. 在拆除实验线路时，应先切断电源，然后再拆线。
4. 线路接好后，必须经敉师检查允许后方可接通电源，在操作过程中要注意人身及设备安全。
六、实验报告要求
1.利用表1第一行数据验证RC 串联交流电路的电压三角形。
2.利用表2第一行数据验证RL 串联交流电路的电压三角形。
3.根据附表实验数据 ，绘制1I=f(c), I =f(c) ,I =f(c) ,cos =f(c)C ?的曲线。并对曲线进行理论说明。
4. 确定功率因素最大时的最佳电容值。
5. 回答思考题。 七、思考题:
1．日光灯点亮后，启辉器还会有作用吗？为什么？如果在日光灯点亮前启辉器损坏，此时有何应急措施可以点亮日光灯？
2．为什么用并联电容的方法可以提高感性负载的功率因数？串联电容行不行？为什么？
3．增加电容C 可以提高cos ?，是否C 越大cos ?越高？为什么？ 4．验证RL 串联交流电路的电压三角形时，会发现误差较大，网上查阅资料，说明为什么？
图9 电流相量关系
目录 前言 (2) 1.主电路设计 (3) 1.1.设计内容及技术要求 (3) 1.2设计内容 (3) 1.3.工作原理 (3) 1.4.建模仿真 (9) 2.仿真 (11) 2.1.电阻性负载仿真波形 (11) 2.1.1.波形分析 (16) 2.2.阻感性负载（H=0.01） (16) 2.2.1.波形分析 (20) 2.3.阻感性负载（H=0.1） (20) 2.3.1.波形分析 (23) 3.触发电路的设计 (23) 4.保护电路的设计 (25) 4.1过电压的产生及过电压保护 (25) 4.2.晶闸管的过电流保护 (26) 5．设计体会 (27) 参考文献 (28)
前言 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，交流调压电路可以带电阻性负载，也可以带电感性负载，如感应电动机或其它电阻电感混合负载等。交流调压电路是采用相位控制方式的交流电力控制电路，通常是将两个晶闸管反并联后串联在每相交流电源与负载之间。在电源的每半个周期内触发一次晶闸管，使之导通。与相控整流电路一样，通过控制晶闸管开通时所对应的相位，可以方便的调节交流输出电压的有效值，从而达到交流调压的目的。其晶闸管可以利用电源自然换相，无需强迫关掉电路，并可实现电压的平滑调节，系统响应速度较快，但它也存在深控时功率因数较低，易产生高次谐波等缺点。交流调压电路主要应用在电热控制、交流电动机速度控制、交流稳压器等场合，主要有灯光调节，温度调节（如工频加热、感应加热、需控制的家用电器等），泵及风机等异步电动机的软起动，交流电机的调压调速，随电机负载大小自动调压，变压器初级调压（在高压小电流或低压大电流直流电源中，如采用晶闸管相孔整流电路，需要很多晶闸管串联或并联，若采用交流调压电路在变压器初级调压。其电压电流值都比较合理，在变压器次级只要用二极管整流即可，从而达到减少体积、减低成本的目的）。与自耦变压器调压方法相比，交流调压电路控制方便，调节速度快，装置的重量轻、体积小，有色金属消耗也少。
信息科技大学 电力电子技术实验报告 实验项目：单相交流调压电路实验 学院：自动化 专业：自动化（信息与控制系统） /学号：贾鑫玉/2012010541 班级：自控1205班 指导老师：白雪峰 学期： 2014-2015学年第一学期
实验三单相交流调压电路实验 一．实验目的 1．加深理解单相交流调压电路的工作原理。 2．加深理解交流调压感性负载时对移相围要求。 二．实验容 1．单相交流调压器带电阻性负载。 2．单相交流调压器带电阻—电感性负载。 三．实验线路及原理 本实验采用了锯齿波移相触发器。该触发器适用于双向晶闸管或两只反并联晶闸管电路的交流相位控制，具有控制方式简单的优点。 晶闸管交流调压器的主电路由两只反向晶闸管组成。 四．实验设备及仪器 1．教学实验台主控制屏 2．NMCL—33组件 3．NMEL—03组件 4．NMCL-05(A)组件或NMCL—36组件 5．二踪示波器 6．万用表 五．注意事项 在电阻电感负载时，当α
电力电子课程设计单相交流调压电路电力电子 课程设计说明书 题目: 单相交流调压电路课程设计 院系: 水能 专业班级: 学号: 学生姓名: 摘要 交流调压电路广泛用于灯光控制(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。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。 目录
1、电路设计的目的及任 务 .................................................................... 1 1.1课程设计的目的与要 求 (1) 1.2课程设计的内 容 ..................................................................... (1) 1.3仿真软件的使 用 ..................................................................... (2) 1.4设计方案选 择 ..................................................................... ....... 2 2、单相交流调压主电路设计及分 析 (3) 2.1 电阻性负 载 ..................................................................... (3) 2.1.1 电阻性负载的交流调压器的原理分析 (3) 2.1.2 结果分 析 ..................................................................... (6)
实验三 单相交流电路——日光灯功率因数的提高 一、实验目的 1、了解日光灯结构和工作原理。 2、学习提高功率因数的方法，了解提高功率因数的意义。 3、熟悉功率表的使用。 二、实验原理 图3-1 日光灯电路 图3-2 日光灯等效电路 日光灯结构如图3-1所示，由灯管、启辉器和镇流器（带铁芯的电感线圈）组成。开关闭合时，日光灯管不导电，全部电压加在启辉器两触片之间，使启辉器中氖气击穿，产生气体放电，此放电产生的一定热量使双金属片受热膨胀与固定片接通，于是有电流通过日光灯管的灯丝和镇流器。短时间后双金属片冷却收缩与固定片断开，电路中的电流突然减小；根据电磁感应定律，这时镇流器两端产生一定的感应电动势，使日光灯管两端电压产生400至500V 高压，灯管内气体电离放电，产生紫外线，涂在灯管内壁上的荧光粉吸收后辐射出了可见光。日光灯点燃后，灯管两端的电压降为100V 左右，这时由于镇流器的限流作用，灯管中电流不会过大。同时并联在灯管两端的启辉器，也因电压降低而不能放电，其触片保持断开状态。 由此可知，启辉器相当于一个自动开关，能自动接通和断开电路；镇流器除感应高压使灯管放电外，在日光灯正常工作时，起限流作用。 日光灯正常工作后，启辉器断开，灯管相当于一电阻R ，镇流器可等效为电阻R L 和电感L 的串联，所以整个电路可等效为一R 、L 串联电路，相当于一个感性负载，其电路模型如图3-2所示。其中，镇流器是个电感量较大的线圈，所以整个电路功率因数不高。若日关灯电路作为负载接入图3-3所示电路中（◎表示电流测量专用插口），则可采用在日光灯两端并联电容的方法来提高整个电路的功率因数。其原理如图3-4所示，当未接电容时（C=0）， 电路总电流记为0I ，此时电路总电流即为流经日关灯电路电流LR I I =0；当并联接入电容C （C=C 1）后，电路总电流1I 减小（1 I <0I ），且01cos cos ??>，总电路功率因素提高；当C 电容量增加过多时（称为过补偿），则总电流又将增大（2I >0 I ），且02cos cos ??<。
单相交流调压电路 一、工作原理 单相交流调压电路带组感性负载时的电路以及工作波形如下图所示。之所产生的滞后由于阻感性负载时电流滞后电压一定角度，再加上移相控制所产生的滞后，使得交流调压电路在阻感性负载时的情况比较复杂，其输出电压，电流与触发角α，负载阻抗角φ都有关系。当两只反并联的晶闸管中的任何一个导通后，其通态压降就成为另一只的反向电压，因此只有当导通的晶闸管关断以后，另一只晶闸管才有可能承受正向电压被触发导通。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为复杂，其输出电压、电流波形与控制角ɑ、负载阻抗角φ都有关系。其中负载阻抗角)arctan(R wL =?,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φ。为了更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φαφαφα<=>,,三种工况分别进行讨论。 （1）φα>情况 图1 电路图（截图） 图2 工作波形图φα>（截图）
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i u 的正半周α角时， i T 触发导通，输出电压o u 等于电源电压，电流波形o i 从0开始上升。由于是感性负载，电流o i 滞后于电压o u ，当电压达到过零点时电流不为0，之后o i 继续下降，输出电压o u 出现负值，直到电流下降到0时，1T 自然关断，输出电压等于0，正半周结束，期间电流o i 从0开始上升到再次下降到0这段区间称为导通角0θ。由后面的分析可知，在φα>工况下，ο180<φ因此在2T 脉冲到来之前1T 已关断，正负电流不连续。在电源的负半周2T 导通，工作原理与正半周相同，在o i 断续期间，晶闸管两端电压波形如图2所示。 为了分析负载电流o i 的表达式及导通角θ与α、φ之间的关系，假设电压坐标原点如图所示，在αω=t 时刻晶闸管T 1导通，负载电流i 0应满足方程 L 0Ri d d t io +=i u =i U 2sin t ω 其初始条件为： i 0|αω=t =0, 解该方程，可以得出负载电流i 0在α≤t ω≤θα+区间内的表达式为 i 0=])sin()[sin()(2tan /)(2φαωφαφωω-----+t i e t L R U . 当t ω=θα+时，i 0=0，代入上式得，可求出θ与α、φ之间的关系为 sin （θα+-φ）=sin （α-φ）e φθtan /- 利用上式，可以把θ与α、φ之间的关系用下图的一簇曲线来表示。
目录 一、单相交流调压电路（电阻负载） (1) 1 原理图 (1) 2 建立仿真模型 (1) 3 仿真波形 (4) 4 小结 (6) 二、单相交流调压电路（阻感负载） (6) 1 原理图 (6) 2建立仿真模型 (7) 3 仿真波形 (8) 4 小结 (9)
一、 单相交流调压电路（电阻负载） 1 原理图 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。 图1 -1单相交流调压电路的电路（电阻负载）原理图 2 建立仿真模型 根据原理图用MATLAB 软件画出正确的仿真电路图，如图1-2。
图1-2 单相交流调压电路电路（电阻负载）的MATLAB仿真模型 仿真参数，算法（solver）ode15s，相对误差（relativetolerance）1e-3，开始时间0.0结束时间2.0如图1-3。 图1-3 仿真时间参数 电源参数，如图1-4。
图1-4 交流电源参数触发脉冲参数设置，如图1-5、1-6。 图1-5 触发脉冲参数
实验1.5单相交流电路 1．实验目的 （1）掌握单相交流电路中电压、电流与功率关系。 （2）掌握提高感性电路功率因数的方法，了解提高功率因数的意义。 （3）熟悉单相功率表的使用和日光灯线路的安装。 （4）测量电路元件的参数。 2．实验预习要求 预习单相交流电路的分析方法，并回答下列问题： （1）对于感性负载电路，提高功率因数的方法是并联电容器，为何不能串联电容器？ 答：提高感性负载的功率因数用并联电容器才能减小功率因数角，达到提高功率因数的目的。串联电容器是为了提高电压。 （2）在图1.5.4电路中，定性画出以下三种情况下电路总电压U 和总电流I 的相量图： a)未并入电容器时；b)并入电容器欠补偿时；c)并入电容器过补偿时。
（3）说明在表1.5.1中，哪些列的数据变化，哪些列的数据不变化？为什么？ 答：U 灯U 总Us 不变。因为电容量增加时,总电流减少,因为总电路的吸收无功减少,视在功率减少,U 不变,故总电流I 减小,RL 支路的电流不变化,因为加在其上的电压未变,阻抗未变,故电流未变。电路有功功率未改变,因为有功功率就是电阻上消耗的功率,电阻的电流未变,因此有功功率不变。 3．实验内容 日光灯接线图如图1.5.4所示。 日光灯点燃导通后，灯管两端的电压很小，20瓦的日光灯约为60V ，40瓦的日光灯约为100V 。在这样的低压下，起辉器不再起作用。电源电压大部分降在镇流器上，故镇流器在灯管起燃导通后起降压和限流的作用。 4．实验要求 （1）按图1.5.4连接电路，电源取自380V 相线L1（或L2、L3）与中线N 之间的相电压（220V ）。 注意：线路连接完毕，必须经指导教师检查和允许后，再接通电源开关．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 。（2）测量日光灯电路未并联电容器时各电压、电流和功率的数值，记入表1.5.1中。（3）按表1.5.1要求并入不同容量的电容器，再测量各电量的数值，记入表1.5.1中。注意：a ）5.7μF 电容器为2μF 电容器和3.7μF 电容器的并联。 b ）每一次改接线路，均应在断开电源．．．．的情况下进行！ c ）实验完毕，首先应断开电源开关．．．．．．．．．，然后再拆除实验线路．．．．．．．．．！ d ）在工程上，提高功率因数时不允许并联过大电容器形成过补偿。 +U -TR 图1.5.4 A ~220V 日光灯管 起辉器 3.7μF 2μF L1N B QS I C I 灯 I 镇流器 S
【课题】正弦交流电基本概念 【课时】 1课时 【教学目标】 1、掌握正弦交流电的基本概念。 2、了解正弦量的三要素。 【教学重点】 正弦交流电的三要素。 【教学难点】 正弦交流电的角频率、瞬时值、最大值、有效值、相位、初相位和相位差。 【教学过程】 【一、导入新课】 在生活中同学们都经常听说直流电和交流电，那么同学们是否知道我们教室里所使用的电到底是直流电还是交流电呢 【二、讲授新课】 1.2.1正弦交流电的基本概念 正弦交流电的波形
1、交流电：大小和方向随时间按正弦规律做周期性变化的电量，符号AC 。 2、基本电量：正弦交流电流、正弦交流电压、正弦交流电动势。 3、解析式：i(t)I m sin （ t +?） u(t)U m sin （ t +?） e(t) E m sin （ t +?） I m U m E m ————振幅（峰值或最大值） ——角频率（rad/s ） ?——初相位（弧度或度） 1、 交流电的大小 1、瞬时值：交流电在任意时刻的数值，用小写字母表示，例如e 、i 、u 。 2、最大值：交流电在变化过程中出现在最大瞬时值，用大写字母并在右下角标m 表示，例如I m 、 U m 、 E m 。 3、有效值：规定用来计量交流电大小的物理量，用大写字母表示，例如U 、I 、E 。如果交流电通过一个电阻时，在一个周期内产生的热量与某直流电通过同一电阻在同样长的时间内产生的热量相等，就将这一直流电的数值定义为交流电的有效值。 正弦交流电的有效值和最大值之间的关系为 2 m U U = U m 或U m 2U 练习题：已知，u(t)500 sin （200 t +45°），求U m 、U 和第5 秒时的瞬时值。
单相交流调压电路课程 设计 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】
《电力电子技术》课程设计设计题目: 单相交流调压电路 院(系): 能源工程学院 专业年级: 13级电气二班 姓名: 徐刚刚 学号: 指导教师: 荆红莉 2015年12月 28日
课程设计（论文）任务及评语 院（系）：能源工程学院教研室：电气工程及其自动化 ： 成 绩 ： 平 时 20% 论 文 质 量 60% 答 辩 20% 以 百 分 制 计 算 前 言 电 力 电 子 技 术 是研究采用电力电子器件实现对电能的交换和控制的科学，是20世纪50年代诞生， 70年代迅速发展起来的一门多学科互相渗透的综合性技术学科。这些技术包括以节约 能源、提高照明质量为目的的绿色照明技术；以节约能源、提高运行可靠性并更好地 满足产要求为目的的交流变频调速技术，以提高电力系统运行的稳定性、可控制性为
目的，并可有效节能的灵括（柔性）交流输电技术等等。随着电力半导体制造技求、徽电子技术、汁算机技术，以及控制理论的不断进步。电力电子技求向着大功率、高频化及智能化方向发展，应用的领域将更加广阔。 交流调压电路广泛应用于灯光控制，如调光台灯和舞台灯光控制及其异步电动机的软启动，也应用于异步电机调速。在电力系统中，这种电路也用于对无功功率的调节。 目录
1 单相交流调压电路的设计 设计目的和要求分析 =210伏。要求分设计一个单相交流调压电路，要求触发角为60度。输入交流U 2 析： 1. 单相交流调压主电路设计，原理说明； 2．触发电路设计，每个开关器件触发次序与相位分析； 3．保护电路设计，过电流保护，过电压保护原理分析； 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)； 5. 相关仿真结果。 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。 2 设计方案选择 本系统主要设计思想是：采用两个晶闸管反向并联加负载为主电路，外加触发电路；触发电路控制晶闸管的导通，从而控制输出。其系统框图如下所示： 3 控制电路。在每半个周波内通过对晶间管开通相位的控制，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。这种电路还用干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。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，这都是十分不经济的。采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压电流值都不太大也不太小，在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了。但这种交流调压电路控制方便，体积小、投资省计制造简单。因此广泛应用于需调温的工频加热、灯光调节及风机、泵类负载的异步电
第2章单相交流电路复习练习题 一、填空 1．纯电容交流电路中通过的电流有效值，等于加在电容器两端的 电压 除以它的 容抗 。 2．在RLC 串联电路中，发生串联谐振的条件是 感抗 等于 容抗 。 3．确定正弦量的三要素有 最大值 、 角频率 、 初相角 。 4．纯电感交流电路中通过的电流有效值，等于加在电感两端的 电压 除以它的 感抗 。 5．纯电阻交流电路中通过的电流有效值，等于加在电阻两端的 电压 除以它的 电阻 。 6．在RL 串联交流电路中，通过它的电流有效值，等于 电压 除以它的 阻抗值 。 7．在感性负载的两端适当并联电容器可以使 功率因数 提高，电路的总 电流 减小。 8、任何一个正弦交流电都可以用 有效值 相量和 最大值 相量来表示。 9、已知正弦交流电压V )60314sin(2380?-=t u ，则它的有效值是 380 V ，角频率是 314 rad/s 。 10、实际电气设备大多为 感 性设备，功率因数往往 较低 。若要提高感性电路的功率因数，常采用人工补偿法进行调整，即在感性线路（或设备）两端并联 适当的电容器 。 11、电阻元件正弦电路的复阻抗是 R ；电感元件正弦电路的复阻抗是 jX L ；电容元件正弦电路的复阻抗是 －j X C ；RLC 串联电路的复阻抗是 R +j (X L -X C ) 。 12、各串联元件上 电流 相同，因此画串联电路相量图时，通常选择 电流 作为参考相量；并联各元件上 电压 相同，所以画并联电路相量图时，一般选择 电压 作为参考相量。 13、电阻元件上的伏安关系瞬时值表达式为 i =u /R ，因之称其为即时元件；电感元件上伏安关系瞬时值表达式为 dt di L u L = ，电容元件上伏安关系瞬时值表达式为 dt du C i C C = ，因此把它们称之为动态元件。 14、能量转换过程不可逆的电路功率常称为 有功功率 功率；能量转换过程可逆的电路功率叫做 无功功率 功率；这两部分功率的总和称为 视在 功率。 15、负载的功率因数越高，电源的利用率就 越高 ，无功功率就 越小 。 16、只有电阻和电感元件相串联的电路，电路性质呈 电感 性；只有电阻和电容元件相串联的电路，电路性质呈 电容 性。 17、当RLC 串联电路发生谐振时，电路中阻抗最小且等于 电阻R ；电路中电压一定时电流最大，且与电路总电压 同相 。 18．已知正弦交流电压V )60314sin(2380?-=t u ，则它的频率为 50 Hz ，初相角是 60 o。 19．在电阻元件的的电路中，已知电压的初相角为40o，则电流的初相角为 40 o。 20．在电感元件的的电路中，已知电压的初相角为40o，则电流的初相角为 -60 o。 21．在电容元件的的电路中，已知电压的初相角为40o，则电流的初相角为 130 o。
新疆工业高等专科学校电气系课程设计说明书 题目：单项交流调压电路（反并联）设计（纯电阻负载） 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 完成日期：2012-6-8
新疆工业高等专科学校 电气系课程设计任务书 2012学年2学期2012年6月6日专业供用电技术班级课程名称电力电子应用技术 设计题目单项交流调压电路（反并联）设计（纯电阻 负载） 指导教师 起止时间2012-6-4至2012-6-8周数一周设计地点新疆工程学校设计目的： 设计任务或主要技术指标： 设计进度与要求： 主要参考书及参考资料： 教研室主任（签名）系（部）主任（签名）年月日
新疆工业高等专科学校电气系 课程设计评定意见 设计题目：单相交流调压（反并联）设计（纯电阻负载） 学生姓名：专业班级供电 评定意见： 评定成绩： 指导教师（签名）：年月日 评定意见参考提纲： 1.学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。 2.学生的勤勉态度。 3.设计或说明书的优缺点，包括：学生对理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。
前言 电力电子线路的基本形式之一，即交流—交流变换电路，它是将一种形式的交流电能变换成另一种形式交流电能电路。在进行交流—交流变换时，可以改变交流电的电压、电流、频率或相位等。用晶闸管组成的交流电压控制电路，可以方便的调节输出电压有效值。可用于电炉温控、灯光调节、异步电动机的启动和调速等，也可用作调节整流变压器一次侧电压，其二次侧为低压大电流或高压小电流负载常用这种方法。采用这种方法，可使变压器二次侧的整流装置避免采用晶闸管，只需要二极管，而且可控级仅在一侧，从而简化结构，降低成本。交流调压器与常规的交流调压变压器相比，它的体积和重量都要小得多。交流调压器的输出仍是交流电压，它不是正弦波，其谐波分量较大，功率因数也较低。
实验八单相交流电路及功率因数的提高 一、实验目的 1. 研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。 2. 了解日光灯电路的特点，理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。 二、原理说明 1. 交流电路中电压、电流相量之间的关系在单相正弦交流电路中，各支路电流和回路中各元件两端 的电压满足相量形式的基尔霍夫定律，即 / 工?= 0和》U = 0 、、图8-1所示的RC串联电路，在正弦稳态信号U的激励下，电阻上的端电压U与电路中的电流I同 相位，当R的阻值改变时，U R和U c的大小会随之改变，但相位差总是保持90°, U R的相量轨迹是 一个半圆，电压U、U c与U R三者之间形成一个直角三角形。 即U=U R +U C 相位角acr tg (Uc / U R) 改变电阻R时，可改变$角的大小，故RC串联电路具有移相的作用。 (□)问龟乐滞畳 fl 3-1 电压加受 2. 交流电路的功率因数 交流电路的功率因数定义为有功功率与视在功率之比，即 cos $= P / S 其中0为电路的总电压与总电流之间的相位差。 交流电路的负载多为感性(如日光灯、电动机、变压器等) ，电感与外界交换能量本身需要一定的 无功功率，因此功率因数比较低(cos^v 0.5)。从供电方面来看，在同一电压下输送给负载一定的有功功 率时，所需电流就较大；若将功率因数提高(如cos$= 1 )，所需电流就可小些。这样即可提高供电设备 的利用率，又可减少线路的能量损失。所以，功率因数的大小关系到电源设备及输电线路能否得到充分利用。 为了提高交流电路的功率因数，可在感性负载两端并联适当的电容C,如图8-2所示。并联电容C
单相交流调压电路的设计与仿真 一．实验目的 1）单相交流调压电路的结构、工作原理、波形分析。 2) 在仿真软件Matlab中进行单相交流调压电路的建模与仿真，并分析其波形。二．实验内容 （一）单相交流调压电路电路(纯电阻负载) 1电路的结构与工作原理 1.1电路结构 )(截图单相交流调压电路的电路原理图（电阻性负载）1.2 工作原理 电阻负载单相交流调压电路中，VT1和VT2可以用一个双向晶闸管代替，在交流电源的正半周和负半周，分别对晶闸管的开通叫进行控制就可以调节输出电压。正负半周触发角时刻起均为过零时刻。在稳态情况下。应使正负半周的触发角相同。可以看出。负载电压波形是电源电压波形的一部分，负载电流和负载电压的波形相同。 2建模 在MATLAB新建一个Model，同时模型建立如下图所示： - 1 -
MATLAB仿真模型单相交流调压电路的模型参数设置2.1A.Pulse Generator B.Pulse Generator 1
- 2 - C.示波器参数 第一个波形为晶闸管电流的波形，第二个波形为晶闸管电压的波形，第三个波形为负载电流的波形，第四个波形为负载电压的波形，第五个波形为电源电压的波形，第六个波形为触发脉冲的波形。 3仿真结果与分析 °，MATLAB仿真波形如下： a. 触发角α=0
α=0°单相交流调压电路仿真结果(截图) °，MATLAB仿真波形如下： b. 触发角α=60 )截图°单相交流调压电路仿真结果α =60(- 3 -
°，MATLAB仿真波形如下： c. 触发角α=120 )截图°单相交流调压电路仿真结果(α=1204小结 通过设计可以总结出，ɑ的移相范围为0≤ɑ≤π。ɑ=0时，相当于晶闸管一直导通，输出电压为最大值，U。=U1。随着ɑ的增大，U。逐渐减小。知道ɑ=π时，U。=0。此外，ɑ=0时，功率因数=1，随着ɑ的增大，输入电流滞后于电压且发生畸变，也逐渐降低。 （二）单相交流调压电路(阻感负载) 1电路的结构与工作原理 1.1电路结构 )截图( 单相交流调压电路的电路原理图（阻感性负载） - 4 - 1.2 工作原理
单相交流电路及功率因数的提高 工作资料 2008-11-23 16:25 阅读351 评论0 字号：大中小 一、实验目的 1. 研究正弦稳态交流电路中电压、电流相量之间的关系。 2. 了解日光灯电路的特点，理解改善电路功率因数的意义并掌握其方法。 二、原理说明 1. 交流电路中电压、电流相量之间的关系在单相正弦交流电路中，各支路电流和回路中各元件两端 的电压满足相量形式的基尔霍夫定律，即 ΣI＝0和ΣU＝0 图12-1所示的RC串联电路，在正弦稳态信号U的激励下，电阻上的端电压与电路中的电流同相位，当R的阻值改变时，和的大小会随之改变，但相位差总是保持90°，的相量轨迹是一个半圆，电压、与三者之间形成一个直角三角形。 即=+ 相位角φ＝acr tg (Uc / UR) 改变电阻R时，可改变φ角的大小，故RC串联电路具有移相的作用。 2. 交流电路的功率因数 交流电路的功率因数定义为有功功率与视在功率之比，即 cosφ＝P / S 其中φ为电路的总电压与总电流之间的相位差。
交流电路的负载多为感性（如日光灯、电动机、变压器等），电感与外界交换能量本身需要一定的无功功率，因此功率因数比较低(cosφ＜0.5)。从供电方面来看，在同一电压下输送给负载一定的有功功率时，所需电流就较大；若将功率因数提高 (如cosφ＝1 )，所需电流就可小些。这样即可提高供电设备的利用率，又可减少线路的能量损失。所以，功率因数的大小关系到电源设备及输电线路能否得到充分利用。 为了提高交流电路的功率因数，可在感性负载两端并联适当的电容Ｃ，如图12-2所示。并联电容Ｃ 以后，对于原电路所加的电压和负载参数均未改变，但由于的出现，电路的总电流减小了，总电压与总电流之间的相位差φ减小，即功率因数cosφ得到提高。 3. 日光灯电路及功率因数的提高 日光灯电路由灯管R、镇流器L和启辉器S组成，C是补偿电容器，用以改善电路的功率因数，如 图12-3所示。其工作原理如下： 当接通220V交流电源时，电源电压通过镇流器施加于启辉器两电极上，使极间气体导电，可动电极(双金属片)与固定电极接触。由于两电极接触不再产生热量，双金属片冷却复原使电路突然断开，此时镇流器产生一较高的自感电势经回路施加于灯管两端，而使灯管迅速起燃，电流经镇流器、灯管而流通。灯管起燃后，两端压降较低，起辉器不再动作，日光灯正常工作。 三、实验设备 序 号 名称型号与规格数量备注 1 自耦调压 器 0～220V 1 控制屏 2 交流电流 表 0～5A 1 RTT03- 1 3 交流电压 表 0～300V 1 RTT03- 1 4 单相瓦特 表 D34-W或其它 1 RTT04 5 白炽灯泡10W/220V 3 RTDG0 7 6 镇流器与30W灯管配用 1 RTDG0 8 7 启辉器 1 RTDG0 8 8 电容器1μF,2.2μF 4.7μF/400V RTDG0 8 9 日光灯灯30W 1 控制屏
北京信息科技大学 电力电子技术实验报告 实验项目：单相交流调压电路实验 学院：自动化 专业：自动化（信息与控制系统） 姓名/学号：贾鑫玉/2012010541 班级：自控1205班 指导老师：白雪峰 学期：2014-2015学年第一学期
实验三单相交流调压电路实验 一．实验目的 1．加深理解单相交流调压电路的工作原理。 2．加深理解交流调压感性负载时对移相范围要求。 二．实验内容 1．单相交流调压器带电阻性负载。 2．单相交流调压器带电阻—电感性负载。 三．实验线路及原理 本实验采用了锯齿波移相触发器。该触发器适用于双向晶闸管或两只反并联晶闸管电路的交流相位控制，具有控制方式简单的优点。 晶闸管交流调压器的主电路由两只反向晶闸管组成。 四．实验设备及仪器 1．教学实验台主控制屏 2．NMCL—33组件 3．NMEL—03组件 4．NMCL-05(A)组件或NMCL—36组件 5．二踪示波器 6．万用表 五．注意事项 在电阻电感负载时，当α
单相正弦交流电路的基本知识 本章的学习重点： ● 正弦交流电路的基本概念； ● 正弦量有效值的概念和定义，有效值与最大值之间的数量关系； ● 三大基本电路元件在正弦交流电路中的伏安关系及功率和能量问题。 3．1 正弦交流电路的基本概念 1、学习指导 （1）正弦量的三要素 正弦量随时间变化、对应每一时刻的数值称为瞬时值，正弦量的瞬时值表示形式一般为解 析式或波形图。正弦量的最大值反映了正弦量振荡的正向最高点，也称为振幅。 正弦量的最大值和瞬时值都不能正确反映它的作功能力，因此引入有效值的概念：与一个 交流电热效应相同的直流电的数值定义为这个交流电的有效值。正弦交流电的有效值与它的最大值之间具有确定的数量关系，即I I 2m 。 周期是指正弦量变化一个循环所需要的时间；频率指正弦量一秒钟内所变化的周数；角频 率则指正弦量一秒钟经历的弧度数，周期、频率和角频率从不同的角度反映了同一个问题：正弦量随时间变化的快慢程度。 相位是正弦量随时间变化的电角度，是时间的函数；初相则是对应t=0时刻的相位，初相 确定了正弦计时始的位置。 正弦量的最大值（或有效值）称为它的第一要素，第一要素反映了正弦量的作功能力； 角频率（或频率、周期）为正弦量的第二要素，第二要素指出了正弦量随时间变化的快慢程度；初相是正弦量的第三要素，瞎经确定了正弦量计时始的位置。 一个正弦量，只要明确了它的三要素，则这个正弦量就是唯一地、确定的。因此，表达一 个正弦量时，也只须表达出其三要素即可。解析式和波形图都能很好地表达正弦量的三要素，因此它们是正弦量的表示方法。 （2）相位差 相位差指的是两个同频率正弦量之间的相位之差，由于同频率正弦量之间的相位之差实 际上就等于它们的初相之差，因此相位差就是两个同频率正弦量的初相之差。注意：不同频率的正弦量之间是没有相位差的概念而言的。
目录 绪论 (1) 1 调压调功原理简介 (2) 2 交流调压电路波形及相控特性分析 (3) 2.1 带电阻性负载 (3) 2.1.1 原理 (3) 2.1.2 计算与分析 (3) 2.2 带阻感性负载 (4) 2.2.1 原理分析 (4) 2.2.2 计算与分析 (4) 2.2.3 α<φ的情况 (6) 3 方案设计 (7) 3.1 主电路的设计 (7) 3.1.1 主电路图 (7) 3.1.2 参数计算 (7) 3.1.3 调功电路的设计 (8) 3.2 触发电路的设计 (9) 3.2.1 芯片介绍 (9) 3.2.2 触发电路图 (10) 3.3 保护电路的设计 (11) 3.3.1 原理 (11) 3.3.2 计算 (12) 3.3.3 保护电路图 (13) 4 电阻炉负载过零控制特性分析 (14) 5 MATLAB仿真 (15) 6个人小结 (17) 参考文献 (18)
绪论 交流-交流变流电路，即把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路。在进行交流-交流变流时，可以改变相关的电压（电流）、频率和相数等。交流-交流变流电路可以分为直接方式（无中间直流环节方式）和间接方式（有中间直流环节方式）两种。而间接方式可以看做交流-直流变换电路和直流-交流变换电路的组合，故交-交变流主要指直接方式。其中，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称为交流电力控制电路，改变频率的电路称为变频电路。采用相位控制的交流电力控制电路，即交流调压电路；采用通断控制的交流电力控制电路，即交流调功电路和交流无触点开关。 交流调压电路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）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。在这些电源中如果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，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联，十分不合理。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。其分为单相和三相交流调压电路，前者是后者基础，这里只讨论单相问题。 交流调功电路常用于电炉的温度控制，其直接调节对象是电路的平均输出功率。像电炉温度这样的控制对象，其时间常数往往很大，没有必要对交流电源的每个周期进行频繁的控制，只要以周波数为单位进行控制就足够了。通常控制晶闸管导通的时刻都是在电源电压过零的时刻，这样，在交流电源接通期间，负载电压电源都是正弦波，不对电网电压电流造成通常意义的谐波污染。
电力电子课程设计 ——单相交流调压电路 学院：工程学院 班级：12电气2班 姓名：
2015年6月 摘要 本次课程设计，先明确了实验的要求和设计目的设计一个单相交流调压电路。然后根据要求进行电路设计，包括主电路、触发电路。排版等等。设计并发现、解决相应的问题。之后对电路进行了实验仿真，通过仿真实验，再发现其中的问题和不足，进行更改和完善。然后确定实验所需的元器件。确定之后，进行器件的购买，之后进行电路板实物的焊接。焊接后要进行调试。发现和排除错误，调试时，发现了问题，然后经过实验仪器的排错，线路元器件的排错，发现了两处问题，更改之后就正常了。接着是对波形的观察和数据的记录。完成这些后，对数据进行处理，整理结论。最后是我们的心得体会和收获。以及完成报告总结。 关键词主电路触发电路波形负载电压调压
目录 一、设计任务及目的 (4) （一）设计要求任务 (4) （二）设计目的 (4) 二、实验器件、设备及所用软件 (4) （一）实验材料的选择 (5) （二）实验所需设备 (5) （三）所用软件 (5) 三、电路设计方案的设计和选择 (5) （一）方案的确立 (5) （二）实验电路的设计 (6) 1、触发电路的设计 (6) 1.1触发信号的种类 (6) 1.2触发电路的设计 (6) 2、主电路的设计 (9) 四、完整电路图及实物图 (11) 五、实验波形及数据 (12) （一）α=30°时 (12) （二）α=60°时 (13) （三）α=90°时 (15) （四）α=120时 (17) 六、实验数据处理 (19)
七、结论总结 (20) 八、心得体会 (21) 参考文献 (22) 单相交流调压电路 前言 电力电子线路的基本形式之一，即交流—交流变换电路，它是将一种形式的交流电能变换成另一种形式交流电能电路。在进行交流—交流变换时，可以改变交流电的电压、电流、频率或相位等。用晶闸管组成的交流电压控制电路，可以方便的调节输出电压有效值。可用于电炉温控、灯光调节、异步电动机的启动和调速等，也可用作调节整流变压器一次侧电压，其二次侧为低压大电流或高压小电流负载常用这种方法。采用这种方法，可使变压器二次侧的整流装置避免采用晶闸管，只需要二极管，而且可控级仅在一侧，从而简化结构，降低成本。交流调压器与常规的交流调压变压器相比，它的体积和重量都要小得多。交流调压器的输出仍是交流电压，它不是正弦波，其谐波分量较大，功率因数也较低。 一、设计任务及目的 （一）设计要求任务 1.设计一个单相交流调压电路。输入电压为36V交流，输出交流电压可变，带 纯电阻性负载。 2.提出电路设计方案，比较不同的方案并选定方案。 3.完成电路的设计和主要元器件的选择及说明。 4.进行实验仿真及电路板的焊接和测试性能。 5.分析实验数据，得出结论。 （二）设计目的 使学生熟悉各种电力电子器件的特性和使用方法；掌握各种电力电子变流电路的结构、工作原理、控制方法、设计计算方法及实验技能；熟悉各种电力电子变流装置的
实验（三）：单相交流调压电路实验 一、实验目的 (1)加深理解单相交流调压电路的工作原理。 (2)加深理解单相交流调压电路带电感性负载对脉冲及移相范围的要求。 二、预习内容要点 (1) 熟悉实验电路（包括主电路、触发控制电路）。 (2) 按实验电路要求matlab仿真，用示波器观察移相控制信号α的情况。 (3) 主电路接电阻负载，用示波器观察不同α角时输出电压和晶闸管两端的电压波形,并用电压表测出输出电压的有效值。为使读数便利，可取α为30°、60°、90°进行观察和分析 (4) 主电路改接电阻电感负载，在不同控制角α和不同负载阻抗角θ情况下用示波器观察和记录负载电压和电流的波形。 (5) 特别注意观察上述α<θ情况下出现较大的直流分量，此时L 固定，加大R直至消除直流分量。 三、实验仿真模型 图 1.1 单相交流调压阻感性电路 四、实验内容及步骤
1.对单相交流调压带电阻性负载的运行情况进行仿真并记录分析改变脉冲延迟角时的波形（至少3组）。 （1）器件的查找 以下器件均是在MATLAB R2017b环境下查找的，其他版本类似。 有些常用的器件比如示波器、脉冲信号等可以在库下的Sinks、Sources中查找；其他一些器件可以搜索查找 （3）参数设置 1.双击交流电源把电压设置为220V，频率为50Hz； 2.双击脉冲把周期设为0.02s，占空比设为80％，延迟角设为30度，60度，,90度，由于属性里的单位为秒，故把其转换为秒即，(30/360)*0.02； 3.双击负载把电阻设为10Ω； 4.双击示波器把Number of axes设为6; 仿真波形及分析 当α=30°时， 当α=60°时， 当α=90°时，
湖南工程学院应用技术学院课程设计任务书 课程名称：电力电子技术 题目：斩控式单相交流调压电源设计 专业班级：电气118 学生姓名：学号: 指导老师：刘星平蔡斌军李祥来等审批：谢卫才 任务书下达日期2014年5 月12日 设计完成日期2014年5月23 日
目录 第1章概述 (1) 1.1 交流调压在生活中的应用 (1) 1.2 关于单向调压器 (1) 1.3 关于本课题 (2) 第２章设计总体思路 (3) 2.1 系统总体方案确定 (3) 2.2 交流斩波调压的基本原理 (7) 第3章主电路设计与分析 (8) 3.1 主要技术条件及要求 (8) 3.2 开关器件的选择 (8) 3.3 主电路计算及元器件参数选型 (8) 3.4 主电路结构设计及分析 (9) 第4章主控制芯片的详细说明 (10) 4.1 芯片的选择 (10) 4.1 芯片的详细介绍 (10) 4.1芯片的工作原理 (11) 第5章实验调试 (13) 第6章总结与体验 (19) 附录A 参考文件及评分表
第1章概述 1.1交流调压在生活中的应用 交流调压电路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软起动，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，也常用交流高压电路调节变压器一次电压。因此交流调压电路广泛存在于农村、轻工业、家用电器等小功率传动领域以及电力机车供电系统。 1.2关于单相调压器 对于单相交流电源，调压和稳压是最为普遍的要求。目前能够实现这一要求的调压器有下面三种： 磁饱和式调压器该调压器通过控制主电路中电感的饱和程度，以改变电抗值以及其上的电压，实现对输出电压的调节。这种调压器具有一定的动态性能，但输出电压的调节范围小，体积和重量较大。 机械式调压器机械式调压器由电动机带动碳刷实现输出电压的调节。这种调压器输出波形较好，但体积、重量大，动态性能差。 电子式调压器这种调压器采用电力电子器件实现。目前有晶闸管调压器和逆变式调压器两种。晶闸管调压器采用的是相控方式，因此其输出波形差；逆变式调压器采用的是斩波控制方式，其输出波形和动态响应较好。 从上面可知，逆变式电子调压器具有最好的性能。逆变式电子调压器的结构不仅具有调压、稳压的能力，而且还可以实现频率的变换。它