晶闸管单相交流调压及调功电路课程设计

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）（1）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（2）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（3）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图1-11（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。

1 单相桥式全控整流电路的功能要求及设计方案介绍1.1 单相桥式全控整流电路设计方案1.1.1 设计方案图1设计方案1.1.2 整流电路的设计主电路原理图及其工作波形图2 主电路原理图及工作波形主电路原理说明：（1）在u2正半波的（０～α）区间，晶闸管VT1、VT4承受正向电压，但无触发脉冲，晶闸管VT2、VT3承受反向电压。

因此在0～α区间，4个晶闸管都不导通。

（2）在u2正半波的（α～π）区间，在ωｔ＝α时刻，触发晶闸管VT1、VT4使其导通。

（3）在u2负半波的（π～π＋α）区间，在π～π＋α间，晶闸管VT2、VT3承受正向电压，因无触发脉冲而处于关断状态，晶闸管VT1、VT4承受反向电压也不导通。

（4）在u2负半波的（π＋α～２π）区间，在ωｔ＝π＋α时刻，触发晶闸管VT2、VT3使其元件导通，负载电流沿b→VT3→R→VT2→α→T的二次绕组→b流通，电源电压沿正半周期的方向施加到负载电阻上，负载上有输出电压（ud=-u2）和电流，且波形相位相同。

2 触发电路的设计2.1 晶闸管触发电路触发电路在变流装置中所起的基本作用是向晶闸管提供门极电压和门极电流，使晶闸管在需要导通的时刻可靠导通。

根据控制要求决定晶闸管的导通时刻，对变流装置的输出功率进行控制。

触发电路是变流装置中的一个重要组成部分，变流装置是否能正常工作，与触发电路有直接关系，因此，正确合理地选择设计触发电路及其各项技术指标是保证晶闸管变流装置安全，可靠，经济运行的前提。

，开始启动A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。

2.1.1 晶闸管触发电路的要求晶闸管触发主要有移相触发、过零触发和脉冲列调制触发等。

触发电路对其产生的触发脉冲要求:(１)触发信号可为直流、交流或脉冲电压。

(２)触发信号应有足够的功率（触发电压和触发电流）。

(３)触发脉冲应有一定的宽度，脉冲的前沿尽可能陡，以使元件在触发导通后，阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。

电力电子技术课程设计说明书单相交流调压电路系部：电气与信息工程学院学生姓名：指导教师：肖文英职称副教授专业：电气工程及其自动化班级：电气本1105班完成时间：2014年5月20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。

本次试验的题目是单相交流调压电路的设计，主要是设计出主电路和触发电路，通过触发电路触发主电路中的反并联的晶闸管来控制负载电压电流。

触发电路产生的触发脉冲的延迟角也是可以调节的，通过对它的调节来达到对输出控制的目的。

在MATLAB中连接好总电路图，用示波器观察输出结果，直接方便。

MATLAB这一功能强大的软件给我们带来了很多方便，让我们对于设计电路的结果分析更加清楚明确。

关键词：交流；调压；电动机调速；电力系统；变压器；示波器ABSTRACTAC voltage regulation circuit is widely used in lighting control (such as dimmer and stage lighting control) and asynchronous motor soft start, also for adjustable speed asynchronous motor. In power system, the circuit is also often used forcontinuous adjustment of the wattless power. In addition, in the high voltage and low current or low voltage and high current DC power supply, often using AC voltage regulating transformer voltage regulating circuit. In these power such as using thyristor phase controlled rectifier circuit, high voltage and low currentcontrolled DC power supply needs many thyristor series; similarly, low voltage and high current DC power needs many thyristor parallel. This is veryunreasonable. The AC voltage regulation circuit on the primary side of atransformer voltage regulation are moderate, its voltage, current value, in the twoside of the transformer can be used as long as the diode rectifier. The size of a circuit is such a small, low cost, easy to design and manufacture. Single phaseAC voltage regulation circuit of single-phase AC voltage regulating circuit. Used in electric heating system, AC motor speed control, lighting control and AC stabilizer etc.. With self coupling transformer voltage regulating method, AC voltage regulation circuit of simple control, fast regulating speed, device, light weight and small size,less consumption of non-ferrous metals. The test of the topic is to design a single-phase AC voltage regulation circuit, is the design of main circuit and trigger circuit, to control the load voltage and current through the thyristor trigger circuit to trigger parallel reverse in the main circuit of the tube. The trigger circuit produces a trigger pulse delay angle isadjustable, adjust it to output control purposes. Connect the total circuit in MATLAB, observe the output using the oscilloscope, direct and convenient.Software MATLAB this powerful brings us a lot of convenience, let us for the design of circuit analysis results more clearly.Keywords: alternating current; voltage; motor; power system; transformer;oscilloscope目录一、电路设计的目的及任务 (1)1.1设计目的 (1)1.2设计要求及分析 (1)1.3 电路设计任务 (1)1.4 设计方案选择 (2)二、单相交流调压主电路设计及分析 (2)2.1 电阻性负载 (2)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)2.2阻感负载 (7)2.2.1电路结构 (8)2.2.2工作原理 (8)2.2.3模型仿真图 (9)2.2.4仿真图 (9)2.3 控制电路设计 (10)2.4 触发电路设计 (10)2.5 保护电路设计 (11)三、单相交流电压电路设计总电路图 (13)单相交流调压电路总结及体会 (14)参考文献................................. 错误!未定义书签。

课程教案课程名称：电力电子技术实验任课教师：张振飞所属院部：电气及信息工程学院教学班级：电气1501-1504班、自动化1501-1504自动化卓越1501教学时间： 2017-2018学年第一学期湖南工学院课程基本信息实验一、 SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT特性实验一、本次课主要内容1、晶闸管（SCR）特性实验。

2、可关断晶闸管（GTO）特性实验（选做）。

3、功率场效应管（MOSFET）特性实验。

4、大功率晶体管（GTR）特性实验（选做）。

5、绝缘双极性晶体管（IGBT）特性实验。

二、教学目的及要求1、掌握各种电力电子器件的工作特性测试方法。

2、掌握各器件对触发信号的要求。

三、教学重点难点1、重点是掌握各种电力电子器件的工作特性测试方法。

2、难点是各器件对触发信号的要求。

四、教学方法和手段课堂讲授、提问、讨论、演示、实际操作等。

五、作业及习题布置撰写实验报告一、实验目的1、掌握各种电力电子器件的工作特性。

2、掌握各器件对触发信号的要求。

二、实验所需挂件及附件三、实验线路及原理将电力电子器件(包括SCR、GTO、MOSFET、GTR、IGBT五种)和负载电阻R串联后接至直流电源的两端，由DJK06上的给定为新器件提供触发电压信号，给定电压从零开始调节，直至器件触发导通，从而可测得在上述过程中器件的V/A特性；图中的电阻R用DJK09 上的可调电阻负载，将两个90Ω的电阻接成串联形式，最大可通过电流为1.3A；直流电压和电流表可从DJK01电源控制屏上获得，五种电力电子器件均在DJK07挂箱上；直流电源从电源控制屏的输出接DJK09上的单相调压器，然后调压器输出接DJK09上整流及滤波电路，从而得到一个输出可以由调压器调节的直流电压源。

实验线路的具体接线如下图所示：图1-1 新器件特性实验原理图四、实验内容1、晶闸管（SCR）特性实验。

2、可关断晶闸管（GTO）特性实验。

3、功率场效应管（MOSFET）特性实验。

实验一 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．实验内容：1．单相调压电路带电阻性负载实验；2．单相交流调压电路带电阻电感性负载实验。

三．实验过程：1、电阻性负载实验：按图1-1接好线路（蓝色为电源电压波形，黄色为负载电压波形，红色为负载电流波形）晶闸管脉冲触发角度： 绘制波形：结论： 2、带电阻电感性负载实验：按图1-2接好线路分别取脉冲触发角大于，等于和小于功率因数角φ三种情况。

当选R1和L 时，φ=48o 当选R2和L 时，φ=20o 当选R3和L 时，φ=18o图1-1图1-2绘制波形：结论：实验二功率场效应晶体管（MOSFET）特性与驱动电路研究一．实验目的：1．熟悉MOSFET主要参数的测量方法；2．掌握MOSFET对驱动电路的要求；3．掌握一个实用驱动电路的工作原理与调试方法。

二．实验内容：1．MOSFET静态特性及主要参数测试：=GS（th）跨导gm=绘制转移特性曲线（2=on绘制输出特征曲线2．驱动电路研究：(1)快速光耦输入、输出延时时间测试；波形记录:延迟时间(2)驱动电路的输入、输出延时时间的测试; 波形记录:延迟时间3．动态特性测试：（1）电阻负载MOSFET开关特性测试；波形记录:开关时间:（2）电阻、电感负载MOSFET开关特性测试；波形记录:开关时间:（3）RCD缓冲电路对MOSFET开关特性的影响测试；波形记录:开关时间:（4）栅极反压电路对MOSFET开关特性的影响测试；波形记录:开关时间:（5）不同栅极电阻对MOSFET开关特性的影响测试。

波形记录:开关时间:实验三绝缘栅双极型晶体管（IGBT）特性与驱动电路研究一．实验目的：1．熟悉IGBT主要参数的测量方法；2．掌握混合集成驱动电路EXB840的工作原理与调试方法。

二．实验内容：1．MOSFET静态特性及主要参数测量：（1）开启阀值电压V ge（th）测量；=ge（th跨导gm=（3）导通电阻R on的测量。

交流调功电路和交流调压电路的电路形式交流调功电路和交流调压电路是电路中常见的两种电子元件调整电流和电压的方法。

它们在电子设备和电路中起着至关重要的作用，能够有效地调整电流和电压以满足设备的需求和保护设备。

下面将详细介绍交流调功电路和交流调压电路的电路形式以及它们的工作原理。

1.交流调功电路交流调功电路是一种能够调整交流电流的电路，它可以根据需要在电路中加入一些元件，来调整输入输出功率和电流。

在实际电子设备和电路中，交流调功电路通常用于调节交流电源的输出功率，以满足设备的需求。

下面将介绍交流调功电路的一些常见形式以及它们的工作原理。

1.1电阻调功电路电阻调功电路是一种最简单的交流调功电路，它通过改变电路中的电阻来调整功率输出。

在电子设备和电路中，电阻调功电路常常用于调节电路的输出功率和电流，以满足设备的需求。

电阻调功电路的原理是通过改变电路的电阻来改变电流的流动路径和大小，从而达到调整功率的目的。

常见的电阻调功电路的形式包括可变电阻、电阻网络等。

1.2变压器调功电路变压器调功电路是一种利用变压器的变压比来调节输出功率的电路。

变压器是一种能够改变交流电压大小的电子元件，通过调节变压器的绕组变比可以改变输入输出功率。

在实际电子设备和电路中，变压器调功电路常常用于调节电源的输出功率和电流，以满足设备的需求。

变压器调功电路的原理是通过改变变压器的绕组变比来改变输入输出电压和功率，从而达到调整功率的目的。

1.3变容调功电路变容调功电路是一种利用可变电容器的电容值来调节输出功率的电路。

可变电容器是一种能够改变电路中的电容值的元件，通过调节可变电容器的电容值可以改变电路的谐振频率和输入输出功率。

在实际电子设备和电路中，变容调功电路常常用于调节谐振电路的输出功率和谐振频率，以满足设备的需求。

变容调功电路的原理是通过改变可变电容器的电容值来改变电路的谐振频率和功率，从而达到调整功率的目的。

2.交流调压电路交流调压电路是一种能够调整交流电压的电路，它可以根据需要在电路中加入一些元件，来调整输入输出电压。

第 1 次课 3 学时授课时间06.2.22 教案完成时间06.2.15 第一章电力电子器件 1.1 1.2 1.3 (包括绪论)课题（章节）教学目的与要求：通过该部分内容学习,使学生明白什么是电力电子技术? 电力电子技术的应用领域是什么? 电力电子技术与自动化专业、电子信息工程专业之间的的关系是什么？通过前三节的学习，学生应了解电力二极管、晶闸管等电力电子器件的基本结构、工作原理、主要参数、应用场合等。

教学重点、难点：器件的动态过程的波形的理解、器件的灵活应用是本次教学的重点和难点。

教学方法及师生互动设计：启发式，帮助学生回忆已学过的“电子技术基础”的相关知识，进而更好地理解“电力电子技术”知识，使学生建立知识的联想链。

课堂练习、作业：1、电力电子器件与信息电子器件的区别表现在哪些方面？2、试述在变频空调器中，哪些属于自动化技术，哪些属于电力电子技术？本次课堂教学内容小结介绍了电力电子技术背景知识、发展趋势。

介绍了电力二极管、晶闸管工作原理、基本特性和主要参数。

本次课堂教学达到预期目的，不少学生通过听讲表现出对电力电子技术课程的兴趣，课堂提问效果较好。

学好该课程需要较好的电子技术、电路方面的基础知识。

第 1 页第 2 次课 3 学时授课时间06.3.1 教案完成时间06.2.23 第一章电力电子器件 1.4 1.5 1.6课题（章节）教学目的与要求：通过该部分内容学习,使学生理解典型的全控型电力电子器件的工作原理、主要参数工程应用情况。

充分了解电力电子器件的驱动方式。

对其它新型器件也有所了解。

教学重点、难点：重点介绍晶闸管、IGBT、电力MOSFET三种应用最为广泛的器件的工作原理及其主要参数和工程应用。

教学方法及师生互动设计：以实际生活中见到的的实例，启发学生对于晶闸管、IGBT、电力MOSFET等器件的应用的理解。

如：调光台灯、风扇无极调速、电磁炉等。

课堂练习、作业：1、P42. 1.22、说出所知道的电力电子器件的名称及其应用场合、工作原理。

姓名学号年级专业系（院）指导教师一、引言较流-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。

RO图4-1u 1u oi o VT 1VT 2u 1u o i o u V TωtO ωtO ωtO ωt三、设计方案选择及论证3.1 带电阻性负载 3.1.1 原理图1为电阻负载单相交流调压电路图及其波形。

1概括1.1 晶闸管沟通调功器沟通调功器：是一种以晶闸管为基础，以智能数字控制电路为中心的电源功率控制电器，简称晶闸管调功器，又称可控硅调功器，可控硅调整器，可控硅调压器，晶闸管调整器，晶闸管调压器，电力调整器，电力调压器，功率控制器。

拥有效率高、无机械噪声和磨损、响应速度快、体积小、重量轻等诸多长处。

1.2沟通调压与调功沟通调功电路的主电路和沟通调压电路的形式基真同样，不过控制的方式不一样，它不是采纳移相控制而采纳通断控制方式。

沟通调压是在沟通电源的半个周期内作移相控制，沟通调功是以沟通电的周期为单位控制晶闸管的通断 , 即负载与沟通电源接通几个周波，再断开几个周波，经过改变接通周波数和断开周波数的比值来调理负载所耗费的均匀功率。

如图3-21所示，这类电路常用于电炉的温度控制，因为像电炉这样的控制对象，其时间常数常常很大，没有必需对沟通电源的各个周期进行屡次的控制。

只要大概以周波数为单位控制负载所耗费的均匀功率，故称之为沟通调功电路。

1.3过零触发和移相触发过零触发是在设准时间间隔内，改变晶闸管导通的周波数来实现电压或功率的控制。

过零触发的主要弊端是当通断比太小时会出现低频扰乱，当电网容量不够大时会出现照明闪耀、电表指针颤动等现象，往常只合用于热惯性较大的电热负载。

移相触发是初期触发可控硅的触发器。

它是经过调速电阻值来改变电容的充放电时间再来改变单结晶管的振荡频次，实质改变控制可控硅的触发角。

初期可控但是依赖这样改变阻容移相线路来控制。

所为移相就是改变可控硅的触发角大小，也叫改变可控硅的初相角。

故称移相触发线路。

2系统整体方案2.1 沟通调功电路工作原理单相沟通调功电路方框图如图所示。

LOADA1BCR脉宽可调矩形TLC336波信号发生器ug A2图沟通调功电路的主电路和沟通调压电路的形式基真同样，不过控制的方式不一样，它不是采纳移相控制而采纳通断控制方式。

沟通调压是在沟通电源的半个周期内作移相控制，沟通调功是以沟通电的周期为单位控制晶闸管的通断 , 即负载与沟通电源接通几个周波，再断开几个周波，经过改变接通周波数和断开周波数的比值来调理负载所耗费的均匀功率。

晶闸管单相交流调压与调功电路设计1 题目初始条件初始条件：电源为工频220V，调压阻感负载，R＝0.5欧姆，L＝2mH。

调功阻性负载R ＝4欧姆。

2 设计任务与设计要求分析通过分析题目的初始条件，可知本次课程设计有以下几个基本要求：1单相交流调压与调功主电路的设计。

2. 触发电路的设计。

3.分析系统不同负载下的电流、电压波形及相控特性。

4.须针对电阻炉负载分析系统的过零控制特性。

5. 需要绘制单相交流调压与调功电路的原理图。

3 单相交流调压电路的设计3.1单相交流调压电路主电路的设计单相交流电压主电路的设计主要包括：1.根据负载特性，选择相应型号的晶闸管。

2.根据相关理论分析、推导及计算，得到电路相关参数3.1.1 单相交流调压电路主电路原理图图一单相交流调压主电路原理图3.1.2 电路各参数推导及计算通过分析可知，当单相交流调压电路带电阻性负载时，可得以下参数表达式： 负载电压、电流平均值1122sin 22(cos 1)Ud U d U παθθαππ==+⎰g 公式（1） 22(cos 1)d U d RU I R πα==+ 公式（2） 负载电压、电流有效值2021sin 2(2sin )22U U d U παπααθθπππ-==+⎰ 公式（3） 020sin 22U U I R R πααππ-==+ 公式（4） 020sin 22242VT U U I I R R πααππ-===+ 公式（5） 电路功率因数：0010sin 22U I U I πααλππ-==+ 公式（6） 当电路带阻感性负载时，可以分析得负载电流相位应落后负载电压相位一个固定的阻抗角，其大小应为arctan()11.31L R ϖϕ==︒,且相当明显，当用晶闸管控制时，会使得负载电流更为滞后，即阻感性负载稳态时，晶闸管的移相范围为ϕαπ≤≤。

且假设在晶闸管电流过零时开通一个晶闸管，则有负载电流应满足以下微分方程和初始条件0012sin I d L R U t dti ϖ+= 公式（7）公式（8） 可以解得方程的解为：]0tan 21sin()sin()t U t e Z i αϖϕϖϕαϕ-⎡=---⎢⎢⎣ 公式（9）利用边界条件，可以得到，当以ϕ为参变量时，α与θ的关系可以用一簇曲线来表示。