一.设计任务书简介
设计题目：单相交流调压电路的设计
设计条件：
（1）电网：220V，50Hz
（2）负载：阻感负载，电阻和电感参数自定，阻抗角不要太大，可在10~30度之间
（3）采用两个晶闸管反向并联结构
（4）采用单节晶体管简易触发电路，单节晶体管分压比η=0.5~0.8之间自选
（5）同步变压器的参数自定
设计任务：
（1）晶闸管的选型。
（2）控制角移相围的计算。
（3）触发电路自振荡频率的选择：电位器R e及电容C的参数选择（4）主电路图的设计：包括触发电路及主电路
设计要求：
（1）根据设计条件计算晶闸管可能流过的最大有效电流，选择晶闸管的额定电流。
（2）分析晶闸管可能承受到的最大正向、反向电压，选择晶闸管的额定电压。
（3）计算负载阻抗角，得到控制角的实际移相围。
（4）为了保证调压装置能够正常工作，应使得控制角大于负载阻
抗角，根据这个条件合理选择触发电路的自振荡参数（电位
器R e及电容C）。
（5）画出完整的主电路图。
二.设计容
本次课程设计主要是研究单相交流调压电路的设计。根据本设计任务书的设计条件，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，在每半个周波通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。交流调压电路广泛用于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。
（1）关于负载的计算
根据设计条件及要求，本课程设计所连负载为电阻电感性负载如下图所示：
图1 电阻电感性负载
单相交流调压阻感性负载个参数波形如下：
图2 阻感性负载波形
根据设计条件阻抗角ϕ的围是10°~30°之间，所以令R=10Ω，L=10mH，据tanϕ=ωL R⁄知,ϕ=17.4°。据所取电阻电抗参数值及式Z=√(ωL)2+R2，可得：
负载阻抗Z=√(ωL)2+R2=√102+(2×3.14×50×0.)2=10.5Ω（2）关于控制角移相围的计算
1、将两只晶闸管门极的起始控制点应分别定在电源电压每个半周的起始点，α的最大围是π
α<
<
0，正、负半周有相同的α角。在一个晶闸管导电时，它的压降成为另一晶闸管的反向电压而使其截止。
于是在一个晶闸管导电时，电路工作情况和单相半波整流时相同，其波形如图2。另一晶闸管导通时，情况完全相同，只是i 0相位相差1800。 控制角α，导通角θ与负载阻抗角φ之间的关系为
e tg φθ
φαιθα--=++)sin()sin(
2、 当φα=时，由上式可以算出每个晶闸管的导通角︒=180θ，此时每个晶闸管轮流导通︒180，相当于两个晶闸管轮流被短接，负载电流处于连续状态，输出完整的正弦波，不具有调压效果。
当φα>时，︒<180θ，正负半波电流断续，α越大，θ越小，波形断续越严重，选择合适的α角，可以实现调压效果。
当φα<时，︒>180θ，电路中会形成单相半波整流现象，会形成很大的直流分量，无法维持电路的正常工作。
3、综上可知，当φα>并采用宽脉冲触发时，负载电压电流总是完整的正弦波，改变控制角α，负载电流电压的有效值不会随之改变，故电路失去交流调压的作用，所以在阻感性负载时要想达到交流调压的目的控制角α的实际移相围为παφ≤≤即17.4°≤α≤180°。
（3）关于晶闸管的选型
要想对晶闸管进行选型，须先知道晶闸管的额定电压和额定电
流。
要想求得额定电流需先计算计算晶闸管可能流过的最大有效
电流，即用标么值形式求晶闸管可能流过的最大有效电流，即取φαθ=︒=,180时最大有效电流标幺值TN I 的上限值，即
I TN =[12π∫sin 2(ωt −ϕ)d (ωt )α+θα
]12 =[12π∫sin 2(ωt −ϕ)d (ωt )ϕ+πϕ]12
=0.5 A 即可求得流过晶闸管的最大电流有效值I T 为：
I T =I TN ×√2Z ×U 1=0.5×√210.5
×220 A =14.81 A 为了避免过电流造成的影响，其额定电流要留有一定的余量，通常取其正常电流值的1.5～2倍，此处取1.7，可得该晶闸管的额定电流为：
I N =1.7×14.8
1.57≈16 A
即取晶闸管的额定电流I N =20 A 。
对于晶闸管的额定电压，要先求晶闸管可能承受到的最大正、反向电压。由晶闸管的控制角移相围17.4°≤α≤π及图2可知，在该电路中，晶闸管可能承受的最大正、反压均为2U 1。
同样为防止晶闸管因过流而被损坏，其额定电压要留有一定的余量，通常取正常电压值的2～3倍，此处取2.8倍，即晶闸管的额定电压为：
U N =2.8×√2×U 1=2.5×√2×220≈778V
即可取晶闸管的额定电压V U N 800=。
综上可知，应选取额定电流为A I N 20=，额定电压为V U N 800=的晶闸管。
三．晶闸管触发电路的设计
单相交流调压电路触发电路电路图：
图3 单相交流调压触发电路
单相交流触发电路波形如下：
图4 单相交流调压触发电路波形
该设计的主回路为单相交流调压电路，根据设计条件，对于单结晶体管取分压比8.0
η。为了使VT1和VT2每次导通后的控制角
=
相同并稳定，触发脉冲须在电源电压过零后滞后α角后出现。采用变
压器一次侧接主电路电源，二次侧经处理作为触发电路电源，即为同步信号。当主电路的电压过零点时，保证触发电路的电压，单结晶管保持同步，使电容C 放电完毕，在下一个半波从零开始充电以起到同步作用。
改变R e 即可改变电容充电速度，达到改变α角的目的。由于控制角的移相围παφ≤≤,即17.4°≤α≤π。此处取α=30°，据ft t πωα2==可知：
T =1f =t =1600
s 据)11ln(11η-==C e R T f 及8.0=η可得：
R e C =1.04×10−3
选择稳压二极管VS 的额定电压为5V,由于二极管D 1、D 2的削峰使得触发电路波形均为梯形波，即同步信号波形。将电源同步变压器变比定为22∶1，则同步变压器二次测电压U 2=10V，经过二级管及电阻作用，可使稳压二极管两端电压变为5V ，满足触发电路需要。
四．主电路图的设计
单相交流调压电路主电路图如下：
