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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。

触发信号uG2参数设置: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+180)*0.02/360】。

其他为默认设置脉冲信号发生器相位相差180,如图所示。

晶闸管参数设置:晶闸管Thyristor_VT1、Thyristor_VT2不勾选“Show measurement port” 其他均为默认设置
RLC元件参数设置:电阻(Resistance)R=10Ω,电感(Inductance)H=0H,电容(Capacitance)C=inf,其他设置选项默认设置。

设置Pulse1触发脉冲角α1分别为0°、30°、60°、90°、120°Pulse2触发脉冲角α2对应为180°、210°、240°、270°、300°产生的相应波形分别如图所示。

说明:第一列为电源电压u1。

第二列为脉冲信号Ug1波形,第三列为脉冲信号Ug2波形,第四列为负载电流i0波形,第五列为电压u0波形,第六列为晶闸管两端电压u VT波形。

当α=0°电阻负载时的仿真波形如下:
当α=30°电阻负载时的仿真波形如下:
当α=60°电阻负载时的仿真波形如下:
当α=90°电阻负载时的仿真波形如下:
当α=120°电阻负载时的仿真波形如下:
小结:有以上的这些波形图可以知道,当为电阻负载时,移相角ɑ围为0至180度,当移相角ɑ大于180°时,输出的电压u0、电流i0和晶闸管两端的电压uVT 在没有什么变化。

实验二:单相交流调压电路(阻感负载)
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(阻感负载)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、电感组成。

图2-1
单相交流调压电路(阻感负载)如图2-1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。

二、实验原理
当电源电压U2在正半周时,晶闸管VT1承受正向电压,但是没有触发脉冲晶闸管VT1没有导通,在α时刻来了一个触发脉冲,晶闸管VT1导通,晶闸管VT2在电源电压是正半周时承受反向电压截止,当电源电压反向过零时,由于负载电感产生感应电动势阻止电流变化,故电流不能马上为零,随着电源电流下降过零进入负半周,电路中的电感储存的能量释放完毕,电流到零,晶闸管VT1关断。

当电源电压U2在负半周时,晶闸管VT2承受正向电压,但是没有触发脉冲晶闸管VT2没有导通,在π+α时刻来了一个触发脉冲,晶闸管VT2导通,晶闸管VT1在电源电压是负半周时承受反向电压截止,当电源电压反向过零时,由于负载电感产生感应电动势阻止电流变化,故电流不能马上为零,随着电源电流下降过零进入负半周,电路中的电感储存的能量释放完毕,电流到零,晶闸管VT2关断。

三、实验步骤
在MATLAB新建一个Model,命名为zuganfuzai,同时模型建立如下图所示
图2-2 阻感负载的电路建模图
五、仿真结果
在交流电源U1的正半周和负半周,分别对VT1和VT2的触发延迟角ɑ进行控制,使得输出电压波形为正弦电压的一部分,从而实现调节输出电压的目的,负载阻抗角φ=arctan(ωL/R),负载电压相位滞后于晶闸管输出电压相位φ,把ɑ=0°的时刻定在电源电压过零的时刻,显然阻感负载下稳态时ɑ的移相围为φπ。

仿真参数:仿真参数设置如电阻负载各项设置,无疑不同的是电感的参数设置。

电感参数设置如下:
设置Pulse1触发脉冲角α1分别为0°、30°、60°、90°、120°Pulse2触发脉冲角α2对应为180°、210°、240°、270°、300°产生的相应波形分别如图所示。

说明:第一列为电源电压u1。

第二列为脉冲信号Ug1波形,第三列为脉冲信号Ug2波形,第四列为负载电流i0波形,第五列为电压u0波形,第六列为晶闸管两端电压u VT波形。

当α=0°电阻负载时的仿真波形如下:
当α=30°电阻负载时的仿真波形如下:
当α=60°电阻负载时的仿真波形如下:
当α=90°电阻负载时的仿真波形如下:
当α=120°电阻负载时的仿真波形如下:
文档
小结:由以上的波形可以看得出来,当触发角围为φ<ɑ时,电压输出波形和电压波形相同,晶闸管两端的电压为方波。

当φ<ɑ<180时,波形由上面的波形可知。

总结:在Simulink 环境下利用电力系统模块库中的电力电子器件组建单相交流
调压纯电阻电路,并对电路进行相应的理论分析和仿真实验。

仿真实验结果表明,通过控制 角的大小,单相交流调压电路能够得到很好的调压结果。

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