单相交流调压电路的性能研究

课程设计说明书 NO.1

单相交流调压电路的性能研究 一、 设计目的 熟悉单相交流调压电路的工作原理,分析在电阻负载时的输出电压和电流的波形相控特性。明确交流调压电路在电阻负载时其相控角α应限制在π>α>ψ的范围内。 二、设计指标 1．输入电压：单相交流220伏、50赫兹。 2．输出功率：0.5kw 3．用集成电路组成控制电路。 4．负载性质：电阻。 三、设计方案 1. 单相交流调压主电路及触发电路图 图一 单相交流调压主电路及触发电路图 沈 阳 大 学 课程设计说明书 NO. 2

2.单相交流调压主电路 图二 单相交流调压带电阻负载的主电路图及波形图 在上图中晶闸管VT1 VT2 也可以用双向晶闸管代替 在电源U的正半周内，晶闸管V承受正向电压，当ωt=α时触发V使其导通则负载上得到缺α角的正弦半波电压，当电源电压过0时，V管电流下降为0而关断，在电源电压U的负半周，V晶闸管承受正向电压，当ωt=α+π时，触发V使其导通，则负载上得到缺α角的正弦负半波电压，改变α角大小，就改变了输出电压有效值大小，负载电压电压有效值为 Uo????1??2U1sin?td??t??U1?21???sin2??2?? 负载电流有效值 Io?UoU?RR1???sin2??2?? 晶闸管电流有效值 IT?12??2U1sin?t???d??t??U1????RR???21?sin2?(1??)2?2? 沈 阳 大 学 课程设计说明书 NO. 3

PUoIoUo1??????sin2??电路功率因数 ??SU1IoU12?? 由图和公式可以看出α移项范围从0到π，α=0时，相当于晶闸管一直接通，输出电压为最大值，Uo=UI，随着α的增大，Uo降低，直到α=π时，Uo=0，此外，α=0时，功率因数λ=1，随着α的增大，输入电流落后于电压并且发生畸变，λ也随之降低。 3.单相交流调压电路谐波分析 由主电路图可以看出，负载电压和负载电流均不是正弦波，含有大量谐波，由于波形正负半波对称，所以不含直流分量和偶次谐波，用傅立叶级数表示 uo(?t)?n?1,3,5,??(a?ncosn?t?bnsinn?t)

2U1(cos2??1) 上式中 a1?2? b1?2U1?sin2??2(???)? 2?2U1?11?????an?cos(n?1)??1?cos(n?1)??1?? (n=3,5,7,?) ??n?1n?1?bn?2U1?11?sin(n?1)??sin(n?1)?? (n=3,5,7,?) ??n?1n?1??基波和各次谐波有效值 Uon? 1222an?bn (n=1,3,5,7,?) 负载电流基波和各次谐波有效值 Ion?Uon/R 电流基波和各次谐波标么值随??变化的曲线（基准电流为??=0时的有效值） 沈 阳 大 学 课程设计说明书 NO. 4

4．单相交流调压触发电路 本次设计中采用的是KC04触发器，在单相交流调压电路中，触发电路很重要，所以我们必须的对器件KJ004作一个深入的了解。 KC04：输出两路相位差180度的移相脉冲，可以方便地构成全控桥式触发线路；输出负载能力大，移相性能好，正负半周脉冲相位值均衡性好，移相范围宽，对同步电压要求小，有脉冲列调制输入端等功能。适用于单相、三相全控桥式供电装置中。 下面我们看一下KC04的内部原理图 图三 KC04的内部原理图 主要技术数据： （1）电源电压：±15V；允许波动±5%（±10%时有功能） （2） 电源电流：正电流≤15mA，负电流≤8mA （3） 同步电压：一般交流30V （4） 同步输入端允许最大同步电流：5mA 沈 阳 大 学 课程设计说明书 NO. 6 （2）计算负载电压有效值 由负载电压公式Uo?α时的Uo，由下表所示 角α度数（0） 0 30 60 90 120 150 ???1??2U1sin?td??t??U1?21???可以求得取不同sin2??2?? U1 取值（V） 155.56 155.56 155.56 155.56 155.56 155.56 表一 不同α时的U0 U0 取值（V） 155.56 153.30 125.15 110.00 83.96 68.19 四、结果分析 这个设计是让我们看电阻负载时候的电压波形和电流波形，由于角度不同，电压和电流也不同，由上面的表格可以看出α越大，U0越小，直到α=1800时U0=0，随着α的增大，输入电流落后于电压并且发生畸变，λ也随之降低。 这是由负载电压公式决定的。 沈 阳 大 学

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