单相交流调压电路实验

一、实验目的和要求

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、实验内容和原理 1. 实验内容

（1）单相交流调压带电阻性负载

（2）单相交流调压器带电阻-电感性负载 2. 实验原理

本实验采用了锯齿波集成移相触发器。该触发器适用于双向晶闸管或者两个反向并联晶闸管电路的交流相位控制，具有锯齿波形线性度好、移相范围宽、控制方式简单、易于集中控制、有失交保护、输出电流大等优点。

单相晶闸管交流调压器的主电路由两个反向并联的晶闸管组成，如图所示：

单相交流调压器主电路原理图

单相交流电路可以实现对交流电正负半周的对称控制，达到可以方便调节输出交流电压大小的目的，实现交流控制。 （1）电阻性负载

通过调节控制角α的大小可以实现交流电路的可调压输出，其波形为“缺块”的正弦波。负载电阻电压有效值为

U晶闸管电流有效值为

12U12sin2tdtU11 sin221IT22U12sin2tU1dtR2R1sin2 (1)22

（2）电阻电感性负载

VT1和VT2分别在U1正半周和负半周触发导通，但是电感电流等于0时才能关断。调压器调节大电感和电阻负载时，需保证宽脉冲出发或后延固定、前沿可调、最大宽度可达180°的脉冲列触发。

三、主要仪器设备

1. MCL现代运动控制技术实验台主控屏

2. 给定灵素封锁器、速度变换器、速度调节器、电流调节器挂箱 3. 单结晶体管、正弦波、锯齿波触发电路挂箱 4. 滑线变阻器 5. 双踪记忆示波器 6. 数字式万用表

四、操作方法和实验步骤

1. 单相交流调压器带电阻性负载

（1）将主控屏I桥的两只晶闸管VT1和VT4反并联形成交流电调压器，将触发器的输出脉冲G1、K1、G3、K3分别接至主电路相应的VT1和VT4的门极和阴极

（2）把开关S拨向左边，接上电阻性负载（可用两只滑线电阻器并联），并调节电阻值到最大

（3）将给定器的接地端与锯齿波触发电路7端相连，给定电位器RP1逆时针调到底，使得Uct=0.调节锯齿波同步移相触发电路偏移电压电位器RP2。使得a=150°

（4）合上主电源，调节主控制屏输出电压，使得U=220V。用示波器观察负载电压u=f（t），晶闸管两端电压Uct=f（t）的O型，调节Uct，观察不同a角时各波形变化，并记录a=60°、90°、120°的波形 2. 单相交流调压器电阻电感性负载

（1）在做电阻电感实验时需调节负载阻抗角大小，因此需要知道电抗器的内阻和电感量。可采用直流伏安法来测量内阻。电抗器的电感量可以采用交流伏安法测量。由于电流大时，对电抗器的电感量影响很大，采用自耦调压器调压，多测几次取得平均值，从而可以得到交流阻抗。 电抗器内阻为：RUL

LI22ZRLL电抗器电感为：L 2f负载阻抗角为：tg1LRdRL

实验中，想要改变阻抗角φ，只需改变电阻器Rd的数值即可

用直流伏安法测电抗内阻与用交流伏安法测量电感量

（2）断开电源，改接电阻为电感性负载。合上电源，用双踪示波器同时观察负载电压u和负载电流I的波形。调节Rd的数值，使阻抗角φ（失控点）为一定值；观察不同α角波形变化情况，记录、、

三种情况下负载两端电压u和流过负载电流i的波形

五、实验数据记录和处理

1. 测量电感的电感值和内阻值 （1）直流伏安法测量 测量次数 1 2 3 （2）交流伏安法测量 测量次数 1 2 3 （3）计算φ角

电压值 21.4 23.4 25.2 电流值 0.102 0.111 0.119 电抗值 209.80 210.81 211.76 平均电抗值 210.79 电压值 1.53 1.70 1.84 电流值 0.126 0.142 0.154 电阻值 12.14 11.97 11.95 平均电阻值 12.02 RL12.02 ZL210.79

22ZLRLL0.67H

2ftg12. 电阻负载波形

LRdRL21.73

纯电阻负载α=60°波形

纯电阻负载α=90°波形

纯电阻负载α=120°波形

3. 电感电阻负载波形

电阻电感性负载α=90°波形

电阻电感性负载α=120°波形

电阻电感性负载α=20°波形

失控波形

六、实验结果与分析

电阻电感性负载时，α角与φ角响应关系的变化，对调压器工作影响很大。 （1）当α=φ时，负载上获得最大功率，电流临界连续

（2）α>φ时，电路正负半波不会连续，导通角小于180°，并且α越大，导通角越小。

（3）α<φ时，VT1的导通时间超过π，触发VT2时，VT1还处于导通状态，所以VT2不导通，i0过零后，VT2触发导通；衰减过程中，VT1导通时间缩短，VT2导通时间渐长。 所以，电阻电感性负载稳态时α的移相范围应该在φ<α<π 七、讨论、心得 1. 思考题

（1）交流调压器在带电感性负载时可能会出现什么样的现象？为什么？如何解决？

感性负载会产生反向感应电动势，使调光器中的可控硅误触发而失灵。电压过零为负值后。还要经过一个延迟角，电流才会降到零，所以已经导通的晶闸管也要经过一个延迟角才会关断。 接零后就能有效的吸收感性器件产生的脉冲，使得调压器能保持基本稳定的工作 （2）交流调压器有哪些控制方式？应用场合有如何？ 交流调压有斩波、电感耦合、磁感应、容差、阻变等方式

应用场合：交流调压电路广泛应用于灯光控制及异步电动机的软启动，也用于异步电动机的调速过程。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，在高电压小电流或者低电压大电流直流电源中，也尝尝采用交流调压电路调节变压器一次电压。 2. 心得、体会

（1）通过本次实验，加深了对单相交流调压电路的电路图以及电路原理的了解，通过对不同相位角α的调节之后对博兴的观察，我更加体会到了交流调压阻感性负载时对移相范围的要求。 （2）观察示波器的时候需要注意，20V与200V的电压标记符之间的切换是长按接地键，但是这个时候该通道会实现接地操作，需要再摁一下接地按钮才能调回原来的波形。由于我们之前没有意识到这一点，在没有出现波形的时候，我们还认为表笔或许已经坏掉了，下次试验一定注意。

（3）因为需要测量晶闸管两端电压以及负载两端电压，所以接地端应该设置在晶闸管与负载之间的线路

上的某一点。因为本次实验是交流实验而并非直流实验，用到的电压电流全都是交流状态，所以无需调整波形的上下。

（4）电阻电感性负载实验时，因为φ角的存在，波形的α零度并非在波形由平缓到上升的一瞬间，而是需要向前调整一个φ角才是真正的α零度位置。实验中，在纯电阻调节示波器的时候，可以将α零度角事先设置在示波器显示屏的网格上，然后不动调节器，之后的α零度相位就会一直在那个点不动。

（5）本次实验关注点最大的就是移相角α的调节范围。当调节锯齿波触发器脉冲到α<φ时，如果向后调节α，是不会回到原来的波形的，这个时候如果想要重新回到原来的波形状态，最好的办法就是减小φ角，即增大变阻器电阻R（因为电感的内阻和电感值是固定不变的），从而重新实现φ<α<π的条件中。