单相交流调压整流带电机.docx

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单相交流调压整流带电机

单相交流调压整流带电机

一．本实验设计思路：

本实验是利用单相交流调压电路对电机进行调压调速的实验。

即将两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，在每半个周波内通过控制晶闸管开通相位，调节输出电压的有效值，从而实现对电动机调速的目的。

二．主电路实验原理及内容：

主电路由单相交流调压电路、整流电路、二极管续流电路组成。

单相交流调压电路工作原理

单相交流调压器的主电路是在负载和交流电源间用两个反并联的晶闸管T1、T2相连。

当电源电压处于正半周时，触发T1导通，电压的正半周施加到负载上；当电源电压处于负半周时，触发T2导通，电压的负半周便施加到负载上。

电压过零时，交替触发T1、T2，则电源电压全部加到负载。

如果关段T1、T2，电源电压便不能加到负载上。

因此T1、T2构成无触点交流开关。

电路通过控制晶闸管在每一个电源周期内导通角的大小（相位控制）来调节输出电压的大小。

整流电路工作原理

整流电路在工作时，电路中的四只二极管都是作为开关运用，当正半周时，二极管D8、D7导通（D6、D9截止），在负载电阻上得到正弦波的正半周；当负半周时，二极管D9、D6导通（D7、D8截止），在负载电阻上得到正弦波的负半周。

二极管续流电路

续流二极管的作用是在二极管（D6、D7、D8、D9）制作的整流电路里，当二极管（D6和D9或D7和D8、）被反向电压截止时，由于电感线圈会产生电动势，而二极管则起到续流的作用；当二极管（D6和D9或D7和D8、）正向导通时，二极管反向截止。

当其保护期间产生反向电动势的时候起到保护作用。

1、单相交流调压电路设计及分析

交流调压就是将两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，在每半个周波内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。

交流调压电路的工作情况与负载的性质有很大的关系：

（1）电阻性负载

其晶闸管VT1和VT2反并联连接，与负载电阻R串联接到交流电源上。

当电源电压U2正半周开始时刻触发VT1，负半周开始时刻触发VT2，形同一个无触点开关。

若正、负半周以同样的移相角α触发VT1和VT2，则负载电压有效值随α角而改变，实现了交流调压。

移相角为α时的输出电压u的波形，波形如图所示。

（1）在交流电源u1的正半周和负半周，分别对VT1和VT2的开通角

进行控制就可以调节输出电压。

（2正负半周

起始时刻（

=0）均为电压过零时刻，在稳态情况下，正负半周的

相等。

（3）负载电压波形是电源电压波形的一部分，负载电流和负载电压的波形相同。

负载电压有效值：

负载电流有效值：

晶闸管电流值：

电路的功率因数λ

移相范围：

=0～

=0时，相当于晶闸管一直接通，输出电压

为最大值Uo=U2。

功率因数λ=1。

随着增大，Uo逐渐降低，直到

=

π时，Uo=0；输入电流滞后于电压且发生畸变，λ也逐渐降低。

（2）带阻感负载

当负载为电感线圈、交流电动机或变压器绕组时，这种负载称为阻感性负载，电路图如下图。

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，故电流不能立即为零，此时晶闸管导通角θ的大小不但与控制角

有关，而且与负载阻抗角

=arctgwL/r有关。

两只晶闸管门极的起始控制点分别定在电源电压每个半周的起始点，θ的最大变化范围

<=

<180度，正负半周有相同的

角。

此处分

三种工作情况。

综合分析，当单相交流调压电路带感性负载时，为了可靠、有效的工作，并实现调压的目的，应使控制角的移相范围保持在

之间，同时为了避免出现直流分量，晶闸管的控制脉冲应采用宽脉冲或脉冲列触发。

如图：

三．控制电路实验原理及内容：

（1）触发电路的选择

采用KC05晶闸管移相触发器，该触发器适用于双向晶闸管或两只反向并联晶闸管电路的交流相位控制，具有锯齿波线性好，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，是交流调压电路的理想电路。

（2）触发电路的工作原理

图1单相交流调压触发电路原理图

KC05及KC05工作原理

图2KC05的结构和工作原理

图3KC05相关点波形

同步检测是由KC05内部的整流桥VD1-VD4和V1、V2组成。

脚15、脚16接交流电源同步变压器，再同步电压正负两个半周内绝大部分时间几乎都能使V1、V2处于完全导通状态，只有在电网电压在过零点附近，即小于3个PN结开启电压值之和时，V1、V2才截止，由此来控制锯齿波电压的形成，由于二极管的钳位作用，脚15、脚16之间的电压为正负间隔出现的近似梯形波电压，梯形波的幅值Vm=2Vd+Vbe1。

如图3（a）所示

锯齿波形成环节由V3、Vdz1、V5、V6和V5发射极脚4的外接电容C1构成。

依靠电容C1的充放电作用在它两端产生锯齿波电压。

同步电压过零时，V1、V2截止，V3、V5导通，向电容C1充电，由于充电时间常数很小，C1两端电压迅速充至Vdz1的稳压值8伏左右，作为锯齿波电压的峰值。

同步电压过零之后，V1、V2导通，V3、V5截止，电容C1的电荷经V6恒流放电，形成锯齿波电压的下降沿，调节V6外接偏置电阻R1就能调整锯齿波电压的斜率。

锯齿波电压波形如图3（c）所示。

脉冲移向环节由V8、V9、V10、Vdz2、V11组成。

V7、V8、V9为恒流源组成的差放电路，起到比较放大的作用。

移相电压接至KC05的脚6，当线性下降的锯齿波电压大于移相电压时，V8导通，V9、V10、Vdz2、V11截止。

当锯齿波电压小于移相电压时，V9、V10、Vdz2、V11导通，V11的导通经过脉冲形成环节产生脉冲输出。

脉冲形成环节由VD8、V12、V13、V14，脚13外接电容C2、脚10外接电阻R2组成。

V11导通时调整偏置电阻R2使V12导通，与此同时，C2经VD8、V12充电，极性为左正右负。

当V11导通时，电容C2上的电荷以反压的形式加于VD8与V12发射结两端，迫使V12截止。

复合管V13、V14为输出驱动管，在V12截止期间，V13基极为高电平，通过外接驱动电路触发双向晶闸管。

同时C2由15伏电源、R2、V11反向充电，脚10端电压逐步上升，当该电压大于VD8和V12开启电压时，V12导通，V13、V14截止，输出脉冲终止。

调节时间常数R2、C2的大小就能获得合适的脉冲宽度。

KC05引脚相关的电压波形如图3所示。

若将KC05的脚2与脚12相连，便组成了失交保护环节，所谓“失交”就是指一旦移相电压大于锯齿波电压峰值时（此时两电压不存在交点），V9、V10、V11、V12保持导通，V13、V14、保持截止，电路无脉冲输出，电动机在较高的速度下骤然停止，对控制不利。

若将KC05的脚2与脚12相连，在电网电压过零时，V1、V2截止，V3、V4导通，V4导通时管压降加于Vdz2和V11的发射结两端，强迫使V11截止，当电网电压过零后，V1、V2导通，V3、V4截止，Vdz2、V11导通，电容C2上预充电电压强迫使V12截止，V13、V14导通，输出触发脉冲，因此，当移相电压大于锯齿波电压峰值时，使晶闸管工作

于全导通状态，电机在满电压下运行。

四．电动机工作原理：

电枢电路的工作原理

该课程设计为电动机调速，它是励磁电流不变，改变电枢端电压来实现的，即调压调速；电动机的励磁绕组是由三相不可控整流电路来供电的；电枢绕组是由可调电压的单相桥式不可控控整流电路供电。

负载为直流电动机时，如果出现电流断续则电动机机械特性将很软，导通角越小，则电流波形底部就越窄。

在直流输出侧串联一个大电感，平稳负载电流的脉动，保证整流电路连续。

与电机相连的滑动变阻器起调压作用。

续流二极管的作用是在二极管（D6、D7、D8、D9）制作的整流电路里，当二极管（D6和D9或D7和D8、）被反向电压截止时，由于电感线圈会产生电动势，而二极管则起到续流的作用；当二极管（D6和D9或D7和D8、）正向导通时，二极管反向截止。

当其保护期间产生反向电动势的时候起到保护作用。

励磁电路的工作原理

如图所示，用三相半波整流电路为励磁电路供电，三个二级管采用共阴极连接方式，三个二级管中只有阳极电压最高的可以导通，三个二极管的相电压中哪一个的值最大，则该项所对应的二极管导通，并使另两相的二极管承受反压而关断，输出整流电压，即为该相的相电压，所以在一个周期中，VD1.VD2，VD3轮流导通，每管各导通120度，输出电压Uf的波形为三个相电压在正半周期的包络线。

直流电动机D17铭牌数据：

=185W

=220V

=1.1A

=1600rad/min

<0.16A

他励直流电机励磁调节电阻Rf的计算：

励磁绕组两端电压

：

=1.17

若

=

=220V，则

=257.4v

直流电动机励磁调节电阻：

=（

-

）/

此处若取

=0.16A

则

=（257.4-220）/0.16=233.75

五、电路调试：

按图所示安装单相交流调压电路，然后从主电路的电枢回路输入端加入交流电压220V，励磁回路加220V直流电源，把交流调压电路触发电路的开关拨到“开”位置。

然后通电，调节触发电路的RP1，RP2，如果电机转动，说明交流调压电路工作正常。

连接好电路后，首先要检查电路连接是否正确，检查正确无误后才能开始通电，注意把触发电路的开关拨到“开”位置，然后通上点，观察各表的变化情况，也可用示波器测量各点的波形，看是否正确，如果表指示变化，电机也转，说明电路正确，调节触发电路的RP1,RP2可以调节触发角和触发脉冲的斜率，从而改变输入的有效值，改变电机转速。