ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＷＯＲＬＤ・探索与观察 ＭＡＴＬＡＢ在电力电子技术课程教学中的应用研究 许昌学院电气工程学院（机电工程学院） 欧阳峰 【摘要】本文对晶闸管单相交流调压电路进行了主电路的设计，并在负载是电阻性负载的奈件下，利用ＭＡＴＬＡＩ３进行仿真通过在仿真电 路中调节晶闸管的开通角，得到了不同值开通角情况下的仿真波形，将开通角和输出电压的关系清晰的展现出来通过仿真进行辅助教学， 帮助学生高效理解课程内容。顺利克服重点难点 【关键词】晶闸管；单相交流调压；开通角：电阻性负载 ［ ０前言 交流全交流的变流也路町将交流也流从一种形式变化剑 外一 种彤式。 变化过 ＿Ｉ１，ｉ，ｊ‘渊节电 值、频率神Ｉ铆始十【｛他。根 仃 中Ｉ＇ｎＪ直流环节，交变 路分成直接和间接两种形 。因为间接方 足交直流组合上直变流变换电路，所以交交变流土 讨论直接方 。对 流电路来说，政变电压、电流而不改变频 称为交流｜Ｕ力 控制＿乜路，改变频率称为变频电路。芷 个周波内，控制品州管开 迎的卡Ｈ似，能控制输Ⅲ电压何效值，我们称之为交流涮压电路 ＭＡＴＬＡＢ是以｛ｊ一 为 甜｛的一种科学计算语 ｌ９９３ｑ－出现的 ＳｉＩ＇ｌｆｕｌｉｎｋ可 住ＭＡＴＬＡＢ ．以模块框图进行仿真和¨ 算。Ｓｉｍｕ— ｌｉｎｋ的模块库内容非常Ｉ 谢，利用电力系统模块库的模块， ，＿『以进 琏小 弦交流电路、模拟数宁电路和电力电ｆ电路等的仿真。 １ 交流调压电路的工作原理 把两个品闸管反许联，然后巾联，品闸管就能控制交流输ＨＪ。ｔ 为 不Ｌ 频率，所以称为交流电力控制电路。在半个周波内，控制品闸箭 迎的牛１Ｊ ，即叮控制输出电压仃效值，此电路称为交流渊压电蹄。 交流 周乐电路争 川ｒ异步电动机的软启动，也 ｔＪ Ｊ刳于 步电 动机闻遮。 犬电 或人电流的赢流电源中，交流调 电路也经常 傲｝¨水调节变压器的 次电压。交流凋压电路调竹变 器 次ｆ！Ｊ！Ｉｊ的 电 ，数值适ｆｆ１，并【｛．变 器 二次侧只需连接整流 极管 Ｊ。所 以＿乜蹄体积不人、成水小岛、且没计制造都比较简 。 ２主电路设计 输入交流电频率为５０Ｈｚ，电压有效值为２２０Ｖ，负载取为 ＝４Ｑ 的｝Ｕ ¨：负载。主电路 如２—１所示。 ＶＴ 图２—１主电路图 汁铮品闸管电流仃效值 的最人值： ｔ ： ｗ× ＝３８ ８８Ａ 那么钡定电流的似赴： ，一 二坐 ： 二 ３７ １～４９ ５Ａ １．５ ７ ｌ ５ ７ 最人反向电压是： ＝ ￣２２０＝３１ｌ ＩＶ 嚣虑剑安全裕量，额定电爪的值取为： ＵＮ；（２～３）ｘ ３ｔ１ １＝６２２ ｌ ９ ２４Ｖ ｆ｝｛ 汁算结果，【ｌｊ选绷定电压足８００Ｖ，额定电流足４０Ａｆｌ，＇Ｊ品１中Ｊ管。 ３带电阻负载时交流调压电路波形及相控特性分析 ０蚕｝ 图３—１单相交流调压电路及其波形 ｌ ３．１所示是负载是电阻性负载时的 相交流调压电路图及波形。 ｌ㈨‘甲ｊ许ｖＴ１平ｉｌｖＴ２川一个 向品 管取代也是州’行的。 的 正、 ｌ¨】，埘ｖＴ１的开通角进 制： ｔｌ 的负半周期，埘ＶＴ２的 开迎『ｆｊｎ进 控制。ｌ卡ＪＪ始时刻（ａ＝０）是电压处于过零时刻，处 稳 态１１，ｊ Ｉｆ 债、卜周的ｎ栩同。 此｝Ｕ路『叮 ＭＡＴＬＡＢ中进 垃电路仿 模 。 （１）、Ｊ， ＝０。时，电阻Ｒ＝４Ｑ，ＶＴｌ导通１８０。之后，ＶＴ２ 导 通，廿敛ＶＴ２Ｉｔｑ问比ＶＴｌ大０。０１ Ｓ，所以： ｌ＝００２ｓ／３６０ ×ｏ。＝ｏ ＯＯｓ ２＝０．０２ｓ／３６０￣ ＋００１＝ｏ ０１ａ ｆ ３—２所示。从 ３—２波形呵以看出， ａ＝０。时． Ｍ镎 导通，ＶＴｌ 迎１ ８０。 ，ＶＴ２导通， 竹 许 通，输…电 最大， ，，＝“，，功 数『ｆＪｌ＝ｌ。 蚀牵氓 ｝誊 日 目叠 ０００５ ０们 ｏ０ｔ５叫弦 ａ瞄００３ Ｏ蛹 ０‘００４５ ３１。５ 图３—２单相调功电阻负载时ａ＝０。时的波形 （２） ｌａ＝３０。时，电阻Ｒ＝４￣２，延 ３０。，ＶＴｌ导通１ ８０。之』 电早世界 ・３ ｌ・ ＥＬＥＣＴＲＯＮｌＣＳ ＷＯＲＬＤ・高 霉与 目 赛 ＶＴ２导通，导致ＶＴ２的时间比ｖＴｌ大０．０１ Ｓ，所以： ｎ：ｏ０ ／３６ｏ ｘ ３０ ＝０．０１６６６７ｓ，‘ ＝ｏｎ ／３６ｏ。ｘ３０。＋ｏ０１＝ｏ０１￣５７ｓ 仿真结果如图３．３所示。从图３．３波形可以看出，当ａ＝３０。时，对于 ＶＴＩ来说，当“．为正向电压时，由于触发角的存在，晶闸管不会立刻 导通，延迟３Ｏ。之后晶闸管导通，晶闸管导通后两端电压为０；同理， 当“ 为反向电压时，反向晶闸管会延时３Ｏ。之后导通导通后晶闸管两端 的电压为０。延迟３０。之后负载的波形和输出电压的波形一样。 ｔ篓Ｆ ＝ ＝ 舄 图３—３单相调功电阻负载时ｃｔ＝３０。时的波形 （３）当ａ＝９０。时，电阻Ｒ＝４ｆ￣，延迟９０。之后，ＶＴｌ导通，由于 ｖＴｌ导通１８Ｏ。后，ＶＴ２导通，所以ＶＴ２的设置时间比ＶＴｌ多０．０１Ｓ， 所以ｖＴｌ￣［１ＶＴ２触发脉冲设置的时间分别为： １＝０．０２Ｓ／３６０。ｘ９０ ＝ｏ ００５ｓ． ２＝０．０２ｓ／３６０。ｘ９０ ＋ｏ．０１＝ｏ．０１５ｓ 仿真结果如图３．４所示。从图３—４波形可以看出，当ａ＝９０。时，对于 ｖＴｌ，当“ 为向电压时，由于触发角的存在，晶闸管不会立刻导通，延 迟９Ｏ。之后晶闸管导通，晶闸管导通后，此时晶闸管两端电压为０；同 理，当“ 为反向电压时，反向晶闸管会延时９０。之后导通，导通后晶闸 管两端的电压为０。延迟９Ｏ。之后负载的波形和输出电压的波形一样。 图３—４单相调功电阻负载时ａ＝９０。时的波形 （４）当０ｔ＝１２０。时，电阻Ｒ＝４Ｑ，延迟ｌ２Ｏ。之后，ＶＴｌ导通，由 于ｖＴｌ导通ｌ８０。后，ＶＴ２导通，ＶＴ２的设置时间比ｖＴｌ多０．０１Ｓ， ＶＴＩ和ＶＴ２触发脉冲设置的时间分别为： ｌ＝ｏｏ￣Ｄ６ｏ＂×ｌ２矿＝０ ｏｏ６６６７ｆ． ：ｏ ｏ ，３６ｏ。￣１２０＂＋０ｏＩ＝００１￣７ｓ 仿真结果如图３．５所示。从图３．５波形可以看出，当ｃｔ＝ｌ２０。时，对于 ＶＴＩ来说，当“，为正向电压时，由于触发角的存在，晶闸管不会立刻导 通，延迟１２０。之后晶闸管导通，晶闸管导通后两端电压为０：同理，当 为反向电压时，反向晶闸管会延时１２０。之后导通，导通后晶闸管两端 的电压为０。延迟１２０。之后负载的波形和输出电压波形一样。 图３—５单相调功电阻负载时ａ＝１２０。时的波形 ・３２・ 电子Ｉｌｌ＇ｌｉｔ （５）当ｎ：ｌ ８０。时，电阻Ｒ＝４Ｄ，延迟ｌ ８０。之后，ＶＴ１导通， 由于ＶＴｌ导通ｌ８Ｏ。后，ＶＴ２导通，所以ＶＴ２的设置时间比ＶＴｌ多 ０．０１ｓ，所以ＶＴ１和ＶＴ２触发脉冲设置的时间分别为： ＝００２ ，３ Ｘ１８０。＝ｏ．ｏｈ．Ｉ ＝ｏ．ｏ２￣／３６ｏ０ｘ１８０ ＋ｏＯｌ＝ ｏ２ 图３—６单相调功电阻负载时ｎ＝１８０。时的波形 仿真结果如图３．６所示。从图３．６波形可以看出，此时Ｕ。为正向 电压，由于ＶＴ２的延时时间到，所以在这段时间内为ＶＴ２导通，所 以此时晶闸管的波形与Ｕ，相反；同理，当ｄ＝ｌ ８０。时，ＶＴ２关断， ＶＴ１导通，此时“．为反向电压，晶闸管的输出波形与Ｕ．相反。而对 于负载来说，虽然触发角到来了，但是电压的方向不能满足晶闸管 的导通条件，因此负载的波形近似输出为０。 ４计算与分析 负载电压有效值： ＝厨 霹 故移相范围为０。 ａ １ ８０。。ａ＝Ｏ。时，输出电压达到最大值 “。＝ ．。当ａ逐渐增大，“。会越来越小，ａ＝１８０。时，“。＝０。 负载电流有效值： 晶闸管电流有效值： ‘＝ Ｊ：（亟 ） ｉＵｌ ｔｌ了ｘ－ｃ￣ｔ ｓｉｎ２ａ） 功率因数： 一Ｐ ｕｄｏ：Ｓ ｕ一０ ｕ１ ： ｆＶｚ ｓｉｎ２ ＋ 竺 厅 ａ＝Ｏ。时，功率因数 ｌ，ａ变大，电流相位滞后于电压相位， 降低。晶闸管承受最大正反向电压为： ＝４－ｗ２＝ ｘ２２０Ｖ＝３１１Ｖ ５结束语 本设计的电路图比较基础，但通过对仿真结果的分析，将调压 电路中开通角ａ的变化对波形的影响非常清晰的呈现了出来。 本设计也进一步展现了ＭＡＴＬＡＢ仿真的强大功能，随着基于 ＭＡＴＬＡＢ的仿真平台及相关模块库的进一步丰富，ＭＡＴＬＡＢ必会 成为越来越完善的仿真工具。在教学中引入现代化教育手段，实现 理论与实验的结合，增强教学的直观性和灵活性，克服教学中的难 点和重点，激发学生的学习兴趣，加深学生对原理的理解，提高授 课效率，收到了令人满意的效果。 参考文献 ｆ１１王兆安电力电子技术ｆＭ１．机械工业出版社，２（）０９． 『２１王云亮电力电子技术ＩＭ１．电子工业出版社，２０（）９． 『３１李宏．常用晶闸管触发器集成电路及应用【Ｍ１．科学出版社，２ｌＩ１１ 【４】赵良炳现代电力电子技术基础ｆＭ】．清华大学出版社，１９９９． 『５１洪乃亮．电力电子和电机拖动的控制系统的ＭＡＴＬＡＢ仿真 ｆＭ１．机械工业出版社，１９９３．
