第5章交流调压和直流变换仿真
5.1交流调压仿真
交流调压是指交流电压幅值的变换(其频率不变),它在交流调压、交流调功和交流开关3种交流电力控制器中有着广泛的应用。交流电力控制器通常是指接在交流电源与负载之间,用以实现负载电压有效值和功率调节或开关控制的电力电子装置。
它们可以采用相位控制或通断控制,相应的装置也称为交流调压器、交流调功器和交流电力开关。
5.1.1单相交流调压仿真
单相交流调压电路是交流调压中最基本的电路,它由两只反并联的晶闸管组成。两只普通晶闸管VT1和VT2分别作为正负半周的开关,当一个晶闸管导通时,它的管压降成为另一个晶闸管的反压,使之阻断,实现电网自然换流。单相交流调压仿真模型如图51所示。
图51单相交流调压仿真模型
1. 主电路建模和参数设置
主电路主要由交流电源、两个晶闸管反并联和电阻负载组成。交流电源AC voltage Source的参数设置为: 峰值电压为220V,相位为0°,频率为50Hz,负载为纯电阻10Ω。
2. 单相交流调压控制电路的仿真模型
控制电路的仿真模型主要有两个脉冲触发器组成,分别通向两个反并联晶闸管,参数设置为: 峰值为1,周期为0.02s,脉冲宽度为10,相位延迟时间为0.00167,这是因为本次仿真时把延迟角设定为30°,另一个触发脉冲器的参数中,延迟角和前一个脉冲触发器相差180°,即为0.01167,其他参数设置和前者相同。
3. 测量模块的选择
从仿真模型可以看出,本次仿真主要测量输出的有功功率、负载电压有效值以及流过晶闸管VT1电流的有效值。模块测量的是负载两端电压和负载电流。
仿真算法采用ode23tb,仿真时间为1s,仿真结果如图52所示。
图52单相交流调压仿真结果(1)
从仿真结果可以看出,控制角α可将电源电压“削去”0~α、π~π+α区间一块,从而在负载上得到不同大小的交流电压。还可以看到,输出电压虽是交流,但不是正弦波,波形与横轴对称,没有偶次谐波,而包含有3、5、7、9等奇次谐波。这与用调压变压器进行交流调压输出是正弦波不同,所以,只适用对波形没有要求的场合,例如温度和灯光调节,如果用作其他调压器,则要注意负载容许多大的波形畸变。
对于单相交流调压,负载电压有效值的计算公式为
UR=1π∫πα(2Uasinωt)2dωt=Ua1-2α-sin2α2π(51)
其中,Ua是有效值,由于电源峰值为220V,其有效值Ua为220/2,延迟角α为30°,代入式(51)可计算得到负载电压有效值为153V,而从图52可以看出,负载电压有效值为152.6V。
对于单相交流调压,输出的有功功率的计算公式为
PR=U2aR1-2α-sin2α2π(52)
其中,R=10Ω,可计算输出有功功率为2351W,而从图52可以看出,输出的有功功率为2340W。
流过晶闸管有效值的计算公式为
IVT=1π∫πα2UasinωtR2dωt=Ua2R1-2α-sin2α2π(53)
可计算流过晶闸管电流有效值为10.8A,而从图52可以看出,流过晶闸管电流有效值为10.8A。
现用Powergui模块对负载两端电压进行谐波分析,如图53所示。