三相交流调压电路的分析与仿真

李衍孜

【摘 要】Based on the analysis of the operation principle and mode of the single-phase AC voltage-regulation circuit, the voltage-regulating rule and effect of three-phase AC voltage-regulation was studied deeply in the paper. The theory of the three-phase star-style AC voltage-regulation circuit was tested in matlab/simulink, the simulation result proved the analysis of the theory of the three-phase AC voltage-regulation circuit was correct.%在分析单相交流调压电路运行原理和工作方式的基础上，深入研究了三相交流调压电路的调压规律和调压效果，并在Matlab／simulink仿真平台上对三相星形无中线交流调压电路的理论部分进行了验证，结果表明：三相交流调压电路的分析是正确的．

【期刊名称】《南阳师范学院学报》 【年(卷),期】2012(011)012 【总页数】4页(P39-42) 【关键词】交流调压;控制;仿真 【作 者】李衍孜

【作者单位】东北电力大学电气工程学院,吉林吉林132000 【正文语种】中 文

【中图分类】TM714.2;TP391.9

0 引言

交流调压电路一般采用相位控制，其特点是维持频率不变，仅改变输出电压的大小，它广泛应用于电炉温度控制、灯光调节、异步电机的软启动和调速等场合.此外，在高压或低压大功率直流电源中，也常用交流调压电路调节变压器一次电压.在这种电路中如采用晶闸管相控整流电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联，这都不是十分合理的.若采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压电流值都适中，而在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了［1］.这样的电路体积小、成本低、易于设计制造. 1 调压原理

三相交流调压电路形式很多，应用最广泛、性能最优越的是三相交流调压电路，如图1所示的星形三相交流调压电路.三相交流调压器的触发角是从各自的相电压过零点开始算起的.三个正向晶闸管VT1、VT3、VT5的触发信号应互差2π/3，三个反向晶闸管VT2、VT4、VT6的触发信号同样互差2π/3，同一相的两个反并联触发信号互差π.总的触发顺序为VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6，其触发信号依次各差π/3［2］.

星形联结的三相三线情况下由于没有中线，故在工作时若要负载电流通过，至少要有两相构成通路.为了调整电压，需要改变触发脉冲的相位角α.为此对触发脉冲电路的要求是:(1)三相正(或负)脉冲依次间隔120°，而每一相正、负脉冲相隔180°.(2)为了保证电路起始工作时能两相同时导通，以及在感性负载和控制角较大时，仍能保持两相同时导通，与三相全控整流桥一样，要求采用双窄脉冲或宽脉冲触发(大于60°).

图1 星形三相交流电路调压原理图 2 负载电压分析

在星形联结的三相三线情况下，对三相交流调压电路中的某一相来说，只要2个反并联晶闸管中有1个导通，则该支路是导通的.因此，只要能判别各晶闸管的通断情况，就能确定该电路的导通相数，也就能得到该时刻的负载电压值，判别一个周波就能得到负载电压波形，根据波形就可分析交流调压电路的各种工况［3］. 2.1 触发角0°≤α＜60°时

电路处于三个晶闸管导通与两个晶闸管导通的交替状态，每个晶闸管导通角为180°－α.当α=30°意味着各相电压过零后30°触发相应晶闸管.以U相为例，UU过零变正后30°发出VT1的触发脉冲UG1，UU过零变负后30°发出VT4的触发脉冲UG4.U，W两相类似.相应于触发脉冲也可确定各管导通区间.VT1从UG1发出触发脉冲开始导通，UU过零变负时关断;VT4从UG4发出触发脉冲时导通，则UU过零变正时关断.U，W两相类似.

同样由导通区间可计算各相负载所获得的调压电压，表1是U相正半周各区间晶闸管的导通情况、负载电压.

表1 α=30°时各区间晶闸管的导通、负载电压情况0°～180°晶闸管导通情况ωt 0°～30° 30°～60° 60°～90° 90°～120° 120°～150° 15导通URU 0 UU (1/2)UUV UU (1/2)UUW U VT5，VT6导通VT1，VT5，VT6导通VT1，VT6导通VT1，VT2，VT6导通VT1，VT2导通VT1，VT2，VT3 U

U相负半周各时域输出电压与正半周反向对称，V，W两相各时域电压情况与此类似.图2(a)所示为负载相电压波形. 2.2 触发角60°≤α＜90°时

电路任何时刻都是两个晶闸管导通，每个晶闸管导通角为120°.负载相电压波形如图2(b)所示.

2.3 触发角90°≤α＜150°时

电路处于两个晶闸管导通与无晶闸管导通的交替状态，每个晶闸管导通角为300°

－2α.负载相电压波形如图2(c)所示.

图2 不同α时负载相电压波形及晶闸管导通区域 3 三相星形交流调压电路的Matlab仿真 3.1 主电路仿真模型［4］

如图3所示，主电路由四部分组成:三相交流电压源，脉冲触发器，三相星形无中线交流调压电路，三相对称负载.为了方便分析交流输出电压与输入电压的差别，示波器输入电源相电压与交流输出电压两路信号，在同一坐标系下对比.可以直观看到调压的效果.

三相电压源可以根据需要设置，本文仿真的仿真参数如下:UA，UB，UC三相幅值为220，初相位分别为0°、－120°、－240°，频率为50Hz，三相对称. 脉冲触发器用来输出六个晶闸管的触发脉冲，仿真中使用同步6脉冲触发器产生触发脉冲.脉冲触发器模块的内部连接图如图4所示.

同步脉冲触发器用于产生三相桥式整流电路晶闸管的触发脉冲，在一个周期内，它产生6个触发信号，每个触发信号的间隔是60°. 3.2 三相星形无中线交流调压模块

交流调压电路模块即是晶闸管连接模块，是三相交流调压电路的主要部分，通过控制晶闸管的开关就能方便调节交流输出电压的波形及大小，其内部连接图如图5所示.

图3 主电路的MATLAB仿真模型图 图4 脉冲触发器内部连接模型 3.3 Matlab仿真结果与分析

设置好各模块的参数后，点击工具栏的▷按钮开始仿真，仿真设置运行时间为0.08秒.

(1)设置控制角α=0°，即constant模块值为－30，设置控制角 α =30°，即

constant值为0，仿真结果如图6所示.

(2)同样设置控制角α=60°，即constant模块的值为30，控制角 α=90°，即 constant的值为60，得到的输入输出波形如图7所示. 图5 交流调压内部模块

图6 α=0°(左)和α=30°(右)时的输入输出波形

从上面的分析中可以看出，初始状态输入输出波形完好，当控制角为30°的时候，这个波形差异在α=60°和α=90°时表现得异常明显，说明该模型实现了频率不变的交流电压的调节.图中也出现了毛刺的情况，说明电流中含有很多谐波，这和原理图2中的结果一致，整体上不影响三相调压电路的正常运行.

(3)同样设置控制角α=120°，constant模块的值为90，设置控制角α=150°，constant模块的值为120时的输出仿真波形，这里不再赘述. 图7 α=60°(左)和α=90°(右)时的输入输出波形 4 总结

针对三相星形交流调压电路进行了分析和仿真，其带阻感负载由于控制复杂，未能进行仿真.交流调压电路由于其可连续调压，成本低等优势在电力系统无功补偿变压器调压，异步电机的启动与调速具有重要的应用，研究三相交流调压电路的调压方式与调压效果对于其应用有重要的意义.文中虽然已经成熟的交流调压电路的理论进行分析和仿真，但仍然希望能对交流调压电路的应用有所贡献. 参考文献

［1］林伟，臧小惠.基于MATLAB的三相交流调压电路仿真与研究［J］.科技信息，2007(20):58－59.

［2］翟晓烨.三相交流调压电路的仿真与研究［J］.科技资讯，2008(10):243－244.

［3］张忠，张泰伟.简易实用的三相对称交流调压电路的设计与仿真［J］.机械工

程与自动化，2010(1):82－83.

［4］孙茂松.一种三相交流调压电路—三相Y接对称性负载脉宽调压电路［J］.继电器，2004(19):56－58.