单相交流电压控制器的工作原理

　　单相交流控制器工作原理

　　单相交流控制器的工作原理基于晶闸管的角导控制，晶闸管是一种单控整流器 (SCR) 开关，仅允许电流沿一个方向流动。在开关电路中，晶闸管可以并联布置，以使电流可以沿任一方向流过负载。

　　图 1.电子开关中的并联晶闸管连接。图片由 Bob Odhiambo 提供
　　当施加正电压时，晶闸管导通，允许电流流过栅极的端子。即使在移除输入电压后，晶闸管仍保持导通状态，直到达到特定的电流阈值。
　　单相交流电压控制器的工作原理与半波整流电路类似。在电压源V s的个正半波信号中，S1导通直至达到零点。在Vs的负半周期期间，S2导通的周期晚于S1。 S1 的切换允许负负载电流流动。
　　图1中，S1和S2不能同时导通；因此，流经任一开关的源电压 V s与流经负载的源电压相同。由于可控硅的单向性，流过的平均电流不为零。晶闸管触发时的相角就是导通角。通过调节脉冲门的时间，可以控制晶闸管的导通角。
　　电阻负载上的电压

　　带阻性负载的单相交流电压控制器相角控制的电压波形如图2所示。交流电压波形可以在白炽灯调光器电路中看到。交流电压源的波形用V s表示，而开关两端的电压为V sw。晶闸管的触发角由 给出。

　　图 2. 带电阻负载的单相交流电压控制器的电压波形。图片由 Bob Odhiambo 提供
　　为了确定流过电阻负载 (RL) 的输出电压 Vo，需要考虑一些计算。 RL中的电压可以表示为：
　Vo(ωt)=Vmsinωt　　其中方程是对正弦交流电压波形的评估，其中电压随时间变化。方程中，Vm 是瞬时电压 V s的峰值幅度 ，ωt 是时间，其中 是波的角频率，单位为弧度/秒，t 代表时间，单位为秒。
　　负载电压均方根
　　可以通过确定负载电压的均方根 (RMS) 来评估波形的半周期。因此，我们可以将 RMS 负载电压表示如下：　Vo(rms)=1ππ∫a[VmSin(ωt)]2d(ωt)=VS√2×√(1?coscos(a))2　　其中V s是电压源，是晶闸管的触发角。
　　计算示例
　　交流电压波形的峰值电压为 100 V，点火度为 60 度，平均电压为 50 V。计算负载两端的 RMS 电压。
　　\[V_{o(rms)}=\frac{V_{S}}{\sqrt{2}}\times\sqrt{\frac{(1-cos\,cos(a))}{2}}\ ]
　　将电压源V s的峰值电压代入公式中
　

Vo(rms)=100V√2×√(1?coscos(60))2(1?coscos(60))2=0.25

Vo(rms)=100V√2×√0.25

Vo(rms)=70.7×0.5Vo(rms)=35.4V

　　因此，负载上的 RMS 约为 35.4 V。值得注意的是，在 RMS 计算过程中考虑了一些假设。假设负载电流与负载两端的电压同相，并且晶闸管两端的压降为零。
　　单相交流电压控制器中的保护电路
　　交流电压控制器应能够提供的控制，同时工作在状态。为了使其实用化，使用了保护电路来防止可能损坏控制器和负载的故障和故障。
　　保护电路的类型
　　以下是交流电压控制器保护电路的一些变体。
　　过压保护：此方法将流过 RL 的电压限制在更安全的水平。如果没有过压保护，电压升高到超过 RL 的额定值可能会导致其损坏。这种形式的保护可以使用齐纳二极管或与负载并联的可变电阻器来完成。
　　热保护：这可确保控制器免受过热影响。过热会导致电流过大，从而损坏控制器。这种形式的保护使用热开关在超过额定值时中断电流。
　　缓冲电路：该电路用于抑制晶闸管控制器开关过程中出现的高频电压瞬变。该电路由与晶闸管并联的电阻和电容组成，其中电容用于抑制电压瞬变，电阻用于控制电阻两端电压上升的速率。
　　过流保护：这种类型的保护限制控制器中流动的电流。过流是负载过载或短路可能导致的问题。为了保护控制器免受过流影响，如果超过额定值，则使用具有控制器额定值的断路器或保险丝来中断电流。
　　单相交流电压控制器的应用
　　单相电压控制器可用于通过调节系统中流动的电压来调暗灯光系统。灯的强度随着系统电压的降低而降低，使其适合在礼堂和剧院等区域使用。
　　熨烫等加热应用通常需要调节其加热温度。这就是电压控制器发挥作用的地方，它可以调节加热元件中流动的电压，以控制温度并实现加热系统的和高效运行。
　　在电机中，电压控制器可通过控制流经电机绕组的电压来控制电机的旋转速度。这使得改变电机速度变得容易。该控制器还可以应用于各种家用电器，包括冰箱和空调。
　　单相交流电压控制器的优点
　　单相电压控制器对于在电气系统中需要调节的系统中实现电压控制的灵活性至关重要。在这些控制器的设计中，考虑了负载特性和额定值，以提供在状态下高效稳定的运行。控制器设计应能够承受电压波动，以提供具有一致性和平滑性的输出。
　　单相交流电压控制器在现代电气系统中的重要性怎么强调都不为过。随着对能源效率和可再生能源的需求不断增加，控制和调节电压水平的能力变得越来越重要。单相交流电压控制器也是智能电网系统的重要组成部分，它依靠先进的控制技术来管理电流并提高供电的稳定性和可靠性。
　　交流电压控制器的要点
　　晶闸管调节器也称为单相交流调压器，控制负载的强制电压，广泛应用于电机控制、加热、功率调节和照明等领域。
　　单相交流调节器的工作原理基于晶闸管角导通的控制。
　　RMS负载电压可以使用以下公式计算：
　　\[V_{o(rms)}=\frac{V_{S}}{\sqrt{2}}\times\sqrt{\frac{(1-cos\,cos(a))}{2}}\ ]
　　单相交流控制器中电阻负载两端的电压可以使用以下公式计算：　Vo(ωt)=Vmsinωt　　交流稳压器的保护电路用于帮助防止可能损坏稳压器和负载的故障和故障。
　　保护电路的类型包括过压保护、热保护和电流保护。