电力电子技术（西电第二版）第5章交流调压电路.ppt

第5章 交流调压电路,5.1 单相交流调压电路 5.2 三相交流调压电路 5.3 交流过零调功电路,5.1 单相交流调压电路 图5-1所示为单相交流调压器的主电路原理图，在负载和交流电源间用两个反并联的晶闸管V1、V2或采用双向晶闸管V相连当电源处于正半周期时，触发V1导通，电源的正半周期电压施加到负载上；当电源处于负半周期时，触发V2导通，电源负半周期电压便加到负载上电压过零时晶闸管关断当交替触发V1、V2，则负载上可获得正、负半周期对称的电源电压很明显，可通过控制晶闸管在每一个电源周期内的导通角的大小来调节输出电压的大小图5-1 单相交流调压器的主电路,5.1.1 电阻性负载 在图5-1 中，采用相控调压，即通过改变晶闸管触发脉冲的控制角α 来控制交流电压的输出幅值，输出电压波形如图5-2所示图5-2 电阻性负载单相交流调压电路工作波形,负载电压的有效值为 (5-1) 负载电流的有效值为 (5-2),5.1.2 电感性负载 电感性负载单相交流调压电路及波形如图5-3所示图中，ug1、ug2为晶闸管V1、V2的宽触发脉冲波形，R、L负载是交流调压器的最一般的负载。

其工作情况同可控整流电路带电感负载相似图5-3 电感性负载单相交流调压电路及波形,由图5-3(b)可知，晶闸管导通角θ的大小，不但与控制角有关，而且与负载阻抗角有关一个晶闸管导通时，其负载电流io的表达式为 (5-3) 式中,当ωt＝α＋θ时，io＝0，将此条件代入式(5-3)，可求得导通角θ与控制角α、负载阻抗角f之间的定量关系表达式为 (5-4) 针对交流调压器，其导通角θ≤180°；再根据式(5-4)，可绘出θ＝f(α， f)曲线，如图5-4所示图5-4 单相交流调压是路以f为参变量时θ与α的关系,,图5-5 感性负载窄脉冲触发时的工作波形,例5-1 由晶闸管反并联组成的单相交流调压器，电源电压有效值Uo＝2300 V (1) 电阻负载，阻值在1.15 Ω～2.3 Ω之间变化，预期最大的输出功率为2300 kW，计算晶闸管所承受的电压最大值，以及输出最大功率时晶闸管电流的平均值和有效值 (2) 如果负载为电感性负载，R＝2.3 Ω，ωL＝2.3 Ω，求控制角的范围以及最大输出电流的有效值解 (1) ① 当R＝2.3 Ω时，如果触发角α＝0°，负载电流的有效值为 此时，最大输出功率Po=I2oR=10002×2.3=2300 kW， 满足 要求。

流过晶闸管电流的有效值为 输出最大功率时，因为α＝0°，θ＝180°，负载电流连续，所以负载电流的瞬时值为,此时晶闸管电流的平均值为,② 当R＝1.15 Ω时，由于电阻减小，如果调压电路向 负载送出原先规定的最大功率保持不变，则由Po=I2oR= 2300 kW， 得Io=1414 A，因为Io大于R＝2.3 Ω时的电流 (参见①)，所以α＞0 晶闸管电流的有效值为 ③ 加在晶闸管上正、反向最大电压为电源电压的最大值，即,(2) 电感性负载的功率因数角为 最小控制角为αmin=f=π/4 故控制角的范围为π/4≤α≤π 最大电流发生在αmin=f=π/4，负载电流为正弦波，其有效值为,,5.2 三相交流调压电路 5.2.1 三相全波相位控制的Y连接调压电路 用三只双向晶闸管作开关元件，分别接至负载就构成了三相调压电路负载可以是Y连接也可以是△连接图5-6 所示为Y连接三相调压电路通过控制触发脉冲的相位控制角α，便可以控制加在负载上电压的大小对于这种不带零线的调压电路，为使三相电流构成通路，使电流连续，任意时刻至少要有两个晶闸管同时导通图5-6 Y连接三相调压电路,为了调节电压，需要控制触发脉冲的相位角α。

为此对触发电路的要求是： (1) 三相正(或负)触发脉冲依次间隔120°，而每一相正、负触发脉冲间隔180° (2) 为了保证电路起始工作时能两相同时导通，以及在 电感性负载和控制角较大时，仍能保持两相同时导通，和 三相全控桥式整流电路一样，要求采用双脉冲或宽脉冲 (大于60°) (3) 为了保证输出三相电压对称可调，应保持触发脉冲与电源电压同步 (4) 对双向晶闸管而言，一般采用第一、三象限触发下面结合图5-6所示的电路具体分析触发脉冲的相位和调压电路输出电压的关系为了分析清楚起见，我们假设负载为三相对称的电阻性负载，电压、电流波形同相由于是三相对称负载，A、B、C三相负载上的电压是对称的，因此只分析在不同控制角α时，A相负载上的电压波形即可，如图5-7所示图5-7 不同控制角α时A相负载上电压波形 (a) α=0°；(b) α=30°；(c) α=60°；(d) α=90°；(e) α=120°,5.2.2 其他三相调压电路形式 上面简述了典型的三相Y形连接全波调压电路的工作 原理，实际上，三相调压电路的形式很多，各有千秋，在 表5-1中对常用的三相调压电路作了比较5.3 交流过零调功电路 5.3.1 调功器的工作原理 图5-8所示为过零触发单相交流调功和三相交流调功电路。

交流电源电压u、V1和V2的触发脉冲ug1、ug2分别如图5-9所示由于各晶闸管都是在电压u过零时加触发脉冲，因此就有电压uo输出如果不触发V1和V2，则输出电压uo＝0因为是电阻性负载，所以当交流电源电压过零时，原来导通的晶闸管因其电流下降到维持电流以下而自行关断图5-8 交流调功器 (a) 单相交流调功器；(b) 三相交流调功器,,图5-9 单相交流零触发开关电路的工作波形,这样可使负载得到完整的正弦波电压和电流由于晶闸管是在电源电压过零的瞬时被触发导通，这就可以保证瞬态负载浪涌电流和触发导通时的电流变化率(di/dt)大大减小， 从而使晶闸管由于di/dt过大而失效或换相失败的几率大大 减少如设定运行周期TC内的周波数为n，每个周波的频率为 50 Hz，周期为T(20 ms)，则调功器的输出功率P2为 (5-5)  (5-6),5.3.2 调功电路实例 图5-10所示为一个由两只晶闸管反并联的交流开关，包括控制电路在内的单相过零调功电路由图可见，负载是电炉，而过零触发电路是由锯齿波发生器、信号综合、直流开关、同步电压与过零脉冲输出五个环节组成的。

图5-10 单相过零调功电路的实际案例,图5-10所示电路中各主要点的波形如图5-11所示 由于图5-10所示的温度调节系统是手动的开环控制，因此炉温波动大，控温精度低故这种系统只能用于对控温精度要求不高且热惯性较大的电热负载当对控温精度要求较高、较严时，则必须采用闭环控制的自动调节装置图5-11 单相过零调功电路的工作波形 (a) 单结晶闸管产生的锯齿波形；(b) 直流开关B点波形；(c) 直流开关C点波形； (d) 正弦电源波形；(e) 同步电压信号波形；(f) 晶闸管V6触发脉冲； (g) 晶闸管V7触发脉冲；(h)调功电路输出电压波形,,。