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1、5.1 交流调压电路5.1 交流调压电路交流调压电路电力电子技术电力电子技术( (第第5 5版版) )第第5 5章章 交流变换电路交流变换电路5.1 交流调压电路交流调压电路 1 1、交流调压电路、交流调压电路: :用来变换交流电压幅值（或有效值）用来变换交流电压幅值（或有效值）的电路。的电路。 2 2、交流调压的实现方法：、交流调压的实现方法：通过控制晶闸管在每一个电源通过控制晶闸管在每一个电源周期内的导通角的大小（相位控制）来调节输出电压的大小。周期内的导通角的大小（相位控制）来调节输出电压的大小。 3 3、交流调压电路应用：、交流调压电路应用： 电炉的温度控制电炉的温度控制 灯光调节灯光
2、调节 （如舞台灯光控制）（如舞台灯光控制） 异步电机软起动异步电机软起动 异步电机调速异步电机调速 调节整流变压器一次侧电压调节整流变压器一次侧电压工作原理：工作原理： T1 、T2 构成无触点交流开关构成无触点交流开关 电源正半周：电源正半周：T1触发触发 导通，导通，电源的正半周施加到负载上；电源的正半周施加到负载上； 电源负半周：电源负半周：T2触发导通，触发导通，电源负半周便加到负载上；电源负半周便加到负载上； 电源过零：电源过零：T1、T2交替触发交替触发导通，电源电压全部加到负载；导通，电源电压全部加到负载； 关断关断T1、T2：电源电压不能：电源电压不能加到负载上。加到负载上。5
3、.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路图图 5.1.1 单向交流调压器电路单向交流调压器电路 单向交流调压电路的工作情况与它的负载性质有关单向交流调压电路的工作情况与它的负载性质有关 电源正半周：电源正半周：晶闸管晶闸管T1承受正向电承受正向电压，当压，当t=时，触发时，触发T1使其导通，使其导通，负载上得到缺负载上得到缺角的正弦半波电压；角的正弦半波电压； 电源电压过零：电源电压过零：T1管电流下降为零管电流下降为零而关断；而关断； 电源电压负半周：电源电压负半周：晶闸管晶闸管T2承受正承受正向电压，当向电压，当t=+时，触发时，触发T2使使其导通，则负载上又得到了缺其导通，则负载上又得
4、到了缺角的角的正弦负半波电压。持续这样控制，正弦负半波电压。持续这样控制，在负载电阻上便得到每半波缺在负载电阻上便得到每半波缺角的角的正弦电压；正弦电压；改变改变角的大小，便改变了输出电压有角的大小，便改变了输出电压有效值的大小。效值的大小。5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路图图 电阻性负载时单向交电阻性负载时单向交流电压电路及流电压电路及输出电压波形输出电压波形 1 1、电阻性负载、电阻性负载5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 电阻性负载数量关系：电阻性负载数量关系：（）（） 负载电压的有效值负载电压的有效值 负载电流的有效值负载电流的有效值 2sin2100RURUI（
5、）（） 调压器的功率因数调压器的功率因数 （）（） 图电阻性负载时单向交图电阻性负载时单向交流电压电路及流电压电路及输出电压波形输出电压波形 总结：总结：随着随着角的增大，角的增大，U0逐渐减小。当逐渐减小。当 =时，时，U0=0。 因此，单相交流电压器对于电阻性负载，其因此，单相交流电压器对于电阻性负载，其电压可调范围为电压可调范围为 0U，控制角，控制角的移相范围为的移相范围为0。tdtUU 20)sin2(1 )2sin(21 aaU 2sin21UUUIIUPFOOOO 单相交流调压电路带电阻负载时，输出电压波形正负半波对称，不单相交流调压电路带电阻负载时，输出电压波形正负半波对称，不
6、含直流分量和偶次谐波含直流分量和偶次谐波5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 电阻性负载谐波分析：电阻性负载谐波分析：基波和各次谐波有效值：基波和各次谐波有效值：22on21nnbaU负载电流基波和各次谐波有效值：负载电流基波和各次谐波有效值：RUI/onon式中式中 n=1为基波，为基波，n=3,5,7,为奇次谐波。随着谐波次数为奇次谐波。随着谐波次数n的增加，谐的增加，谐波含量减少。波含量减少。 , 5 , 3 , 1o)sincos()(nnntnbtnatu) 12(cos2211Ua)(22sin2211Ub1) 1cos(111) 1cos(1121nnnnUan) 1si
7、n(11) 1sin(1121nnnnUbn(5.1.4)(5.1.4)(n=3,5,7,)（）（）（）（）5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路2 2、阻感性负载、阻感性负载 （R-LR-L负载）负载）图图5.1.2 5.1.2 带阻感负载单向交带阻感负载单向交流调压电路及输出波形流调压电路及输出波形 单相交流电压器带阻感负载时，单相交流电压器带阻感负载时，工作情况同可控整流电路带电感负工作情况同可控整流电路带电感负载相似；载相似； 当电源电压反向过零时，负载当电源电压反向过零时，负载电感产生感应电动势阻止电流的变电感产生感应电动势阻止电流的变化，故电流不能立即为零；化，故电流不能立即
8、为零； 晶闸管的导通角晶闸管的导通角的大小与控的大小与控制角制角 、负载阻抗角、负载阻抗角都有关。都有关。5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 阻感性负载的工作情况分析：阻感性负载的工作情况分析： 晶闸管晶闸管T T1 1导通时，负载电流导通时，负载电流IoIo满足：满足： (5.1.7) 式中式中 利用边界条件：利用边界条件： ，i i0 0=0=0 可求得可求得：(5.1.8 ) （为晶闸管的导通角）为晶闸管的导通角）T T2 2导通时，上述关系完全相同，只是导通时，上述关系完全相同，只是iO O相差相差1801800 0 图（图（5.1.3)5.1.3)单相交流调压器单相交流调压
9、器以以为参变量时为参变量时与与 的关的关系曲线系曲线 )sin()sin(2 tgtoetZUi t2122)(LRZ RLtg 1 tge )sin()sin( t 1 1、，导通角，导通角 1801800 0，正负半波电流断续。，正负半波电流断续。愈大，愈大，愈小，愈小，波形断续愈严重。波形断续愈严重。 负载电压的有效值负载电压的有效值UO、晶闸管电流平均值、晶闸管电流平均值IdT、电流有效值、电流有效值IT以及负以及负载电流有效值载电流有效值IO分别为：分别为： (5.1.9) (5.1.10) (5.1.12) (5.1.11) 5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路调压电路在不
10、同调压电路在不同时时的工作情况的工作情况 )(2sin2sin)sin2(120 UtdtUUtdetItdT )sin()sin(21tan tdetZUItT2tan2)sin()sin()2(21 cos)2cos(sin ZUTOII2 5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 2 2、 =可得：可得：=180=1800 0 此时，晶闸管轮流导通，相当于晶闸管被短接。负此时，晶闸管轮流导通，相当于晶闸管被短接。负载电流处于连续状态，为完全的正弦波。载电流处于连续状态，为完全的正弦波。 tge )sin()sin(由由0sin (5.1.8)(5.1.8) 调压电路在不同调压电路在不
11、同时时的工作情况的工作情况5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 图（）窄脉冲触发时的图（）窄脉冲触发时的工作波形工作波形 1 1）如果采用窄脉冲触发，会出现）如果采用窄脉冲触发，会出现先触发的一只晶闸管导通，而另一只先触发的一只晶闸管导通，而另一只管子在电流下降为零时，因其门极脉管子在电流下降为零时，因其门极脉冲已经消失不能导通的失控现象。回冲已经消失不能导通的失控现象。回路中将出现很大的直流电流分量，无路中将出现很大的直流电流分量，无法维持电路的正常工作。法维持电路的正常工作。 2 2）采用宽脉冲或脉冲列触发，使）采用宽脉冲或脉冲列触发，使第二个晶闸管的导通角第二个晶闸管的导通角 。
12、即。即可可使使两个晶闸管的两个晶闸管的导通角导通角=1800达到平达到平衡。衡。解决失控问题。解决失控问题。3 3、 1801800 0调压电路在不同调压电路在不同时时的工作情况的工作情况5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路图（）窄脉冲触发时的工图（）窄脉冲触发时的工作波形作波形 当当 时，并采用宽脉冲触时，并采用宽脉冲触发，负载电压、电流总是完整的正发，负载电压、电流总是完整的正弦波，改变控制角弦波，改变控制角 , ,负载电压、电负载电压、电流的有效值不变，即电路失去交流流的有效值不变，即电路失去交流调压的作用。调压的作用。 在电感负载时，要实现交流调压在电感负载时，要实现交流调压的
13、目的，则最小控制角的目的，则最小控制角 （负载（负载的功率因数角）。所以的功率因数角）。所以 的移相范的移相范围为围为1801800 0 5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 1 1） 电流谐波次数和电阻负载时相同，也只含电流谐波次数和电阻负载时相同，也只含3 3、5 5、7 7等次谐波；等次谐波； 2 2） 随着次数的增加，谐波含量减少；随着次数的增加，谐波含量减少； 3 3） 和电阻负载时相比，阻感负载时的谐波电流含量少和电阻负载时相比，阻感负载时的谐波电流含量少一些一些； 4 4） 角相同时，随着阻抗角的增大，谐波含量有所角相同时，随着阻抗角的增大，谐波含量有所减少；减少；单相交
14、流电压器带阻感负载时电流谐波分析：单相交流电压器带阻感负载时电流谐波分析： 5.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路 1 1、三相四线制调压电路特点：、三相四线制调压电路特点： 图图5.1.5(a) 5.1.5(a) 三相三相四线制调压电路四线制调压电路 1）相当于三个独立的单相交流调压相当于三个独立的单相交流调压电路组合而成的；电路组合而成的； 2 2）存在中性线，但是）存在中性线，但是3 3次谐波在中次谐波在中线中的电流大，故中线的导线截面要求线中的电流大，故中线的导线截面要求与相线一致；与相线一致； 3 3）晶闸管的门极触发脉冲信号，同）晶闸管的门极触发脉冲信号，同相间两管的触发脉冲
15、要互差相间两管的触发脉冲要互差180180。 4）各晶闸管导通顺序为各晶闸管导通顺序为T T1 1T T6 6，依，依次滞后间隔次滞后间隔6060； 5 5）因存在中线，可采用窄脉冲触发；）因存在中线，可采用窄脉冲触发； 5.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路 1 1、三相四线制调压电路特点：、三相四线制调压电路特点： 图图5.1.5(a) 5.1.5(a) 三相四三相四线制调压电路线制调压电路 6 6）该电路工作时，零线上谐波）该电路工作时，零线上谐波电流较大，含有三次谐波，控制角电流较大，含有三次谐波，控制角a=90a=90时，零线电流甚至和各相电流时，零线电流甚至和各相电流的有效值
16、接近。若变压器采用三柱式的有效值接近。若变压器采用三柱式结构，则三次谐波磁通不能在铁心中结构，则三次谐波磁通不能在铁心中形成通路，产生较大的漏磁通，引起形成通路，产生较大的漏磁通，引起发热和噪音。发热和噪音。 7 7）该电路中晶闸管上承受的峰该电路中晶闸管上承受的峰值电压为值电压为 ( ( 为线电压为线电压) )。lU32lU5.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路 2 2、三相三线制交流调压电路的特点：、三相三线制交流调压电路的特点： 图图5.1.5 (b)5.1.5 (b)三相三线制三相三线制交流调压电路交流调压电路 1）每相电路必须通过另一相形成回每相电路必须通过另一相形成回路；路；
17、 2 2）负载接线灵活，且不用中性线；）负载接线灵活，且不用中性线； 3 3）晶闸管的触发电路必须是双脉）晶闸管的触发电路必须是双脉冲，或者是宽度大于冲，或者是宽度大于60600 0的单脉冲；的单脉冲； 4 4）触发脉冲顺序和三相全控桥一）触发脉冲顺序和三相全控桥一样，为样，为T T1 1T T6 6，依次间隔，依次间隔6060； 5 5）电压过零处定为控制角的起点，）电压过零处定为控制角的起点， 角移相范围是角移相范围是0 0150150； 6)6)输出谐波含量低输出谐波含量低, ,无无3 3倍次谐波；倍次谐波； 5.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路 图图5.1.6 (a) a=30
18、时负时负载相电压波形载相电压波形 (1) 0 60 时，三个时，三个晶闸管导通与两个晶闸管导通晶闸管导通与两个晶闸管导通交替，每管导通交替，每管导通180 。但。但 =0时一直是三管导通，图时一直是三管导通，图5.1.6(a)所示所示 =30时的负载电时的负载电压波形。压波形。3 3、三相三线制交流调压电路，改变、三相三线制交流调压电路，改变 ，电路中晶闸管的导，电路中晶闸管的导电模式：电模式： 5.1.2 相交流调压电路相交流调压电路 图图5.1.6 (b) a=60时负载时负载相电压波形相电压波形 (2) 60 90时，两管时，两管导通，每管导通导通，每管导通120；图；图5.1.6(b)
19、所示为所示为 =60时负载电时负载电压波形。压波形。 3 3、三相三线制交流调压电路，改变、三相三线制交流调压电路，改变 ，电路中晶闸管的导，电路中晶闸管的导电模式：电模式：5.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路 图图5.1.6 (c) a=120时负时负载相电压波形载相电压波形 (3) 90 150时，两时，两管导通与无晶闸管导通交替，管导通与无晶闸管导通交替，导通角度为导通角度为3002 ，图图 5.1.6(c)所示为所示为 =120时时 的负的负载电压波形。载电压波形。 3 3、三相三线制交流调压电路，改变、三相三线制交流调压电路，改变 ，电路中晶闸管的导，电路中晶闸管的导电模式：电模式：