(完整word版)交流调压原理—可控硅

6。1 交流调压电路

交流调压电路采用两单向晶闸管反并联(图6—1(a））或双向晶闸（图6-1（b））,实现对交流电正、负半周的对称控制,达到方便地调节输出交流电压大小的目的,或实现交流电路的通、断控制。因此交流调压电路可用于异步电动机的调压调速、恒流软起动，交流负载的功率调节，灯光调节，供电系统无功调节，用作交流无触点开关、固态继电器等，应用领域十分广泛.

图6—1 交流调压电路

交流调压电路一般有三种控制方式，其原理如图6-2所示。

图6-2 交流调压电路控制方式

（1）通断控制

通断控制是在交流电压过零时刻导通或关断晶闸管，使负载电路与交流电源接通几个周波，然后再断开几个周波，通过改变导通周波数与关断周波数的比值，实现调节交流电压大小的目的.

通断控制时输出电压波形基本正弦,无低次谐波，但由于输出电压时有时无，电压调节不连续,会分解出分数次谐波。如用于异步电机调压调速，会因电机经常处于重合闸过程而出现大电流冲击，因此很少采用。一般用于电炉调温等交流功率调节的场合。

（2）相位控制

与可控整流的移相触发控制相似，在交流的正半周时触发导通正向晶闸管、负半周时触发导通反向晶闸管,且保持两晶闸的移相角相同，以保证向负载输出正、负半周对称的交流电压波形。

相位控制方法简单,能连续调节输出电压大小。但输出电压波形非正弦，含有丰富的低次谐波，在异步电机调压调速应用中会引起附加谐波损耗，产生脉动转矩等。

（3)斩波控制

斩波控制利用脉宽调制技术将交流电压波形分割成脉冲列，改变脉冲的占空比即可调节输出电压大小.

斩波控制输出电压大小可连续调节，谐波含量小，基本上克服了相位及通断控制的缺点。由于实现斩波控制的调压电路半周内需要实现较高频率的通、断，不能采用晶闸管，须采用高频自关断器件，如GTR、GTO、MOSFET、IGBT等。

实际应用中，采取相位控制的晶闸管型交流调压电路应用最广,本章将分别讨论单相及三相交流调压电路.

6。1。1 单相交流调压电路

单相交流调压电路原理图如图6—1所示，其工作情况与负载性质密切相关。

1．电阻性负载

纯电阻负载时交流调压电路输出电压、输出电流波形如图6-3所示。电路工作过程是:在电源电压正半周、移相控制角时刻，触发导通晶闸管VT1，使正半周的交流电压施加到负载电阻上，电流、电压波形相同。当电压过零时，VT1因电流为零而关断。在控制角为时触发导通VT2，负半周交流电压施加在负载上，当电压再次过零时，VT2因电流为零而关断，完成一个周波的对称输出。

当时，输出电压最大；当时。改变控制角大小可获得大小可调的交流电压输出，其波形为“缺块"正弦波。正因为电压波形有缺损,才改变了输出电压有效值，达到了调压的目的，但也因波形非正弦带来了谐波问题。

交流输出电压有效值U与控制角的关系为

（6—1）

式中为输入交流电压的有效值.

负载电流有效值为，则交流调压电路输入功率因数为

（6-2）

对图6-3所示电阻负载下输出电压进行谐波分析。由于正、负半波对称,频谱中将不含直流及偶次谐波，其富里叶级数表示为

(6—3）

式中

基波和各次谐波电压有效值为

(6—4）

根据式（6—4),可以绘出基波和各次谐波电压标么值随控制角的变化曲线,其电压基值取为。可以看出,随增大，波形畸变严重，谐波含量增大。由于电阻负载下电流、电压同相位，图6-4关系也适合于电流谐波分析。

综上所述，单相交流调压电路带电阻性负载时,控制角移相范围为，晶闸管导通角，输出电压有效值调节范围为，可以采用单窄脉冲实现有效控制。

2。电感—电阻性负载

单相交流调压电路带电感—电阻性负载及各处波形如图6-5所示。

由于电感的储能作用，负载电流会在电源电压过零后再延迟一段时间后才能降为零,延迟的时间与负载的功率因数角有关.晶闸管的关断是在电流过零时刻，因此,晶闸管的导通时间不仅与触发控制角有关,还与负载功率因数角有关，必须根据与的关系分别讨论。

为分析方便，将VT1导通时刻取作时间坐标的原点，这样电源电压可以表达为

(6—5）

在VT1导通的角范围内，可写出电路方程

（6—6）

在初始条件下，方程解为

(6-7）

式中，是负载电流的稳态分量，它滞后于电压一个功率因数角;为以时间常数衰减的自由分量,其初始值与有关;波形如图6-5中所示。

由于时，代入这个边界条件可得

（6-8）

这是一个关于的超越方程，表达了导通角的关系。由于时意味负载电流连续,时意味断续,因此也表达了电流连续与否的运行状态。根据大小关系，角或电路运行状态不同。

1）当时，利用作参变量，可得不同负载特性下曲线族;如图6—6所示。对于任一阻抗角的负载,当时；当至逐步减小时（不包括这个点），逐步从零增大到接近,负载上电压有效值也从零增大到接近,负载电流断续,输出电压为缺块正弦波，电路有调压功能，如图6—7（a）所示.

2）当时，电流中只有稳态分量，电流正弦、连续，。电路一工作便进入稳态，,输出电压波形正弦，调压电路不起调压作用，处于“失控"状态。此时关系如图6—6中的孤立点所示，波形如图6—7（b）所示。

3) 当且采用窄脉冲触发时,由式（6-8）可解出，即每个晶闸管导通时间将超过半周期。由于反并联的两晶闸管触发脉冲相位严格互差180o，故在到来时VT1仍在导通，其管压降构成对VT2的反向阳极电压，VT2不能导通。而当VT1关断后虽使VT2反偏电压消失，但的窄脉冲也已消失,VT2仍不能导通，造成各个周期内只有同一个晶闸管VT1导通的“单管整流”状态,输出电流为单向脉冲波，含有很大直流分量，如图6—7（c）所示。这会对电机、电源变压器之类小电阻、大电感性能负载带来严重危害,此时应考虑改用宽脉冲触发方式。