电力电子技术(西电第二版)第5章 交流调压电路-PPT精选文档

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。
第5章 交流调压电路
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图5-11 (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
(d) 正弦电源波形；(e) 同步电压信号波形；(f) 晶闸管V6 (g) 晶闸管V7触发脉冲；(h)调功电路输出电压波形
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图5-2 电阻性负载单相交流调压电路工作波形
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负载电压的有效值为
负载电流的有效值为
6 (5-1) (5-2)
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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
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图5-8 (a) 单相交流调功器；(b) 三相交流调功器
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图5-9 单相交流零触发开关电路的工作波形
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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。
③ 加在晶闸管上正、反向最大电压为电源电压的最大值， 即
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(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
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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
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。
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图5-1 单相交流调压器的主电路
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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。
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此时晶闸管电流的平均值为
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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
感负载相似。
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图5-3 电感性负载单相交流调压电路及波形
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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
式中
(5-3)
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当ωt＝α＋θ时，io＝0，将此条件代入式(5-3)，可求得导
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。
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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。
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。
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图5-10 单相过零调功电路的实际案例
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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
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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。
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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
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57所示。
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图5-7 不同控制角α时A (a) α=0°；(b) α=30°；(c) α=60°；(d) α=90°；(e) α=120°
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5.2.2 其他三相调压电路形式
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。
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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。
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图5-6 Y连接三相调压电路
(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。
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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
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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。
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。
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图5-4 单相交流调压是路以f为参变量时θ与α的关系
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图5-5 感性负载窄脉冲触发时的工作波形
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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)
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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
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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
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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
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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°)。