第6章 交流—交流变流电路
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交流-交流变流电路
2016/2/16
27
6.2 其他交流电力控制电路
6.2.1 交流调功电路 6.2.2 交流电力电子开关
2016/2/16
28
6.2.1 交流调功电路
交流调功电路与交流调压电路的异同比较
◆相同点 电路形式完全相同
◆不同点 控制方式不同 ☞交流调压电路在每个电源周期都对输出电压波形进行 控制。 ☞交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周期,在断
阻感负载单相交流调压电路及其波形
9
6.1.1 单相交流调压电路
以j 为参变量，得a 和θ 的关系如图。◆基本的数量关系
180 140 100 60
☞负载电压有效值Uo
Uo
a
1
a
( 2U1 sin wt ) 2 d (wt )
/(° )
U1
1 [sin 2a sin(2a 2 )] 2
☞ 90°≤ a <150°
2016/2/16
19
6.1.2 三相交流调压电路
■星形联结电路
◆0°≤ a <60° 电路处于三个晶闸管导 通与两个晶闸管导通的 交替 状态，每个晶闸管导通角度
两个SCR导通： 输出线电压的平均值
为180°- a 。
理解：电阻负载
a =0°时是一种特殊情况，
一直是三个晶闸管导通。
第六章交流交流变流电路
ia
ua
VT1
a
VT4 VT3
谐波。 随着次数的增加，谐波含量减少。 和电阻负载时相比，阻感负载时的谐波电流含量少一些。 当角相同时，随着阻抗角的增大，谐波含量有所减少。
图6-6 电阻负载单相交流调 压电路基波和谐波电流含量 17
6.1.1 单相交流调压电路
4、斩控式交流调压电路
工作原理
用V1，V2进行斩波控制，用V3，V4给负
sin( 0.6435) sin( 0.6435)e 3 3
解上式可得晶闸管导通角为：
tan
2.727 156.2
14
6.1.1 单相交流调压电路
晶闸管电流有效值为：
I VT
U1 sin cos(2 ) cos 2 Z
2
U1 2 Z
sin cos(2 ) cos
(6-9)
10
6.1.1 单相交流调压电路
负载电流有效值Io :
I o 2 I VT
(6-10)
晶闸管电流IVT的标么值 : I VTN I VT
式中
Z 2U 1
(6-11)
Z R 2 ( L)2
图6-4 单相交流调压电路为参变量时IVTN和关系曲线
稳态工作情况，U0=U1
12
6交流-交流变换电路
第6章 交流变换电路
将一种形式的交流电能转换成另一种形式的交流电能，称为交流变换。交流变换电路是对交流电路的幅值、频率、相数等参数进行变换的电路，它利用电力电子器件的开关功能，实现交流开关和交流调压的功能。本章主要讲述晶闸管交流调压电路的拓扑结构、控制方式和工作原理及应用；晶闸管调功电路的接线形式、工作原理及应用；交-交变频电路的拓扑结构、工作原理。
本章要求掌握晶闸管交流调压电路的控制方式和调功器的应用，交-交变频电路的工作原理。
6.1 交流变换器类型
根据变换参数的不同，可将交流变换电路分为交流调压电路和交-交变频电路两大类。只改变输出电压的幅值而不改变频率的交流变换电路，称为交流电压控制电路，或通称为交流调压电路。把工频交流电直接变换成频率可调的交流电的交流变换电路，称为交-交变频电路。
交流电压控制电路包括交流调压、交流调功和交流开关三种类型。其中，采用相位控制的交流电压控制电路，称为交流调压电路；采用通/断控制的交流电压控制电路，称为交流调功电路；如果令交流调压器中的晶闸管在交流电流自然过零时关断或导通，则称之为晶闸管交流开关。按照控制方式的不同，可将交流电压控制电路分为相控式电路和斩控式电路。晶闸管相控式调压与相控式整流电路的控制原理相同，都是利用门极脉冲相位的变化来改变输出端电压的幅值。而斩控式电路是通过改变器件占空比来改变输出端电压有效值。按照电网相数的不同，可以将交流电压控制电路分为单相电路、三相三线制电路和三相四线制电路；按照电路结构可以分为星形联结电路、三角形联结电路和其他方式联结电路。
电力电子技术第6章 交流交流变流电路
P Uo Io Uo 1 sin 2 S UI o U 2
（6-4）
6.1.1 单相交流调压电路
（2）阻感性负载 当负载中感抗L与电 阻R相比不可忽略时，该 负载即认为是阻感性负载， 如图(a)所示。 由于电感的作用，负 载电流滞后于负载电压， 也就是说当负载电压（电 源电压）下降到零，负载 中的电流并不下降到零， 晶闸管在电压过零后不关 断，直到电感中能量全部 释放完，电感（负载）中 的电流下降到零，晶闸管 才关断，对应的电路工作 波形如右图所示。
π
1 VT School of Electronics Science and 2 Technology
VT
12/57
6.1.1 单相交流调压电路
在这种情况下，负载电压有效值Uo为
1 1 2 U [sin 2 sin(2 2 )] U o ( 2U sin t ) dt
ui 0 uo 0 ui ui 0 uo 0 uo
t
t
t
t
0
t
0
t
（a）自耦变压器交流 调压方案
（b） 相控式交流 调压方案 图6-1 交流调压的几种方案比较 School of Electronics Science and Technology
（c）斩控式交流 调压方案
5/57
ui 0 uo 0
第6章 交流-交流变流电路
d) 中点控制三角形联结
图6-9 三相交流调压电路
《电力电子技术》 电力电子技术》
6.1.2 三相交流调压电路
第6章 交流 交流变流电路 章 交流-交流变流电路
1) 星形联结电路
三相四线
可分为三相三线和三相四线 可分为三相三线和三相四线
基本原理： 基本原理：相当于三个单 相交流调压电路的组合， 相交流调压电路的组合， 三相互相错开120 工作。 120° 三相互相错开120°工作。 基波和3 基波和3倍次以外的谐波 在三相之间流动， 在三相之间流动，不流过 零线。 零线。 问题：三相中3 问题：三相中3倍次谐波 同相位，全部流过零线。 同相位，全部流过零线。 零线有很大3 零线有很大3倍次谐波电 90° 流。 α =90°时，零线 电流甚至和各相电流的有 效值接近。 效值接近。
ωt
的增大， 逐渐降低， 随着α的增大，Uo逐渐降低， 直 =π时 =0。 到α =π时， Uo =0。 =0时 功率因数λ=1 λ=1， α =0时，功率因数λ=1， 随 增大， 着α增大，输入电流滞后于电压 且发生畸变， 也逐渐降低。 且发生畸变，λ也逐渐降低。
ωt ωt ωt
《电力电子技术》 电力电子技术》
交流调压电路
交流调功电路
交流电力电子开关
《电力电子技术》 电力电子技术》
第6章 交流 交流变流电路 章 交流-交流变流电路
交交变流
4. 斩控式交流调压电路
•一般采用全控型器件作为 开关器件。
•斩控式交流调压电路的输
入是正弦交流电压。 •在交流电源u1的正半周，用 V1进行斩波控制，用V3给负
• 设斩波器件（V1或V2）导 通时间为ton，开关周期为T， 则导通比a = ton/T，通过改 变a 可调节输出电压。
载电流提供续流通道。
t
t
t t
•
TSC电路也可采用晶闸管和二极管反并联的方式，由于二极 管的作用在电路不导通时uC总会维持在电源电压峰值。
• 因二极管不可控，响应速度稍慢，投切电容器的最大时间滞
后为一个周波。
wt
j
wt
wt
• a<j的情况: 在a<j时，若触发脉冲足够宽或脉冲列触发，更容易满 足上述稳态下电流自然交变的开关要求：
io比u1滞后j角（稳态），VT1 已在a角处提前触发， 并且在io 过零变正时一直保持触发。在io 过零变负时 同样保证VT2 及时导通。总之，在交流开关完全短路 的情况下io正弦波所要求的双向电流路径，在a ≤ j 时，由VT1、2完全可以提供。因此，作用效果与交流 开关短路时相同。
– io过零变正时刚好使VT1触通，io过零变负时又刚好使VT2触通， 故输出效果与交流开关完全短路开通的情况相同 。相当于 SCR失去开关控制调压作用。
u
o
交交变换定义及应用
◆交流调功电路——以交流电周期为单位控制晶闸管 通断，改变通断周期数的比，调节输出功率的平均 值
◆交流电力电子开关——并不着意调节输出平均功率， 而只是根据需要接通或断开电路，
6.2 交百度文库调压电路
■交流调压电路的应用：
◆灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制） ◆异步电动机软起动 ◆异步电动机调速 ◆供用电系统对无功功率的连续调节 ◆在高压小电流或低压大电流直流电源中，
则导通比a = ton/T，改变a 可调节输出电压
6.2.1 单相交流调压电路
VD1 V1
u1
i1
O
t
u1
V2 VD2
V3
VD4
R
uo
uo
VD3 V4 L
O
t
图6-8 斩控式图交4-7流调压电路
i1
特性
O
电源电流的基波分量和电源电压同相位， 即位移因数为1
电源电流不含低次谐波，只含和开关周 期T有关的高次谐波
6.3 交流调功电路
谐波情况
图4-14的频谱图（以控
制周期为基准）。In为n 次谐波有效值， Io为导
通时电路电流幅值
以电源周期为基准，电 流中不含整数倍频率的 谐波，但含有非整数倍 频率的谐波
而且在电源频率附近， 非整数倍频率谐波的含 量较大
I /I n 0m
0 .6 0 .5 0 .4 0 .3 0 .2
◆交流电力电子开关——并不着意调节输出平均功率， 而只是根据需要接通或断开电路，
6.2 交百度文库调压电路
■交流调压电路的应用：
◆灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制） ◆异步电动机软起动 ◆异步电动机调速 ◆供用电系统对无功功率的连续调节 ◆在高压小电流或低压大电流直流电源中，
则导通比a = ton/T，改变a 可调节输出电压
6.2.1 单相交流调压电路
VD1 V1
u1
i1
O
t
u1
V2 VD2
V3
VD4
R
uo
uo
VD3 V4 L
O
t
图6-8 斩控式图交4-7流调压电路
i1
特性
O
电源电流的基波分量和电源电压同相位， 即位移因数为1
电源电流不含低次谐波，只含和开关周 期T有关的高次谐波
6.3 交流调功电路
谐波情况
图4-14的频谱图（以控
制周期为基准）。In为n 次谐波有效值， Io为导
通时电路电流幅值
以电源周期为基准，电 流中不含整数倍频率的 谐波，但含有非整数倍 频率的谐波
而且在电源频率附近， 非整数倍频率谐波的含 量较大
I /I n 0m
0 .6 0 .5 0 .4 0 .3 0 .2
6_交流交流变流电路
140
θ /(° )
100 60
20 0 20 60 100 ) α /(° 140 180
14
15
16
17
18
19
一单相交流调压器，输入交流电压为220V， 例6-1 一单相交流调压器，输入交流电压为 ， 50Hz，负载为电阻电感，其中 ，负载为电阻电感，其中R=8Ω，XL=6Ω。试 Ω Ω 时的输出电流有效值 求α=π/6、π/3时的输出电流有效值及输出功率和功 π 、 时的输出电流有效值及输出功率和 率因数。 率因数。
4
6.1 交流调压电路
应用 灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制） 灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制） 异步电动机软起动 异步电动机调速 在高压小电流或低压大电流直流电源中， 在高压小电流或低压大电流直流电源中，用于调节 变压器一次电压
5
6.1.1 单相交流调压电路（电阻负载） 单相交流调压电路（电阻负载）
解：负载阻抗及负载阻抗角分别为： 负载阻抗及负载阻抗角分别为：
2 Z = R 2 + X L = 10Ω
XL 6 ϕ = arctan( ) = arctan( ) = 0.6435 = 36.87° R 8 的变化范围为： 因此开通角α的变化范围为：
ϕ ≤α <π
即
0.6435 ≤ α < π
20
电力电子第六章交流—交流变流电路
负半周：V2工作于斩波状态 V4处于导通状态
电阻负载斩控式交流调压电路波形
ton ton ton toff T
特性 ⑴电源电流的基波分量和电源电压同相位，即位 移因数为1。 ⑵电源电流不含低次谐波，只含和开关周期T有 关的高次谐波。 ⑶功率因数接近1。
例题： 有一单相调压电路，电源电压 u1
220 110 0.5 12.1 kW
此时的功率因数为：
Pom U1 I o cos 220 110 cos 60
cos cos cos 60 0.5
6.2 其他交流电力控制电路 4.2.1 交流调功电路 1.交流调功电路与交流调压电路的异同比较 相同点：电路形式完全相同 不同点：控制方式不同 ⑴交流调压电路在每个电源周期都对输出电压波形 进行控制。 ⑵交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周期, 在断开几个周期,通过通断周波数的比值来调节负 载所消耗的平均功率。
2U1 sin 1t ，
其参数为U1=220V，f1=50HZ，L=5.516mH，R=1Ω。 试求： ⑴ 控制角的移相范围？ ⑵ 负载电流的最大有效值？ ⑶ 最大输出功率Pon和功率因数cos ？
解: ⑴ 感性负载时控制角移相范围为： 180
而负载功率因数角：
2 50 5.516 10 3 L arctan 60 arctan 1 R
电阻负载斩控式交流调压电路波形
ton ton ton toff T
特性 ⑴电源电流的基波分量和电源电压同相位，即位 移因数为1。 ⑵电源电流不含低次谐波，只含和开关周期T有 关的高次谐波。 ⑶功率因数接近1。
例题： 有一单相调压电路，电源电压 u1
220 110 0.5 12.1 kW
此时的功率因数为：
Pom U1 I o cos 220 110 cos 60
cos cos cos 60 0.5
6.2 其他交流电力控制电路 4.2.1 交流调功电路 1.交流调功电路与交流调压电路的异同比较 相同点：电路形式完全相同 不同点：控制方式不同 ⑴交流调压电路在每个电源周期都对输出电压波形 进行控制。 ⑵交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周期, 在断开几个周期,通过通断周波数的比值来调节负 载所消耗的平均功率。
2U1 sin 1t ，
其参数为U1=220V，f1=50HZ，L=5.516mH，R=1Ω。 试求： ⑴ 控制角的移相范围？ ⑵ 负载电流的最大有效值？ ⑶ 最大输出功率Pon和功率因数cos ？
解: ⑴ 感性负载时控制角移相范围为： 180
而负载功率因数角：
2 50 5.516 10 3 L arctan 60 arctan 1 R
第6章 交流-交流变换电路
第6章 交流-交流变换电路
前言 6-1 交流电压控制电路 6-2 相控交交变频电路 6-3 矩阵式交交变频器
返回
第6章 交流/交流变换电路
交流/交流变换电路是直接从交流电变换得 到另一种形式的交流电的电力电子电路。
改变电压不对 交流电压控制电路 频率进行变换 实现频 率变换 交流调压
交流调功
周波变换器
对输出u相波形
uu=S11ua+S12ub+S13uc 根据 PWM 控制的基本原理，如果开关器件 工作频率较高，则在一个开关周期内，上式 可近似表示为：
uu 11ua 12ub 13uc
ij 表示Sij在一个开关周期中的导通比
通过控制开关的导通占空比可控制输出电压
6-3 矩阵式交交变频器
6.3.2 矩阵式交交变频电路的控制
6.3.2 矩阵式交交变频电路的控制
本章小结
1 采用晶闸管的交-交调压电路本质是利用晶闸 管的阻断特性周期性地将负载与输入电源隔开： 即周期性地使输入电源不能作用在负载上，因此 交-交调压电路的输出电压有效值一定低于输入电 压的有效值，同时通过控制触发角或通断比来调 节输出电压。 2 采用通断控制方案的交-交调压电路可用来控 制输出功率或作电力电子开关使用。 3 相控交-交调压电路输出电压谐波成份较大， 输入侧电流的谐波成份也较大
交流变频电路
前言 6-1 交流电压控制电路 6-2 相控交交变频电路 6-3 矩阵式交交变频器
返回
第6章 交流/交流变换电路
交流/交流变换电路是直接从交流电变换得 到另一种形式的交流电的电力电子电路。
改变电压不对 交流电压控制电路 频率进行变换 实现频 率变换 交流调压
交流调功
周波变换器
对输出u相波形
uu=S11ua+S12ub+S13uc 根据 PWM 控制的基本原理，如果开关器件 工作频率较高，则在一个开关周期内，上式 可近似表示为：
uu 11ua 12ub 13uc
ij 表示Sij在一个开关周期中的导通比
通过控制开关的导通占空比可控制输出电压
6-3 矩阵式交交变频器
6.3.2 矩阵式交交变频电路的控制
6.3.2 矩阵式交交变频电路的控制
本章小结
1 采用晶闸管的交-交调压电路本质是利用晶闸 管的阻断特性周期性地将负载与输入电源隔开： 即周期性地使输入电源不能作用在负载上，因此 交-交调压电路的输出电压有效值一定低于输入电 压的有效值，同时通过控制触发角或通断比来调 节输出电压。 2 采用通断控制方案的交-交调压电路可用来控 制输出功率或作电力电子开关使用。 3 相控交-交调压电路输出电压谐波成份较大， 输入侧电流的谐波成份也较大
交流变频电路
第六章：交流-交流变换技术
vPI ,c 0
vPI ,c 0
Gi _ 1
Gi _ 2
if _2
io _ 1 io _ 2
ZO _1 (s)
Vdc _ 31 VC 3
Hi _ 2
Hi _ 2
Hv _ 2
Hv _ 2
双向DC/DC模块#3的控制模型
双向DC/DC模块#3的控制模型
新型SST的控制系统（3）
S1
S2
k PWM
vPI ,c 0
io _ 1 io _ 2
ZO_1(s)
Vdc _ 21 VC 2
Vdc _21_ f
Vo _ dc _ f
Iref
PIv
i f _1
vPI ,c
PIc
if _2
k PWM
vPI ,c 0
Gi _ 1
Gi _ 2
io _ 1
io _ 2
ZO _1 (s)
vPI ,c
PI c
k PWM
vPI ,c 0
Gi _ 1
Gi _ 2
if _2
vPI ,c 0
io _ 1 io _ 2
ZO _1 (s)
Vdc _ 31 VC 3
(完整)电力电子技术第6章 习题 答案
(完整)电力电子技术第6章习题答案第6章交流—交流变换电路课后复习题及答案
第1部分：填空题
1。改变频率的电路称为变频电路，变频电路有交交变频电路和交直交变频电路两种形式，前者又称为直接变频电路，后者也称为间接变频电路。
2.单相调压电路带电阻负载，其导通控制角的移相范围为0~180O，随的增大，U o 减小 ,功率因数减小 .
3.单相交流调压电路带阻感负载,当控制角＜(=arctan(L/R） )时，VT1的导通时
间越来越短 ,VT2的导通时间越来越长。
4。根据三相联接形式的不同，三相交流调压电路具有多种形式，TCR属于支路控制三角形联结方式，TCR的控制角的移相范围为90°～ 180° ,线电流中所含谐波的次数为±k
k。
6=
,1
,2,1
5.晶闸管投切电容器选择晶闸管投入时刻的原则是: 该时刻交流电源电压和电容器预充电电压相等 .
第2部分：简答题
1.交流调压电路和交流调功电路有什么区别？二者各运用于什么样的负载？为什么？
答:在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，可以方便地调节输出电压的有效值,这种电路称为交流调压电路。以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断。改变通态周期数和断态周期数的比，可以方便地调节输出功率的平均值，这种电路称为交流调功电路。
交流调压电路广泛用于灯光控制及异步电动机的软起动,也用于异步电动机调速。交流调功电路常用于电炉的温度控制，像电炉温度这样的控制对象，其时间常数往往很大,没有必要对交流电源的每个周期进行频繁的控制，只要以周波数为单位进行控制就足够了.
2。简述交流电力电子开关与交流调功电路的区别.
第6章交流电力控制电路和交交变频电路
本节讲述：晶闸管交交变频电路，也称周波变流器 (Cycloconvertor)
交交变频电路——把电网频率的交流电变成可调频率的 交流电，属于直接变频电路
广泛用于大功率交流电动机调速传动系统，实用的主要 是三相输出交交变频电路
直接变频器
CVCF
AC 50Hz~
VVVF
交－交变频
AC
★按波形的不同又可分为两类:
t
uo
和负载电压的u波o 形相同
O 正负半周a 起始t 时刻 O
t
io （a =0）均为电压过 io
零时刻，稳态时，正
O 负半周的a 相等t
O
t
uVT
uVT
O
t
O
t
6.1.1 单相交流调压电路
数量关系
负载电压有效值
u1
Uo =
1 Uao
=
2U11
第6章交流电力控制电 路和交交变频电路
概述
交流-交流变流电路
一种形式的交流变成另一种形式交流的电路， 可改变相关的电压、电流、频率和相数等
交流调压电路——相位控制（或斩控式） 交流电力控制电路
变频电路
只改交变流电调压功、电1电.路晶流及闸或交管控流交制无交电触变路点频的开电通关路断—，—不通改断变控频制率 交交变频电路
V3
VD4
交交变频电路——把电网频率的交流电变成可调频率的 交流电，属于直接变频电路
广泛用于大功率交流电动机调速传动系统，实用的主要 是三相输出交交变频电路
直接变频器
CVCF
AC 50Hz~
VVVF
交－交变频
AC
★按波形的不同又可分为两类:
t
uo
和负载电压的u波o 形相同
O 正负半周a 起始t 时刻 O
t
io （a =0）均为电压过 io
零时刻，稳态时，正
O 负半周的a 相等t
O
t
uVT
uVT
O
t
O
t
6.1.1 单相交流调压电路
数量关系
负载电压有效值
u1
Uo =
1 Uao
=
2U11
第6章交流电力控制电 路和交交变频电路
概述
交流-交流变流电路
一种形式的交流变成另一种形式交流的电路， 可改变相关的电压、电流、频率和相数等
交流调压电路——相位控制（或斩控式） 交流电力控制电路
变频电路
只改交变流电调压功、电1电.路晶流及闸或交管控流交制无交电触变路点频的开电通关路断—，—不通改断变控频制率 交交变频电路
V3
VD4
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第六章交流—交流变流电路
6.1 交流调压电路 6.2 其他交流电力控制电路 6.3 交—交变频电路
交流电力 控制电路
变频电路
只改变电压,电 交流调压电路 相位控制 流或控制电路 的通断,而不改 交流调功电路 通断控制 变频率的电路。
改变频率的电路
交交变频 直接 交直交变频 间接
6.1 交流调压电路
工作原理： 正半周：V1工作于斩波状态
V3处于导通状态 负半周：V2工作于斩波状态
V4处于导通状态
电阻负载斩控式交流调压电路波形
ton ton
ton toff T
特性：
⑴电源电流的基波分量和电源电压同相位，即位 移因数为1。
⑵电源电流不含低次谐波，只含和开关周期T有 关的高次谐波。
⑶功率因数接近1。
2U1
sin
t
sin
t
e tan
Z
t io 0
t io 0
sin sin e tan
相同下越大越大 ① >，Uo随变化 ② ≤ 恒为
的移相范围
Uo
1
2
2U1 sin t d (t)
U1
1
sin 2
sin 2
2
IVT
1
2
io2d
arctan
L
R
arctan
2
50
5.516 103 1
60
故控制角的移相范围：60 180
⑵ 当 时，电流为连续状态，此时负载电流最大，
io
2U1
sin
t
sin
t
e tan
Z
即：
io
2U1 sin t R2 L2
负载电流最大有效值：
Io
U1
R2 L2
⑴在半个周期内让P组角按正弦规律从90°减到0或
某个值，再增加到90°，每个控制间隔内的平均输 出电压就按正弦规律从零增至最高，再减到零。另 外半个周期可对N组进行同样的控制。
⑵uo由若干段电源电压拼接而成，在uo的一个周期内， 包含的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波。
uo Udo cos
最高输出频率是电网频率的1/3以下。
主要应用场合:一般应用于至少大于100kW大功率、 低频的场合。
6.3.1 单相交交变频电路 1.电路构成和基本工作原理
i + P工作 i + u + 整流 i + u - 逆变
i - N工作 i - u - 整流 i - u+ 逆变
为使uo波形接近正弦波，可按正弦规律对角进行调制。
U1
1 sin 2
2
2
IVT
1
2
2U1 sin R
t
d (t)
U1 R
1 2
1
sin 2 2
P UoIo Uo 1 sin 2
S U1Io U1 2
的移相范围 0
0
1
2.阻感负载
arctan l
R
L
dio dt
Rio
2U1 sin t
io
相同点：电路形式完全相同 不同点：控制方式不同
⑴交流调压电路在每个电源周期都对输出电压波形 进行控制。
⑵交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周期, 在断开几个周期,通过通断周波数的比值来调节负 载所消耗的平均功率。
2.电阻负载时的工作情况
f
控=
1 3T源
1 3
f
源
图4-13 交流调功电路典型波形(M =3、N =2)
例题：
有一单相调压电路，电源电压 u1 2U1 sin 1t ，
其参数为U1=220V，f1=50HZ，L=5.516mH，R=1Ω。
Biblioteka Baidu试求：
⑴ 控制角的移相范围？
⑵ 负载电流的最大有效值？
⑶ 最大输出功率Pon和功率因数cos ？
解: ⑴ 感性负载时控制角移相范围为： 180
而负载功率因数角：
原理:两个晶闸管反并联后串联在交流 电路中，通过对晶闸管的控制就 可控制交流电力。
应用: 灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制) 异步电动机软起动 异步电动机调速 供用电系统对无功功率的连续调节
6.1.1 单相交流调压电路 1.电阻负载
0:
uo u1 : 0
Io
Uo R
1
Uo
2
2U1 sin t d (t)
负载电压和负载电流（也即电源电流）的重复周 期为M倍电源周期。
3.谐波情况
⑴以电源周期为基准，电流中 不含整数倍频率的谐波，但 含有非整数倍频率的谐波。
⑵而且在电源频率附近，非整 数倍频率谐波的含量较大。
图4-14交流调功电路的 电流频谱图(M =3、N =2)
6.2.2 交流电力电子开关
优点：响应速度快，无触点，寿命长， 可频繁控制通断。
概念：把晶闸管反并联后串入交流电路中，代替电路 中的机械开关，起接通和断开电路的作用。
与交流调功电路的区别
⑴并不控制电路的平均输出功率。 ⑵通常没有明确的控制周期，只是根据需要控制
电路的接通和断开。 ⑶控制频度通常比交流调功电路低得多。
6.3 交交变频电路
晶闸管交交变频电路，也称周波变流器 把电网频率的交流电变成可调频率的交流电的变流 电路，属于直接变频电路。
uo
—每次控制间隔内输出 电压的平均值
cos
U om U do
sin ot
sinot
Uom 0 1
U do
arccos sinot
图4-22 不同 时和ot的关系
3.输入输出特性
⑴输出上限频率 输出频率增高时，输出电压一周期所含电网电压 段数减少，波形畸变严重。
(t
)
U1 sin cos 2
2 Z
cos
Io
1
io2d (t)
2IVT
标么值的定义:
某一物理量的标么值Ad*是该物理量的实际值(A)与所选 定的基准值(Ad)的比值。
晶闸管电流的标么值为
Ad
A Ad
IVTN IVT
Z 2U1
注意：电感性负载时，不能用窄脉冲触发。
4.斩控式交流调压电路
uo超前相应的线电 压30°。
uo与的关系所对应的波形称为电源电压的余弦波形。
:/2～0 ～ /2，uo最大。 :/2～＞0 ～ /2，uo将减小。
2.输出正弦波电压的调制方法 余弦交点法的控制方法
uo Udo cos
uo Uom sin ot
图4-21 余弦交点法原理
uo Udo cos uo Uom sin ot
220 110 A
12 1.7322
⑶ 最大输出功率：
Pom U1Io cos 220110 cos 60
220110 0.5 12.1kW
此时的功率因数为：
cos cos cos 60 0.5
6.2 其他交流电力控制电路
4.2.1 交流调功电路
1.交流调功电路与交流调压电路的异同比较
6.1 交流调压电路 6.2 其他交流电力控制电路 6.3 交—交变频电路
交流电力 控制电路
变频电路
只改变电压,电 交流调压电路 相位控制 流或控制电路 的通断,而不改 交流调功电路 通断控制 变频率的电路。
改变频率的电路
交交变频 直接 交直交变频 间接
6.1 交流调压电路
工作原理： 正半周：V1工作于斩波状态
V3处于导通状态 负半周：V2工作于斩波状态
V4处于导通状态
电阻负载斩控式交流调压电路波形
ton ton
ton toff T
特性：
⑴电源电流的基波分量和电源电压同相位，即位 移因数为1。
⑵电源电流不含低次谐波，只含和开关周期T有 关的高次谐波。
⑶功率因数接近1。
2U1
sin
t
sin
t
e tan
Z
t io 0
t io 0
sin sin e tan
相同下越大越大 ① >，Uo随变化 ② ≤ 恒为
的移相范围
Uo
1
2
2U1 sin t d (t)
U1
1
sin 2
sin 2
2
IVT
1
2
io2d
arctan
L
R
arctan
2
50
5.516 103 1
60
故控制角的移相范围：60 180
⑵ 当 时，电流为连续状态，此时负载电流最大，
io
2U1
sin
t
sin
t
e tan
Z
即：
io
2U1 sin t R2 L2
负载电流最大有效值：
Io
U1
R2 L2
⑴在半个周期内让P组角按正弦规律从90°减到0或
某个值，再增加到90°，每个控制间隔内的平均输 出电压就按正弦规律从零增至最高，再减到零。另 外半个周期可对N组进行同样的控制。
⑵uo由若干段电源电压拼接而成，在uo的一个周期内， 包含的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波。
uo Udo cos
最高输出频率是电网频率的1/3以下。
主要应用场合:一般应用于至少大于100kW大功率、 低频的场合。
6.3.1 单相交交变频电路 1.电路构成和基本工作原理
i + P工作 i + u + 整流 i + u - 逆变
i - N工作 i - u - 整流 i - u+ 逆变
为使uo波形接近正弦波，可按正弦规律对角进行调制。
U1
1 sin 2
2
2
IVT
1
2
2U1 sin R
t
d (t)
U1 R
1 2
1
sin 2 2
P UoIo Uo 1 sin 2
S U1Io U1 2
的移相范围 0
0
1
2.阻感负载
arctan l
R
L
dio dt
Rio
2U1 sin t
io
相同点：电路形式完全相同 不同点：控制方式不同
⑴交流调压电路在每个电源周期都对输出电压波形 进行控制。
⑵交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周期, 在断开几个周期,通过通断周波数的比值来调节负 载所消耗的平均功率。
2.电阻负载时的工作情况
f
控=
1 3T源
1 3
f
源
图4-13 交流调功电路典型波形(M =3、N =2)
例题：
有一单相调压电路，电源电压 u1 2U1 sin 1t ，
其参数为U1=220V，f1=50HZ，L=5.516mH，R=1Ω。
Biblioteka Baidu试求：
⑴ 控制角的移相范围？
⑵ 负载电流的最大有效值？
⑶ 最大输出功率Pon和功率因数cos ？
解: ⑴ 感性负载时控制角移相范围为： 180
而负载功率因数角：
原理:两个晶闸管反并联后串联在交流 电路中，通过对晶闸管的控制就 可控制交流电力。
应用: 灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制) 异步电动机软起动 异步电动机调速 供用电系统对无功功率的连续调节
6.1.1 单相交流调压电路 1.电阻负载
0:
uo u1 : 0
Io
Uo R
1
Uo
2
2U1 sin t d (t)
负载电压和负载电流（也即电源电流）的重复周 期为M倍电源周期。
3.谐波情况
⑴以电源周期为基准，电流中 不含整数倍频率的谐波，但 含有非整数倍频率的谐波。
⑵而且在电源频率附近，非整 数倍频率谐波的含量较大。
图4-14交流调功电路的 电流频谱图(M =3、N =2)
6.2.2 交流电力电子开关
优点：响应速度快，无触点，寿命长， 可频繁控制通断。
概念：把晶闸管反并联后串入交流电路中，代替电路 中的机械开关，起接通和断开电路的作用。
与交流调功电路的区别
⑴并不控制电路的平均输出功率。 ⑵通常没有明确的控制周期，只是根据需要控制
电路的接通和断开。 ⑶控制频度通常比交流调功电路低得多。
6.3 交交变频电路
晶闸管交交变频电路，也称周波变流器 把电网频率的交流电变成可调频率的交流电的变流 电路，属于直接变频电路。
uo
—每次控制间隔内输出 电压的平均值
cos
U om U do
sin ot
sinot
Uom 0 1
U do
arccos sinot
图4-22 不同 时和ot的关系
3.输入输出特性
⑴输出上限频率 输出频率增高时，输出电压一周期所含电网电压 段数减少，波形畸变严重。
(t
)
U1 sin cos 2
2 Z
cos
Io
1
io2d (t)
2IVT
标么值的定义:
某一物理量的标么值Ad*是该物理量的实际值(A)与所选 定的基准值(Ad)的比值。
晶闸管电流的标么值为
Ad
A Ad
IVTN IVT
Z 2U1
注意：电感性负载时，不能用窄脉冲触发。
4.斩控式交流调压电路
uo超前相应的线电 压30°。
uo与的关系所对应的波形称为电源电压的余弦波形。
:/2～0 ～ /2，uo最大。 :/2～＞0 ～ /2，uo将减小。
2.输出正弦波电压的调制方法 余弦交点法的控制方法
uo Udo cos
uo Uom sin ot
图4-21 余弦交点法原理
uo Udo cos uo Uom sin ot
220 110 A
12 1.7322
⑶ 最大输出功率：
Pom U1Io cos 220110 cos 60
220110 0.5 12.1kW
此时的功率因数为：
cos cos cos 60 0.5
6.2 其他交流电力控制电路
4.2.1 交流调功电路
1.交流调功电路与交流调压电路的异同比较