交流变换电路

的负载电压波形。
图6.1.6 (a) a=30° 时负载相电压波形
6.1.2 三相交流调压电路
3、三相三线制交流调压电路 改变 a ，电路中晶闸管的导 电模式：
(2) 60°≤<90°时，两管
导通，每管导通120°；
图5.1.6(b)所示为 =60°时
负载电压波形。
图6.1.6 (b) a=60° 时负载相电压波形
• 3） 和电阻负载时相比，阻感负载时的谐波电流含
• 量少一些；
• 4） 角相同时，随着阻抗角的增大，谐波含量有所
•
减少；
6.1.2 三相交流调压电路
1、三相四线制调压电路特点：
1）相当于三个独立的单相交流调压 电路组合而成的；
2）存在中性线，但是3次谐波在中 线中的电流大，故中线的导线截面要求 与相线一致；
•负载电压的有效值UO、晶闸管电流平均值IdT、电流有效值IT以及
负载电流有效值IO分别为：
U 0 1 (2 U si t) 2 n d t U s2 i n s2 i (n )
(6.1.7)
Id TZ 2 U 2 1 [st in ) s(i n ) e ( tt a ] d nt
图6.2.2为以控制周期为基准 的交流调功电路的频谱图，In为 n次谐波有效值， Io为导通时电 路电流幅值；
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。
图6.2.2 交流调功电路的电流频 谱图(M =3、N =2)
6.3 交流电力电子开关
较大，含有三次谐波，控制角a=90°时， 零线电流甚至和各相电流的有效值接近。 若变压器采用三柱式结构，则三次谐波 磁通不能在铁心中形成通路，产生较大 的漏磁通，引起发热和噪音。
7）该电路中晶闸管上承受的峰
值电压为
2 3
U
(
l
U l 为线电压)。
图6.1.5(a) 三相四线制调压电路
6.1.2 三相交流调压电路
1 2
an2 bn2
负载电流基波和各次谐波有效值：
IonUon/R
在上面关于谐波的表达式中 n=1为基波，n=3,5,7,…为奇次谐波。随着 谐波次数n的增加，谐波含量减少。
6.1.1 单相交流调压电路
感性负载 （R-L负载）
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 载相似；
2、交流调压的实现方法：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。
3、交流调压电路应用：
• 电炉的温度控制 • 灯光调节 （如舞台灯光控制） • 异步电机软起动 • 异步电机调速 • 调节整流变压器一次侧电压
6.1.1 单相交流调压电路
单相交流调压器主电路特点：
1、与调压电路的比较：
同
电路形式完全相同
异
控制方式不同：以交流电源周波数为控制单位, 对电路通断 进行控制，改变通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均 功率。
应用
电炉的温度控制
交流调功电路直接调节对象是电路的平均输出功率；
控制对象时间常数很大，以周波数为单位控制；
晶闸管导通时刻为电源电压过零的时刻，负载电压电流都 是正弦波，不对电网电压电流造成通常意义的谐波污染。
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 化，故电流不能立即为零；
晶闸管的导通角θ 的大小与控
制角 、负载阻抗角φ 都有关。
图6.1.2 带阻感负载单向 交流调压电路及输出波形
6.1.1 单相交流调压电路
阻感负载的工作情况分析：
晶闸管VT1导通时，负载电流Io满足：
使两个晶闸管的导通角θ=1800达到平
图（6.1.4）
衡。解决失控现象。
窄脉冲触发时的工作波形
6.1.1 单相交流调压电路
总结：
当 时，并采用宽脉冲触 发，负载电压、电流总是完整的
正弦波，改变控制角 ,负载电压、
电流的有效值不变，即电路失去 交流调压的作用。
在电感负载时，要实现交流调
压的目的，则最小控制角
（负载的功率因数角）。所以
的移相范围为φ ～1800
图（6.1.4） 窄脉冲触发时的工作波形
6.1.1 单相交流调压电路
单相交流电压器带阻感负载时电流谐波分析：
• 1） 电流谐波次数和电阻负载时相同，也只含3、5、
7…
•
等次谐波；
• 2） 随着次数的增加，谐波含量减少；
第六章 交流变换电路
概述
交流变换电路：把交流电能的参数（幅值、频率、相数） 加以转换的电路。
交流电力控制电路
分
维持频率不变 改变输出电压的幅值。
类
交一交变频电路 （直接变频电路）
将电网频率的交流电直接变换成较低频率的交流电 直接变频的同时也可实现电压变换。
6.1 交流调压电路
1、交流调压电路:是用来变换交流电压幅值（或有效值） 的电路。
ioZ 2 U [sit n) (sin )(e t gt] (6.1.5)
式中 t （θ 为晶闸管的导通角）
1
Z[R2 (L)2]2
tg1 L
R
利用边界条件：t，i0=0
可求得θ ：
si n()si n()et g (6.1.6)
2、三相三线制交流调压电路
的特点：
1）每相电路必须通过另一相形成回路；
2）负载接线灵活，且不用中性线；
3）晶闸管的触发电路必须是双脉冲， 或者是宽度大于600的单脉冲；
4）触发脉冲顺序和三相全控桥一样， 为T1～T6，依次间隔600；
5）电压过零处定为控制角的起点，角
移相范围是0°～150°；
6.1.2 三相交流调压电路
3、三相三线制交流调压电路 改变 a ，电路中晶闸管的导 电模式：
(3) 90°≤ <150°时，两管
导通与无晶闸管导通交替，导
通角度为300°－2，
图6.1.6(c)所示为=120°时
的负载电压波形。
图6.1.6 (c) a=120° 时负载相电压波形
6.2 交流调功电路
改变α角的大小，便改变了输出电压有 效值的大小。
图6.1.1 电阻性负载 时单向交流电压电路 及输出电压波形
6.1.1 单相交流调压电路
电阻性负载数量关系：
负载电压的有效值
U0
1
(
2Us
int)2dt U
21sin2aa
负载电流的有效值
（6.1.1）

I0U R 0U R 21 si2 n
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 控制频度通常比交流调功电路低
6.3 交流电力电子开关
晶闸管投切电容器（Thyristor Switched Capacitor—TSC）
◆ 特点：
1）代替机械开关投切电容器， 对电网无功进行控制
2）提高功率因数、稳定电网电 压、改善用电质量
(6.1.8)
I T2 1 (Z 2 U )2 [sti n ) s (i n )e ( tt a ]2 n dt
U Z
s
inco2s () cos
(6.1.9)
IO 2IT
(6.1.10)
6.1.1 单相交流调压电路
an
2U 1

n
1
1
c o s (n

1)

1
n
1
1
c o s (n

1)

1

b n2 U 1 n1 1 sinn 1 )(n1 1 sinn 1 )(
(n=3,5,7,…)
基波和各次谐波有效值：
Uon
（6.1.2）Fra Baidu bibliotek
调压器的功率因数
P F U O IOU O UOI U
2 1 si2 n
（6.1.3）
总结：随着α角的增大，U0逐渐减小。当α =π时，
U0=0。 因此，单相交流电压器对于电阻性负载，其电
图6.1.1电阻性负载时单 向交流电压电路及输出 电压波形
压可调范围为 0～U，控制角α的移相范围为0～π。
单向交流电压电路的工作情况与它的负载性质有关
6.1.1 单相交流调压电路
1、电阻性负载工作原理：
1）电源正半周：晶闸管T1承受正向电 压，当ωt=α时，触发T1使其导通，负载 上得到缺α角的正弦半波电压；
2）电源电压过零：T1管电流下降为零 而关断；
3）电源电压负半周：晶闸管T2承受正 向 电 压 ， 当 ωt=π+α 时 ， 触 发 T2 使 其 导 通，则负载上又得到了缺α角的正弦负 半波电压。持续这样控制，在负载电阻 上便得到每半波缺α角的正弦电压；
1）作用
将晶闸管反并联后串入交流电路代替机械开关， 起接通和断开电路的作用；
2）优点
1）响应速度快、无触点寿命长、可频繁控制通断；
2）控制晶闸管总是在电流过零时关断，在关断时不会因负载 或线路电感存储能量而造成过电压和电磁干扰；
3）特点（与交流调功电路的区别）
只控制通断，并不控制电路的平均输出功率
调压电路的工作情况（α > ф 、α =ф、α < ф）
2、α =ф
由 si n()si n()et g
(6.1.11)
可得： sin()0
θ =1800
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。
6.1.1 单相交流调压电路
调压电路的工作情况（ α > ф 、 α =ф、 α < ф ）
6.1.1 单相交流调压电路
电阻性负载谐波分析：
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，所以不 含直流分量和偶次谐波，故

uo(t) (anco ntsb nsin nt) n 1 ,3,5,
(6.1.4)
a1
2U1(co2s 1) 2
b1 2 2 U 1si2 n 2()
图6.1.5 (b)
6)输出谐波含量低,无3倍次谐波；
三相三线制交流调压电路
6.1.2 三相交流调压电路
3、三相三线制交流调压电路
改变 a ，电路中晶闸管的导电模式：
(1) 0°≤<60 °时，三个
晶闸管导通与两个晶闸管导通
交替，每管导通180°－ 。但 =0°时一直是三管导通，
图6.1.6(a)所示=30°时
T1 、T2 构成无触点交流开关。
1）电源正半周：T1触发 导通， 电源的正半周施加到负载上；
2）电源负半周：T2触发导通， 电源负半周便加到负载上；
3）电源过零：T1、T2交替触发 导通，电源电压全部加到负载； •图6.1.1 单向交流调压器电路
4）关断T1、T2：电源电压不能 加到负载上。
3、α <ф
θ＞1800
1） 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。
2） 采用宽脉冲或脉冲列触发，使第
二个晶闸管的导通角θ <π 。随后T1
导通角逐渐减小，T2逐渐增大，最终
6.2 交流调功电路
2、电阻负载时的工作情况：
控制周期为M倍电源周期， 晶闸管在前N个周期导通，后M－ N个周期关断；
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；
M=3 、 N=2 时
的电路波形。
图6.2.1交流调功 电路典型波形
6.2 交流调功电路
3、谐波分析：
3）晶闸管的门极触发脉冲信号，同 相间两管的触发脉冲要互差180°。
4）各晶闸管导通顺序为T1～T6，依 次滞后间隔60°；
5）因存在中线，可采用窄脉冲触发；
图6.1.5(a) 三相四线制调压电路
6.1.2 三相交流调压电路
1、三相四线制调压电路特点：
6）该电路工作时，零线上谐波电流
3）是一种很好的无功补偿方式
图6.3.1 TSC基本原理图
6.3 交流电力电子开关
图（6.1.3)单相交流调压 器以φ 为参变量时θ 与 的关系曲线
VT2导通时，上述关系完全相同，只是iO相差1800
6.1.1 单相交流调压电路
调压电路的工作情况（ α > ф 、 α =ф、 α < ф ） 1、 α >ф ，导通角θ ≺1800，正负半波电流断续。
α 愈大，θ 愈小，波形断续愈严重。