第六章 交流调压电路

组件。
➢ 基本交流开关电路中，用光耦 代替开关Q，同时起光电隔离 作用。
– 1、2为输入端，相当于继电器或 接触器的线圈；
– 3、4为输出端，相当于继电器或 接触器的一对触点，与负载串联 后接到交流电源上。
电力电子技术
二 交流开关
➢ 固体继电器的主要优点是：弱信号对强电的控制。 （1）无运动零部件，无机械磨损，无动作噪声，无机械故
图6－16 单相交流调压电感负载电路图
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➢ 下面分三种情况加以讨论。 （1）α> φ
由图6－16(b)可见，当α> φ 时，θ<180°，即正负半周电流 断续，且α越大，θ越小。
可见， α在φ ~180°范围内， 交流电压连续可调。电流电压波 形如图6－16(b)所示。
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（2） α=φ ➢ 由 图 6 － 18 可 知 ， 当 α=φ 时 ，
0 t1
2
t
ug
VT
c)
0
t
id
a) u2
ud R
ud
d)
0
t
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➢ 交流调压电路：AC －> AC
➢ 调节 α －> Uo
u2 b)
0 t1
VT
ug
a) u2
id ud R
c) 0
uo
双向晶闸管
d) 0
2
t
t
t
电力电子技术
本节主要内容
一、双向晶闸管
1. 结构与特性 2. 触发方式 3. 主要参数
IT( AV) 0.45IT (RMS )
电力电子技术
一 双向晶闸管
➢ 100A的双向晶闸管和 A的两个反并联晶闸
管容量等效。
IT( AV) 0.45IT (RMS )
晶闸管 额定电流
45A
双向晶闸管 额定电流
100A
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T1
G
T2
a)
T1
二 交流开关
G T2
双向晶闸管，有什么用处？
四 斩控式交流调压电路
一、交流斩波调压原理
➢ 如图所示，利用S1交流开关的斩波作用， 在负载上获得可调的交流电压u。
➢ 电压波形如图b所示。 ➢ S2为续流器件，为负载提供续流回路。 ➢ 输出电压可表示为：
u=Gu2=GU2msinwt 其中当S1闭合，S2打开时G＝1
当S1打开，S2闭合时G＝0 所以G的波形为一脉冲序列。
➢ 由于电感的作用，在电源电压由正向负过零时，负载中电流要滞后 一定φ角度才能到零，即管子要继续导通到电源电压的负半周才能关
断。负载阻抗角： = arctan(L / R)
➢ 晶闸管的导通角θ不仅与控制角α有关，而且与负载的功率因数角φ 有关。控制角越小则导通角越大，负载的功率因数角 φ越大，表明 负载感抗大，自感电动势使电流过零的时间越长，因而导通角θ越大。
Kp100-8
?-?
➢ 思考：左侧电路中器件损坏，需要用双向晶闸管 来替换，如何选型？
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一 双向晶闸管ຫໍສະໝຸດ Baidu
➢ 晶闸管的型号规格定义 K P □-□
其中 K：闸流特性 P ：普通反向阻断型
□：额定电流，平均值 □：额定电压
➢ 双向晶闸管的型号规格定义 K S □-□
其中 K： 闸流特性 S： 双向型
1 sin 2
2
➢ 改变角α即可调节负载两端的输出电压有效值，达到交流 调压的目的。
➢ 电流有效值和电路功率因数为
I U R U 2 1 sin 2
R R 2
cos P U R I 1 sin 2
S U 2 I 2
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➢ 2.电感性负载
➢ 图6－16所示为电感性负载的交流调压电路。
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四 斩控式交流调压电路
VD1 V1 i1
u1
V2 VD2
V3
VD4
R
uo
VD3 V4 L
图4-7
一般采用全控型器件作为开关器件
➢工作原理 ➢调压方式
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四 斩控式交流调压电路
➢ 工作原理
VD1 V1 i1
在交流电源u1的正半周
用V3给负载电流 提供续流通道
u1
V2 VD2
用V1进行斩波控制
V3 VD4 R uo
VD3 V4 L
图4-7 斩控图式交4-流7调压电路
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四 斩控式交流调压电路
➢ 工作原理
在交流电源u1的负半周
VD1 V1 i1
用V4给负载电流 提供续流通道
u1
V2 VD2
用V2进行斩波控制
V3 VD4 R uo
VD3 V4 L
图4-7 斩控图式交4-流7调压电路
效关系 4. 晶闸管交流开关
了解 掌握 掌握、计算与普通晶闸管的等
了解固态继电器
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第一节 交流开关及应用
双向晶闸管－－Bidirectional Thyristor
小电流 塑封式
螺栓式
平板式
一对反并联晶闸管 双向晶闸管的外形
K G
A
等效电路及图形符号
两个阳极：第一阳 极 T1 和 第 二 阳 极 T2 一个门极G
➢ 当VT1管电流到零关断时，ug2脉冲已 消失，此时VT2管虽已受正压，但也无 法导通。
➢ 到第三个半波时，ug1 又触发VT1导通。
➢ 这样负载电流只有正半波部分，出现很 大直流分量，电路不能正常工作。因而 电感性负载时，晶闸管不能用窄脉冲触 发，可采用宽脉冲或脉冲列触发。
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综上所述，单相交流调压有如下特点： ①电阻负载时，负载电流波形与单相桥式可控整流交流 侧电流一致。改变控制角可以连续改变负载电压有效值， 达到交流调压的目的。 ②电感性负载时，不能用窄脉冲触发。否则当α<φ时，会 出现一个晶闸管无法导通，产生很大直流分量电流，烧 毁熔断器或晶闸管。 ③电感性负载时，最小控制角α min =φ (阻抗角)。所以的 移相范围为φ～180°，电阻负载时移相范围为0～180°。
~220V
Rd
V
10Ω
A
Im
Id=0
t 0 π/2 π
2π
V~
t
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双向晶闸管参数
普通晶闸管 KP100-8
双向晶闸管 KS100-8
Id＝100A
额定电流 100A
I2＝100 A
Imp
Ims
Id
i2
0
π/2 π
2π
t 0
π/2 π
2π
t
1
Id 2
0
I mp
sin td (t)
I mp
□：额定电流，有效值 □：额定电压
例如：型号KS100－8 双向晶闸管 额定电流100A 额定电压800V
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✓ 双向晶闸管通常用在交流电路中，因此不用平均值而用有 效值来表示其额定电流值。
普通晶闸管 IT(AV)
双向晶闸管 IT(RMS)
~220V
VT Rd
10Ω
A
Im
Id
0
π/2 π
2π
图4－1电阻负载单相交流调压电路
uo
导通段=
2N M
2 U1
2 uo,io
u1
M
O
3 4
t
M
MM
电源周期
控制周期=M倍电源周期=2
图6-2 交流调功电路典型
波形(M =3、N =2)
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第二节 单相交流调压电路
➢ 1) 电阻负载
输出电压与 α 的关系:
移相范围为0≤ ≤π。
=0时，输出电压为最大 。
固态继电器的体积远远大于同容量的电磁继电器，成本 也较高。 （4）固态继电器对过载有较大的敏感性，必须用快速熔断 器进行过载保护。
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1.2 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。
防潮、防霉、防腐性能，防爆性能也极佳； （7） 半导体器件作为开关工作，寿命长； （8） 易实现附加功能。
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二 交流开关
➢ 固态继电器的缺点 （1）导通后的管压降大，正向降压可达1~2V。 （2）关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流，不能实现理
想的电隔离。 （3）由于管压降大，导通后的功耗和发热量也大，大功率
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一 双向晶闸管
二、双向晶闸管的触发方式
➢ 双向晶闸管正反两个方向都能够导通，门极加正、负信号 都能够触发，所以有4种触发方式。
1. I＋触发方式：第一象限，T1为正，T2为负； 门极电压是G为正，T2为负；正触发；
2. I－触发方式：第一象限，T1为正，T2为负； 门极电压是G为负，T2为正；负触发；
u1
Uo=U1, 随 的增大，Uo降低，
O
t
=π时， Uo =0。
uo
λ与 的关系:
=0时，功率因数λ=1， 增大，输入电流滞后于电压
且畸变，λ降低。
O
t
io
O
t
u
V
T
O
t
图6-3 电阻负载单相交流调压电路及其波形
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➢ 电阻负载上交流电压有效值为
U R
1 (
2U 2 sin t)2 d (t) U 2
障，可靠性高； （2）无燃弧触点，无触点间的火花、电弧，无触点抖动和
磨损，对外干扰小； （3） 开关速度迅速，动作时间可达10-3S以下； （4）灵敏度高，控制功率小，能很好地与TTL、CMOS电
路兼容； （5） 抗冲击振动性能优良，容易实现“零”压切换； （6） 一般用绝缘材料灌封成全封闭整体，所以具有良好的
ui
uo
➢利用电力电子电路实现电压调节
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➢ 本章主要讲述 交流-交流变流电路
➢
把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路
交流电力 控制电路
只改变电压,电 流或控制电路
交流调压电路 相位控制
的通断,而不改 变频率的电路。
交流调功电路
通断控制
变频电路
交交变频 直接
改变频率的电路 交直交变频 间接
3. III＋触发方式：第三象限，T1为负，T2为正； 门极电压是G为正，T2为负；正触发；
4. III－触发方式：第三象限，T1为负，T2为正； 门极电压是G为负，T2为正；负触发；
触发方式特性参考表6-2，第三种触发方式灵敏度最低，尽量不用。
思考题:双向晶闸管有哪几种触发方式？一般选用哪几种？
电力电子技术
《电力电子技术》
第六章 交流调压电路
➢什么是交流调压电路？
– 一种形式的交流电 －> 另外一种形式交流电 – 电压、频率、相数
➢哪些方式可以实现交流调压？
– 变压器：6KV --> 380V ；220V －> 24V
– 自耦调压器：
• 优点：输出连续可调正弦波 • 缺点：体积大，重，机械式调节，不易自动调节
θ=180° ， 即 正 负 半 周 电 流 临 界 连续。 ➢ 相当于晶闸管失去控制，电流电 压波形如图所示。
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（3） α< φ 如图6－19
➢ 此种情况若开始给VT1管以触发脉冲， VT1管导通，而且θ>180°。
➢ 如果触发脉冲为窄脉冲，当ug2出现时， VT1管的电流还未到零，VT1管关不断， VT2管不能导通。
思考题： 1. 单相交流调压电路，负载阻抗角为30°，问控制角α的
有效移相范围有多大？
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电路功率因数低
单相交流调压电感负载波形图 (a) α>φ (b) α=φ (c) α<φ
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本节主要内容
四、斩控式交流调压电路(交流斩波调压电路)
1. 交流斩波调压原理 2. 交流斩波控制
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+ _
+ T1
I
_ G T2
IG=0
O U
b)
✓晶闸管交流开关，与普通机械式、有触电 开关相比，有哪些优点？
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二 交流开关
1.基本交流开关电路
– Q的闭合、打开 －> 主电路的导通与关断
– 触发电路
RL
T1
R1
ui ~
VT
G
Q
T2
➢Q 打开时：
– VT无触发信号，不导通 uo
➢Q 闭合时：
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四 斩控式交流调压电路
调压方式
➢ 改变斩波器件的导通比
✓ 设斩波器件（V1或V2）导 通时间为ton，开关周期为
T，则导通比 = ton/T，改 变 可调节输出电压
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。
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1.2 交流调功电路
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。
– ui 正半周－> I＋ , VT导通 0 – ui 负半周－> Ⅲ－ , VT导通
Q 断开
Q 闭合
t
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二 交流开关
2.固态开关
➢ 固态开关也称固态继电器或固
10mA
态接触器(Solid State Switch
/Relay /Contactor)，是以双向晶
闸管为基础构成的无触点通断
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应用
1 灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制)。 2 异步电动机软起动。 3 异步电动机调速。 4 供用电系统对无功功率的连续调节。 5 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。
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➢ 整流电路：AC －> DC
➢ 调节 α －> Ud ➢ 晶闸管 正半周
u2 b)
Ims 2I2
电流波形正半周面积相等（最大值相等），即可等效代换。
Imp＝314 A
Ims Imp 314A I2 314 / 2 222A
KS300-8
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一 双向晶闸管
➢思考题： 推导普通晶闸管与双向晶闸管额定电流之
间的等效关系。
Id IT(AV) I2 IT(RMS)