2.4相控式交流调压电路
电力电子技术课后答案4
第4章 交流电力控制电路和交交变频电路1．一调光台灯由单相交流调压电路供电,设该台灯可看作电阻负载,在α=O 时输出 功率为最大值,试求功率为最大输出功率的80%,50%时的开通角α。
解: α=O 时的输出电压最大,为Uomax=1)sin 2(101U t U =∏⎰∏ω 此时负载电流最大,为Iomax=RU R u o 1max = 因此最大输出功率为输出功率为最大输出功率的80%时,有:Pmax=Uomax Iomax=RU 21 此时,Uo=18.0U又由Uo=U1∏-∏+∏αα22sin 解得︒=54.60α同理,输出功率为最大输出功率的50%时,有:Uo=15.0U又由Uo=U1∏-∏+∏αα22sin︒=90α3．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：交流调压电路和交流调功电路的电路形式完全相同，二者的区别在于控制方式不同。
交流调压电路是在交流电源的每个周期对输出电压波形进行控制。
而交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周波，再断开几个周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。
交流调压电路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。
在供用电系统中，还常用于对无功功率的连续调节。
此外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。
如采用晶闸管相控整流电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联；同样，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联。
这都是十分不合理的。
采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压电流值都不太大也不太小，在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了。
这样的电路体积小、成本低、易于设计制造。
交流调功电路常用于电炉温度这样时间常数很大的控制对象。
由于控制对象的时间常数大，没有必要对交流电源的每个周期进行频繁控制。
4．什么是TCR？什么是TSC？它们的基本原理是什么？各有何特点？答:TCR是晶闸管控制电抗器.TSC是晶闸管投切电容器.二者的基本原理如下;TCR是利用电抗器来吸收电网中的无功功率(或提供感性的无功功率),通过对晶闸管开通角角的控制,可以连续调节流过电抗器的电流,从而调节TCR从电网中吸收的无功功率的大小. TSC则是利用晶闸管来控制用于补偿无功功率的电容器的投入和切除来向电网提供无功功率(提供容性的无功功率).二者的特点是:TCR只能提供感性的无功功率,但无功功率的大小是连续的.实际应用中往往配以固定电容器(FC),就可以在从容性到感性的范围内连续调节无功功率.TSC提供容性的无功功率,符合大多数无功功率补偿的需要.其提供的无功功率不能连续调节但在实用中只要分组合理,就可以达到比较理想的动态补偿效果.5．单相交交变频电路和直派电动机传动用的反并联可控整流电路有什么不同？答:单相交交变频电路和直流电动机传动用的反并联可控整流电路的电路组成是相同的,均由两组反并联的可控整流电路组成.但两者的功能和工作方式不同.单相交交变频电路是将交流电变成不同频率的交流电,通常用于交流电动机传动,两组可控整流电路在输出交流电压一个周期里,交替工作各半个周期,从而输出交流电.而直流电动机传动用的反并联可控整流电路是将交流电变为直流电,两组可控整流路中哪丁组工作并没有像交交变频电路那样的固定交替关系,而是由电动机工作状态的需要决定.6．交交变频电路的最高输出频率是多少？制约输出频率提高的因素是什么？答：一般来讲，构成交交变频电路的两组变流电路的脉波数越多，最高输出频率就越高。
交流电力控制电路
用三对反并联晶闸管连接 成三相三线交流调压电路
• 首先要确定电路中门极起始控制点，把图中 的晶闸管换成二极管可看出，在电阻负载时 ，从相电压过零时刻开始，相应的二极管就 导通。因此，α的点应定在各相电压过零点 。
• 晶闸管VT1、VT3、VT5的触发相位依次相差 120°，VT4、VT6、VT2的触发相位依次也 相差120°，同相的两个晶闸管的触发相位相 差180°。这样，自VT1至VT6的触发相位依 次相差60°。
•
晶闸管与负载连接成内三 角形的三相交流调压电路
•连接成内三角形的交流调压电路
•
晶闸管与负载连接成内三 角形的三相交流调压电路
• 如上图所示，可以看成是三个由线电 压供电的单相交流调压电路的组合。 晶闸管点应定在线电压的零点上，VT1 ～VT6的触发脉冲依次相差60度。
•
晶闸管与负载连接成内三 角形的三相交流调压电路
（1） 固定周期控制 总控制周期数m不 变，通过调节导通 周期数n来调节导通 比，进而调节平均 输出功率。 1）全周波连续控制
•
由过零触发开关电路组 成的单相交流调功器
（1）固 定周期 控制
2）全周波 断续式
•
由过零触发开关电路组 成的单相交流调功器
•（2）可变周期控制： 即导通周期数n不变， 而改变控制周期数m， 从而控制导通比及输出 功率。
• 由过零触发开关电路组成的单相交 流调功器，是采用周期控制的方式 。即将交流电源与负载接通几个整 周期，再断开几个整周期，通过改 变接通周期数与断开周期数的比值 来调节负载上的平均功率。即通过 控制导通比D=n/m可以调节平均功 率。
•
由过零触发开关电路组 成的单相交流调功器
3. 零触发的两种工 作模式
洁净室FFU控制的几种方式
洁净室FFU控制系统摘要本文介绍了洁净室FFU控制的几种方式，并列举了其优缺点及采用交流电机的智能化FFU控制系统的功能特点。
The advantages and disadvantages of several FFU control methods and characteristics of intelligent AC motor FFU control system.1.引言随着经济的发展和人们生活水平的提高，人们对产品质量的要求也越来越高。
而生产技术和生产环境决定了产品质量，这就迫使厂家追求更好的生产技术和更高的生产环境。
特别是电子、制药、食品、生物工程、医疗、实验室等领域对生产环境有着苛刻的要求，它综合了工艺、建筑、装饰、给排水、空气净化、暖通、空调、自动控制等多方面的技术。
衡量这些行业生产环境质量的主要技术指标有温度、湿度、洁净度、风量、室内正压等。
因此，对生产环境的各个技术指标进行合理的控制，以满足特殊生产工艺的要求，成为了现在洁净工程的研究热点之一。
FFU作为一种净化设备，目前在各种洁净工程中得到广泛应用。
FFU的全称叫Fan Filter Unit“风机过滤单元”，也就是风机和过滤器连接在一起，能自己提供动力的洁净设备，早在二十世纪六十年代，世界上第一个层流洁净室的建立就已经开始出现FFU的应用了。
2.FFU控制方式现状目前FFU一般采用单相多速交流电机、三相多速交流电机和直流电机。
电机的供电电压大致有110V、220V、270V、380V四种。
其控制方式主要分为以下几种：◆多档开关控制◆连续速度调节控制◆计算机控制◆遥控控制下面对以上四种控制方式做一简单分析与比较：2.1多档开关控制多档开关控制系统只包括FFU自带的一个调速开关和一个电源开关。
由于控制元件为FFU自带，分布在洁净室吊顶内的各个位置，工作人员必须在现场通过拨挡开关来调节FFU，控制起来极不方便，而且FFU的风速可调范围有限，仅限于几档。
交流-交流变换电路
• 过载能力强 • 效率高输出波形好 • 但输出频率低 • 使用功率器件多 • 输入无功功率大
• 高次谐波对电网影响 大
• 结构简单 • 输出频率变化范围大 • 功率因数高 • 谐波易于消除
• 可使用各种新型大功 率器件
变频器
卢先胜 2009.1.1
变频器是： • 将商用交流电源通过整流回路变换成直流， • 将变换后的直流经过逆变回路变换成电压、频率可调节的交流电， • 利用交流三相异步电动机的转速与频率成正比的特点，通过改变电源的频率和幅度以达到改变
图7-4 过零触发调节周波电压的波形
调功器的输出功率
P
nT TC
Pn
调功器输出电压有效值 U
nT TC U n
设定周期Tc内导通的周波数为n，每个周
波的周期为T
22
2、交流电力电子开关
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。
■优点：响应速度快，没有触点，寿命长，可以频繁控制通 断。
三相交流调压电路与三相负载之间有多种联 接方式，其中以三相Y接调压方式最为普遍。
Y0型
1、负载Y形连接带中性线的三相交流调压电路
VT1 U
VT3 V
VT5 W
N
RU
VT4 iU RV
VT6 iV RW
VT2 iW iN
VT1
4
RU
U
1
VT26
RV
V
3
W
VT3
2
RW
5
N
图54-1-47
它由3个单相晶闸管交流调压器组合而成，其公 共点为三相调压器中线，每一相可以作为一个单 相调压器单独分析，其工作原理和波形与单相交 流调压相同。
第6章 交流调压电路
图6-11 交流调功器 （a）单相交流调功器；（b）三相交流调功器
图6-12 单相交流过零触发开关电路的工 作波形
•
如设定运行周期Tc内的周波数为n，每个周波的周期为T (20ms),频 率为50Hz，则调功器的输出功率Po为
调压器输出电压有效值为
上式中，Tc应大于电源电压一个周波的时间且远远小于负 载的热时间常数，般取1s左右就可满足工业要求。
第一节单相交流调压电路
采用晶闸管组成的交流电压控制电路，可以很方便地调节输出电压的有效 值。交流调压器的晶闸管控制通常有通/断控制和相位控制两种方法。 • 通/断控制是将晶闸管作为开关将负载与交流电源接通几个周期，然后再断 开几个周期，通过改变通/断时间的比值达到调压的目的。 • 相位控制是使晶闸管在电源电压的每一个周期中，在选定的时间内将负载 与电源接通，通过改变选定的时刻可达到调压的目的。 • 用晶闸管组成的单相交流调压电路有多种形式，可以由一只双向晶闸管组 成，也可以使用两只普通的晶闸管来完成。以下以使用两只普通的晶闸管反 向并联组成的电路为例，来分析单相交流调压电路的工作原理。 •
•
•
• 交流调压电路的应用：交流调压电路广泛用于灯光控制〔如调光 台灯和舞台灯光控制)和异步电机软启动，也应用于异步电动机 调速;在高压小电流或低压大电流直流源中，也用于调节整流变 压器一次侧电压。
• 交流过零调功电路的应用：用于时间常数很大的电热负载的控制， 如电炉温度控制等。
• 本章主要介绍交流调压电路、交流过零调功电路的工作原理及 交流调压电路的应用。
• ( 三 ) α< ψ时 • 1.窄脉冲触发：结果形成单向半波整流现象，如图6一4所示。 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。 因此，需要采用宽脉冲或宽脉冲列触发。
第五章 交流调压电路与斩波电路
。
交流调压与斩波电路 压力检测方法及仪表
19
（2） 电感性负载的功率因数角为
arctan wL
R arctan 2.3 2.3 4
最小控制角为
min
4
故控制角的范围为 π/4≤α≤π。
最大电流发生在 αmin=φ=π/4处，负载电流为正弦波，其 有效值为
Io Uo R (wL)
交流调压与斩波电路 压力检测方法及仪表
1
•
基本方式：
交流电力 控制电路 只改变电压,电流 或控制电路的通 断,而不改变频率 的电路。
交流调压电路 相位控制
在每半个周波内通过对晶闸管开通相位 的控制，调节输出电压有效值的电路。
交流调功电路 通断控制
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，调节输出功率平均值的电路。
2 1 2 2
阻抗角
9
交流调压与斩波电路 压力检测方法及仪表
因为ω t＝α ＋θ 时，io＝0。将此条件代入式
2U io [sin(wt ) sin( )e tan ] Z
可求得导通角θ 与控制角α 、负载阻抗角φ 之间的定量关系表达式为
tan
wt
sin( ) sin( )e
交流调压与斩波电路 压力检测方法及仪表
12
VT1
3) 当α ＜φ 时，导通角θ ＞π 。 电源接通后，在电源的正半周，若先触发VT1，
若采用窄脉冲触发:若触发脉冲的宽度小于a+θ -(a+π )=θ -π 时，
当VT1的电流下降为零关断时，VT2的门极脉冲已经消失，VT2无法导通。 到了下个周期，VT1又被触发导通重复上一周期的工作，
电力电子AC——AC变换
( 2U sin t ) 2 dt U
1 [sin 2 sin(2 2 )]
负载电流有效值Io为
t 1 2U tan Io sin( t ) sin( )e d t π Z
io t 0
解方程得
2U 2U （α≤ω t≤α+θ） io sin(t ) sin e tan Z Z t 2U 2U sin e tan 为暂态分量。 sin(t ) 为稳态分量； it 其中 is Z Z
t t t t
it
io
it
t
电
力
电
子
技
术
6.2.1 相控式交流调压电路
u1 O
iG1 iG2
O
O io
iT1
O
触发脉冲的宽度< -( )= -
α < 时的工作情况（ 用窄脉冲触发） t VT1提前导通，L 被过充电，放电 时间延长， VT1 t 的导通角超过π； 触发VT2时， io尚 未过零， VT1仍 t 导通， VT2不导 通；
(b) 高压直流电源方案
电
力
电
子
技
术
6.1 概述
在一些大惯性环节中，例如温度控制有时也采用通断控制，这 种电路称交流调功电路。通断控制一般在交流电压的过零点接 通或关断，加在负载上是整数倍周期的交流电，在接通期间负 载上承受的电压与流过的电流均是正弦波，与相位控制相比， 对电网不会造成谐波污染，仅仅表现为负载通断。
（a） 阻感负载单相交流调压电路
第十七讲：交流调压电路
(n 3,5,7....)
n次谐波电压幅值Unm为
2 2 U nm a n bn
基波和n次谐波电压有效值、电流有效值
Un 1 2 2 an bn 2 ( n 1,3,5,7,...)
Un In R
11
相控单相交流调压电路
谐波次数越低，谐波幅值越大。 3次谐波的最大值出现在 =90°时， 幅值约占基波分量的0.3倍。 5次谐波的最大值出现在 =60°和 =120°的对称位置。
相控三相交流调压电路
=30°电阻性负载为例
区间3(ωt=90°~120°)：
VT1、VT6仍导通， VT2 触发导通，故支路a、b、c 三相通，负载电压为ua
32
相控三相交流调压电路
=30°电阻性负载为例
第十七讲：交流调压电路 1、 交流调压电路原理概述
2、 相控单相交流调压电路 3、 相控三相交流调压电路 4、 斩波交流调压电路 5、 交流调功电路 重点掌握：2、3、4
1
交流调压电路原理概述
——电路结构及原理分析
S一般为两个晶闸管反并联或双向晶闸管
2
交流调压电路工作原理概述
——交流调压电路的控制方式 （1）整周波通断控制
Io
交流电路输入功率因数为：
U P U I o o o S U1 I o U1
1 sin 2 2
8
相控单相交流调压电路
（2）数量关系
ui 2U1 sint
晶闸管电流有效值IVT为：
2
IVT
U1 1 2U1 sin t d t 2 R R
5
第6章 AC-AC变换电路
四、斩控式交流调压电路
一般采用全控型器件作为开关器件 工作原理
基本原理和直流斩波电路有类似之处。 u1正半周，用V1进行斩波控制，V3提供续流通道。
u1负半周，用V2进行斩波控制，V4提供续流通道。
设斩波器件（V1或V2）导通时间为ton，开关周期为T，则导通
比α = ton/T，改变α 可调节输出电压。
解方程得：
式中：
，θ为晶闸管导通角
利用边界条件：ωt=α+θ时 i0=0，可求得θ：
VT2导通时，上述关系完全相同，只是i0 极性相反，相位差180° 以φ 为参变量时，变量θ与α的关系曲线 如右图：
确定其移相范围： ①α＞φ，此时： 因：
sin( )e
tan
0
o 所以： sin( ) 0 即 180
重点：交－交变频电路（周波变流器）的电路及原理。
第一节 交流开关及应用
交流开关及应用
一、交流 电力电子 开关
二、交流 调功电路
一、交流电力电子开关
将晶闸管反并联串入交流电路如
图所示，代替电路中的机械开关
，起接通和断开电路的作用，称 为交流电力电子开关，也称为无 触点开关。 与机械开关相比，它具有开关响 应速度快，无触点（无电弧火
不对称但是在指数分量的衰减过程中VT1的导通时间逐渐缩短，
VT2的导通时间逐渐延长，当指数分量衰减到零后，VT1和VT2的 导通时间均趋近到π ，其稳态工作情况和α ＝φ 时完全相同。
综合分析可知：单相交流调压电路带阻感性负载时α 角够相范
围为φ ～π 。
三、单相交流调压电路的谐波分析
1.电阻负载的情况
2.4相控式交流调压电路
(L)
2
sin( t )
11
2.4.2 三相交流调压——电路结构
图（a）为由三个单相交流 调压电路组合而成，三个单 相交流调压器完全独立工作， 互不影响。（三相四线制） 图（b）也是三个独立的单 相调压器的一种组合形式。 但电源为线电压，组成一个 完整的交流调压器。该电路 在应用时要求三相负载有6条 引出线，因此造成一定的局 限性。 图（c）和（d）所示的两 种电路工作过程比较复杂， 在以下的分析中均假设负载 是三相对称的。
9
2.4.1 单相交流调压——电感性负载
VT1
+
R
+ u _
VT2
uo
L
io
_
一种比较极端的情况：阻抗角φ较大且控制角α较小时，先导 通的晶闸管尚未关断时后一个晶闸管就得到了触发脉冲，但是 由于两个晶闸管反并联，先导通的晶闸管的导通压降会加在另 一晶闸管的两端使其承受反压，使后一晶闸管不能导通。
10
VT1
+
R
+ u _
VT2
uo _
io
相控作用使电流发生滞后（指变压器次级的输出电流与 电压之间的关系），并且波形也发生畸变，所以即使纯 电阻负载功率因数也不为1。而且控制角越大，功率因数 越低，这是相控电路普遍存在的一个缺点。
7
有关数量关系
负载电压有效值：
1 1 Uo [ ( 2U sin t ) 2 d (t ) ( 2U sin t ) 2 d (t ) U sin 2 2 2
α>π/2工作状态
在一个工作周期中每个晶闸管导通两次，两次导通的导通 角为（控制范围为0～150度） 5
2(
交流调压电路和交流调功电路区别
1.答：交流调压电路和交流调功电路的电路形式完全相同，二者的区别在于控制方式不同。
交流调压电路是在交流电源的每个周期对输出电压波形进行控制。
而交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周波，再断开几个周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。
交流调压电路广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。
在供用电系统中，还常用于对无功功率的连续调节。
此外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。
如采用晶闸管相控整流电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联；同样，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联。
这都是十分不合理的。
采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压电流值都不太大也不太小，在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了。
这样的电路体积小、成本低、易于设计制造。
交流调功电路常用于电炉温度这样时间常数很大的控制对象。
由于控制对象的时间常数大，没有必要对交流电源的每个周期进行频繁控制。
2. 答：TCR是晶闸管控制电抗器。
TSC是晶闸管投切电容器。
二者的基本原理如下：TCR 是利用电抗器来吸收电网中的无功功率（或提供感性的无功功率），通过对晶闸管开通角a角的控制，可以连续调节流过电抗器的电流，从而调节TCR从电网中吸收的无功功率的大小。
TSC 则是利用晶闸管来控制用于补偿无功功率的电容器的投入和切除来向电网提供无功功率（提供容性的无功功率）。
二者的特点是：TCR只能提供感性的无功功率，但无功功率的大小是连续的。
实际应用中往往配以固定电容器（FC），就可以在从容性到感性的范围内连续调节无功功率。
交流调压的控制
一、概述在工业生产及日用电气设备中，有不少交流供电的设备采用控制交流电压来调节设备的工作状态，如加热炉的温度、电源亮度、小型交流电机的转速等。
这样就需要设计一种交流调压电路来控制，其基本原理是把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以控制交流电力。
在每一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。
用在电热控制、交流电动机速度控制、灯光控制和交流稳压器等场合。
采用晶闸管作为开关元件的典型单相交流调压电路如图1所示。
常用通断控制或相位控制方法来调节输出电压。
交流调压电路也广泛用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软起动，也用于异步电动机调速。
在供用电系统中，这种电路还常用于对无功功率的连续调节。
此外，在高压小电流或低压大电流中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。
如采用晶闸管相控整流电路，高电压小电流可控直流电源就需要很多晶闸管串联，同时，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并联。
这都是十分不合理的。
采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压电流值都不太大也不太小，在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了。
这样的电路体积小、成本低、易于设计制造。
交流调压是指把一种交流电变成另一种同频率，不同电压交流电的变换。
按所变换的相数不同交流调压电路可分为单相交流调压电路和三相交流调压电路。
前者是后者的基础。
与自耦变压器调压方法相比，交流调压电路控制方便，调节速度快，装置的重量轻、体积小，有色金属消耗也少。
交流斩波调压技术作为一种高性能交流调压技术，符合电力电子技术高频化、高效化以及低污染发展趋势，将逐步取代晶闸管相控交流调压，新器件的发展将加速这一进程。
其丰富的控制种类，多样的电子开关组合，为不同使用要求提供高性价比产品，是一种经济型交流调压技术。
与单位功率因数、串联电压源等高性能交流调压技术相比，其开关应力及容量要求较大，为进一步提高开关变换效率，如何从系统综合角度考虑减小开关的应力，降低开关损耗，减少驱动复杂性，提高变换效率将成为一个研究新发现。
交流调功电路和交流调压电路的电路形式
交流调功电路和交流调压电路的电路形式交流调功电路和交流调压电路是电子电路中常见的两种调节电路。
它们各自具有特定的电路形式和工作原理，用于不同的电器设备和电子系统中。
本文将分别介绍交流调功电路和交流调压电路的电路形式，并对它们的工作原理进行深入分析。
交流调功电路是一种能够对交流电信号进行功率调整的电路。
它通常由三个主要部分组成：输入端的整流电路、中间的控制器和输出端的逆变电路。
其中，整流电路用于将交流电转换为直流电，控制器用于调节直流电的电流和电压，逆变电路用于将调节后的直流信号再次转换为交流信号。
这种电路形式常用于调节交流电压，以适应不同的电器工作电压需求。
具体的工作原理是：当输入交流电信号进入整流电路后，产生直流电信号，控制器根据需要对直流电信号进行调节，再经过逆变电路转换为所需的交流电信号输出。
交流调功电路有多种不同的电路形式，根据控制方式和输出功率大小不同，可以分为开环控制、闭环控制和PWM控制等。
其中，闭环控制是最常见的一种形式，它通过检测输出信号，反馈给控制器，以实现对输出功率的精确调节。
而PWM控制则是通过对输出信号进行脉冲宽度调制，来实现对输出功率的调节。
这些不同的电路形式都有各自的优缺点，适用于不同的场合和应用需求。
另一方面，交流调压电路是一种能够对交流电信号进行电压调节的电路。
它通常由输入端的变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成。
其中，变压器用于改变输入交流电信号的电压大小，整流电路用于把交流电信号转换为直流电信号，滤波电路用于去除直流信号中的杂波和纹波，稳压电路用于对直流电信号进行电压的稳定调节。
这种电路形式常用于为各种设备和系统提供稳定的交流电源。
交流调压电路同样有多种不同的电路形式，根据控制方式和输出电压大小不同，可以分为线性调压和开关调压等。
其中，线性调压是一种简单的电路形式，它通过耗散额外的功率来实现对输出电压的调节。
而开关调压则是一种更加高效的电路形式，它通过开关元件的控制来实现对输出电压的调节。
交流调压电源的设计与仿真
交流调压电源的设计与仿真组员：指导老师：李磊任务书一、设计内容：1、查阅相关文献资料，掌握交流调压技术的发展与现状。
2、根据设计要求，确定功率电路的实现方案。
3、对交流调压电源的控制方案进行设计。
4、对交流调压电源的工作原理进行分析，并对功率电路和控制电路的电路参数进行设计。
5、在理论分析和设计的基础上，对交流调压电源进行仿真分析。
二、设计要求：交流调压电源设计的具体要求是：输出功率P=500W，输入电压V in=220V AC,输出电压V o=110V AC,输出电流I o=4.5A,开关频率f s=100kHz。
AC-AC变换作为一种功率变换，其调压控制广泛用于交流电机调速、电加热的调温等，其稳压控制广泛用于交流稳压器、交流测试电源等。
目前在电力电子及理论电工的研究领域中都是一个研究热点，它涵盖了电力电子、理论电工及控制理论中的众多内容。
目前，实现AC/AC电压变换的方案主要有工频变换器、矩阵变换器、高频交流环节AC/AC 变换器和交-直-交变换器。
工频变换器体积重量大，成本高，且没有稳压功能；矩阵变换器采用高频PWM技术，具有输入电流波形好、可实现高输入功率因数等优点，但由于其开关数量多，成本高，最大电压增益仅为0.866，控制策略复杂，同时需要复杂的钳位保护电路等问题，实际实现困难；高频交流环节的AC/AC变换器可实现电气隔离、高输入功率因数，但也存在电路和控制复杂等问题。
目前常用的AC/AC变换是交-直-交型变换，这种变换要经过一个直流的过程，也就是说先从交流电整流成直流电，通过对直流电的处理和控制，完成转换的过程，然后再逆变成交流电，输出给用电设备。
采用这种方式主要是因为直流电易于控制。
但是也有缺点，它仅能实现降压变换，变换级数过多，不但成本较高，而且电路复杂。
其整流滤波环节对电网谐波污染严重，滤波电容会使电路的功率因数下降。
由于交-直-交型变换电路的上述缺点，设计直接的“交流一交流”电力电子功率变换电路成为一个新的研究领域。
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iB
N
iC
u NO 0.5u AO
A相晶闸管VT1和VT4两端的电压uVT1为
uVT1 u AO u NO 1.5u AO uVT 4 uVT1 1.5u AO
15
2.4.3 三相6晶闸管无中线交流调压器——晶闸管承受电压分析
VT1
iA
A VT4 VT3 O B VT6 VT 5 C VT2 c b a
a
电路可能的工作状态： （1）三相电都不通（6 个晶闸管全关断）；
N
iB
b
（2）三相电都通（三组 晶闸管每组由一个工 作）； （3）三相电通两相，一 相断开。
iC
c
14
14
2.4.3 三相6晶闸管无中线交流调压器——晶闸管承受电压分析
目的：找晶闸管的自然换相点。
VT1
iA
A VT4 VT3 O B VT6 VT 5 C VT2 c b a
工作过程：与单相半波带电感性负载的原理类似 •（1）ωt=α时VT1导通，负载电压uo=u，电流开始上升，由于
电感的作用，io与uo不呈正比关系， •（2）电感的作用还使晶闸管延迟关断，在电压正半周结束后 的一段时间VT1仍导通，直到负载电流下降到0时VT1关断。（3） ωt=π+α时触发VT2，VT2的导通时间也将持续到io下降到零的时 刻。可见晶闸管的导通角θ>π-α。
两管导通与无管导通的模 式。。
VT1
iA
A VT4 VT3 O B VT6 VT 5 C VT2 c b a
iB
N
iC
（1）第1根红线开始触发VT1，同时被触发的还有VT6， Ua>Ub,所以负载获得电压0.5Uab；（2）第2根红线时Uab 要过零，VT1和VT6均要关断，所以负载电压为0；（3） 第2根红线时触发VT2，同时触发VT1， Ua>Uc,VT1和VT2 导通，负载上得到电压0.5Uac。在第2根红线和第三根红 24 线之间，无晶闸管导通。
iC
正向晶闸管的自然换相点是本相电源 正半周的起点，反向晶闸管的自然换 相点是本相电源负半周的起点。即在 0、π/3，2π/3，π，4π/3，5π/3
是自然换相点。
uB uC
ωt
uA
0
/3
控制角的范围：当两相导通时是 靠线电压的，因此线电压的过零 点将导致两相导通的晶闸管关断， 因此控制角的范围是0～150度 （例如图中的竖线处，Uab过零， 在AB两相工作时，VT1的触发范 围必须是Uab>0,即其触发范围是 17 0～150度）。
铁路货场的照明灯桥也有采用交 流调压技术的，这是交流调压技 术的大功率应用。
3
概 述： 产 品 和 应 用
压大 设型 备的 晶 闸 管 调
晶 闸 管 调 压 设 备
晶闸管交流调压模块
4
2.4.1 单相交流调压
单相交流调压
电 阻 性 负 载
电 感 性 负 载
2015-5-22
5
5
2.4.1单相交流调压——电阻性负载
π/3<α<π/2工作状态
A相负载电压的波形图
负载电压电压有效值的计算公式为
Uo 1 2
2 2 u o d (t ) U 0
1 3 [sin 2 sin( 2 )] 2 4 3
23
α=120度的工作波形
120度时触发VT1，180度触发 VT2， 此处VT1被触发导通
iC
19 三管导通和两管导通交替工作，每个管导通时间π-α
2.4.3 三相6晶闸管无中线交流调压器——α<π/3工作状态
A相负载电压的波形图(其它相波形类似，只是、相位不同)
负载电压有效值的计算公式为
UO 1 2
2
0
2 uO d (t ) U 1
3 3 sin 2 2 4
iB
N
（1）第1根绿线开始触发VT1，同时被触发的还有VT5、VT6，Ua>Ub 且Ua>Uc,所以Vt1导通，负载获得电压Ua， N、O点电位相等；（2） 到第2根绿线时，C相电压过零，关断，VT6和VT1导通；负载上得到 电压0.5Uab；（3）到第3根时触发VT2，C相电位最低，VT2导通， VT1、VT2、VT6工作，负载获得电压Ua， N、O点电位相等；（4） 到第四根线处，B相电压过零，VT6关断，VT1、VT2工作，负载上得 到电压0.5Uac；(5)到第5根线，触发VT3，VT3导通， VT1、VT2、 VT3工作，负载获得电压Ua， N、O点电位相等；（6）到第6根线， VT1自然关断，A相负载电压为0.
α=90度的工作波形
90度时触发VT1，150度触发 VT2， 此处VT1被触发导通
两管导通临界模式。
VT1
iA
A VT4 VT3 O B VT6 VT 5 C VT2 c b a
iB
N
iC
（1）第1根红线开始触发VT1，同时被触发的还有VT6，Ua>Ub, 所以负载获得电压0.5Uab；（2）第2根红线时，Ub过零，但是 整体上Uab>0,所以此处VT6并不关断；（3）第3根红线时Uab要 过零，VT1和VT6均要关断；此时触发VT2， Ua>Uc,VT1和VT2导 22 通，负载上得到电压0.5Uac。
VT1
+
R
+ u _
VT2
uo _
io
相控作用使电流发生滞后（指变压器次级的输出电流与 电压之间的关系），并且波形也发生畸变，所以即使纯 电阻负载功率因数也不为1。而且控制角越大，功率因数 越低，这是相控电路普遍存在的一个缺点。
7
有关数量关系
负载电压有效值：
1 1 Uo [ ( 2U sin t ) 2 d (t ) ( 2U sin t ) 2 d (t ) U sin 2 2 2
20
α=60度的工作波形
60度时触发VT1，120度触发 VT2， 此处VT1被触发导通
两管导通模式，每个管导通时 间120度。
VT1
iA
A VT4 VT3 O B VT6 VT 5 C VT2 c b a
iB
N
此处VT1因为VT3 的导通而关断
iC
（1）第1根绿线开始触发VT1，同时被触发的还有VT6，Ua>Ub,所以负载获得电压 0.5Uab；（2）到第2根绿线触发VT2，Ua>Uc,VT2导通，VT2导通瞬间是三相导通，所 以N、O两点电位相同，此时Ub过零，VT6承受负压而被关断，负载上得到电压0.5Uac； （3）到第3根同时触发VT3，瞬间VT1、VT2和VT3工作，但是VT1立刻由于VT3的导通而 21 被关闭，A相无晶闸管工作，故U=0；
3种情况： （1）本相（有一个）晶闸管导通， 晶闸管电压为0。
（2）电路中6个晶闸管均不导通。 由于负载两端没有压降，N点和O点 电位相等，各晶闸管承受本相的相 电压。
（3）本相无晶闸管导通，其它两相各有 一个晶闸管导通。以A相无晶闸管导通，B 、C两相各有一个晶闸管导通为例，此时N 点与O点电位不相等.
2
(L)
2
sin( t )
11
2.4.2 三相交流调压——电路结构
图（a）为由三个单相交流 调压电路组合而成，三个单 相交流调压器完全独立工作， 互不影响。（三相四线制） 图（b）也是三个独立的单 相调压器的一种组合形式。 但电源为线电压，组成一个 完整的交流调压器。该电路 在应用时要求三相负载有6条 引出线，因此造成一定的局 限性。 图（c）和（d）所示的两 种电路工作过程比较复杂， 在以下的分析中均假设负载 是三相对称的。
2
电压与电流的关系： U 有功功率：
o
Io R
视在功率：
S UIo
P Uo Io
P 1 sin 2 功率因数： S 2
8
这一组式子与单相半波整流电路公式（P37-P38）比较
2.4.1 单相交流调压——电感性负载
VT1
+
R
+ u _
VT2
uo
L
io
_
2.4 相控式交流调压
相控式 交流调压
2.4.1单 相交流 调压
2.4.2 三 相交流 调压
2.4.3 三相6 晶闸管无 中线交流 调压器
2.4.4 星形 中点交流 调压器
2015-5-22
1
1
定义和分类
通过某种装置对交流电压的有效值进行调整叫做 交流调压。 交流调压的方式一般分为三种：相控式、斩波式、 通断式。
VT1
+
R
+ 构：两个晶闸管反并联后与负载串联， 基本原理：通过改变控制角来调节晶闸管的导通 时间，进而起到调节负载电压有效值的作用。 与晶闸管相控整流电路类似，负载性质会对电路 的工作情况有较大的影响，下面对纯电阻负载进 行分析。
6
2.4.1单相交流调压——电阻性负载
相控式交流调压电路负载电压和负载电流的波形图
uA
0
/3
本身电流过零，或者其他晶闸管的开 ωt 通给当前导通的晶闸管施加了反向电 压。
16
2.4.3 三相6晶闸管无中线交流调压器——晶闸管承受电压分析
VT1
iA
A VT4 VT3 O B VT6 VT 5 C VT2 c b a
iB
N
三种状态承受电压的总结：或者承受 本相电压，或者不承受电压，或者承 受本相电压的1.5倍。
9
2.4.1 单相交流调压——电感性负载
VT1
+
R
+ u _
VT2
uo