第6章 交流-交流变换电路
交流交流变换电路
1
2
t
t
t
t
u
s
i
C
u
C
VT
1
VT
2
t
t
u
VT
1
u
u
s
i
C
u
C
C
VT
1
VT
2
VT
图6-16 TSC理想投切时刻原理说明
晶闸管的投切 选择晶闸管投入时刻的原则：该时刻交流电源电压和电容器预充电电压相等，这样电容器电压不会产生跃变，就不会产生冲击电流。 理想情况下，希望电容器预充电电压为电源电压峰值，这时电源电压的变化率为零，电容投入过程不但没有冲击电流，电流也没有阶跃变化。
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
6.1 交流调压电路
电路图
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。
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)。 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， 用于调节变压器一次电压。
图6-15 TSC基本原理图 a) 基本单元单相简图 b) 分组投切单相简图
作用 对无功功率控制，可提高功率因数，稳定电网电压，改善供电质量。 性能优于机械开关投切的电容器。 结构和原理 晶闸管反并联后串入交流电路。 实际常用三相，可三角形联结，也可星形联结。
晶闸管投切电容（Thyristor Switched——Capacitor——TSC）
三相三线
6.1.2 三相交流调压电路
6.1.2 三相交流调压电路
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。
直接变频电路按照输出波形不同可以分为近似正弦波的变频电路(电压型电路)和近似方波的变频电路(电流型电路)。
电压型直接变频电路是利用反并联整流电路的工作原理拓广而成。
其特点是输出频率的上限仅为电网频率的1/3，故只适用于低频电源，如水泥窑的低速回转拖动系统，采用这种方案可实现直接传动。
电流型的电路结构也可看成是桥式整流电路的拓广。
电力电子技术第6章 交流交流变流电路
~u
VT1
uo
R
（a） 电阻负载单相交流调压电路 u1 O uo O i
o
α
π +α
t
VT1
VT2
t
u
O
V T
t
t O School of Electronics Science and Technology 7/57 （b）电阻负载单相交流调压工作波形
6.1.1 单相交流调压电路
每个晶闸管均在对应的交流电压 过零点关断，晶闸管的控制触发 角为α，导通角为θ = π-α。负载电 压波形是电源电压波形的一部分， 负载电流（也即电源电流）和负 载电压的波形相同，晶闸管也只 在两个晶闸管均关断时才承受电 压。 定量分析：由此可知，当晶闸管 的控制触发角为α时，负载两端的
ui 0 uo 0
t
t
图6-1 （c）斩控式交流调压方案 6/57
School of Electronics Science and Technology
6.1.1 单相交流调压电路
1 相控式交流调压电路
VT2
相控式交流调压电路的工作情 况和负载性质有很大的关系， 下面就电阻性负载和电感性负 载分别讨论。 （1）电阻性负载 单相相控式 交流调压电路电阻性负载电路 图如图所示，加在该电路输入 端的电源为正弦交流电。在交 流电源的正负半周分别在ωt =α 和ωt =π +α 时刻触发晶闸管VT1 和VT2，从而得到负载两端的电 压、电流以及VT两端电压波形 如图所示。
■直接方式
◆交流电力控制电路：只改变电压、电流或对电路的通 断进行控制，而不改变频率的电路。
◆交流调压电路：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：以交流电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。 ◆交流电力电子开关：串入电路中根据需要接通或断开电路的晶闸管。
第6章 交流—交流变换电路
13
6.5.1 单相相控交-交变频电路
◆基本原理 当正组变流器工作时，晶闸管触发角 p =0，平均电压Ud最大。随着的 p增大，Ud 值减小，当 p π 2 时，Ud=0。半周内平均输出电压如图6-17所示，为一正弦波。由
于整流电压波形上部包围的面积比下部面积大，总的功率为正，从电源供向负载，
组相控整流电路反并联构成，如图6-17
所示，将其中一组整流器称为正组变流 器P，另外一组称为反组变流器N。如果
正组变流器工作，反组变流器被封锁，
负载端得到输出电压为上正、下负；如 果反组变流器工作，正组变流器被封锁 ，则负载端得到输出电压为上负、下正 。
6-17 相控单相交-交变频电路阻感负载时的输出波形
14
6.5.1 单相相控交-交变频电路
◆基本原理 反组变流器的工作原理类似。 由此得出结论，正弦波交-交变频电路是由两组反并联的可控整流器组成，运行
中正、反两组变流器的α角要不断加以调制，使输出电压平均值为正弦波；同时，
正、反两组变流器也需按规定频率不停地进行切换，以输出可变频率交流。 正、反两组整流器切换时，不能简单地将原来工作的整流器封锁，同时将原来封 锁的整流器立即开通。因为己开通的晶闸管并不能在触发脉冲消失的那一瞬间立即 被关断，必须等待晶闸管承受反压时才能关断。如果两组整流器切换时触发脉冲的 封锁和开放同时进行，原先导通的整流器不能立即关断，而原来封锁的整流器己经 开通，于是出现两组整流器同时导通的现象，将会产生很大的短路电流，使晶闸管 损坏。为了防止在负载电流反向时产生环流，将原来工作的整流器封锁后，必须留 有一定死区时间，再开通另一组整流器。这种两组整流器任何时刻只有一组工作， 在两组之间不存在环流，称为无环流控制方式。
华中科技大学电力电子学幻灯片——交流-交流变换器
电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）第6 章交流-交流变换器6交流-交流变换器6.0 引言6.1 晶闸管交流电压控制器的类型6.2 单相交流电压控制器6.3 三相全波交流电压控制器*6.4 变压器抽头电压控制器*6.5 晶闸管相控交流/交流直接变频器*6.6 矩阵式交流/交流变频器6.7 本章小结本章主要讲述交流-交流变流电路把一种形式的交流电变成另一种形式交流电的电路交流电压控制器频率不变，仅改变电压大小交流调压电路相位控制交流调功电路通断控制变频器实现频率变换亦可改变电压大小交交变频直接交直交变频间接⏹采用晶闸管作开关器件时，依靠交流电源瞬时值过零及反向来关断晶闸管。
晶闸管开关器件的开通则可采用移相控制，改变控制角调控变换器输出电压的大小。
⏹单相电压控制器常用于小功率单相电动机、照明和电加热控制，三相交流-交流电压控制器的输出是三相恒频变压交流电源，通常给三相交流异步电动机供电，实现异步电动机的变压调速，或作为异步电动机的启动器使用。
6.0 引言6.1 晶闸管交流电压控制器的类型6.1.1 单相全控6.1.2 带中线星形联结6.1.3 无中线的三相连接6.1.4 三角形联结的控制器si tV v s s ωsin 2=Roi +-ov 1T 4T （a ）单相全控通态时：)()(t v t v S O =断态时：)(=t v O 两个反并联开关器件负载电压、负载功率的大小由控制角a 确定6.1.1 单相全控si V1T 4T 3T 6T 5T 2T （b ）带中线星形联接90=a 时，中线电流约等于相电流三个单相交流电压控制器可组合成带中线的三相交流电压控制器缺点中线电流大6.1.2 带中线星形联结si 'V （c ）无中线的三相联接输入电流中没有3次及3的倍数次谐波电流6.1.3 无中线的三相连接Nv ANv BNv CNi Ai Bi CBACZ LZ LT1T4T6T3Z LT2T5(d) Δ联接的交流电压控制器只适用于允许断开6根出线端子的三角形负载6.1.4 三角形联结的交流电压控制器6.2 单相交流电压控制器6.2.1 电阻负载6.2.2 电阻、电感性负载*6.2.3 PWM交流电压控制器利用傅立叶级数可求出基波及各次谐波。
第六章交流交流(ACAC)变换
第六章交流—交流(AＣ—ＡＣ）变换AC—ＡC变换是一种可以改变电压大小、频率、相数的交流—交流电力变换技术。
只改变电压大小或仅对电路实现通断控制而不改变频率的电路，称为交流调压电路和交流调功电路、或交流无触点开关。
从一种频率交流变换成另一种频率交流的电路则称为交—交变频器，它有别于交—直—交二次变换的间接变频,是一种直接变频电路。
为了解决相控式晶闸管型交—交变频器输入、输出波形差、谐波严重的弊病，在基于双向自关断功率开关的基础上目前正在研究一种所谓的矩阵式变换器,它是一种具有十分优良输入、输出特性的特殊形式交—交变频器。
本章将分节介绍交流调压（交流调功或交流无触点开关）、交—交变频及矩阵式变换器的相关内容。
6.１交流调压电路交流调压电路采用两单向晶闸管反并联（图6-1（a)）或双向晶闸（图6－1（b)），实现对交流电正、负半周的对称控制，达到方便地调节输出交流电压大小的目的,或实现交流电路的通、断控制。
因此交流调压电路可用于异步电动机的调压调速、恒流软起动，交流负载的功率调节,灯光调节，供电系统无功调节,用作交流无触点开关、固态继电器等，应用领域十分广泛。
图6-１交流调压电路交流调压电路一般有三种控制方式,其原理如图6－2所示。
图6-2 交流调压电路控制方式（1）通断控制通断控制是在交流电压过零时刻导通或关断晶闸管，使负载电路与交流电源接通几个周波,然后再断开几个周波，通过改变导通周波数与关断周波数的比值，实现调节交流电压大小的目的。
通断控制时输出电压波形基本正弦，无低次谐波，但由于输出电压时有时无,电压调节不连续,会分解出分数次谐波。
如用于异步电机调压调速，会因电机经常处于重合闸过程而出现大电流冲击，因此很少采用。
一般用于电炉调温等交流功率调节的场合。
（2）相位控制与可控整流的移相触发控制相似，在交流的正半周时触发导通正向晶闸管、负半周时触发导通反向晶闸管,且保持两晶闸的移相角相同,以保证向负载输出正、负半周对称的交流电压波形。
电力电子技术基础 第6章 AC-AC变换-交流调压和交交变频器
图6-1 单相交流调压电路（电阻式负载）
第6章 AC/AC变换——交流调压和交交变频器
u1
2、单相交流调压电路 （阻感式负载）
0j a
p
2p
wt
波形与工作原理
VT1
i0
VT2
R i2
~u1
u0
L
uG uG1
uG2
0
wt
u0
0j a
p
p+ a
wt
i00wtqFra bibliotekuVT
0
wt
图6-2 阻感负载电路波形
第6章 AC/AC变换——交流调压和交交变频器
电力电子技术课程讲座
第6章 AC/AC变换——交交变流电路 6.1 概述
交流-交流变流电路（AC/AC Converter）即把一种形式的交流变成另一种形式 交流的电路。在进行AC-AC变流时，可改变相应的电压(电流)、频率和相数等。
交流-交流变换电路可以分为直接方式（即无中间直流环节）和间接方式（有中 间直流环节）两种。
+
p
a p
第6章 AC/AC变换——交流调压和交交变频器
2、单相交流调压电路 （电阻式负载）
1.0
功率因数 λ
0.8
P U0I0 U0 sin 2a + p a
S U1I0 US
2p
p
✓ α越大，输出电压越低，功率因数也越低。 ✓ 移相范围： ✓ 图中输出电压虽是交流，但不是正弦波，没有偶次谐
O
✓
时刻，开通VT2，此时i2流过负载，u0 = u1；
✓在
期间，无VT通，由相应的VT承担u0电压，u0 = 0。
p+a
第6章 交流-交流变换电路
周波变换器
6-1 交流电压控制电路
典型应用
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 小型异步电动机调压调速 4 供用电系统对无功功率的连续调节 5 加热炉温度控制
6-1 交流电压控制电路 6-1-1 单相交流调压 控制方式： 1.通断控制
2.相位控制
6-1-1 单相交流调压
电力电子开关应用例
无功补偿装置—晶闸管投切电容器（TSC： Thyristor Switched Capcitor）中利用晶闸管 实现补偿电容的投入与切除，实现输入功率 因数在期望值附近。
TSC单相主电路
返回
6-2 相控交交变频电路 6.2.1 单相交-交变频电路
1) 基本结构与工作原理
将两个相控整流电路反并联并控制它们分 时向负载供电，则可在负载上获得交流电
Y 三相四线联接（ N 联接） 三角形联接（ D联接）
三相四线联接、三角形联接三相交流调压 可看作是三个单相交流调压电路的组合,可 仿照单相交流调压方法进行控制.
6-1-2 三相交流调压
中线上 是否存 在电流?
6-1-2 三相交流调压
三相三线联接（Y 联接） 工作原理
1 由于没有零线，每相 电流必须和另一相构成 回路.与三相全控桥整 流电路一样，应采用宽 脉冲或双窄脉冲触发。
接线复杂，使用的晶闸管较多
受电网频率和变流电路脉波数的限制 输出频率较低，输出电压谐波成分大 采用相控方式，输入功率因数较低
交-交变频器主要用于500kW以上，转速在 600r/min以下的大功率、低转速的交流调 速装置中。它既可用于异步电动机传动，也 可用于同步电动机传动。
6-2-2 三相交交变频电路
控制方式：
第6章 交流-交流变换电路
单相交流调压阻感负载 阻感负载电路不同 、 的 图6-2-3 单相交流调压阻感负载电路不同α、 φ的波形
2、阻感负载 、
α < 时，采用宽脉冲或脉冲列触发。 采用宽脉冲或脉冲列触发。
则在刚开始触发晶闸管的几个周波内， 这样即使α＜φ，则在刚开始触发晶闸管的几个周波内， 两管的电流波形还是不对称的。但经几周波后，负载电 两管的电流波形还是不对称的。但经几周波后， 流即成为对称连续的正弦波，电流滞后电压φ角。 流即成为对称连续的正弦波，
14
三、斩控式交流调压电路
原 理 分 析
i1 V2
T
器件
V1 u 2 V u1 1 = ton/T
V1
为ton
开关
为
VD 1
一般采用全控型器 件作为开关器件
控
VD 2 V3 VD 3
控
15
u1
控
VD 4 uo V4
R L
4-7
单相交流调压电路
斩控式交流调压电路阻性负载 特性 电源电流的基波分量和电源 电压同相位 电源电流不含低次谐波， 电源电流不含低次谐波，只 含和开关周期T有关的高次 含和开关周期 有关的高次 谐波 功率因数接近1 功率因数接近
u1 O uo O io O uVT O u1 u1 VT1 VT2 io uo R u1 VT1 VT2 io uo R
ωt
O uo
ωt
ωt
O io O uVT
ωt
ωt
ωt
ωt
O
ωt
5
第一节 交流调压电路
VT1
数量关系
负载电压有效值
u1
VT2
io uo R
Uo =
π α 1 sin 2α + 1 1 α 2π π U 负载电流有效值 Io = o R 晶闸管电流有效值
第六章 ACAC变换器
2、其他交流电力控制电路 2.1 交流调功电路 2.2 交流电力电子开关
• 阻感负载时的工作过程分析
在ωt =α时刻开通VT1，负载电流满足
解方程得
式中 θ为晶闸管导通角
6.2.1 相控交流调压电路－单相
1、交流调压电路
1.1 相控交流调压电路
• VT2导通时，上述关系完全相同，只是io极性 相反，相位差180°
6.2.1 相控交流调压电路－单相
• 可见有以下几种典型工况： 1. =0º，上式右端=0，α+θ=π，即
为纯电阻工况 2. ≠0º， =α，由上式可 得，θ=π
，表明两个VT相当于二极管， 开始不起调压作用。 3. ≠0º， α＞,θ＜π，此时电流波 形如前所画。
6.2.1 相控交流调压电路－单相
6.2.1 相控交流调
• α<，θ>π,VT1提前通，L被过充电，放电 时间延长，触发VT2时，负载电流未过零 反向。
6.2.1 相控交流调压电路－单相
• α<，θ>π,VT1提前通，L被过充电，放电 时间延长，触发VT2时，负载电流未过零 反向。
6.2.1 相控交流调压电路－单相
正弦项
指数衰减项
6.2.1 相控交流调压电路－三相
➢三相四线 • 基本原理：相当于三个单相
交流调压电路的组合，三相 互相错开120°工作。基波 和3倍次以外的谐波在三相 之间流动，不流过零线
6.2.1 相控交流调压电路－三相
➢ 问题：三相中3倍次谐波同相位，全 部流过零线。零线有很大3倍次谐波
1）单相相控交流调压电路 2）三相相控交流调压电路
1.2 PWM交流调压电路
第六章：交流-交流变换技术
d轴电流PI调节器
dd
da
电量检测
ia
ea
Tam / dq
PLL
Ls / VC1
Ls / VC1
0
S21 ~ S24
SPWM (120 o )
iq
Tdq / am
dq
da
K K p2 i2 s
q轴电流PI调节器
S31 ~ S34
SPW M (240 o )
SST电网侧输入端串联3个AC/DC模块的控制技术框图
整流器采用三相PWM整流电路时，输入电流近似正弦波， 且功率因数接近1，具有较高的电磁兼容性能。 具有单相功率因数校正功能的交流-交流变换电路，一般 适合于小功率的应用场合。
单相单管式Boost APFC电路分析
假定输入电感电流iL连续:
ud uL ud U O 0 t dTC dTC t TC
uc
A
ia
B
ib
H i (s)
三相整流器六 开关半桥电路
Udc
H
v
(s)
C
ic
PWM驱动产 生电路 dq反变换
u ref
PI
dq变换
id
iq
PI
PI
0
三相半桥整流器功率主电路拓扑
整流器系统控制原理图
交流输入端电压电流仿真波形图
交流输入端电压电流实验波形图
间接AC/AC变换电路－电力电子电力变压器
diL 1 (U S m sin t U O ) 0 dt L US m U O
iS
uS
(完整版)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α的移相范围为0~180O，随 α 的增大，U o 减小，功率因数λ减小。
3.单相交流调压电路带阻感负载，当控制角α＜ϕ(ϕ=arctan(ωL/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 α 的移相范围为90°~ 180°，线电流中所含谐波的次数为k。
6=±k,2,1,15.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。
答：交流调功电路和交流电力电子开关都是控制电路的接通和断开，但交流调功电路是以控制电路的平均输出功率为目的，其控制手段是改变控制周期内电路导通周波数和断开周波数的比。
而交流电力电子开关并不去控制电路的平均输出功率，通常也没有明确的控制周期，而只是根据需要控制电路的开通和断开。
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
第6章 交流电力控制电路
第6章 交流电力控制电路1.关于单相交流调压电路带电阻性负载，以下叙述正确的是：A.为保证输出无直流成份，要求输出给负载的电压波形o u 正负半周对称，平均值为零；B.两只晶闸管都是在电源电压1u 过零时关断，并且一只晶闸管导通时的通态压降，对另一只晶闸管为反向偏压；C.由双向晶闸管组成的单相交流调压电路门极触发脉冲为高频脉冲列，并且在电压1u 过零点之前，应留出一定裕量角提前停止触发脉冲；D.负载电压有效值o U 、电路功率因数λ分别为：παπαπ-+=2sin 211U U o ，παπαπλ-+=2sin 212.关于单相交流调压电路带电感性负载(负载阻抗角()R L /arctan ωϕ=)，以下叙述正确的是：A.只能进行滞后控制，使负载电流更为滞后，而无法使其超前；B.当ϕα>时，导通角︒<180θ，正负半波电流断续。
α越大，θ越小，波形断续越严重。
但此时交流电压可调；C.当ϕα=时，两只晶闸管的导通角θ均为︒180，电流o i 比电压1u 滞后ϕ角。
晶闸管对交流电压失去控制作用；D.当ϕα<时：若采用宽脉冲触发，输出电压、电流波形与ϕα=时相同，导通角θ恒为︒180，电流o i 比电压1u 滞后ϕ角。
晶闸管对交流电压失去控制作用；若采用窄脉冲触发，因为电感电压作用面积较大，L 被过充电，放电时间延长，使另一个晶闸管无法正常导通。
3.关于单相交流调压电路，以下叙述中不正确的是：A.输出电压可控时负载电压和负载电流均不是正弦波，含有大量谐波；B.能使输出电压可调的正常移相范围：︒=180~ϕα。
输出电流为正负半波断续(︒<180θ)的非正弦波形，α越大，则θ越小，电流波形断续加重；C.当ϕα≤时，若采用宽脉冲或高频脉冲列触发，则作用效果与交流开关完全短路的情况相图 单相交流调压电路同，不具备可控调压作用，1u u o =，o i 为连续正弦波(︒=180θ)；D.在电感性负载下，不能用窄脉冲触发，否则当ϕα<时会发生一只SCR 无法导通现象，输出电流出现很大的直流成份，会烧毁晶闸管和交流负载。
现代交流伺服系统 第6章 交流伺服系统的功率变换电路
Idc 2
URM 2Uφ
I D(AV)
Idc 3
URM 2UCI
5
6.2.2 滤波电路的设计
• 滤波电路的主要构成 在电压型逆变器中，滤波元件主要是采用电解电容器。
• 滤波电容器的主要参数 滤波电容器的选择主要考虑以下三个因素：电容器的额定电压、滤波电路纹
波电压及电容器的额定纹波电流。 • 纹波电流 ➢ 滤波电容器流过的纹波电流主要包括两部分：从工频电源通过整流电路流入的
➢ 它与RC缓冲电路不同，由于带有缓冲二极管，缓冲电阻值可以取大，能够避
免导通时，集电极电流增大影响IGBT的问题；
➢ 与放电阻止型RCD缓冲电路相比，由于在缓冲电路上产生的损耗非常大，不适
合高频开关电路。
充放电型RCD缓冲电路电阻上产生的损耗可以根据下式计算
P
LI
2 0
f
CSU
2 d
f
2
2
16
6.2.4 缓冲电路的设计表6-1 输入交流电压和Fra bibliotek件额定电压关系
输入交流电压/V
180~220
380~440
480~575
器件额定电压值/V
600
1000~1200
1400
7
6.2.3 逆变电路的设计
• 电流额定值的确定
器件额定电流值由逆变电路容量与伺服电动机功率之间的关系得到
PCN
PM cos
ICMAX
2kolkirp PCN 3U CN
8
6.2.3 逆变电路的设计
（2）正弦波PWM逆变电路开关器件损耗的计算
• IGBT饱和损耗
IGBT的饱和损耗为：
P(sat)AV
1 ICPUCE(sat) (8
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0 .5
I 0 2 IVT
IVTN IVT Z 2U1
(6-10) (6-11)
0 .4
IVTN 0 .3 0 .2 0 .1
j =0
a / (° ) 图6-3 单相交流调压电路a为参变量时I VTN和a关系曲线
0
40
80
120
160 180
6.1.1 单相交流调压电路
13.55( A)
I in I o I VT 19.16( A)
(W ) Pin I in R 2937
2
P 2937 in 0.697 U1I o 22019.16
6- 12
6.1.1 单相交流调压电路
3) 单相交流调压电路的谐波分析
电阻负载
由于波形正负半波对称，所以不含直流分 量和偶次谐波。
6- 10
6.1.1 单相交流调压电路
(W ) Pin I in R 3872
2
功率因数为
Pin 3872 0.8 U1I o 220 22
实际上，此时的功率因数也就是负载阻抗角的余弦。 ②a
时，先计算晶闸管的导通角，由式（6-7）得 3
sin(
3
q 0.643 tanj
解上式可得晶闸管导通角为：
q 2.727 156 .2
6- 11
6.1.1 单相交流调压电路
I VT U1 sin q cos(2a j q ) q cosj 2 Z
sin 2.727 cos(2 0.6435 2.727) 220 3 2.727 0.8 2 10
第6章 交流——交流变换电路
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 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。 交流电力电子开关
交流电力 控制电路
交交变频
变频电路 改变频率的电路 交直交变频
直接
间接
6.1 交流调压电路
2 Z R2 X L 10
6 j arctan( X L ) arctan( ) 0.6435 36.87 R 8
因此开通角a的变化范围为： j 即
a
0.6435 a
①当a=/6时，由于a<j,因此晶闸管调压器全开放，输出电压为完整 的正弦波，负载电流也为最大，此时输出功率最大，为 220 I in I o Z 22( A)
当阻感负载, a < j 时电 路工作情况。
VT1的导通时间超过π 。 触发VT2时， io尚未 过零， VT1仍导通， VT2不会导通。io过零 后，VT2才可开通， VT2导通角小于π。 衰减过程中， VT1导 通时间渐短， VT2的 导通时间渐长。
u1 O
图6-2 阻感负载单相交流调压电路
wt
6.1 交流调压电路
6.1.1 单相交流调压电路
6.1.2 三相交流调压电路
6.1.1 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≤ a ≤π。 a =0时，输出电压为最大 。 Uo=U1, 随 a 的增大，Uo降低， a =π时， Uo =0。 λ 与 a 的关系:
u1 O uo O
wt
wt
i
o
a 增大，输入电流滞后于电压
且畸变，λ 降低。
a =0时，功率因数λ =1，
u
O
V T
wt
O
wt
图6-1 电阻负载单相交流调压电路及其波形
6.1.1 单相交流调压电路
VT1
1) 阻感负载
负载阻抗角： j = arctan(wL / R) 若晶闸管短接，稳态时负载 电流为正弦波，相位滞后于u1 的角度为j ，当用晶闸管控制时， 只能进行滞后控制，使负载电 流更为滞后。
u
G1
u1
O 0.6
wt
u
O
G2
wt
O uo
wt
O i
o
wt
a =0时刻仍定为u1过零的 时刻，a 的移相范围应为j ≤ a ≤ π。
O u
VT
wt
O
wt
图6-2 电阻负载单相交流调压电路及其波形
6.1.1 单相交流调压电路
wt = a 时刻开通晶闸管 VT1，可求得θ
sin(a q j ) sin(a j )e
u o (wt )
n 1, 3, 5,
100 80 基波
(6-12)
In/I*/%
(a n cos nw t bn sin nw t )
60 40 20 3次 5次 7次
基波和各次谐波有效值 1 2 2 U on an bn 2 负载电流基波和各次谐波有效值
(6-13)
(6-14) 电流基波和各次谐波标幺值随 a 变化 的曲线（基准电流为 a =0 时的有效值） 如图6-5所示。
iG1 iG2
O a
wt wt wt
O io
a iT1
j
O a q
图6-4 a<j时阻感负载交流调压电路工作波形 图4-5
iT2
6.1.1 单相交流调压电路
◆例6-1 一单相交流调压器，输入交流电压为220V，50Hz，负载为电阻电感， 其中R=8Ω，XL=6 Ω。试求a=/6、/3时的输出电压、电流有效值及输入功率 和功率因数。 解：负载阻抗及负载阻抗角分别为：
q tg j
180 140 100
当a= j时 θ =π 当a> j时 θ <π 以j 为参变量，利用上 式可把a 和θ 的关系表示 成右图。
q / (° )
60
20 0 20 60 100 a /(° ) 140 180
图6-3 单相交流调压电路以a 为参变量的θ和a关系曲线
6.1.1 单相交流调压电路
I on U on / R
0
60
120 180
触发延迟角a/( ° ) 图4-6 图6-5 电阻负载单相交流调 压电路基波和谐波电流含量
6.1.1 单相交流调压电路
阻感负载
电流谐波次数和电阻负载时相同，也只含3、5、7… 等次谐波。 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。
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。
电路图
6.1 交流调压电路
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。