第6章交流调压电路

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• 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。
电流的有效值为
调压器的功率因数为
式中 Uo—负载电压有效值; U——电源电压有效值; α一晶闸管的控制角，移相范围为0~π。
• 当α=0时，相当于晶闸管一直接通，Uo=U,为最大输出电压;随着α角 的增大，电阻R上的电压有效值Uo逐渐减小; • 当α=π时，Uo=0。 • 因此，单相交流调压器对于电阻性负载，其电压的输出调节范围 为0~U。 • 此外，当 α=0 时功率因数λ=1，随着α角的增大，输人电流滞后于 电压而且发生畸变，功率因数λ也逐渐降低·
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在交流调功电路中，由于采用了过零触发，因此避免了相 位控制时缺角正弦波产生的，线电射频干扰，减小晶闸管触发导 通时瞬态浪涌电流和电流变化率di/dt值，使负载上的电压或电流 均为完整的正弦波，减小对电网造成通常意义的谐波污染。 • 但交流调功电路不能平滑调节电压，不能使用普通的电压 表、电流表测量，不适合调光等场合。
第四节 交流调压电路的应用实例
• • 一、软启动器 应用三相交流调压电路可以构成电动机软启动器· 如图6-15所示它的意义在于 可以减少启动电流(实际上是降低启动电压);使电动机在启制动过程中，将电压 缓慢地加在电动机上，使电动机和负载平滑地进行加速及减速· 通过软启动器 装置相控调压，使启动转矩逐渐增加，减少损耗，延长电动机和电源的寿命; 另一方面，大大地减低了初始浪涌电流，减少了对电网的干扰。在不需要变 速的场合下，它比变频器具有更好的性能价格比。
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• 二、电感性负载 • 当负载为线圈、交流电动机或经过变压器再接电阻负载时，这 种负载称为电感性负载。图6一2 (a)所示为电感性负载单相交流调 压电路。
可求得导通角θ与控制角α、负载阻抗角ψ之间的定量关系表达 式为
• 下面分别就α>ψ、α=ψ、α<ψ三种情况来讨论调压电路的工作情 况。 • ( 一 ) α> ψ时 • 当α>ψ时，由上式可以判断出导通角θ<180°负载电路处于电流 断续状态。α越大，θ越小，波形断续愈严重。 • ( 二 ) α= ψ时 • 当α=ψ时，由上式可知每个晶闸管的导通角θ=180°。此时，每 个晶闸管轮流导通180°，相当于两个晶闸管轮流被短接，负载 电流处于临界连续状态，输出完整的正弦波。
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
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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。
第二节 三相交流调压电路
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• • 三相交流调压器接线形式很多，较为常见的接线方式有三 种，即星形连接带中性线的三相交流调压电路、晶闸管与负载连 接成内三角形的三相交流调压电路和用三对反并联晶闸管连接成 的三相三线交流调压电路。 单相交流调压适用于单相负载。如果单相负载容量过大，就 会引起三相不平衡，影响电网供电质量，因此容量较大的负载大 多分为三相要适应三相负载的要求，就需要用三相交流调压。
第六章 交流调压电路
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只改变交流电压或对电路的通断进行控制，而不改变频率的 电路称为交流电力控制电路。 交流调压电路、交流过零调功电路是交流电力控制电路的常 用形式。
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• 共同点:(1)多数电路都未用晶闸管作为开关元件，晶闸管连接方式 相同(2)电力变换时，它们都不改变交流电的频率; • 区别: (1)它们的控制目标不同，交流调压电路控制的目标是输出 电压的有效值，交流过零调功电路控制的目标是输出平均功率。 （2）控制方式不同，交流调压有通/断控制和相位控制方式，交 流调功利用过零触发，调节晶闸管的通断周波数的方式。 •
(1)带电阻性负载时，负载电流波形与单相桥式可控整流 交流侧电流波形一致，改变控制角α可以改变负载电压 有效值，达到交流调压的目的
(2)带电感性负载时，不能用窄脉冲触发，否则当α<ψ时 会发生一个晶闸管无法导通的现象，产生很大的直流分 量 (3)带大电感性负载时，最小控制角αmin=ψ (负载功率因 数角)，所以ψ的移相范围为ψ~180°，而带电阻负载时移 相范围为0°~180°。
• ( 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。
• 2.宽脉冲或脉冲列触发 • 如图触发脉冲的宽度大于θ-π，如图6-5所示
综上所述，可以归纳出单相交流调压电路具有以下几 个特点。
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• 图6一1 (a)所示为单相交流调压主电路原理图。（此为电阻性负载 情况）
图6-1 交流调压主电路及输出电压波形 （a）电阻性负载单相调压的数量关系主电路；（b）输出电压波形图
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单向交流调压电路的工作情况和它的负载性质有关，下面 根据负载性质对单相交流调压器的工作情况分别予以介绍。 • 一、电阻性负载 • 电路输出交流电压的有效值为
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二、调功电路实例
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图6-13 全周波连续式分立元件过零调功电路
该电路中各点的输出波形如图6-14所示。 在直流开关导通期间输出连续的正弦波，控制电压Uc的大小决定了直流开关 导通时间的长短，开关导通的周波数也就相应变化，从而实现对输出功率的 调节。 • 显然，控制电压Uc越大，导通的周波数越多，输出的功率就越大，电阻炉的 温度也就越高;反之，电阻炉的温度就越低。利用这种系统就可实现对电阻炉 炉温的控制。 • •
图6-15 交流调压电路构成的电动机软启动器及其工作波形
（a）电动机软启动器电路；（b）工作波形
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二、晶闸管电镀电源
低压大电流电路:交流输人电压380V, 50 Hz;直流输出电流。0~1500A，直流输出电 压0~18V。 • 晶闸管电镀电源的主电路如图6-16所示。
图6-16 晶闸管电镀电源的主电路
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。 •
图6-14 单相过零调功电路的工作波形
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一、星形连接带中性线的三相交流调压电路
图6-6 星型连接带中线的三相交流调压电路
• 二、晶闸管与负载连接成内三角形的三相交流调压电路
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图6-7 晶闸管与负载连接成的内三角形的三相交流调压电路
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• 三、用三对反并联晶闸管连接成的三相三线交流调压电路
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图6-8 用三对反并联晶闸管连接成的三相三线交流调压电路
第三节 交流过零调功电路
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交流过零调功电路以交流电源周波数为控制单位，利用过零 触发，调节晶闸管通断周波数的方式来控制输出功率，简称调功 器或周波控制器.
一、调功器的工作原理 • 图6一11所示为过零触发单相交流调功和三相交流调功电路。交 流电源电压u以及VT1和VT2的触发脉冲ug1、ug2的波形分别如图6-12所 示。由于各晶闸管都是在电压u过零时加触发脉冲的，因此这种 触发方式又被称为过零触发。