电力电子技术第五章 交流变换电路

《电力电子技术》
三、晶闸管交流稳压电路 图5-11 所示为一个简单的单相交流稳压电路。带抽头的自耦变压 器1、0端为输入端；变压器高电压的3端接双向晶闸管VT1；低电压的 抽头2端接双向晶闸管 VT2；4、0接负载的输出端。当输入电压u10在其 额定值(220V)的±10%变化时，适当设计1—3、1—2间的匝数，uo可稳 定在220V附近。
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图5-2为三相自动电热炉的典型电路。它采用双向晶闸管为交流开 关，当开关Q拨到“自动”位置时，炉温就能自动保持在给定温度。 若炉温低于给定温度，温控仪KT(调节式毫伏温度计)使常开触点KT闭 合，VT4(小容量双向晶闸管 )被触发导通，使继电器KA线圈带电，KA 的触点动作，使VT1、VT2、VT3触发导通，负载电阻RL接入交流电源， 电炉升温。若炉温到达给定温度，温控仪的常开触点KT断开，VT4关 断，继电器KA失电，双向晶 闸管VT1VT2、VT3关断，电阻 RL与电源断开，电炉降温。使 炉温被控制在给定范围内波动， 实现自动恒温控制。
图5-4 过零触发电路
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锯齿波是由单结晶体管V8 和R1、R2、R3、RRP1和C1组成 的张驰振荡器产生，经射极 跟随器(V1、R4)输出。 2) 控制电压(UC)与锯齿波 电压进行电流叠加后，得 到合成电压uS送至V2的基极。 3) 由V2、V3及R8、R9、 VS1组成直流开关。 4) 过零脉冲输出。
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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。改变触发延迟角 α 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，并产生很大直流分量 电流，烧毁熔断器或晶闸管。 3) 电感性负载时，最小触发延迟角 αmin =φ( 阻抗 角)。所以α的移相范围为φ～180°；电阻负载时移 相范围为0°～180°。
第五章 交流变换电路
学习目标
1．掌握电力电子器件作为交流开关的典型应用电路。 2．掌握单相交流调压电路基本工作原理，了解电感 性负载阻抗角对控制角的影响。 3．了解三相交流调压电路的连接方式及性能特点。 4. 了解交-交变频的工作原理与电路结构。
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第一节
交流开关及其应用电路
电力电子器件在交流开关及交流调压控制电 路中应用广泛。通常电磁式开关在断开负载电 路时往往有电弧产生，触头易烧损，动作时间 长；且有噪声、寿命短和功耗大等。而由电力 电子器件组成的交流开关具有无触头、开关速 度快、使用寿命长和功耗小等优点。
2)流过晶闸管的电流有效值 3)功率因数
P UR I UR 2( π ) sin 2 cos S UI U 2π
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二、电感性负载
a) b) c) 图5-9 单相交流调压电感负载电路及波形
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下面分三种情况进行讨论： (1) α >φ 由图5-9a可见，α >φ，θ <180°，正负半波 电流断续。如图5-9a所示。 (2) α =φ 当α=φ 时，θ =180°，即正负半周电流临界连 续。相当于晶闸管失去控制，如图5-9b所示。 (3) α <φ ，若VT1管先被触发导通，而且θ ＞180°。如 果采用窄脉冲触发，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。等到VT1管中流过的电流为 零并关断时，ug2脉冲已经消失，此时VT2 管虽受正压，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。
P
TC
Pn
调功器输出电压有效值
U
nT Un TC
其中，Pn、Un为设定周期TC内全导通时装置的输出功率与电压有效值。因此， 改变导通周波数n，即可改变输出电压或功率。
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a) 图5-3
b) 过零触发调节周波电压的波形
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图5-4为全波连续式的过零触 发电路。电路由 锯齿波产生、信号综合、直流开关、同步电压与过 零脉冲输出五个环节组成
1)
图5-5
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过零触发电路的电压波形
三、固态开关
图5-6
固态开关电路
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第二节
单相交流调压电路
单相交流调压电路可由一只双向晶闸管组成，也可以用 两 只 普 通 晶 闸 管 或 GTR 等 其 他 全 控 器 件 反 并 联 组 成 。 一、电阻负载
图5-7
单相交流调压电阻负载电路及波形
图5-8
双向晶闸管调压电路
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电阻负载时单相交流调压的数量关系
1)输出交流电压有效值和电流有效值
UR 1 π 1 π 2 ( 2 U sin t ) d ( t ) U sin 2 2 2 π 2π π
I
UR来自百度文库U2 R R
1 π sin 2 2π π UR U2 I R R 1 π sin 2 2π π
交流开关可用两只普通晶闸管或者两只自 关断电力电子器件反并联组成。由于出现了双 向晶闸管，可以用一只双向晶闸管代替两只反 并联器件，使电路大大简化。
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一、晶闸管交流开关及应用
a)
b) c) 图5-1 晶闸管开关的基本形式
图5-1a为普通晶闸管反并联的交流开关。当Q合上时，靠 管子本身的阳极电压作为触发电源，可使管子可靠触发。负 载上可得到基本为正弦波的电压。图5-1b为采用双向晶闸管 的交流开关。图 5-1c 为只有一个普通晶闸管的电路，管子只 能承受正压，但由于串联元器件多，其压降损耗较大。
图5-2
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三相电热炉自动温控电路
二、单相交流调功器
在电压过零时给晶闸管以触发脉冲，使晶闸管工作状态始终处于全 导通或全阻断，这种工作方式称为过零触发。交流过零触发开关电路就 是利用过零触发方式来控制晶闸管导通与关断。它被用来实现在设定的 周期范围内，将电路接通几个周波，然后断开几个周波，通过改变晶闸 管在设定周期内通断时间的比例，达到调节负载两端交流电压即负载功 率的目的。因而这种装置也称调功器或周波(波形个数)控制器。 nT 调功器的输出功率为