大学知识课件(作为考研考试参考)：电力电子技术基础16-交流调压
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交流电力控制电路和交交变频电路(电力电子技术课件)
晶闸管交流开关
■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。
■与交流调功电路的区别：
◆ 并不控制电路的平均输出功率。
◆ 通常没有明确的控制周期，只是根据需要控制电路的接通和断开。
◆ 控制频度通常比交流调功电路低得多。
=
1
න
2
22 () = 2
1
−
2 +
2
电流有效值
=
对比P36公式
=
2
1
2
2
+
−
电路功率因数
=
=
2
=
何时功率因素最大？
1
2
2
−
+
何时功率因素最小？
单相交流调压电路（电感性负载）
4.1 交流调压
回顾
AC-AC
{
频率不变，只改变电压，称为交流电压变换器或交流斩波器。
频率、电压均改变，则称为直接变频器。
交流调压电路
交流调压电路通常由晶闸管组成，用于调节输
出电压的有效值。与常规的调压变压器相比，
思 考：
晶闸管交流调压器有体积小、重量轻的特点。
和变压器调压的
其输出是交流电压，但它不是正弦波形，其谐
=
对比P36公式
=
2
1
2
2
+
−
电路功率因数
电力电子技术(第3版)PPT-第五章-交流调压精选全文完整版
Page: 11
5.2 单相交流调压与调功器 5.2.1 单相交流调压电路
Date:
2024-10-15
Page: 12
5.2 单相交流调压与调功器
Date:
2024-10-15
Page: 13
5.2 单相交流调压与调功器
U R
1
(
2U 2 sin t)2 d (t) U 2
1 sin 2
Date:
2024-10-15
Page: 17
5.2 单相交流调压与调功器
5.2.2 KC05、KC06集成移相触发器
1、KC05 (KJ005)集成移相触发器 KC05 (KJ005)适用于双向晶闸管或反并联晶闸管线路的交流相位控制，具有锯 齿波线 性好、移相范围宽、控制方式简单、易于集中控制、有交互保护、输出电流 大等优点，是交 流调光、调压的理想电路，同样也适用于半控或全控桥式线路的相 位控制。下表为KC05 (KJ005)的引脚功能。
3）由V2、V3以及R8、R9、VS1组成一个直流开关，当V2的Ube2>0 （0.7V） 时，V2导通，V3的基极电压UBE3接近零电位，V3截止，直流开 关阻断。当UBE2 <0时, V2截止，由R8、VS1和R9组成的分压电路使V3导通，
直流开关导通。
4）由同步变压器TS、整流桥VD1及R10、R11、VS2组成一个削波同步 电源，这个电源与直流开关的输出电压共同去控制V4与V5。只有在直流开 关导通期间，V4、V5集电极和发射极之间才有工作电压，两个管子才能工 作。在此期间，同步电压每次过零时，V4截止, 其集电极输出一个正电压， 使V5由截止转导通，经脉冲变压器输岀触发脉冲，而此脉冲使 晶闸管VT1 （VT2）在需要导通的时刻导通。
(2024年)电力电子技术完整版全套PPT电子课件
实验报告撰写与答辩
讲解实验报告的撰写要求和答辩技巧 ，提高学生的综合素质和能力。
36
08
电力电子技术应用案例
2024/3/26
37
新能源发电系统中电力电子技术应用
光伏发电系统
最大功率点跟踪（MPPT ）技术、逆变器并网技术 、孤岛检测与保护技术等 。
2024/3/26
风力发电系统
变桨距控制技术、变速恒 频技术、直驱式永磁风力 发电技术等。
2024/3/26
13
可控整流电路分析与应用
可控整流电路原理
可控整流电路通过控制触发角α的大小，实现对输出电压的调 节。
2024/3/26
可控整流电路应用
可控整流电路广泛应用于直流调速、电力拖动、电解、电镀 等领域。
14
滤波电路原理与设计方法
滤波电路原理
滤波电路是利用电容、电感等元件对交流电的频率特性进行滤波，从而得到平 滑的直流电的电路。
高性能器件选择
选用高性能的功率器件和驱动电路，提高电路的工作频率和可靠性。例如，选用低导通电阻和低栅极电荷的 MOSFET可以降低电路的导通损耗和开关损耗；选用高耐压和高电流的IGBT可以提高电路的带负载能力等 。
系统优化与热设计
对系统进行全面的优化和热设计，确保电路在高负载、高温等恶劣环境下仍能稳定可靠地工作。例如，采用 合理的散热结构和风扇控制策略可以降低电路的工作温度；采用模块化设计可以提高电路的维修性和可扩展 性等。
2024/3/26
功率场效应晶体管（Power MOSFE…
阐述Power MOSFET和IGBT的结构、特点以及在电力电子电路中的 广泛应用。
11
03
整流与滤波技术
2024/3/26
电力电子技术课件 第4章 交流调压电路
（2）额定电压UTn的选择 电压裕量通常取2倍，380V线路用的交流开关，一般 应选1000~1200V的双向晶闸管。
（3）换向能力du/dt的选择 电压上升率du/dt是重要参数，一些双向晶闸管的交流 开关经常发生短路事故，主要原因之一是元件允许的du/dt太小。通常解决的方法 是：①在交流开关的主电路中串入空心电抗器，抑制电路中的换向电压上升率， 降低对双向晶闸管换向能力的要求；②选用du/dt值高的元件，一般选du/dt为 200V/μs。
图4-21（a） 晶闸管交流开关 的基本形式
图4-21(b)为双向晶闸管交 流开关，双向晶闸管工作于I+、 Ⅲ–触发方式，这种线路比较 简单，但其工作频率低于反并 联电路。
4.3交流电力电子开关
1．晶闸管交流开关的基本形式
图4-21(a)是普通晶闸管反向并联形式。当 开关S闭合时，两只晶闸管均以管子本身的 阳极电压作为触发电压进行触发，这种触 发属于强触发，对要求大触发电流的晶闸 管也能可靠触发。随着交流电源的正负交 变，两管轮流导通，在负载上得到基本为 正弦波的电压。当S闭合时，两只晶闸管均 以管子本身的阳极电压作为触发电压进行 触发，具有强触发性质，即使对触发电流 很大的管子也能可靠触发。随着交流电源 的交变，两个晶闸管轮流导通，负载上得 到的基本上是正弦电压。
图4-5（c）（d） 双向晶闸管 的简易触发电路
2．单结晶体管触发
图4-6 用单结晶体管组成的触发电路
3．集成触发器
（1）KC05集成触发器
图4-7 KC05内部结构及工作原理示意图
KC05的应用电路
图4-8 KC05应用电路
R1 10k R2、R3 30k R4 27 RP 22 k C1 0.47μF C2 0.047μF VD1、VD2 2CZ82C VT KS50A
（3）换向能力du/dt的选择 电压上升率du/dt是重要参数，一些双向晶闸管的交流 开关经常发生短路事故，主要原因之一是元件允许的du/dt太小。通常解决的方法 是：①在交流开关的主电路中串入空心电抗器，抑制电路中的换向电压上升率， 降低对双向晶闸管换向能力的要求；②选用du/dt值高的元件，一般选du/dt为 200V/μs。
图4-21（a） 晶闸管交流开关 的基本形式
图4-21(b)为双向晶闸管交 流开关，双向晶闸管工作于I+、 Ⅲ–触发方式，这种线路比较 简单，但其工作频率低于反并 联电路。
4.3交流电力电子开关
1．晶闸管交流开关的基本形式
图4-21(a)是普通晶闸管反向并联形式。当 开关S闭合时，两只晶闸管均以管子本身的 阳极电压作为触发电压进行触发，这种触 发属于强触发，对要求大触发电流的晶闸 管也能可靠触发。随着交流电源的正负交 变，两管轮流导通，在负载上得到基本为 正弦波的电压。当S闭合时，两只晶闸管均 以管子本身的阳极电压作为触发电压进行 触发，具有强触发性质，即使对触发电流 很大的管子也能可靠触发。随着交流电源 的交变，两个晶闸管轮流导通，负载上得 到的基本上是正弦电压。
图4-5（c）（d） 双向晶闸管 的简易触发电路
2．单结晶体管触发
图4-6 用单结晶体管组成的触发电路
3．集成触发器
（1）KC05集成触发器
图4-7 KC05内部结构及工作原理示意图
KC05的应用电路
图4-8 KC05应用电路
R1 10k R2、R3 30k R4 27 RP 22 k C1 0.47μF C2 0.047μF VD1、VD2 2CZ82C VT KS50A
交流调压及斩波电路ppt课件
1类工作状态，例如α＝0时的工作状态即属于此类工作 状态，每相都有一只晶闸管导电，三相电压、电流及所有晶 闸管的α都是对称的，因此三相电源中点N与三相负载中点O 电位相等。
2类工作状态时，有一相的两只晶闸管都不导电，所以 电流只能在导电的两相间构成回路，电流通过两相负载电阻12 。
α ＝0，电路全部按1类工作状态工作，三相电
该电路各相通过零线自成回路，
U
VT4
V
VT6
W
VT2
N
VT1
R VT3 R
VT5 R iN
它相当于三只单相晶闸管交流调压器 的组合。电路中晶闸管承受的电压和 电流就是接于相电压的单相调压器需 要考虑的数值，该电路的缺陷是在零 线中三次谐波电流很大。由于三次谐 波属于零序分量，它在零线中的电流 值为各相三次谐波电流值的代数和。8
i2
tK
tx
u0
E
EM
（C）
无论哪种工作状态，
电路图中的负载电流和电 压都只有正的方向，且只 能在第一象限工作，并且 U0≤E，故称为降压斩波 电路。
如果电感值很小，
当负载电流按指数曲线 下降到tx时，负载电流已 衰减到零，（C图）
tk＜t＜tx期间，VD
导电，负载电压为零，tx
＜t＜T，负载电流为零，
E
EM
（b） （C）
21
当t = tK时刻，通过换流电路 的作用，使晶闸管关断，负载电流 通过二极管续流，负载电流按指数 规律下降。为了减小负载电流的脉 动，通常串接的电感很大。使负载 电流能连续。到一周期T在触发VT 时，重复上述工作。到稳态时，一 周期内电流的初始值与终止值应相 等。，如图b。这种负载电流连续 的状态称为状态1，此时负载端直 流输出电压的平均值为：
2类工作状态时，有一相的两只晶闸管都不导电，所以 电流只能在导电的两相间构成回路，电流通过两相负载电阻12 。
α ＝0，电路全部按1类工作状态工作，三相电
该电路各相通过零线自成回路，
U
VT4
V
VT6
W
VT2
N
VT1
R VT3 R
VT5 R iN
它相当于三只单相晶闸管交流调压器 的组合。电路中晶闸管承受的电压和 电流就是接于相电压的单相调压器需 要考虑的数值，该电路的缺陷是在零 线中三次谐波电流很大。由于三次谐 波属于零序分量，它在零线中的电流 值为各相三次谐波电流值的代数和。8
i2
tK
tx
u0
E
EM
（C）
无论哪种工作状态，
电路图中的负载电流和电 压都只有正的方向，且只 能在第一象限工作，并且 U0≤E，故称为降压斩波 电路。
如果电感值很小，
当负载电流按指数曲线 下降到tx时，负载电流已 衰减到零，（C图）
tk＜t＜tx期间，VD
导电，负载电压为零，tx
＜t＜T，负载电流为零，
E
EM
（b） （C）
21
当t = tK时刻，通过换流电路 的作用，使晶闸管关断，负载电流 通过二极管续流，负载电流按指数 规律下降。为了减小负载电流的脉 动，通常串接的电感很大。使负载 电流能连续。到一周期T在触发VT 时，重复上述工作。到稳态时，一 周期内电流的初始值与终止值应相 等。，如图b。这种负载电流连续 的状态称为状态1，此时负载端直 流输出电压的平均值为：
电力电子技术(第5版)课件：交流交流变流电路
I VTN I VT
Z 2U1
(6-10) (6-11)
图6-4 单相交流调压电路为参变量时IVTN和关系曲线
6.1.1 单相交流调压电路
◆<时的工作情况 ☞VT1的导通时间超过。 ☞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。 ☞io有指数衰减分量，在指数分量衰减过程中，VT1导通时间渐短，VT2的导
交流交流变流电路
6.1 交流调压电路 6.2 其他交流电力控制电路 6.3 交交变频电路 6.4 矩阵式变频电路
本章小结
引言
■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-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。
■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。 ◆变频电路：改变频率的电路。
解：负载阻抗及负载阻抗角分别为：
Z
R2
X
2 L
10W
arctan(X L ) arctan(6) 0.6435 36.87
R
8
因此开通角的变化范围为：
即
0.6435
①当=/6时，由于<,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
I I 220 22( A)
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 交流调压电路·引言
■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 以控制交流输出。
■交流电力控制电路 ◆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。
电力电子第5章交流调压电路和直流变换电路-PPT精选文档
8
第Ⅲ象限
Ⅲ＋ Ⅲ－
返回
§5.1.2：晶闸管交流开关
一、简单交流开关及应用 门极毫安级电流的通断，可控制晶闸管阳极几十 到几百安培大电流的通断。交流开关的特点是晶 闸管在承受正半周电压时触发导通，而它的关断 是利用电源负半周在管子上加反压来实现，在电 流过零时自然关断。
9
二、过零触发开关电路与交流调功器 移相触发控制使电路中的正弦波出现缺角，包含 较大的高次谐波。为克服此缺点，可采用过零触 发或称为零触发。交流零触发开关使电路在电压 为零或零附近的瞬间接通，利用管子电流小于维 持电流使管子自行关断，此开关对外界的电磁干 扰最小。调节方法：可利用调功器或周波控制器。 即在设定的周期内，用零电压开关接通几个周波 然后断开几个周波，改变晶闸管在设定周期内的 通断时间比例，以调节负载上的交流平均电压， 即可达到调节负载功率的目的。
14
感性负载
a ＞， ＜180°，正负半波电流断续，a愈大， 愈小，
波形断续愈严重。
a ＝， ＝180°，正负半周电流处于临界连续状态，相
当于晶闸管失去控制，负载上获得最大功率。
a ＜， ＞180°，电路已不起调压作用，不能正常工作。
所以，带电感性负载时，晶闸管不能用窄脉冲触发。
15
返回
17
§5.4 ：基本直流变换电路
降压式直流斩波电路
升压式直流斩波电路 升降压式直流斩波电路 软开关的基本概念
返回
18
降压式直流斩波电路的输出电压平均值低于输入 直流电压。主要用于直流可调电源和直流电机 驱动。 升压式直流斩波电路的输出电压高于输入电压。
升降压式直流斩波电路的输出与输入有公共 接地端，输出电压幅值可以高于或低于输入 电压，其极性为负。主要用于可调直流电源。
第Ⅲ象限
Ⅲ＋ Ⅲ－
返回
§5.1.2：晶闸管交流开关
一、简单交流开关及应用 门极毫安级电流的通断，可控制晶闸管阳极几十 到几百安培大电流的通断。交流开关的特点是晶 闸管在承受正半周电压时触发导通，而它的关断 是利用电源负半周在管子上加反压来实现，在电 流过零时自然关断。
9
二、过零触发开关电路与交流调功器 移相触发控制使电路中的正弦波出现缺角，包含 较大的高次谐波。为克服此缺点，可采用过零触 发或称为零触发。交流零触发开关使电路在电压 为零或零附近的瞬间接通，利用管子电流小于维 持电流使管子自行关断，此开关对外界的电磁干 扰最小。调节方法：可利用调功器或周波控制器。 即在设定的周期内，用零电压开关接通几个周波 然后断开几个周波，改变晶闸管在设定周期内的 通断时间比例，以调节负载上的交流平均电压， 即可达到调节负载功率的目的。
14
感性负载
a ＞， ＜180°，正负半波电流断续，a愈大， 愈小，
波形断续愈严重。
a ＝， ＝180°，正负半周电流处于临界连续状态，相
当于晶闸管失去控制，负载上获得最大功率。
a ＜， ＞180°，电路已不起调压作用，不能正常工作。
所以，带电感性负载时，晶闸管不能用窄脉冲触发。
15
返回
17
§5.4 ：基本直流变换电路
降压式直流斩波电路
升压式直流斩波电路 升降压式直流斩波电路 软开关的基本概念
返回
18
降压式直流斩波电路的输出电压平均值低于输入 直流电压。主要用于直流可调电源和直流电机 驱动。 升压式直流斩波电路的输出电压高于输入电压。
升降压式直流斩波电路的输出与输入有公共 接地端，输出电压幅值可以高于或低于输入 电压，其极性为负。主要用于可调直流电源。
电力电子技术第6章 交流调压
负载电压的有效值Ud为：
Ud U 1 sin 2 2
负载电流的有效值I0为：
I0 U 1 sin 2 R 2
调压器的功率因数为：
cos 1 sin 2 2
6.1.2 电路接电感性负载时工作过程
电路如图6.5所示。R－L负载是交流调
②当α＝φ时，由式（6-4）可以计算出每个 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，负载电流处于连续状态，输出完 整的正弦波。 ③当α＜φ时，电源接通后，在电源的正半 周，如果先触发V1，则根据式（6-4）可判 断出它的导通角θ＞180°。如果采用窄脉 冲触发，当V1的电流下降为零而关断时， V2的门极脉冲已经消失，V2无法导通。到 了下一周期，V1又被触发导通重复上一周 期的工作，结果形成单向半波整流现象，如 图6.7所示，回路中出现很大的直流电流分 量，无法维持电路的正常工作。
6.2 三相交流调压电路
6.2.1 三相全波相位控制的Y连接调压电路
①三相正（或负）触发脉冲依次间 隔120°，而每一相正、负触发脉冲 间隔180°。 ②为了保证电路起始工作时能两相 同时导通，以及在感性负载和控制角 较大时仍能保持两相同时导通，和三 相全控桥式整流电路一样，要求采用 双脉冲或宽脉冲（大于60°）触发。 ③为了保证输出三相电压对称可调 ，应保持触发脉冲与电源电压同步。
6.1 单相交流调压电路
6.1.1 电路接电阻性负载时的工作过程
图6.3所示为单相交流调压器主 电路图，这种单相交流调压器的主 电路仅由一对反并联的晶闸管或一 只双向晶闸管构成。当电源处于正 半周时，触发V1导通，电源的正半 周施加到负载上；当电源处于负半 周时，触发V2导通，电源负半周便 加到负载上。这样可通过控制晶闸 管在每一个电源周期内的导通角的 大小来调节输出电压的大小。
《电力电子技术》电子课件(高职高专第5版) 5.1 交流调压电路
一些； 4） 角相同时，随着阻抗角的增大，谐波含量有所
减少；
5.1.2 三相交流调压电路
1、三相四线制调压电路特点：
1）相当于三个独立的单相交流调压 电路组合而成的；
2）存在中性线，但是3次谐波在中 线中的电流大，故中线的导线截面要求 与相线一致；
3）晶闸管的门极触发脉冲信号，同 相间两管的触发脉冲要互差180°。
)e tan
]dt
IT
1
(
2U
) 2 [s in(t
)
sin(
t
)e tan
]2
dt
2 Z
U sin cos(2 )
Z
cos
(5.1.9) (5.1.10)
(5.1.11)
IO 2IT
(5.1.12)
5.1.1 单相交流调压电路
调压电路在不同α时的工作情况
2、α =ф
由
式中 n=1为基波，n=3,5,7,…为奇次谐波。随着谐波次数n的增加，谐 波含量减少。
5.1.1 单相交流调压电路
2、阻感性负载 （R-L负载）
单相交流电压器带阻感负载时， 工作情况同可控整流电路带电感负 载相似；
当电源电压反向过零时，负载 电感产生感应电动势阻止电流的变 化，故电流不能立即为零；
1、α>ф，导通角θ≺1800，正负半波电流断续。α愈大，θ愈小， 波形断续愈严重。
负载电压的有效值UO、晶闸管电流平均值IdT、电流有效值IT以及负 载电流有效值IO分别为：
U 0
1
(
2U
sint)2 dt U
sin2 sin2( )
I dT
1 2
[sin(t
)
sin(
减少；
5.1.2 三相交流调压电路
1、三相四线制调压电路特点：
1）相当于三个独立的单相交流调压 电路组合而成的；
2）存在中性线，但是3次谐波在中 线中的电流大，故中线的导线截面要求 与相线一致；
3）晶闸管的门极触发脉冲信号，同 相间两管的触发脉冲要互差180°。
)e tan
]dt
IT
1
(
2U
) 2 [s in(t
)
sin(
t
)e tan
]2
dt
2 Z
U sin cos(2 )
Z
cos
(5.1.9) (5.1.10)
(5.1.11)
IO 2IT
(5.1.12)
5.1.1 单相交流调压电路
调压电路在不同α时的工作情况
2、α =ф
由
式中 n=1为基波，n=3,5,7,…为奇次谐波。随着谐波次数n的增加，谐 波含量减少。
5.1.1 单相交流调压电路
2、阻感性负载 （R-L负载）
单相交流电压器带阻感负载时， 工作情况同可控整流电路带电感负 载相似；
当电源电压反向过零时，负载 电感产生感应电动势阻止电流的变 化，故电流不能立即为零；
1、α>ф，导通角θ≺1800，正负半波电流断续。α愈大，θ愈小， 波形断续愈严重。
负载电压的有效值UO、晶闸管电流平均值IdT、电流有效值IT以及负 载电流有效值IO分别为：
U 0
1
(
2U
sint)2 dt U
sin2 sin2( )
I dT
1 2
[sin(t
)
sin(
电力电子技术基础课件：ACAC变换——交流调压和交交变频器
➢ 3. 其它交流电力控制电路（斩控、三相、交流调功、 交流电力开关）
➢ 4. 交-交变频电路
AC/AC变换——交流调压和交交变频器
1、斩控式单相交流调压电路
VD1
io
V1
V2
VD2
✓ 斩控式交流调压也称交流PWM调压。
R
V4
VD3
u1
uo
✓ 在交流电源u1的正半周，S1中的V1 作
V3
VD4
L
PWM通断控制;
管在设定周期内通断周波的比例,来调
节负载两端的功率。
这种方式相当于相位控制时的α=0，也
称为“零触发”方式。
调节的是在设定周期内的通断比(亦称
占空比)。
典型应用
电炉温度控制
12.5% O
wt
12.5% O
wt
25% O
wt
25% O
wt
50% O
wt
50% O
wt
100% O
wt
100% O
wt
i0
VT1
~u1
u0
L
R 2 + X L 2 10
负载阻抗角为： j arctan(
wL
R
) arctan(
XL
6
) arctan( ) 0.6435 36.87°
R
8
可知，当α=π/6时，a j 36.87°
，此时晶闸
管完全开放，输出电压为完整的正弦波，负载电
流也最大，输出功率也最大，有：
据需要接通或断开电路的晶闸管。
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。
➢ 4. 交-交变频电路
AC/AC变换——交流调压和交交变频器
1、斩控式单相交流调压电路
VD1
io
V1
V2
VD2
✓ 斩控式交流调压也称交流PWM调压。
R
V4
VD3
u1
uo
✓ 在交流电源u1的正半周，S1中的V1 作
V3
VD4
L
PWM通断控制;
管在设定周期内通断周波的比例,来调
节负载两端的功率。
这种方式相当于相位控制时的α=0，也
称为“零触发”方式。
调节的是在设定周期内的通断比(亦称
占空比)。
典型应用
电炉温度控制
12.5% O
wt
12.5% O
wt
25% O
wt
25% O
wt
50% O
wt
50% O
wt
100% O
wt
100% O
wt
i0
VT1
~u1
u0
L
R 2 + X L 2 10
负载阻抗角为： j arctan(
wL
R
) arctan(
XL
6
) arctan( ) 0.6435 36.87°
R
8
可知，当α=π/6时，a j 36.87°
，此时晶闸
管完全开放，输出电压为完整的正弦波，负载电
流也最大，输出功率也最大，有：
据需要接通或断开电路的晶闸管。
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。
《电力电子技术》课件第6章
设 u 2U sint , 则负载电压的有效值为
Uo
1
[
2U sin(t)]2 d (t) U
负载电流的有效值为
1 sin 2
2
(6-1)
Io
Uo R
U R
1 sin 2
2
(6-2)
从式(6-1)中可以看出，随着α角的增大，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， 控制角α的移相范围为0～π。
（1） 电阻负载时，阻值在1.15～2.3 Ω之间变化，预期最 大的输出功率为2300 kW，计算晶闸管所承受的电压的最大值 以及输出最大功率时晶闸管电流的平均值和有效值。
（2） 如果负载为感性负载，R＝2.3 Ω，ωL＝2.3 Ω，求控 制角范围和最大输出电流的有效值。
解 （1） ①当R＝2.3 Ω 当α＜φ时， 电源接通后，在电源的正半周，如果先触 发V1， 则根据式（6-4）可判断出它的导通角θ＞180°。 如 果采用窄脉冲触发，当V1的电流下降为零而关断时，V2的门 极脉冲已经消失，V2无法导通。到了下一周期，V1又被触发 导通重复上一周期的工作， 结果形成单向半波整流现象， 如
绘出θ＝f（α，φ）曲线，如图6-4 所示。
＝ 90°
75° 60°
45° 3105°°
/ (°)
18 0 14 0 12 0 80 40
0 40 80 120 140 180
/°
图 6-4 单相交流调压电路以φ为参变量时θ与α的关系
下面分别就α＞φ、α＝φ、α＜φ三种情况来讨论调压电路
的工作情况。
sin(
t
)e tan
]
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第三部分 电力电子变换电路
——Y型连接电阻负载工作原理
（ a =120° ）
90°≤ a <150°：两管导通与无晶闸管导通交替，导 通角度为300°－2 a
6.3.1 交流斩波电路
电力电子技术
第三部分 电力电子变换电路
——斩控式交流调压电路
一般采用全控型器 件作为开关器件
VD1 V1 i1
u1
(a< j)时合闸的过渡过程相同
– 量io由两个分量组成：正弦稳态分量、指数衰减分
– 衰减过程中， VT1导通时间渐短， VT2的导 通时间渐长
– 稳态的工作情况和a =j时完全相同
6.2 相控三相交流调压电路
电力电子技术
第三部分 电力电子变换电路
——三相交流调压电路的接法
ia VT1
Ua0 ' a
2 Z
cosj
负载电流有效值
Io = 2IT
电力电子技术
第三部分 电力电子变换电路
——a < j 时的工作情况
– 导VT通1提角前超通过，π L被过充电，放电时间延长， VT1的 – 触发VT2时， io尚未过零， VT1仍导通， VT2不通 – io过零后， VT2开通， VT2导通角小于π
– io表达式仍适用，只是a≤ωt <∞ – 过渡过程和带R-L负载的单相交流电路在ωt =a
Y型三相交流调压电路
单相交流调压电路
u1
O iG1
Oa iG2
O io
iT1a
Oa iT2
t t t j t
——Y型连接电阻负载工作原理
（ a =30° ）
0°≤ a <60°：三管导通与两管导通交替，每管导 通180°－a 。但a =0°时一直是三管导通
电力电子技术
第三部分 电力电子变换电路
——Y型连接电阻负载工作原理
（ a =60° ）
60°≤ a <90°：两管导通，每管导通120°
电力电子技术
Uo =
1 a
2U1 sint 2 dt = U1
1 sin 2a a
2
负载电流有效值 晶闸管电流有效值(6-2)
Io
= Uo R
(6-4)
IT =
1
2
a
功率因数(6-5)
2U1 sin t
R
2
d
t
=
U1 R
1 (1 a sin 2a ) 2 2
= P = U o I o = U o = 1 sin 2a a
ua VT3
VT4
n
b
n'
ia ua
ub VT5
VT6 c
n ub
a
b
负载
uc
VT2 负载
c uc
a) 星形联结
b) 线路控制三角形联结
ua
ia
负载
n
b
ub
a
ua 负载
ia
a
ub
b
n
uc
uc c
c
c) 支路控制三角形联结
d) 中点控制三角形联结
电力电子技术
第三部分 电力电子变换电路
——星型连接
星型连接可分为三相三线和三相四线两种情况
交交变频电路——直接把一种频率的交流变成另一种频 率或可变频率的交流，直接变频电路
交交变频电路交直交变频电路——先把交流整流成直流， 再把直流逆变成另一种频率或可变频率的交流,间接变频 电路
电力电子技术基础 第三部分 电力电子变换电路 ——交流电力控制电路的结构和类型
两个晶闸管反并联后串联在交流电路 中，控制晶闸管就可控制交流电力
电力电子技术
第三部分 电力电子变换电路
——阻感负载
阻感负载时a的移相范围
– 负载阻抗角：j = arctan(L / R)
– 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
– 在用晶闸管控制时，只能进行滞 后控制，使负载电流更为滞后， 而无法使其超前
– a =0时刻仍定为u1过零的时刻，a 的移相范围应为j ≤ a ≤π
– 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
6.1 相控单相交流调压电路
电力电子技术基础 第三部分 电力电子变换电路 ——电阻负载
工作原理：
– 在 u1的正半周和负半周，分别对
控制对象时间常数很大，以周波数为单位控制即可
通常晶闸管导通时刻为电源电压过零的时刻，负载电压电流 都是正弦波，不对电网电压电流造成通常意义的谐波污染
电力电子技术
第三部分 电力电子变换电路
——交流调功的原理
m uo 导通段= m+n
电阻负载时的工作情况
控制周期导通m个电 O
t
源周期，关断n个周期 电源周期
电力电子技术
第三部分 电力电子变换电路
——阻感负载
j
180
= 90° 76540°35°01°°50°°
在ωt = a时刻开通VT1，负载电流满
足
L d io dt
Rio
=
2U1 sin t
140
/(°)
100
io t=a = 0
解方程得
io =
2U1
sin(
t
j
)
sin(a
j
)e
a t tg j
电力电子技术
第三部分 电力电子变换电路
——斩控式交流调压电路
VD1 V1
i1
u1
u1
V2 VD2
V3
VD4
R
uo
VD3 V4 L
O
t
• 特性
图4-7
uo
电源电流的基波分量和电 O
t
源电压同相位，即位移因
数为1
i1
电源电流不含低次谐波，
只含和开关周期T有关的
O
t
高次谐波
功率因数接近1
图4-8
6.3.2 交流调功电路
South China University of Technology
Fundamentals of Power Electronics Technology
电力电子技术基础
第三部分 电力电子变换电路
第6章 交流调压电路
South China University of Technology
6
电力电子技术基础 第三部分 电力电子变换电路
交流调压电路——每半个周波控制晶闸管开 通相位，调节输出电压有效值
交流调功电路——以交流电周期为单位控制 晶闸管通断，改变通断周期数的比，调节输 出功率的平均值
交流电力电子开关——并不在意调节输出平 均功率，而只是根据需要接通或断开电路
电力电子技术基础 第三部分 电力电子变换电路 ——交流调压电路的应用
100%
T Tc
6.3.3 交流电子开关
电力电子技术
第三部分 电力电子变换电路
——交流电子开关
• 晶闸管反并联后串入交流电路 • 作用：代替机械开关，起接通和断开电路的
作用
• 优点：响应速度快，无触点，寿命长，可频 繁控制通断
• 与交流调功电路的区别
– 并不控制电路的平均输出功率 – 通常没有明确的控制周期，只是根据需要控制电
路的接通和断开 – 控制频度通常比交流调功电路低得多
电力电子技术
第三部分 电力电子变换电路
——交流电子开关电路
. VT1 VD1 RL
VT2
.. VD2
RL
S
VTB
电力电子技术
第三部分 电力电子变换电路
——交流电子开关的应用
• 晶闸管投切电容器 （Thyristor Switched Capacitor—TSC）
Z
60
a t a 20
式中Z = R2 (L)2 ,θ为晶闸管导通角
0
利用边界条件：ωt = a +θ时io =0,可
求得θ：
sin(a j ) = sin(a j )e tgj
20 60 100 140 180 a /(°)
图4-3
单相交流调压电路以a为 参变量的θ和a关系曲线
VT相2导位通差时18，0°上述关系完同，只是io极性相反，
电力电子技术
第三部分 电力电子变换电路
——交流调功电路
• 与交流调压电路的异同
– 电路形式完全相同 – 控制方式不同：将负载与电源接通几个周波，再断开几个周
波，改变通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率
• 应用
– 常用于电炉的温度控制
– 因其直接调节对象是电路的平均输出功率，所以称为交流调 功电路
V以T调1和节V输T2出的电开压通角a进行控制就可 – 正负半周a 起始时刻（a =0）均为
电压过零时刻，稳态时，正负半周
的a 相等
– 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电力电子技术基础 第三部来自 电力电子变换电路 ——数量关系
数量关系 负载电压有效值(6-3)
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
–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倍次谐波电流。a=90°时，零线电流甚至和各相电流
的有效值接近
电力电子技术
第三部分 电力电子变换电路
——星型连接
电力电子技术
第三部分 电力电子变换电路
——数量关系