第4章_交流调压电路.

图4-24 过零触发电路的电压波形
3．固态开关
图4-25 固态开关
4.4交流调压电路应用
• 4.4.1三相自动控温电热炉 • 4.4.2 异步电动机的软起动 • 4.4.3交流电动机的调压调速
4.4.1三相自动控温电热炉
图4-26是一个三相自动控温电热炉电路， 它采用双向晶闸管作为功率开关，与KT温控 仪配合，实现三相电热炉的温度自动控制。 控制开关S有三个挡位：自动、手动、停止。
nT P Pn TC
（4-10）
调功器输出电压有效值
（4-11） Pn、Un为在设定周期Tc内晶闸管全导通时调功 器输出的功率与电压有效值。
U
nT Un TC
图4-23为全周波连续式的过零触发电路。电路由 锯齿波发生、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。
图4-23 过零触发电路
图4-8 KC05应用电路
（2）KC06集成触发器
R1 51k R2 10k R3 100k R4 30 R5 47 k R6 27 R7 39 k R8 68k RP1 100k C1 0.47μF C2 0.01μF C3 0.1μF VD 2CZ82C VT KS50A
2
sin cos(2 ) * 2 I o max IVT cos （4-5）
晶闸管电流的有效值IVT为
IVT R 2 L
2
sin cos(2 ) * 2 I o max IVT （4-6） cos
电力电子技术
第4章 交流调压电路
4 交流调压电路
• • • • 4.1双向晶闸管 4.2交流调压电路 4.3交流电力电子开关 4.4交流调压电路应用
4.1双向晶闸管
• 4.1.1双向晶闸管的结构和特征 • 4.1.2双向晶闸管的触发电路 • 4.1.3双向晶闸管简易测试
4.1.1双向晶闸管的结构和特征
2
1 sin 2 2
（4-1）
式中 Ui为输入交流电压 ui的有效值。 负载电流io有效值为Io=Uo/R，则交流调压电路输入功率因数 为
cos
（4-2） 控制角移相范围为0≤≤，晶闸管导通角=–，输出电压 有效值调节范围为（0~Ui）。 这种电路的缺点是随着的增大，电路的功率因数也随之降 低。
双向晶闸管的主要参数中只有额定电流与普通 晶闸管有所不同，其他参数定义相似。由于双向晶 闸管工作在交流电路中，正反向电流都可以流过， 所以它的额定电流不用平均值而是用有效值来表示。 用IT(RMS)表示。 双向晶闸管额定电流IT(RMS)与普通晶闸管额定电 流IT(AV)之间的换算关系式为
I T(AV) 2
2．双向晶闸管的特 性与参数
双向晶闸管有正反向对 称的伏安特性曲线。正 向部分位于第Ⅰ象限， 反向部分位于第Ⅲ象限。
图4-4 双向晶闸管伏安特性
根据GB4192-1986标准，双向晶闸管的型号规格为
国产双向晶闸管用KS表示。如型号KS50-10-21表示额定电 流50A，额定电压10级（1000V）断态电压临界上升率du/dt 为2级（不小于200V/ μs），换向电流临界下降率di/dt为1级 （不小于1％IT(RMS)）的双向晶闸管。
（4-9）
当触发角和阻抗角已知，可从图4-17中查得晶闸管电 流有效值的标幺值I*VT，进而求出电流有效值Io和晶闸管电 流有效值IVT。
图4-17 电流标幺值与控制角的关系
4.2.2三相交流调压电路
1．Y型三相交流调压电路 图4-18为Y型三相交流调压电 路，这是一种最典型、最常用 的三相交流调压电路。
图4-21 晶闸管交流开关的基本形式
2．交流调功器 利用晶闸管的过零控制可以实现交流功率调节， 这种装置称为调功器或周波控制器。其控制方式有 全周波连续式和全周波断续式两种，如图4-22所示。
图4-22 全周波过零触发输出电压波形 (a) 全周波连续式 (b) 全周波断续式
设定周期Tc内导通的周波数为n，每个周波的周 期为T（50Hz，T＝20ms），则调功器的输出功率
图4-18 Y接三相交流调压电路
图4-19 Y接三相交流调压电路输出电压、电流波形（电阻负载）
2．其他型式三相交流调压电路
表4-2 几种典Βιβλιοθήκη 的三相交流调压器比较表4-2 几种典型的三相交流调压器比较（续）
4.2.3 交流斩波调压
交流斩波调压电路的输出电压波形如图 4-20示。 G随时间变化的波形如图4-20（b）所示， 开关Sl闭合时间为ton，其关断时间为toff，则 交流斩波器的导通比为 改变脉冲宽度ton或者改变斩波周期Tc就 可改变导通比，实现交流调压。
图4-5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
R1 10k R2、R3 30k R4 27 RP 22 k C1 0.47μF C2 0.047μF VD1、VD2 2CZ82C VT KS50A
• 1．双向晶闸管的结构
图4-1 双向晶闸管的外形 （a）小电流塑封式 （b） 螺栓式 （c）平板式
双向晶闸管的内部结构、等效电路及图形符号
图4-2 双向晶闸管内部结构、等效电路及图形符号 （a） 内部结构 （b） 等效电路 （c）图形符号
常见的双向晶闸管引脚排列
图4-3 常见双向晶闸管引脚排列
图4-12 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4-13所示。
图4-13 交流调压电路控制方式
4.2.1单相交流调压电路
1．阻性负载
图4-14 单相交流调压电阻负载时波形
交流输出电压 uo有效值Uo与控制角的关系为
Uo ( 1

2U i sin t ) dt U i
Uo 1

（4-3）

1


2
sin 2 sin(2 2 ) 2U i sin t d t U i 2
2

（4-4）
负载电流io的有效值Io为
Io

io d t
1 Io 2
R 2 L
2U i
2U i
4．双向晶闸管主要参数选择
（1）额定通态电流IT(RMS)的选择 （2）额定电压UTn的选择 （3）换向能力du/dt的选择
4.1.2双向晶闸管的触发电路
1．简易触发电路 双向晶闸管的简易触发电路如图4-5所示。 图(a)为简单有级交流调压电路。 图(b)为采用触发二极管的交流调压电路。 图(c)电路中增设R2 、R1、 C2。目前生产的双 向晶间管，不少已经把VD与VT集成在一起，门极 经过双向触发管引出．使用时更方便。 图 (d) 为电动机调速电路。
晶闸管电流的最大值Iomax(=0时) 为
I o max
（4-7） 为分析方便，设晶闸管电流的有效值IVT的标幺值为I*VT IVT * IVT 2 I o max （4-8） 则
* IVT
R 2 L
Ui
2
sin cos(2 ) 2 2 cos
图4-11 双向晶闸管交流测试电路
4.2交流调压电路
• 4.2.1单相交流调压电路 • 4.2.2三相交流调压电路 • 4.2.3 交流斩波调压
交流调压电路采用两单向晶闸管反并联或双向晶闸管，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、断控制如图4-12所示。 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。
P Uo Io Uo 1 sin 2 S Ui Io Ui 2
2.感性负载
图4-15 单相交流调压电路 感性负载电路
图4-16 单相交流调压电路 感性负载波形图
当时，电流不连续。 dio L Rio 2U i sin t dt 交流输出电压uo的有效值Uo与触发角的关系为
4.4.3交流电动机的调压调速
图4-29 交流电动机调节定子电压调速的主电路和机械特性
图4-26 三相自动控温电热炉电路图
4.4.2 异步电动机的软起动
三相调压电路用于异步电动机的起动已越来 越普遍。其控制框图如图4-27所示，三相调压电路 采用电流、电压反馈组成闭环系统，起动性能由控 制器实现。 最常用的软起动方式电压上升曲线如图4-28所 示。
图4-28 软起动电压上升曲线 图4-27 异步电动机软起动控制框图

I T(RMS) 0.45I T(RMS)
以此推算，一个100A的双向晶闸管与两个反并 联45A的普通晶闸管电流容量相等。
表4-1 双向晶闸管的主要参数
3．双向晶闸管的触发方式
双向晶闸管正反两个方向都能导通，门极加正负电 压都能触发。主电压与触发电压相互配合，可以得 到四种触发方式： （1）Ⅰ+触发方式 （2）Ⅰ−触发方式 （3）Ⅲ+触发方式 （4）Ⅲ−触发方式 由于双向晶闸管的内部结构原因，四种触发方式中 灵敏度不相同，以Ⅲ+触发方式灵敏度最低，使用时 要尽量避开，常采用的触发方式为Ⅰ+和Ⅲ−。
图4-20 交流斩波调压电路的输出电压波形
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。 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。 图4-21(c)为带整流桥的晶闸管交流开关。该电 路只用一只普通晶闸管，且晶闸管不受反压。其缺 点是串联元件多，压降损耗较大。