第六章交流交流变流电路

2
U1 2 Z

sin cos(2 ) cos
(6-9)
10
6.1.1 单相交流调压电路
负载电流有效值Io :
I o 2 I VT
(6-10)
晶闸管电流IVT的标么值 : I VTN I VT
式中
Z 2U 1
(6-11)
Z R 2 ( L)2
图6-4 单相交流调压电路为参变量时IVTN和关系曲线
2U1 1 1 (n=3,5,7,…) an cos( n 1) 1 cos( n 1) 1 n1 n1 2U1 1 1 bn sin( n 1) sin( n 1) n1 n1
分为三相三线和三相四线两种情况。 三线四相 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，3的整数倍次谐波是同相位
的，不能在各相之间流动，全部流过零线。 当=90°时，零线电流甚至和各相电流的
有效值接近。
图6-9 a)星形联结
8
6.1.1 单相交流调压电路
2、阻感负载
≤≤时的工作情况
工作过程 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，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。
VT1
设负载的阻抗角为 tg1 ( L / R) ，稳态
时的移相范围应为≤≤。 在t=时刻开通晶闸管VT1，可求得导通
sin( 0.6435) sin( 0.6435)e 3 3
解上式可得晶闸管导通角为：


tan
2.727 156.2
14
6.1.1 单相交流调压电路
晶闸管电流有效值为：
I VT
U1 sin cos(2 ) cos 2 Z
XL 6 arctan( ) arctan( ) 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
11
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的导通时间 渐长。
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图6-5 <时阻感负载交流调压电路工作波形

sin 2.727 cos( 2 0.6435 2.727) 220 3 2.727 0.8 2 10
13.55( A)
I in I0 IVT 19.16( A)
2 Pin I in R 2937(W )
Pin 2937 0.697 U1 I o 220 19.16
20
6.1.2 三相交流调压电路
三相三线带电阻负载时的工作原理
任一相导通须和另一相构成回路，因此电
ia
ua
VT3 VT1
U ao'
a
VT4
流通路中至少有两个晶闸管，应采用双脉
冲或宽脉冲触发。 触发脉冲顺序和三相桥式全控整流电路一 样，为VT1~ VT6,依次相差60°。 把相电压过零点定为开通角的起点，三 相三线电路中，两相间导通时是靠线电压 导通的，而线电压超前相电压30°，因此
Uo
u1 0 uo 0
t



t t t
io
0 uVT 0 图6-1 电阻负载单相交 流调压电路及其波形

1

2U 1 sin t
d t
2
U1
1 sin 2 2
(6-1) (6-2) 6
负载电流有效值Io :
Uo Io R
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。 5
6.1.1 单相交流调压电路
1、电阻负载 工作过程 在交流电源ωt=α时触发导通VT1 ； 在交流电源ωt=π+ α 时触发导通VT2 ； u1的正半周和负半周，分别对VT1和 VT2的开 通角进行控制就可以调节 输出电压。 基本的数量关系 负载电压有效值Uo :
除，这时电路的功率因数接近1。
图6-8 电阻负载斩控式 交流调压电路波形 18
6.1.2 三相交流调压电路
根据三相联结形式的不同，三相交流调压电路具有多种形式。
图6-9 三相交流调压电路 a)星形联结 b)支路控制三角形联结 c)中点控制三角形联结 19
6.1.2 三相交流调压电路
1、星形联结电路

负载阻抗角 arctan( L / R)
i0
VT2
R
u0
u
当正半周期VT1关断时，VT2 恰好触发导通，在一个周期中 两只晶闸管轮流导通180°。此 时负载电流i0临界连续，负载 电流是一个滞后电源电压的纯 正弦电流。即任何时刻电源电 压都加在负载上，负载电压为 完整的正弦波，相当于晶闸管 失去控制，无调压作用。
2
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。
6.1.1 单相交流调压电路
晶闸管电流有效值IT:
IT
u1 0 uo 0
2U1 sin t 1 d t 2 R

2

t


U1 R
1 sin 2 (1 ) 2 2
(6-3)
功率因数:

t t t
220 I in I 0 22( A) Z
2 Pin I 0 R 3872(W )
13
6.1.1 单相交流调压电路
Pin 3872 0.8 功率因数为: U1 I o 220 22
实际上，此时的功率因数也就是负载阻抗角的余弦。 ② =/3 时，先计算晶闸管的导通角，由式（6-7）得
ia
ua
VT1
a
VT4 VT3
n
b
VT6
n’
ub
VT5
c
VT2
负载
uc
图6-9 a)星形联结
角的移相范围是0°~150°
21
6.1.2 三相交流调压电路
根据任一时刻导通晶闸管个数以及半个周波内电流是否连续可将0°~150°
的移相范围分为如下三段
0°≤<60°范围内，电路处于三个晶闸管导通与两个晶闸管导通的交 替状态，每个晶闸管导通角度为180°-，但=0°时是一种特殊情况，一
角，即
sin( ) sin( )e
tg
(6-7)
图6-2 阻感负载单相交流 9 调压电路及其波形
6.1.1 单相交流调压电路
以为参变量，利用式(6-7)可以把和
的关系用图6-3的一簇曲线来表示。
基本的数量关系 负载电压有效值Uo
Uo
1


稳态工作情况，U0=U1
12
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=8W，XL=6 W。试求=/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：
2 Z R2 X L 10
io
0 uVT 0 图6-1 电阻负载单相交 流调压电路及其波形

P Uo Io Uo S U1 I o U1
1 sin 2 2
(6-4)
的移相范围为0≤≤，随着的增大，Uo逐 渐降低，逐渐降低。
7
6.1.1 单相交流调压电路
2、阻感负载
VT1
触发角

( 2U 1 sin t )2 d ( t )
(6-8)
图6-3 单相交流调压电路以 为 参变量的和关系曲线
U1
1 sin 2 sin(2 2 ) 2
晶闸管电流有效值IVT
I VT
t 2 U 1 tg 1 sin( t ) sin( ) e d( t ) 2 Z
U ao'
n
ub
VT5
b
VT6
n’
c
VT2
负载
uc
图6-10 不同角时负载相电压波形 b)=60° 23
6.1.2 三相交流调压电路
90°≤<150°范围内，电路处于两个晶闸管导通与无晶闸管导通的交替状 态，每个晶闸管导通角度为300°-2，而且这个导通角度被分割为不连续
的两部分，在半周波内形成两个断续的波头，各占150°-。
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。 当角相同时，随着阻抗角的增大，谐波含量有所减少。
图6-6 电阻负载单相交流调 压电路基波和谐波电流含量 17
6.1.1 单相交流调压电路
4、斩控式交流调压电路
工作原理
用V1，V2进行斩波控制，用V3，V4给负
(n=3,5,7,…)
16
6.1.1 单相交流调压电路
基波和各次谐波的有效值可按下式求出
U on
1 2 2 an bn 2
(n=1,3,5,7,…)
(6-13)
负载电流基波和各次谐波的有效值为
Ion Uon / R
(6-14)
电流基波和各次谐波标么值随变化的曲线，如图6-6 所示，其中基准电流为=0时的电流有效值。 阻感负载时 电流谐波次数和电阻负载时相同，也只含3、5、7…等次
载电流提供续流通道。 设斩波器件（V1，V2）导通时间为ton，开 关周期为T，则导通比 =ton/T ，通过改变
图6-7 斩控式交流调压电路
来调节输出电压。
电源电流的基波分量是和电源电压同相位
的，即位移因数为1，电源电流中不含低 次谐波，只含和开关周期T有关的高次谐
波，这些高次谐波用很小的滤波器即可滤
电力电子技术
内 蒙 古 工 业 大 学 精 品 课 程
Power Electronics
电力电子技术（第5版） 机械工业出版社 王兆安 、刘进军 主编
第六章
交流交流变流电路
第6章 交流交流变流电路 6.1 6.2 6.3 6.4 交流调压电路 其他交流电力控制电路 交交变频电路 矩阵式变频电路 本章小结
3
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
4
6.1 交流调压电路²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，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。 交流调压电路应用
15
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
带电阻负载时，对负载电压uo进行谐波分析
uo ( t )
式中
n1,3,5,


(an cos n t bn sin n t )
(6-12)
2U1 a1 (cos 2 1) 2 2U1 b1 sin 2 2( ) 2
直是三个晶闸管导通。
ia
ua
VT3 VT1
U ao'
a
VT4
n
ub
VT5
b
VT6
n’
c
VT2
负载
uc
图6-10 不同角时负载相电压波形 a)=30°
22
6.1.2 三相交流调压电路
60°≤<90°范围内，任一时刻都是两个晶闸管导通，每个晶 闸管的导通角度为120°。
ia
ua
VT1
a
VT4 VT3