第5章 交流调压与斩波

当阻感负载, a < j 时电 路工作情况。
VT1的导通时间超过π 。 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π。 衰减过程中， VT1导 通时间渐短， VT2的 导通时间渐长。
u1 O
图5-2 阻感负载单相交流调压电路
wt
用V2进行斩波控制
图5-7 斩控式来自百度文库流调压电路
在交流电源u1的负半周 用V4给负载电流 提供续流通道
V1
u1
VD4 uo V4
R L
图4-7
14
5.1 单相交流调压电路
特性
电源电流的基波分量和 电源电压同相位，即位 移因数为1。
电源电流不含低次谐波， 只含和开关周期T有关 的高次谐波。 功率因数接近1。
tx<toff 电流断续的条件：
输出电压平均值为： ton E (T ton tx ) EM Uo T 负载电流平均值为：
ea 1 m e 1
ton t x a 1 m E T
tx 1 ton ton t x E U o Em I o i1 d t i2 d t a m 0 0 T T R R
c)支路控制三角形联结
图5－9三相交流调压电路
23
5.2 三相交流调压电路
谐波情况
3倍次谐波相位和大小 相同，在三角形回路中 流动，而不出现在线电 流中。 线电流中所谐波次数 为6k±1(k为正整数)。 在相同负载和a 角时， 线电流中谐波含量少于 三相三线星形电路。
c)支路控制三角形联结
图5－9三相交流调压电路
工作原理
t=0 时刻驱动 V 导通，电源 E 向 负载供电，负载电压uo=E，负 载电流io按指数曲线上升。 t=t1 时控制 V 关断，二极管 VD 续流，负载电压 uo 近似为零， 负载电流呈指数曲线下降。 通常串接较大电感 L 使负载电 流连续且脉动小。 动画演示。
iG O io
V
E iG
L
io
EI1 aEI o U o I o
I1为电源电流平均值
t on I1 I o aI o T
33
输出功率等于输入功率，可将降压斩波器看作直流降压变压器。
5.3(一) 降压斩波电路
负载电流断续的情况（L值较小时）
式（3-6）
I10=0，且t=tx时，i2=0
式（3-7）
1 (1 m)e a t x ln m
0
60
120 180
触发延迟角a/( ° ) 图4-6 图5-6 电阻负载单相交流调 压电路基波和谐波电流含量
11
5.1 单相交流调压电路
阻感负载
电流谐波次数和电阻负载时相同，也只含3、5、7… 等次谐波。
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a 角相同时，随着阻抗角j 的增大，谐波含量有所 减少。

iG1 iG2
O a
wt wt wt
O io
a iT1
j
O a q
图5-5 a<j时阻感负载交流调压电路工作波形 图4-5 10
iT2
5.1 单相交流调压电路
3) 单相交流调压电路的谐波分析
电阻负载
由于波形正负半波对称，所以不含直流分 量和偶次谐波。
u o (wt )
n 1, 3, 5 ,
31
5.3(一) 降压斩波电路
斩波电路三种控制方式
此种方式应用 最多
T不变，变ton —脉冲宽度调制（PWM）。 ton不变，变T —频率调制。 ton和T都可调—混合型。
电力电子电路的实质上是分时段线性电路的思想。
基于“分段线性”的思想，对降压斩波电路进 行解析。
分V处于通态和处于断态
初始条件分电流连续和断续
图5-10 不同a角时负载相电压波形
b) a =60°
20
5.2 三相交流调压电路
(3)90°≤ a <150°：两管 导通与无晶闸 管导通交替， 导通角度为 300°－2 a。
图5-10 不同a角时负载相电压波形 c) a =120°
21
5.2 三相交流调压电路
谐波情况
电流谐波次数为 6k±1(k=1 ， 2 ， 3 ， …)，和三相 桥式全控整流电路交流侧电流所含谐波的次数完全 相同。 谐波次数越低，含量越大。
q tg j
180 140 100
当a=j时 当a>j时
θ =π θ <π
q /(° )
60
20 0 20 60 100 a /(° ) 140 180
以j 为参变量把a 和θ 的 关系表示成右图。
图5-3 单相交流调压电路以a 为参变量的θ和a关系曲线
7
电力电子变流技术
第 二十四 讲
主讲教师：隋振
u1 O uo O
wt
wt
i
o
a 增大，输入电流滞后于电压
且畸变，λ 降低。
a =0时，功率因数λ =1，
u
O
V T
wt
O
wt
图5-1 电阻负载单相交流调压电路及其波形 5
5.1 单相交流调压电路
VT1
• 1) 阻感负载
负载阻抗角： j = arctan(wL / R) 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j ，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。
电力电子变流技术
第 二十三 讲
主讲教师：隋振
学时：32
1
第5章 交流调压与斩波
• • •
引言 5.1 单相交流调压电路 5.2 三相交流调压电路
•
•
5.3
斩波电路
2
5.1 单相交流调压电路
原理
两个晶闸管反并 联后串联在交流电路 中，通过对晶闸管的 控制就可控制交流电 力。
3
5.1 单相交流调压电路
图5-8 电阻负载斩控 式交流调压电路波形
15
5.2 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
a) 星形联结
b) 线路控制三角形联结
c) 支路控制三角形联结
d) 中点控制三角形联结 16
图5-9 三相交流调压电路
5.2 三相交流调压电路
1) 星形联结电路
三线四相
c) 电流断续时的波形
5.3(一) 降压斩波电路
数量关系 电流连续
ton ton Uo E E aE ton tof f T
ton——V通的时间 toff——V断的时间 a--导通占空比（a<1)
输出电压平均值：
负载电流平均值：
U o EM Io R
电流断续，Uo被抬高，一般不希望出现。
学时：32
8
5.1 单相交流调压电路
负载电流有效值 IVT的标么值
I 0 2 IVT Z IVTN IVT 2U 1
0 .5
0 .4
IVTN 0 .3 0 .2 0 .1
j =0
a / (° ) 图5-4 单相交流调压电路a为参变量时I VTN和a关系曲线
9
0
40
80
120
160 180
5.1 单相交流调压电路
Campensator—SVC），用来对无功功率进行动态补偿，
以补偿电压波动或闪变。
25
5.2 三相交流调压电路
a)
b)
c)
图5-11 晶闸管控制 电抗器(TCR)电路
图5-12 TCR电路负载相电流和输入线电流波形 a) α=120° b) α=135° c) α=160°
26
5.3
斩波电路
直流斩波电路（DC Chopper）
应用
1 灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制)。
2 异步电动机软起动。 3 异步电动机调速。 4 供用电系统对无功功率的连续调节。 5 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。
4
5.1 单相交流调压电路
• 1) 电阻负载
输出电压与 α 的关系:
移相范围为0≤ a ≤π。 a =0时，输出电压为最大 。 Uo=U1, 随 a 的增大，Uo降低， a =π时， Uo =0。 λ 与 a 的关系:
24
5.2 三相交流调压电路
典型用例——晶闸管控制 电抗器（Thyristor Controlled
Reactor—TCR）
a 移相范围为90°~
控制a 角可连续调节流
180°。 过电抗器的电流，从而 调节无功功率。
图5-11 晶闸管控制电抗器(TCR)电路
配以固定电容器，就可在从容性到感性的范围内连续 调节无功功率，称为静止无功补偿装置(Static Var
100 80 基波
各次谐波有效值
基波和
In/I*/%
( a n cos nw t bn sin nw t )
2 2 an bn
60 40 20 3次 5次 7次
U on
1 2
负载电流基波和各次谐波有效值
I on U on / R
电流基波和各次谐波标么值随 a 变化的 曲线（基准电流为 a =0 时的有效值）如 图5-6所示。
和单相交流调压电路相比，没有3倍次谐波，因三
相对称时，它们不能流过三相三线电路。
22
5.2 三相交流调压电路
• 2） 支路控制三角联结电路
由三个单相交流调压电路 组成，分别在不同的线电 压作用下工作。 单相交流调压电路的分 析方法和结论完全适用。 输入线电流（即电源电 流）为与该线相连的两个 负载相电流之和。
u
u1 u
1
O
0.6
wt
uG1
O
G2
G1
u
wt
O u
wt
o
O i
o
wt
a =0时刻仍定为u1过零的 时刻，a 的移相范围应为j ≤ a ≤ π。
O u
VT
wt
O
wt
图5-2 电阻负载单相交流调压电路及其波形 6
5.1 单相交流调压电路
wt = a 时刻开通晶闸管 VT1，可求得θ
sin(a q j ) sin(a j )e
12
5.1 单相交流调压电路
• 4) 斩控式交流调压电路
VD1 i1 V2 VD2 V3 VD3
图5-7 斩控式交流调压电路
在交流电源u1的正半周
用V3给负载电流 提供续流通道
V1
u1
用V1进行斩波控制
VD4 uo V4
R L
图4-7
13
5.1 单相交流调压电路
• 4) 斩控式交流调压电路
VD1 i1 V2 VD2 V3 VD3
32
5.3(一) 降压斩波电路
同样可以从能量传递关系出发进行的推导
假定L为无穷大，负载电流Io维持不变
电源只在V处于通态时提供能量，为 EI oton
在整个周期T中，负载消耗的能量为 RI o2T EM I oT


一周期中，忽略损耗，则电源提供的能量与负载消耗的能量相等。 aE EM 2 EIoton RI o T EM I oT Io R
图5-9 三相交流调压电路
a) 星形联结
18
5.2 三相交流调压电路
(1)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。
图5-10 不同a角时负载相电压波形 a) a =30°
19
5.2 三相交流调压电路
(2) 60°≤ a <90°： 两管导 通，每 管导通120°。
a) 星形联结
17
5.2 三相交流调压电路
三相三线，主要分析阻负载时的情况
任一相导通须和另一相构 成回路。 电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°。 相电压过零点定为a 的起 点， a角移相范围是 0°~ 150°。
27
5.3(一) 降压斩波电路 （Buck Chopper)
电路结构
降压斩波电路
全控型器件 若为晶闸管，须 有辅助关断电路。 负载 出现 的反 电动 势
续流二极管
典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载。
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电力电子变流技术
第 二十五 讲
主讲教师：隋振
学时：32
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5.3(一) 降压斩波电路
R
+
VD u o M EM
-
a) 电路图
t on
T i1 I 10 i2 I 20 t1 E t t t off t
O uo
O iG iG O io O uo O t on i1 E t1
b)电流连续时的波形
t off Tt I 20
t
x
i2 t2 E EM t
t
图5-21 降压斩波电路得原理图及波形 30
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。
可分为三线三相和三线四相
图5-9 三相交流调压电路
将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电。 也称为直流--直流变换器（DC/DC Converter）。 一般指直接将直流电变为另一直流电，不包括直 流—交流—直流。
电路种类
6种基本斩波电路：降压斩波电路、升压斩波电路、 升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和 Zeta斩波电路。 复合斩波电路——不同结构基本斩波电路组合。 多相多重斩波电路——相同结构基本斩波电路组合。