第六章交流变换电路详解
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T1 、T2 构成无触点交流开关。
✓ 1）电源正半周：T1触发 导通， 电源的正半周施加到负载上；
✓ 2）电源负半周：T2触发导通， 电源负半周便加到负载上；
✓ 3）电源过零：T1、T2交替触发 导通，电源电压全部加到负载； •图6.1.1 单向交流调压器电路
✓ 4）关断T1、T2：电源电压不能 加到负载上。
➢ 阻感负载的工作情况分析：
❖ 晶闸管VT1导通时，负载电流Io满足：
式中
(6.1.5) （θ为晶闸管的导通角）
利用边界条件： 可求得θ：
，i0=0
(6.1.6)
图（6.1.3)单相交流调压 器以φ为参变量时θ与 的关系曲线
❖ VT2导通时，上述关系完全相同，只是iO相差1800
6.1.1 单相交流调压电路
调压电路的工作情况（ α > ф 、 α =ф、 α < ф ） ➢ 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：
(6.1.7) (6.1.8)
(6.1.9)
(6.1.10)
n
1)
(n=3,5,7,…)
基波和各次谐波有效值：
Uon
1 2
an2 bn2
负载电流基波和各次谐波有效值：
I on Uon / R
在上面关于谐波的表达式中 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。
6.1.1 单相交流调压电路
➢感性负载 （R-L负载）
图（6.1.4） 窄脉冲触发时的工作波形
6.1.1 单相交流调压电路
单相交流电压器带阻感负载时电流谐波分析：
U0=0。 因此，单相交流电压器对于电阻性负载，其电
图6.1.1电阻性负载时单 向交流电压电路及输出 电压波形
压可调范围为 0～U，控制角α的移相范围为0～π。
6.1.1 单相交流调压电路
➢ 电阻性负载谐波分析：
➢ 单相交流调压电路带电阻负载时，输出电压波形正负半波对称，所以不 含直流分量和偶次谐波，故
6.1.1 单相交流调压电路
调压电路的工作情况（α > ф 、α =ф、α < ф）
➢ 2、α =ф
由
(6.1.11)
可得：
θ=1800
此时，晶闸管轮流导通，相当于晶闸管被短接。 负载电流处于连续状态，为完全的正弦波。
6.1.1 单相交流调压电路
调压电路的工作情况（ α > ф 、 α =ф、 α < ф ）
➢ 3、α <ф
θ＞1800
1） 如果采用窄脉冲触发，会出现先 触发的一只晶闸管导通，而另一只管 子在电流下降为零时，因其门极脉冲 已经消失不能导通的失控现象。回路 中将出现很大的直流电流分量，无法 维持电路的正常工作。
2） 采用宽脉冲或脉冲列触发，使第
二个晶闸管的导通角θ<π 。随后T1
导通角逐渐减小，T2逐渐增大，最终
第六章 交流变换电路
➢ 概述
➢ 交流变换电路：把交流电能的参数（幅值、频率、相数） 加以转换的电路。
交流电力控制电路
分
维持频率不变 改变输出电压的幅值。
类
交一交变频电路 （直接变频电路）
将电网频率的交流电直接变换成较低频率的交流电 直接变频的同时也可实现电压变换。
6.1 交流调压电路
➢ 1、交流调压电路:是用来变换交流电压幅值（或有效值） 的电路。
使两个晶闸管的导通角θ=1800达到平
图（6.1.4）
衡。解决失控现象。
窄脉冲触发时的工作波形
6.1.1 单相交流调压电路
总结：
❖当
时，并采用宽脉冲触
发，负载电压、电流总是完整的
正弦波，改变控制角 ,负载电压、
电流的有效值不变，即电路失去
交流调压的作用。
❖ 在电感负载时，要实现交流调 压的目的，则最小控制角 （负载的功率因数角）。所以 的移相范围为φ～1800
改变α角的大小，便改变了输出电压有 效值的大小。
图6.1.1 电阻性负载 时单向交流电压电路 及输出电压波形
6.1.1 单相交流调压电路
➢ 电阻性负载数量关系：
❖ 负载电压的有效值
❖ 负载电流的有效值
❖ 调压器的功率因数
（6.1.1） （6.1.2）
（6.1.3）
总结：随着α角的增大，U0逐渐减小。当α =π时，
uo (t) (an cosn t bn sin n t) n 1, 3,5,
(6.1.4)
a1
2U1 (cos2 1) 2
b1
2U1 sin 2 2( )
2
an
2U 1
n
1
1
c os(n
Байду номын сангаас
1)
1
n
1
1
c os(n
1)
1
bn
2U1
n
1
1
sin(n
1)
n
1
1
sin(
第六章 交流变换电路
概述 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 6.2 交流调功电路 6.3 交流电力电子开关 6.4 交－交变频电路 6.4.1 单相输出交－交变频电路 6.4.2 三相输出交－交变频电路 6.4.3 交－交变频电路输出频率上限的限制
单向交流电压电路的工作情况与它的负载性质有关
6.1.1 单相交流调压电路
1、电阻性负载工作原理：
1）电源正半周：晶闸管T1承受正向电 压，当ωt=α时，触发T1使其导通，负载 上得到缺α角的正弦半波电压；
2）电源电压过零：T1管电流下降为零 而关断；
3）电源电压负半周：晶闸管T2承受正 向 电 压 ， 当 ωt=π+α 时 ， 触 发 T2 使 其 导 通，则负载上又得到了缺α角的正弦负 半波电压。持续这样控制，在负载电阻 上便得到每半波缺α角的正弦电压；
❖ 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；
❖ 晶闸管的导通角θ的大小与控
制角 、负载阻抗角φ都有关。
图6.1.2 带阻感负载单向 交流调压电路及输出波形
6.1.1 单相交流调压电路
➢ 2、交流调压的实现方法：通过控制晶闸管在每一个电源
周期内的导通角的大小（相位控制）来调节输出电压的大小。
➢ 3、交流调压电路应用：
• 电炉的温度控制 • 灯光调节 （如舞台灯光控制） • 异步电机软起动 • 异步电机调速 • 调节整流变压器一次侧电压
6.1.1 单相交流调压电路
➢单相交流调压器主电路特点：
✓ 1）电源正半周：T1触发 导通， 电源的正半周施加到负载上；
✓ 2）电源负半周：T2触发导通， 电源负半周便加到负载上；
✓ 3）电源过零：T1、T2交替触发 导通，电源电压全部加到负载； •图6.1.1 单向交流调压器电路
✓ 4）关断T1、T2：电源电压不能 加到负载上。
➢ 阻感负载的工作情况分析：
❖ 晶闸管VT1导通时，负载电流Io满足：
式中
(6.1.5) （θ为晶闸管的导通角）
利用边界条件： 可求得θ：
，i0=0
(6.1.6)
图（6.1.3)单相交流调压 器以φ为参变量时θ与 的关系曲线
❖ VT2导通时，上述关系完全相同，只是iO相差1800
6.1.1 单相交流调压电路
调压电路的工作情况（ α > ф 、 α =ф、 α < ф ） ➢ 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：
(6.1.7) (6.1.8)
(6.1.9)
(6.1.10)
n
1)
(n=3,5,7,…)
基波和各次谐波有效值：
Uon
1 2
an2 bn2
负载电流基波和各次谐波有效值：
I on Uon / R
在上面关于谐波的表达式中 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。
6.1.1 单相交流调压电路
➢感性负载 （R-L负载）
图（6.1.4） 窄脉冲触发时的工作波形
6.1.1 单相交流调压电路
单相交流电压器带阻感负载时电流谐波分析：
U0=0。 因此，单相交流电压器对于电阻性负载，其电
图6.1.1电阻性负载时单 向交流电压电路及输出 电压波形
压可调范围为 0～U，控制角α的移相范围为0～π。
6.1.1 单相交流调压电路
➢ 电阻性负载谐波分析：
➢ 单相交流调压电路带电阻负载时，输出电压波形正负半波对称，所以不 含直流分量和偶次谐波，故
6.1.1 单相交流调压电路
调压电路的工作情况（α > ф 、α =ф、α < ф）
➢ 2、α =ф
由
(6.1.11)
可得：
θ=1800
此时，晶闸管轮流导通，相当于晶闸管被短接。 负载电流处于连续状态，为完全的正弦波。
6.1.1 单相交流调压电路
调压电路的工作情况（ α > ф 、 α =ф、 α < ф ）
➢ 3、α <ф
θ＞1800
1） 如果采用窄脉冲触发，会出现先 触发的一只晶闸管导通，而另一只管 子在电流下降为零时，因其门极脉冲 已经消失不能导通的失控现象。回路 中将出现很大的直流电流分量，无法 维持电路的正常工作。
2） 采用宽脉冲或脉冲列触发，使第
二个晶闸管的导通角θ<π 。随后T1
导通角逐渐减小，T2逐渐增大，最终
第六章 交流变换电路
➢ 概述
➢ 交流变换电路：把交流电能的参数（幅值、频率、相数） 加以转换的电路。
交流电力控制电路
分
维持频率不变 改变输出电压的幅值。
类
交一交变频电路 （直接变频电路）
将电网频率的交流电直接变换成较低频率的交流电 直接变频的同时也可实现电压变换。
6.1 交流调压电路
➢ 1、交流调压电路:是用来变换交流电压幅值（或有效值） 的电路。
使两个晶闸管的导通角θ=1800达到平
图（6.1.4）
衡。解决失控现象。
窄脉冲触发时的工作波形
6.1.1 单相交流调压电路
总结：
❖当
时，并采用宽脉冲触
发，负载电压、电流总是完整的
正弦波，改变控制角 ,负载电压、
电流的有效值不变，即电路失去
交流调压的作用。
❖ 在电感负载时，要实现交流调 压的目的，则最小控制角 （负载的功率因数角）。所以 的移相范围为φ～1800
改变α角的大小，便改变了输出电压有 效值的大小。
图6.1.1 电阻性负载 时单向交流电压电路 及输出电压波形
6.1.1 单相交流调压电路
➢ 电阻性负载数量关系：
❖ 负载电压的有效值
❖ 负载电流的有效值
❖ 调压器的功率因数
（6.1.1） （6.1.2）
（6.1.3）
总结：随着α角的增大，U0逐渐减小。当α =π时，
uo (t) (an cosn t bn sin n t) n 1, 3,5,
(6.1.4)
a1
2U1 (cos2 1) 2
b1
2U1 sin 2 2( )
2
an
2U 1
n
1
1
c os(n
Байду номын сангаас
1)
1
n
1
1
c os(n
1)
1
bn
2U1
n
1
1
sin(n
1)
n
1
1
sin(
第六章 交流变换电路
概述 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 6.2 交流调功电路 6.3 交流电力电子开关 6.4 交－交变频电路 6.4.1 单相输出交－交变频电路 6.4.2 三相输出交－交变频电路 6.4.3 交－交变频电路输出频率上限的限制
单向交流电压电路的工作情况与它的负载性质有关
6.1.1 单相交流调压电路
1、电阻性负载工作原理：
1）电源正半周：晶闸管T1承受正向电 压，当ωt=α时，触发T1使其导通，负载 上得到缺α角的正弦半波电压；
2）电源电压过零：T1管电流下降为零 而关断；
3）电源电压负半周：晶闸管T2承受正 向 电 压 ， 当 ωt=π+α 时 ， 触 发 T2 使 其 导 通，则负载上又得到了缺α角的正弦负 半波电压。持续这样控制，在负载电阻 上便得到每半波缺α角的正弦电压；
❖ 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；
❖ 晶闸管的导通角θ的大小与控
制角 、负载阻抗角φ都有关。
图6.1.2 带阻感负载单向 交流调压电路及输出波形
6.1.1 单相交流调压电路
➢ 2、交流调压的实现方法：通过控制晶闸管在每一个电源
周期内的导通角的大小（相位控制）来调节输出电压的大小。
➢ 3、交流调压电路应用：
• 电炉的温度控制 • 灯光调节 （如舞台灯光控制） • 异步电机软起动 • 异步电机调速 • 调节整流变压器一次侧电压
6.1.1 单相交流调压电路
➢单相交流调压器主电路特点：