东南电力电子基础讲稿6.交流调压远程

1、第六章 交流调压第一节 概述 在工业生产和日用电气设备中，有不少由交流供电如加热炉的温度，电光源的亮度，小型交流电动机的转速等，要根据工作需要进行调节。这些设备的功率调节都可用改变交流电压的大小来实现。前面几章中，介绍了晶闸管作为开关元件，控制其导通角，调整整流输出电压的大小，实现对直流负载的功率控制。 现在在交流电源和负载间，用两个反并联的晶闸管相连，如图6-1（a）时，就构成了交流调压控制器。其控制方式有2种。 通断控制：晶闸管和导通m个电源周期，然后关断n个周期，一般 =0。如图6-1（b）所示，改变m和n的比值，就改变了开关一个周期输出电压的有效值。 相位控制，改变 和 的触发角，以调

2、整输出电压，如图6-1（c）示。此时的电流波形与单相全波整流电路的电源电流波形相同。交流调压，晶闸管可以藉负载电流过零自然关断，不需另加换流电路，所以电路结构简单，调整方便。输出含用较严重的谐波分量，适用于热或机械惯性较大的负载功率调整。与整流相似，也有单相和三相之分，对三相负载又有星形和三角形连接。两反并联的晶闸管可以制造在一个芯片上，构成双向晶闸管，进行双向导通控制，可大大简化交流调压控制器的主电路和触发电路。 第二节 开关通断控制若图6-1（a）负载为电阻负载，对它的电压用开关通断进行控制。一般在电源电压正，负过零时，分别触发 和 ，它们又在每半周电流过零时自然关断。 设电源电压 = =

3、 若导通m个周期，关断n个周期，则输出电压的有效值为 (6-1) 式中 (6-2) 称为周期占空比。输出电流在一个通断周期的有效值为 (6-3) 所以负载功率为 (6-4)由上可见，改变周期占空比D的大小，就改变了负载功率。这种方式常用来控制有大的机械惯性和热惯性的负载功率。通断控制开关作用产生的谐波较少。输入功率因数 可由负载在一个通断周期中的有功功率与电源视在功率之比求得。由于输入电流等于输出电流，故 (6-5) 当D很小时， 是很低的。流过晶闸管 的电流为半波电流，所以平均电流值为 (6-6) 但在选择晶闸管电流定额时，由于管芯热容 量很小，导通个周期管芯已达稳定温升，故晶闸管电流定额应

4、以D=1来选。例 有一交流220V供电的交流调压电路，电路如图6-1（a），负载电阻R=5 ，晶闸管导通20个周期，关断40个周期。 （1）输出电压有效值 。 （2）负载功率 。 （3）输入功率因数 。 解： （1）由式（6-1）知 （2）由式（6-4）知 （3）由式（6-5）知注意，若图6-1（a）的负载为电感性，即如负载功率因数很低，晶闸管导通后也仅3-4个周期电流就趋于稳态值，在晶闸管关断时，晶闸管电流滞后 角到0才能使晶闸管关断，这期间与m个周期相比可忽略，所以其输出的电压和电流有效值均可用(6-1)和 (6-3) 式近似计算。 第三节 单相相控调压一 电阻负载 如图6-1（a）,（c

5、）。设输入电压为 在电源正半波形时触发 ，控制角 ，在电源负半波形时触发 ，控制角 。 若 ，则输出电压有效值为 (6-7) 从0到 变化， 从 变到0。 输入功率因数 ，由于输入电流与输出电流相同，故有 (6-8) 流过每个晶闸管的平均电流与全波整流一样为 (6-9)对于反并联的两个晶闸管，其控制极触发电路必须隔离，通常采用脉冲变压器实现，脉冲变压器原副边绝缘耐压应能承受电源电压。 例 图6-1（a）中，电阻R=5 ，输入电压 =220V，若 。求（1）输出电压有效值 。（2）负载功率 。（3）输入功率因数 。解：(1)由式(6-7) (2) (3) 二 电感性负载具有RL负载的单相交流调压

6、电路如图6-2。单相交流调压如经变压器给电阻负载供电时，考虑到变压器漏抗和励磁电抗，负载也是RL。现分析图6-2电路，与单相半波整流带电感性负载工作情况相似。设输入电压 ，则 导通时电路方程式为 (6-10)若负载对电源频率的功率因数 角 ， 在 时触发导 通， 导通前 =0。则（6-10）式的解为 (6-11)图6-3 是电源电压波形和晶闸管的触发信号，负载电压 和电流的波形。当 时， 降到0， 也为0。但由L自感电势作用，使 继续经 流通，直到 时电流降到0， 自然关断， 角称为 的导通角。 将 和 代入（6-11）式，就得到 （6-12） 从式（6-12）可见，导通角 与负载功率因数角

7、和晶闸管控制角 有关。当 一定时， 与 的关系如图 6-4示。 从式（6-12）和图6-4曲线可见：（1） 时， =180 。电流的正负周连续。将 代入式（6-11），电流的指数衰减项为0，电流为正弦波。（2） 时, 。电流已连续，为正弦波， 和 轮流导通，已不起调压作用。输出电压即为输入电压。（3） 时， 。电流正负半波不连续，这时满足求解式（6-10）的初始条件 。图6-3 的波形即为 的情况。 此时输出电压有效值 为 （6-13）输出电流有效值为 （6-14）从上可见，对电感性负载的单相交流调压，其控制角移相范围为 。 而 时，则控制器不能调压，只作简单开关用。对于感性负载必须注意晶闸管

8、触发脉冲用宽脉冲或脉冲列。这是因为：在晶闸管导通后，电感电流上升到擎住电流需要一定时间。另外在 的情况， ，所以如开始时触发 ，在 时触发 ， 但因 ， 尚在导通，则 虽有触发信号却不能导通，只有在 关断后才能导通，故 的触发脉冲信号需要脉冲宽度大于（ ），否则就会出现只有一只管子能导通的不正常情况。采用宽脉冲必然要求脉冲变压器体积较大，故实际设备多用脉冲列触发。例 在图6-2 电路中，输入电压U=220V， f=50Hz, R=10 , =10 ，若控制 角 = /2, 求（1）晶闸管的导通角 。（2）输出电压有效值 。（3）输出电流有效值 。（4）输入功率因数 。解：(1)由 及 查图6-

9、4曲线得 （2）由式（6-13）(3)由式（6-14）（4）由于输入电流等于输出电流双向晶闸管为什么要有双向晶闸管？简化触发电路。双向晶闸管（TRIAC）是一个NPNPN的五层三端器件，有三个极：T1、T2，G（门极）；注意与晶闸管的差异。T1为参考极。T2T1，GT1间有四种电压组合的可能：+，+-，-+，-，都可使双向晶闸管导出通，因而触发简单。双向晶闸管特点符号表示：额定电流参数使用有效值例题采用晶闸管反并联的单相交流调压电路，输入电压Ui=220V，负载为RL串联，R=1，L=3.183mH。求： 控制角移相范围； 负载电流最大值； 最大输出有功功率； 输入功率因数（最大输出有功功率情

10、况下的）。分析：例题一台220V 10KW单相电阻炉，采用单相交流调压控制，现欲使其输出为5KW（设电炉丝电阻值不随温度改变），求控制角值，负载电流有效值，输入功率因数。 假定电阻炉的电阻值不随温度变化要点分析：过程第六节 单相变压器抽头换接器 和交流稳压电源一 单相变压器抽头换接器工作原理 相位控制的单相交流调压，其输出谐波分量较大，为了在较大范围内调压又希望减少谐波，可应用晶闸管和双向晶闸管控制的变压器抽头换接器。单相变压器抽头换接器电路如图6-16所示。变压器副边引出抽头， ， 。 若 截止，仅 工作，负载不论是纯电阻或电感性的，输出电压有效值在 0- 间变化，其工作情况在第三节中已介绍

11、。负载为电阻性， 的控制角 =0， 的控制角 。 在 未触发前， ， 。在 时，触发 ， 导通后，将反压加于 ，使 关断。此时， ， 。电源电压为负半周时， 触发 ，在 时，触发 ， 导通后关断 。 负载为电感性，电流滞后电压 角时的情况，对触发信号有较严格的要求。在 与电压 反方向时，即在 和 之间时，如触发 ，则会发生 和 同时导通或 和 同时导通，将 短路，这种现象是不允许的。因此要求触发 的角 。同时负载电压波形与 触发换流发出脉冲的时间有关。（1） 在负载电流过零时触发，脉冲宽度 应小于（ ）。输出电压和电流 如图6-18（a），换流过程是 时，负载电流 过0，触发 ， 。 时，触发 ， 导通使 承受 反压而关断。 。 时， ，但电 流 ，在负载电流作用下， 继续在原方向经 流通。 进入负半周，到 时 ， 过0， 关断 。此时触发 ， 导通， 的负半周。 时， 被触发， 导通， 使 受反压关断。完成一个周期的换流过程。(2) 在负载电压过零时触发，触发脉冲应大于 小于 。 输出电压及电流波形如图6-18（b）。其换流过程是 时， 。 在 时， 和 从正值降到