电力电子技术 kPE课件6专业课教材

第6章交流电力控制电路§6.1单相交流调压电路§6.2三相交流调压电路§6.3交流调功电路§6.4电力电容器的投切控制

§6.1单相交流调压电路交流调压电路的主要应用：交流调功(电加热)、灯光控制、异步电动机的软启动、调速节能运行等。1.电阻负载

双向交流开关：VT1与VT2反并联，可用一只双向晶闸管（KS）代替。正负半周

的起始点均为相电压的过零点。在正半周

处VT1触通，uo=u1，在u1过零变负时，

VT1反偏自行关断。电路波形

Goback在u1负半周，VT2正偏而VT1承受反压，在

角处VT2触通，负载电流反向。负载电压波形正负半周均为电源电压波形的一个片段。正负半周对称平均值为0（纯交流输出）。由于纯电阻负载，io与uo波形相同。负载电压有效值：

负载电流有效值：Io=Uo/R电路波形每只SCR电流有效值：（面积差一半）移相范围：

=0~功率因数：当

=0时，Uo=U1最大，pf=1。随

的增大，输入电流滞后于电压且发生畸变，pf降低。VT1、VT2需要两路触发脉冲uG1、uG2分别触发。电路波形采用双向晶闸管时的触发情况：在正负半周都需要对同一个门极施加触发脉冲2.阻感负载负载阻抗角

=tg-1(L/R)。在交流开关完全导通时（相当于用导线连通）稳态时负载电流应为正弦波。并且相位比电源电压u1滞后

角。SCR只能进行滞后控制，使负载电流更为滞后。阻感负载

=的情况：输出效果与交流开关完全短路开通的情况相同。相当于SCR失去开关控制调压作用。

>的情况:正半周

处VT1触通，工作情况与单相半波可控整流类似；在正半周过零变负时电感L使VT1延续导通，延续时间长短与负载的电感性强弱有关。稳态下电流正负半周波形对称，各管导通角

小于180o。

较大时的情况：

Uo

（正负半周面积均减小）有效值计算：（此积分考虑了半周

内的两部分面积）较大阻感负载

Goback

IVT有效值计算涉及到较复杂的io表达式（略）。

Goback结论：当

>时，<180O，正负半波电流断续。愈大，

越小，波形断续愈严重，但交流电压可调。

~

（）的关系曲线：Goback

<的情况:若采用窄脉冲触发：刚上电时，由于VT1触发早，电流io从零上升，其导通角将超过180o（因为电感电压作用面积大，过充电，放能时间延长）。当负半周uG2脉冲出现时，VT1的电流尚未减到0，VT2受反压不能触通；待VT1中电流降到零关断，VT2开始正偏时，uG2脉冲已消失，故VT2无法导通。转波形图下一个正半周uG1又触通VT1，使负载电流只有正半周，出现很大的直流分量，电路不能正常工作（通常负载电阻分量很小，直流电流会很大）。转波形图

Goback在<时，若触发脉冲足够宽或脉冲列触发，更容易满足上述稳态下电流自然交变的开关要求：

io比u1滞后角（稳态），VT1已在角处提前触发，并且在io过零变正时一直保持触发。在io过零变负时同样保证VT2及时导通。总之，在交流开关完全短路的情况下io正弦波所要求的双向电流路径，在≤时，由VT1、2完全可以提供。因此，作用效果与交流开关短路时相同。

~()的关系曲线分析转曲线脉冲波形工作波形

GobackGoback

结论：（阻感负载）能使输出电压可调的正常移相范围：

=~。正负半波电流断续（<180o），非正弦，

越大，则越小，电流波形断续加重，并且功率因数越低。当≤时，若采用宽脉冲或脉冲列触发，则作用效果与交流开关完全短路情况相同，不具备可控调压作用，uo=u1，io为连续正弦波。在电感性负载下，不能用窄脉冲触发，否则当

<时会发生一只SCR无法导通现象，输出电流出现很大的直流分量，会烧毁熔断器或晶闸管。§6.2三相交流调压电路三相负载星形连接方式最常用，每相各由一个双向交流开关控制。VT1、3、5使三相电流正向流通，

VT4、6、2使三相交流反向流通。三相四线制Y接（Y0）：相当于三个单相交流调压电路的组合，三相互差120o相位，分析方法与单相相同。各相中的3整倍次谐波电流是同相位的，全部流过中线，会形成很大的3次谐波电流（零序电流）。基波和其它谐波在三相之间流动，不流过中线。三相三线制Y接：三相正半周对应的VT1、3、5触发脉冲依次相差120o；每相的正负半周分别由反并联的2只SCR触发控制，

角相同，互差180o触发。Goback触发顺序与三相全控桥一样：VT1~VT6依次相差60o。任1相在导通时必须和另1或2相构成回路（无中线），电流流通路径中，须有至少两相SCR同时导通，故应采用双脉冲或宽脉冲（列）触发。两种工作情况：有时可能是三相中各有一只SCR导通，每相负载电压等于电源相电压；也可能两相中各有一只SCR导通，另一相不通，这时导通相的负载电压等于电源线电压的一半（三相对称负载）。控制角

的起点为相电压过零点（∵若换为二极管，在相电压过零时即开始导通）。三相电阻负载（无中线）时

移相范围：0~150o。三相阻感负载时无论有无中线，

移相范围：~150o。转Y接图三相电阻负载（无中线）时的波形图：

=0o，30o，6

0o，90o，120o，观察每相负载的uRA波形。VT1VT2VT3VT4VT5VT6uAuBuC

=0ouRAuABuAC转Y接图

uACuABVT1VT2VT3VT4VT5VT6uAuBuC

=30ouRAt1t2t3t4t5转Y接图

VT1VT2VT3VT4VT5VT6uAuBuCuABuACuRA

=60ot1t2t3t4t5转Y接图

VT1VT2VT3VT4VT5VT6uAuBuC

=90ouABuACuRAt1t2t3t4t5转Y接图

VT1VT2VT3VT4VT5VT6uAuBuC

=120ouABuACuRAt1t2t3t4t5转Y接图支路控制三角形联接电路

典型用例：晶闸管控制电抗器（ThyristorControlledReactor—TCR）。近似纯电感负载，a

的移相范围为90°~180°。通过对a角的控制，可以连续调节电抗器电流，从而调节电路从电网中吸收的无功功率。如配接固定电容器，就可以在从容性到感性的范围内连续调节无功功率，被称为静止无功补偿装置（StaticVar

Campensator—SVC）。在电力系统中广泛用来对无功功率进行动态补偿，以补偿电压波动或闪变。转

接图三相对称负载相电流中3的整倍次谐波的相位和大小都相同，它们在三角形回路中流动，而不出现在线电流中。因此，和三相三线星形电路相同，线电流中所含谐波的次数也是6k±1(k为正整数)。三个单相电路分别在不同的线电压的作用下单独工作。因此，单相交流调压电路的分析方法和结论完全适用。

转

接图

图6-18晶闸管控制电抗器(TCR)电路Goback§6.3交流调功电路间歇式通断控制：交流调功主电路形式与交流调压完全相同，只是控制方式不同。不是对交流电源的每个周期电压波形进行控制，而是将负载与交流电源接通几个整周波，再断开几个整周波。调节平均功率：改变接通周波数与断开周波数之比。典型应用：温度控制（不能用于交流电机）。SCR在电源电压过零时触通，在电流过零时自行关断。在接通期间，负载电压、电流均为正弦波，不存在谐波污染。

Goback§6.4电力电容器的投切控制把晶闸管反并联后串入交流电路中，代替电路中的机械开关，起接通和断开电路的作用，称作交流电力电子开关。和机械开关相比，这种开关响应速度快，没有触点，寿命长，可以频繁控制通断。交流电力电子开关并不去控制电路的平均输出功率，通常也没有明确的控制周期，而只是根据需要控制电路的接通和断开。控制频度通常比交流调功电路低得多。转电容组在公用电网中，交流电力电容器的投入与切断是控制无功功率的重要手段。通过对无功功率的控制，可以提高功率因数，稳定电网电压，改善供电质量。和用机械开关投切电容器的方式相比，晶闸管投切电容器（ThyristorSwitchedCapacitor—TSC）是一种性能优良的无功补偿方式。串联的电感很小，用来抑制电容器投入电网时可能出现的冲击电流。转电容组

Goback把电容器分成几组：避免容量较大的电容器组同