交流变换电路-交流调压电路（电力电子技术课件）

电力电子技术交流调压电路主电路特点

交流调压电路包括了单相交流调压电路和三相交流调压电路。

今天学习的内容就是“单相交流调压主电路特点”。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）电源电压过零：T1

、T2交替触发导通，电源电压全部加到负载；4）关断T1

、T2

：电源电压不能加到负载上。图

1：

单相交流调压器电路T1

、T2

构成无触点交流开关。单相交流电压电路的工作情况与它的负载性质有关6.1.3单相交流调压器主电路特点电力电子技术交流调压电路基本原理

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称为交流电力控制电路也就是交流电压控制电路。那么你了解这种控制电路的基本原理吗？今天学习的内容就是“交流调压电路基本原理”。基本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，可以方便地调节输出电压的有效值。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，可以方便地调节输出功率的平均值。交流调功电路如果并不在意调节输出平均功率，而只是根据需要接通或断开电路，则称串入电路中的晶闸管为交流电力电子开关。电力控制电路：这种电路不改变交流电的频率。电力控制电路6.1.2交流调压电路基本原理基本原理

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（在变压器一次侧调压，其电压电流值都不太大也不太小，在变压器二次侧只要用二极管整流就可以，这样的电路体积小、成本低、易于设计制造）。交流调压电路可分为单相交流调压电路和三相交流调压电路。6.1.2交流调压电路基本原理交流调压电路应用电力电子技术交流变换电路概述

交流变换电路是把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路。那么你了解交流变换电路的概念及包含哪些类型的电路吗？今天学习的内容就是“交流变换电路概述”。交流变换电路：

把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路。在进行交流-交流变流时，可以改变相关的电压、电流、频率和相数等。交流变换电路就是把交流电能的参数（幅值、频率、相位）加以转换的电路。6.1.1交流变换电路概述只改变电压、电流或对电路的通断进行控制，而不改变频率的电路称为交流电力控制电路。改变频率的电路称为变频电路。定义交流电力控制电路

交一交变频电路（直接变频电路）维持频率不变改变输出电压的幅值。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。分类6.1.1交流变换电路概述分类交流调压电路交流调功电路采用相位控制的交流电压控制电路采用通断控制的交流电压控制电路交流电力控制电路

交一交变频电路（直接变频电路）维持频率不变改变输出电压的幅值。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。分类6.1.1交流变换电路概述分类变频电路大多数不改变相数，也有改变相数的，如把单相变为三相，或把三相变为单相的电路。把一种频率的交流变成另一种频率或可变频率的交流，也称为直接变频电路。把交流整流成直流，再把直流逆变成另一种频率或可变频率的交流，这种通过直流中间环节的变频电路也称间接变频电路。交直交变频电路交交变频电路电力电子技术星形联结电路三相三线制

星形联结的三相交流调压电路可分为三相三线和三相四线两种。那么你了解三相三线联结的三相交流调压电路吗？今天学习的内容就是“星形联结三相三线制电路”。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T1~T6,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°。输出谐波含量低,无3倍次谐波；图1：三相交流调压电路-星形联结

6.1.10星形联结电路三相三线制三相三线星形联结电路的特点电路用3对反并联晶闸管作为开关元件，分别接至负载就构成了三相全波Y形联结的调压电路。通过改变触发脉冲的相位控制角α，便可以控制加在负载上的电压的大小。(1)0°≤α<60°：

三管导通与两管导通交替，每管导通180°-α

。但α=0°时是一种特殊情况，一直是三管导通。

图2：α=30°负载相电压波形

6.1.10星形联结电路三相三线制三相三线星形联结电路带电阻性负载时的情况图1：三相交流调压电路-星形联结(2）60°≤a<90°两管导通，每管导通120°。图3：α=60°负载相电压波形

6.1.10星形联结电路三相三线制图1：三相交流调压电路-星形联结三相三线星形联结电路带电阻性负载时的情况(3)90°≤a

<150°两管导通与无晶闸管导通交替，导通角度为300°-2a

。图4：α=120°负载相电压波形

6.1.10星形联结电路三相三线制图1：三相交流调压电路-星形联结三相三线星形联结电路带电阻性负载时的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。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。

6.1.10星形联结电路三相三线制图1：三相交流调压电路-星形联结三相三线星形联结电路的谐波电力电子技术单相交流调压电路带电感性负载工作原理

交流调压电路包括了单相交流调压电路和三相交流调压电路。单相交流电压电路的工作情况与它的负载性质有关。今天学习的内容就是“单相交流调压电路带电感性负载的工作原理”。6.1.5单相交流调压电路带电感性负载工作原理图1：带阻感负载单相交流调压电路及输出波形

单相交流调压器带阻感负载时，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a

、负载阻抗角φ都有关。感性负载（R-L负载）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、晶闸管电流有效值IT以及负载电流有效值IO分别为：调压电路的工作情况（α>ф

、α=ф、α<ф

）图2：带阻感负载单相交流调压电路6.1.5单相交流调压电路带电感性负载工作原理2.α=ф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。由6.1.5单相交流调压电路带电感性负载工作原理图2：带阻感负载单相交流调压电路调压电路的工作情况（α>ф

、α=ф、α<ф

）图3窄脉冲触发时的工作波形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。解决办法：采用宽脉冲或脉冲列触发，使第二个晶闸管的导通角θ<π。最终使两个晶闸管的导通角θ=1800达到平衡。解决失控现象。3.α<фθ＞18006.1.5单相交流调压电路带电感性负载工作原理调压电路的工作情况（α>ф

、α=ф、α<ф

）电力电子技术单相交流调压电路带电阻性负载工作原理

交流调压电路包括了单相交流调压电路和三相交流调压电路。单相交流电压电路的工作情况与它的负载性质有关。今天学习的内容就是“单相交流调压电路带电阻性负载的工作原理”。1）电源电压正半周：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；图1：电阻性负载时单相交流电压电路及输出电压波形改变α角的大小，便改变了输出电压有效值的大小。电阻性负载6.1.4单相交流调压电路带电阻性负载工作原理工作原理数量关系：

负载电压的有效值

负载电流的有效值

调压器的效率总结：随着α角的增大，U0逐渐减小。当α=π时，U0=0。因此，单相交流调压器对于电阻性负载，其电压可调范围为0～U，控制角α的移相范围为0～π。图1：电阻性负载时单相交流电压电路及输出电压波形6.1.4单相交流调压电路带电阻性负载工作原理电阻性负载电力电子技术单相交流调压电路的谐波

交流调压电路包括了单相交流调压电路和三相交流调压电路。你了解单相交流电压电路中的谐波的情况吗？今天学习的内容就是“单相交流调压电路的谐波”。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。

基波和各次谐波有效值负载电流基波和各次谐波有效值

图1：

电阻负载单相交流调压电路基波和谐波电流含量6.1.6单相交流调压电路的谐波电阻负载电流基波和各次谐波标么值随α变化的曲线（基准电流为α=0时的有效值）如图所示。图1：电阻负载单相交流调压电路基波和谐波电流含量6.1.6单相交流调压电路的谐波谐波次数越低，谐波幅值越大；3次谐波的最大值出现在α=90°时，幅值约占基波分量的0.3倍；5次谐波的最大值出现在α=60°和α=120°的对称位置。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α

角相同时，随着阻抗角φ的增大，谐波含量有所减少。6.1.6单相交流调压电路的谐波电力电子技术单相交流调压电路带电感性负载工作原理

交流调压电路包括了单相交流调压电路和三相交流调压电路。单相交流电压电路的工作情况与它的负载性质有关。今天学习的内容就是“单相交流调压电路带电感性负载的工作原理”。图1：带阻感负载单相交流调压电路及输出波形

单相交流调压器带阻感负载时，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a

、负载阻抗角φ都有关。6.1.5单相交流调压电路带电感性负载工作原理感性负载（R-L负载）

6.1.5单相交流调压电路带电感性负载工作原理图1：带阻感负载单相交流调压电路及输出波形感性负载（R-L负载）电力电子技术星形联结电路三相四线制

星形联结的三相交流调压电路可分为三相三线和三相四线两种。那么你了解三相四线联结的三相交流调压电路吗？今天学习的内容就是“星形联结三相四线制电路”。电路是由3个单相晶闸管交流调压器组合而成，其公共点为三相调压器中线，每一相可以作为一个单相调压器单独分析，其工作原理和波形与单相交流调压相同。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。图1：三相交流调压电路-星形联结

6.1.9星形联结电路三相四线制三相四线星形联结电路的基本原理星形联结电路三相三线三相四线在交流调压电路中，每相负载电流为正负对称的缺角正弦波，它包含有较大的奇次谐波电流，3次谐波电流的相位是相同的，中性线的电流为一相3次谐波的三倍。α=90°时，中性线电流甚至和各相电流的有效值接近，故中性线的导线截面要求与相线一致。因而这种电路的应用有一定的局限性。在选择线径和变压器时需要注意这一问题。

6.1.9星形联结电路三相四线制三相四线星形联结电路的问题图1：三相交流调压电路-星形联结电力电子技术三相交流调压电路常见形式

单相交流调压电路适用于容量不大的单相负载。对于大容量的三相负载，如三相电热炉、大容量异步电动机的软启动装置、高频感应加热设备、电解与电镀设备等，若需要调压或调节输出功率，可用三相交流调压电路来实现。那么你知道三相交流调压电路有哪些常见形式吗？今天学习的内容就是“三相交流调压电路常见形式”。6.1.8三相交流调压电路常见形式单相交流调压器的主电路和控制电路都比较简单，因此成本低，但是只适用于单相负载和中、小容量的应用场所。如果单相负载容量过大，就会造成三相不平衡，影响电网供电质量，因而容量较大的负载大部分为三相负载。要适应三相负载的要求就需用三相交流调压。三相交流调压电路三相交流调压电路是对三相交流电的电压进行调节的电路。图1：三相交流调压电路6.1.8三相交流调压电路常见形式三相交流调压电路常见形式图1所示为三相交流调压电路。用晶闸管或其他功率开关元件组成的双向开关接至三相交流电源和三相负载之间当开关导通时，电源电压通过开关加到负载上当开关阻断时，电源电压被开关所隔离，负载上电压为零这样一来，通过控制双向开关的通断，可控制输出的三相交流电压。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图a是星形联结图b是线路控制三角形联结图c是支路控制三角形联结图d是中点控制三角形联结星形联结和支路控制三角形联结三相交流调压电路最为常用。6.1.8三相交流调压电路常见形式三相交流调压电路常见形式三相联结形式的不同，三相交流调压电路有多种形式。图1：三相交流调压电路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电力电子技术斩控式交流调压电路

斩波控制利用脉宽调制技术将正弦交流电压波形分割成脉冲列，通过改变脉冲的占空比调节输出电压。斩波控制输出电压的大小可以连续调节，谐波含量小。基本上克服了相位控制和通断控制的缺点。斩波控制调压电路须采用全控型高频电力电子器件。

今天学习的内容就是“斩控式交流调压电路”。斩控式交流调压电路一般采用全控型器件作为开关器件。其基本原理和直流斩波电路有类似之处，只是直流斩波电路的输入是直流电压，而斩控式交流调压电路的输入是交流电压。图1斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路和直流斩波电路一样，也可以通过改变α来调节输出电压。在交流电源U1的正半周，用V1

进行斩波控制，用V3给负载电流提供续流通道；在U1的负半周，用V2进行斩波控制，用V4给负载电流提供续流通道。设斩波器件(V1或V2)导通时间为ton开关周期为T,则导通比

α=ton/T。

6.1.7斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路图2：电阻负载斩控式交流调压电路波形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。

6.1.7斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路特点图1：斩控式交流调压电路电力电子技术交流变换电路

交流变换电路：把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路。在进行交流-交流变流时，可以改变相关的电压、电流、频率和相数等。交流变换电路就是把交流电能的参数（幅值、频率、相位）加以转换的电路。一

交流变换电路概述只改变电压、电流或对电路的通断进行控制，而不改变频率的电路称为交流电力控制电路。改变频率的电路称为变频电路。交流电力控制电路

交一交变频电路（直接变频电路）维持频率不变改变输出电压的幅值。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。分类一

交流变换电路概述交流电力控制电路

交一交变频电路（直接变频电路）变频电路大多数不改变相数，也有改变相数的，如把单相变为三相，或把三相变为单相的电路。分类一

交流变换电路概述交交变频电路：把一种频率的交流变成另一种频率或可变频率的交流，也称为直接变频电路。交直交变频电路：把交流整流成直流，再把直流逆变成另一种频率或可变频率的交流，这种通过直流中间环节的变频电路也称间接变频电路。二

交流调压电路基本原理基本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。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，可以方便地调节输出电压的有效值。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，可以方便地调节输出功率的平均值。交流调功电路如果并不在意调节输出平均功率，而只是根据需要接通或断开电路，则称串入电路中的晶闸管为交流电力电子开关。电力控制电路：这种电路不改变交流电的频率。电力控制电路二

交流调压电路基本原理

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（在变压器一次侧调压，其电压电流值都不太大也不太小，在变压器二次侧只要用二极管整流就可以，这样的电路体积小、成本低、易于设计制造。交流调压电路可分为单相交流调压电路和三相交流调压电路。交流调压电路应用三单相交流调压器主电路特点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）电源电压过零：T1

、T2交替触发导通，电源电压全部加到负载；4）关断T1

、T2

：电源电压不能加到负载上。图

单向交流调压器电路T1

、T2

构成无触点交流开关。单向交流电压电路的工作情况与它的负载性质有关1）电源电压正半周：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；图

电阻性负载时单向交流电压电路及输出电压波形改变α角的大小，便改变了输出电压有效值的大小。1.电阻性负载四单相交流调压电路带电阻性负载工作原理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

调压器的效率总结：随着α角的增大，U0逐渐减小。当α=π时，U0=0。因此，单相交流调压器对于电阻性负载，其电压可调范围为0～U，控制角α的移相范围为0～π。图

电阻性负载时单向交流电压电路及输出电压波形四单相交流调压电路带电阻性负载工作原理2.感性负载（R-L负载）图

带阻感负载单向交流调压电路及输出波形

单相交流调压器带阻感负载时，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a

、负载阻抗角φ都有关。五单相交流调压电路带电感性负载工作原理2.感性负载（R-L负载）图

带阻感负载单向交流调压电路及输出波形

五单相交流调压电路带电感性负载工作原理2.感性负载（R-L负载）图

带阻感负载单向交流调压电路及输出波形

单相交流调压器带阻感负载时，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a

、负载阻抗角φ都有关。五单相交流调压电路带电感性负载工作原理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、晶闸管电流有效值IT以及负载电流有效值IO分别为：调压电路的工作情况（α>ф

、α=ф、α<ф

）图

带阻感负载单向交流调压电路五单相交流调压电路带电感性负载工作原理2.α=ф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。由图

带阻感负载单向交流调压电路五单相交流调压电路带电感性负载工作原理图

窄脉冲触发时的工作波形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。解决办法：采用宽脉冲或脉冲列触发，使第二个晶闸管的导通角θ<π。即可使两个晶闸管的导通角θ=1800达到平衡。解决失控现象。3.α<ф,θ＞1800五单相交流调压电路带电感性负载工作原理电力电子技术三相交流调压电路常见形式

三相联结形式的不同，三相交流调压电路有多种形式。图a是星形联结，b是线路控制三角形联结，c是支路控制三角形联结，d是中点控制三角形联结。一三相交流调压电路常见形式图

三相交流调压电路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图a是星形联结和图c支路控制三角形联结三相交流调压电路最为常用。一三相交流调压电路常见形式图

三相交流调压电路a)星形联结c)支路控制三角形联结图a是星形联结和图c支路控制三角形联结三相交流调压电路最为常用。一三相交流调压电路常见形式三线四相基本原理：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