05第5章 交流变换电路 交流调压电路 交流调功电路

天津冶金职业技术学院教案( 首页)
图5.1.1 电阻性负载时单向交流电压电路及输出电压波形
T承受正向电压，当ωt=α时，触发1）电源电压正半周：晶闸管
1
负载上得到缺α角的正弦半波电压；
T管电流下降为零而关断；
2）电源电压过零：
1
负载电压的有效值0 U 、晶闸管电流平均值dT I 、电流有效值T I 以及负载电 流有效值O I 分别为：
π
θααθωωπ
θ
αα)
(2sin 2sin )sin 2(1
20+-+==
⎰+U
t d t U U (5.1.6)
t d e
t I t dT
ωφαφωπ
θ
αα
φ
αω])sin()[sin(21tan ⎰+--
---= (5.1.7)
2
2tan 12()[sin()sin()]2t T U I t e d t Z
ωα
αθ
φα
ωφαφωπ
--+=
---⎰ sin cos(2)
cos U Z θθαφθπφ
++=
-
(5.1.8) T O I I 2= (5.1.9)
2、α =ф由： φ
θφαφθαtg e -
-=-+)sin()sin(
可得： 0
)sin(=-φθ→θ=O
180
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。

3、α =ф θ＞O
180
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φ<π 。

即可使两 个晶闸管的导通角θ=O
180达到平衡。

解决失控现象。

总结：
当φα≤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α,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φα=（负载的功率 因数角）。

所以α的移相范围为φ～O
180 单相交流电压器带阻感负载时电流谐波分析：
1） 电流谐波次数和电阻负载时相同，也只含3、5、7…等次谐波； 2） 随着次数的增加，谐波含量减少；
3） 和电阻负载时相比，阻感负载时的谐波电流含量少一些； 4）
角相同时，随着阻抗角的增大，谐波含量有所减少；
5.1.2 三相交流调压电路
1、三相四线制调压电路特点：
1）相当于三个独立的单相交流调压电路组合而成的；
2）存在中性线，但是3次谐波在中线中的电流大，故中线的导线截面要求与 相线一致；3）晶闸管的门极触发脉冲信号，同相间两管的触发脉冲要互差180°。

4）各晶闸管导通顺序为1T ～6T ，依次滞后间隔60°； 5）因存在中线，可采用窄脉冲触发；
6）该电路工作时，零线上谐波电流较大，含有三次谐波，控制角a=90°时， 零线电流甚至和各相电流的有效值接近。

若变压器采用三柱式结构，则三次谐波
磁通不能在铁心中形成通路，产生较大的漏磁通，引起发热和噪音。

7）该电路中晶闸管上承受的峰值电压为l U 3
2
(l U 为线电压)。

图5.1.2(a)三相四线制调压电路 图5.1.2(b)三相三线制交流调压电路 2、三相三线制交流调压电路的特点： 1）每相电路必须通过另一相形成回路； 2）负载接线灵活，且不用中性线； 3）晶闸管的触发电路必须是双脉冲，或者是宽度大于600
的单脉冲； 4）触发脉冲顺序和三相全控桥一样，为1T ～6T ，依次间隔60°；
5）电压过零处定为控制角的起点，角移相范围是0°～150°；
图5.1.3不同a角时负载相电压波形
(a)a=30°(b) a=60°(c) a=120°
3、三相三线制交流调压电路改变α，电路中晶闸管的导电模式：(1) 0°≤α<60 °时，三个晶闸管导通与两个晶闸管导通交替，每管导通180°－α。

但α =0°时一直是三管导通，图5.1.3(a)所示。

5.2 交流调功电路
1、与调压电路的比较：
交流调功电路直接调节对象是电路的平均输出功率；
控制对象时间常数很大，以周波数为单位控制；
晶闸管导通时刻为电源电压过零的时刻，负载电压电流都是正弦波，不对电网电压电流造成通常意义的谐波污染。

2、电阻负载时的工作情况：控制周期为M倍电源周期，晶闸管在前N个周期导通，后M－N
个周期关断；负载电压和负载电流（也即电源电流）的重复周期为M倍电源周期；
图5.2.1交流调功电路典型波形图 5.2.2 交流调功电路的电流频谱图
(M =3、N =2) (M =3、N =2)
天津冶金职业技术学院教案( 首页)
图5.4.1 单相输出交－交变频电路
5.4.1 单相输出交－交变频电路
1、电路结构和工作原理
1）电路结构
由具有相同特征的两组晶闸管整流电路（正组整流器和反组整流器
图5.4.2 单相交流输入时交－交变频电路的波形图
3）电路控制特点：（1）一个周期内控制角固定不变时，输出电压为含有大量的谐波矩形波, (如图5.4.2) 对电机的工作很不利；（2）为了让输出电压波形接近正弦波，可按正弦规律对a 进行调制。

•
图5.4.3交－交变频电路的波形图（a 变化）
2、变频电路的工作过程（电感性负载）
对于电感性负载，输出电压超前电流。

❖ 一个周期可以分为六个阶段 第一阶段：输出电压过零， 0u 为正，0i <0，反组整流器工作在有源逆变状态， 正组整流器被封锁；
第二阶段：电流过零。

为无环流死区；
第三阶段：0i >0，0u >0。

正组整流器工作在整流状态，反组整流器被封锁。

第四阶段：0i >0，0u <0。

正组整流器工作有源逆变状态，反组整流器仍被封锁； 第五阶段：电流为零，为无环流死区；
第六阶段：0i <0, 0u <0，反组整流器工作在整流状态，正组整流器被封锁；
图5.4.4 交-交变频电路电感性负载时的输出电压和电流波形
小结：
1、哪组整流器电路工作是由输出电流决定，而与输出电压极性无关；
2、变流电路是工作在整流状态还是逆变状态，则是由输出电压方向和输出电流方 向的异同决定；
3、输出正弦波电压的控制方法（“余弦波交点法”）
)sin (cos 1t o ωγα-= （5.4.1）
式（5.4.1）为余弦交点法求α角的基本公式。

4、余弦交点法图解 1）线电压AB u 、 AC u 、 BC u 、 BA u 、 CA u 和CB u 依次用1u -6u 表示； 2)相邻两个线电压的交点对应于a =0；
3）u 1-u 6所对应的同步信号分别用s1u -s6u 表示 ；
4）s1u -s6u 比相应的1u -6u 超前30°，u s1-u s6的最大值和相应线电压
a =0的时刻对应；
天津冶金职业技术学院教案( 首页)。