1、第5章 交流調壓電路1 1第5章 交流調壓電路5.1 單相交流調壓電路5.2 三相交流調壓電路5.3 交流過零調功電路第5章 交流調壓電路2 25.1單相交流調壓電路圖5-1所示為單相交流調壓器的主電路原理圖，在負載和交流電源間用兩個反并聯的晶閘管V1、V2或采用雙向晶閘管V相連。當電源處于正半周期時，觸發V1導通，電源的正半周期電壓施加到負載上；當電源處于負半周期時，觸發V2導通，電源負半周期電壓便加到負載上。電壓過零時晶閘管關斷。當交替觸發V1、V2，則負載上可獲得正、負半周期對稱的電源電壓。很明顯，可通過控制晶閘管在每一個電源周期內的導通角的大小來調節輸出電壓的大小。第5章 交流調壓電路

2、3 3圖5-1單相交流調壓器的主電路第5章 交流調壓電路4 45.1.1電阻性負載在圖5-1 中，采用相控調壓，即通過改變晶閘管觸發脈沖的控制角 來控制交流電壓的輸出幅值，輸出電壓波形如圖5-2所示。第5章 交流調壓電路5 5圖5-2電阻性負載單相交流調壓電路工作波形第5章 交流調壓電路6 6負載電壓的有效值為 (5-1)負載電流的有效值為 (5-2)第5章 交流調壓電路7 75.1.2電感性負載電感性負載單相交流調壓電路及波形如圖5-3所示。圖中，ug1、ug2為晶閘管V1、V2的寬觸發脈沖波形，R、L負載是交流調壓器的最一般的負載。其工作情況同可控整流電路帶電感負載相似。第5章 交流調壓電

3、路8 8圖5-3電感性負載單相交流調壓電路及波形第5章 交流調壓電路9 9由圖5-3(b)可知，晶閘管導通角的大小，不但與控制角有關，而且與負載阻抗角有關。一個晶閘管導通時，其負載電流io的表達式為 (5-3)式中第5章 交流調壓電路1010當t時，io0，將此條件代入式(5-3)，可求得導通角與控制角、負載阻抗角f之間的定量關系表達式為 (5-4)針對交流調壓器，其導通角180；再根據式(5-4)，可繪出f(， f)曲線，如圖5-4所示。第5章 交流調壓電路1111圖5-4單相交流調壓是路以f為參變量時與的關系第5章 交流調壓電路1212圖5-5感性負載窄脈沖觸發時的工作波形第5章 交流調壓

4、電路1313例5-1由晶閘管反并聯組成的單相交流調壓器，電源電壓有效值Uo2300 V。(1) 電阻負載，阻值在1.15 2.3 之間變化，預期最大的輸出功率為2300 kW，計算晶閘管所承受的電壓最大值，以及輸出最大功率時晶閘管電流的平均值和有效值。(2) 如果負載為電感性負載，R2.3 ，L2.3 ，求控制角的范圍以及最大輸出電流的有效值。第5章 交流調壓電路1414解(1) 當R2.3 時，如果觸發角0，負載電流的有效值為此時，最大輸出功率Po=I2oR=100022.3=2300 kW， 滿足要求。第5章 交流調壓電路1515流過晶閘管電流的有效值為輸出最大功率時，因為0，180，負載

5、電流連續，所以負載電流的瞬時值為第5章 交流調壓電路1616此時晶閘管電流的平均值為第5章 交流調壓電路1717 當R1.15 時，由于電阻減小，如果調壓電路向負載送出原先規定的最大功率保持不變，則由Po=I2oR=2300 kW， 得Io=1414 A，因為Io大于R2.3 時的電流(參見)，所以0。晶閘管電流的有效值為 加在晶閘管上正、反向最大電壓為電源電壓的最大值，即第5章 交流調壓電路1818(2) 電感性負載的功率因數角為最小控制角為min=f=/4。故控制角的范圍為/4。最大電流發生在min=f=/4，負載電流為正弦波，其有效值為第5章 交流調壓電路19195.2三相交流調壓電路5

6、.2.1三相全波相位控制的Y連接調壓電路用三只雙向晶閘管作開關元件，分別接至負載就構成了三相調壓電路。負載可以是Y連接也可以是連接。圖5-6所示為Y連接三相調壓電路。通過控制觸發脈沖的相位控制角，便可以控制加在負載上電壓的大小。對于這種不帶零線的調壓電路，為使三相電流構成通路，使電流連續，任意時刻至少要有兩個晶閘管同時導通。第5章 交流調壓電路2020圖5-6Y連接三相調壓電路第5章 交流調壓電路2121為了調節電壓，需要控制觸發脈沖的相位角。為此對觸發電路的要求是：(1) 三相正(或負)觸發脈沖依次間隔120，而每一相正、負觸發脈沖間隔180。(2) 為了保證電路起始工作時能兩相同時導通，以

7、及在電感性負載和控制角較大時，仍能保持兩相同時導通，和三相全控橋式整流電路一樣，要求采用雙脈沖或寬脈沖(大于60)。 (3) 為了保證輸出三相電壓對稱可調，應保持觸發脈沖與電源電壓同步。(4) 對雙向晶閘管而言，一般采用第一、三象限觸發。第5章 交流調壓電路2222下面結合圖5-6所示的電路具體分析觸發脈沖的相位和調壓電路輸出電壓的關系。為了分析清楚起見，我們假設負載為三相對稱的電阻性負載，電壓、電流波形同相。由于是三相對稱負載，A、B、C三相負載上的電壓是對稱的，因此只分析在不同控制角時，A相負載上的電壓波形即可，如圖5-7所示。第5章 交流調壓電路2323圖5-7不同控制角時A相負載上電壓

8、波形(a) =0；(b) =30；(c) =60；(d) =90；(e) =120第5章 交流調壓電路24245.2.2其他三相調壓電路形式上面簡述了典型的三相Y形連接全波調壓電路的工作原理，實際上，三相調壓電路的形式很多，各有千秋，在表5-1中對常用的三相調壓電路作了比較。第5章 交流調壓電路2525第5章 交流調壓電路2626第5章 交流調壓電路2727第5章 交流調壓電路28285.3交流過零調功電路5.3.1調功器的工作原理圖5-8所示為過零觸發單相交流調功和三相交流調功電路。交流電源電壓u、V1和V2的觸發脈沖ug1、ug2分別如圖5-9所示。由于各晶閘管都是在電壓u過零時加觸發脈沖

9、，因此就有電壓uo輸出。如果不觸發V1和V2，則輸出電壓uo0。因為是電阻性負載，所以當交流電源電壓過零時，原來導通的晶閘管因其電流下降到維持電流以下而自行關斷。 第5章 交流調壓電路2929圖5-8交流調功器(a) 單相交流調功器；(b) 三相交流調功器第5章 交流調壓電路3030圖5-9單相交流零觸發開關電路的工作波形第5章 交流調壓電路3131這樣可使負載得到完整的正弦波電壓和電流。由于晶閘管是在電源電壓過零的瞬時被觸發導通，這就可以保證瞬態負載浪涌電流和觸發導通時的電流變化率(di/dt)大大減小，從而使晶閘管由于di/dt過大而失效或換相失敗的幾率大大減少。第5章 交流調壓電路323

10、2如設定運行周期TC內的周波數為n，每個周波的頻率為50 Hz，周期為T(20 ms)，則調功器的輸出功率P2為 (5-5) (5-6)第5章 交流調壓電路33335.3.2調功電路實例圖5-10所示為一個由兩只晶閘管反并聯的交流開關，包括控制電路在內的單相過零調功電路。由圖可見，負載是電爐，而過零觸發電路是由鋸齒波發生器、信號綜合、直流開關、同步電壓與過零脈沖輸出五個環節組成的。第5章 交流調壓電路3434圖5-10單相過零調功電路的實際案例第5章 交流調壓電路3535圖5-10所示電路中各主要點的波形如圖5-11所示。由于圖5-10所示的溫度調節系統是手動的開環控制，因此爐溫波動大，控溫精度低。故這種系統只能用于對控溫精度要求不高且熱慣性較大的電熱負載。當對控溫精度要求較高、較