第十三讲 交流电力控制电路和交交变频电路

概 述

交流-交流变流电路——一种形式的交流变成另一种形式交流的电路，可改变相关的电压、电流、频率和相数等

? 交流电力控制电路——只改变电压、电流或控制电路的通断，不改变频率

? 交流调压电路——相位控制（或斩控式） ? 交流调功电路及交流无触点开关——通断控制

? 变频电路——改变频率，大多不改变相数，也有改变相数的

? 交交变频电路——直接把一种频率的交流变成另一种频率或可

变频率的交流，直接变频电路

交直交变频电路——先把交流整流成直流，再把直流逆变成另一种频率或可变频率的交流,间接变频电路，8.1节

13.1交流调压电路

绪 论

交流电力控制电路的结构及类型

– 两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，控制晶闸管就可控制交流电力

– 交流调压电路——每半个周波控制晶闸管开通相位，调节输出电压有效值

– 交流调功电路——以交流电周期为单位控制晶闸管通断，改变通断周期数的比，调节输出功率的平均值

– 交流电力电子开关——并不着意调节输出平均功率，而只是根据需要接通或断开电路

交流调压电路的应用：

– 灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制） – 异步电动机软起动 – 异步电动机调速

– 供用电系统对无功功率的连续调节

– 在高压小电流或低压大电流直流电源中，用于调节变压器一次电压

13.1.1单相交流调压电路

1．电阻负载

? 工作原理：

– 在 u1的正半周和负半周，分别对VT1和VT2的开通角a进行控制就

可以调节输出电压

– 正负半周a 起始时刻（a =0）均为电压过零时刻，稳态时，正负半周的a 相等

– 负载电压波形是电源电压波形的一部分，负载电流（也即电源电流）和负载电压的波形相同

VT1VT2u1iouoRu1OuoOioOuVTO?t?t?t?t

图4-1

图4-1电阻负载单相交流调压电路及其波形

数量关系

负载电压有效值

21?1?????Uo?2Usin?td?t?Usin2??11???2??

??

(4-1)

负载电流有效值

UoIo?R （4-2）

晶闸管电流有效值

IT?12? (4-3) 功率因数

???????2U1sin?t??d??t??U1?RR?21?sin2?(1??)2?2?UoPUoIo?????SU1IoU11???sin2??2?? (4-4)

输出电压与a的关系:

移相范围为0≤ a ≤π。 a =0时，输出电压为最大， Uo=U1。随a的增大，Uo降低， a =π时， Uo =0。 λ与a的关系：

a =0时，功率因数λ=1， a增大，输入电流滞后于电压且畸变，λ降低

2．阻感负载

? 阻感负载时a的移相范围

– 负载阻抗角：j = arctan(wL / R)

– 晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，相位滞后于u1的角度为j – 在用晶闸管控制时，只能进行滞后控制，使负载电流更为滞后，而无法使其超前

– a =0时刻仍定为u1过零的时刻，a的移相范围应为j ≤ a ≤π

VT1VT2u1iouoRLu1OuG1OuG2OuoOioOuVT0.6?t?t?t?t?t

O?t

图4-2

图4-2 阻感负载单相交流调压电路及其波形

? 阻感负载时的工作过程分析

在ωt = a 时刻开通VT1，负载电流满足 di0?Ri0?2U1sin?t Ldt （4-5）

0?t?0

解方程得

???t

2U1 (4-6) i0?sin??t????sin?????etg?Z

2式中 ??? ,θ为晶闸管导通角 Z?R2L?

利用边界条件：ωt = a +θ时io =0,可求得θ：

??

i?0??sin(?????)?sin(???)etg?