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1、电力电子技术,第4章 交流调压电路,4 交流调压电路,4.1双向晶闸管 4.2交流调压电路 4.3交流电力电子开关 4.4交流调压电路应用,4.1双向晶闸管,4.1.1双向晶闸管的结构和特征 4.1.2双向晶闸管的触发电路 4.1.3双向晶闸管简易测试,4.1.1双向晶闸管的结构和特征,1双向晶闸管的结构,图4-1 双向晶闸管的外形 （a）小电流塑封式 （b） 螺栓式 （c）平板式,双向晶闸管的内部结构、等效电路及图形符号,图4-2 双向晶闸管内部结构、等效电路及图形符号 （a） 内部结构 （b） 等效电路 （c）图形符号,常见的双向晶闸管引脚排列,图4-3 常见双向晶闸管引脚排列,2双向晶闸
2、管的特性与参数 双向晶闸管有正反向对称的伏安特性曲线。正向部分位于第象限，反向部分位于第象限。,图4-4 双向晶闸管伏安特性,根据GB4192-1986标准，双向晶闸管的型号规格为,国产双向晶闸管用KS表示。如型号KS50-10-21表示额定电流50A，额定电压10级（1000V）断态电压临界上升率du/dt为2级（不小于200V/ s），换向电流临界下降率di/dt为1级（不小于1IT(RMS)）的双向晶闸管。,双向晶闸管的主要参数中只有额定电流与普通晶闸管有所不同，其他参数定义相似。由于双向晶闸管工作在交流电路中，正反向电流都可以流过，所以它的额定电流不用平均值而是用有效值来表示。用IT(
3、RMS)表示。 双向晶闸管额定电流IT(RMS)与普通晶闸管额定电流IT(AV)之间的换算关系式为 以此推算，一个100A的双向晶闸管与两个反并联45A的普通晶闸管电流容量相等。,表4-1 双向晶闸管的主要参数,3双向晶闸管的触发方式 双向晶闸管正反两个方向都能导通，门极加正负电压都能触发。主电压与触发电压相互配合，可以得到四种触发方式： （1）+触发方式 （2）触发方式 （3）+触发方式 （4）触发方式 由于双向晶闸管的内部结构原因，四种触发方式中灵敏度不相同，以+触发方式灵敏度最低，使用时要尽量避开，常采用的触发方式为+和。,4双向晶闸管主要参数选择 （1）额定通态电流IT(RMS)的选择
4、 （2）额定电压UTn的选择 （3）换向能力du/dt的选择,4.1.2双向晶闸管的触发电路,1简易触发电路 双向晶闸管的简易触发电路如图4-5所示。 图(a)为简单有级交流调压电路。 图(b)为采用触发二极管的交流调压电路。 图(c)电路中增设R2 、R1、 C2。目前生产的双向晶间管，不少已经把VD与VT集成在一起，门极经过双向触发管引出使用时更方便。 图 (d) 为电动机调速电路。,图4-5双向晶闸管的简易触发电路,2单结晶体管触发,图4-6 用单结晶体管组成的触发电路,3集成触发器 （1）KC05集成触发器,图4-7 KC05内部结构及工作原理示意图,KC05的应用电路,R1 10k
5、R2、R3 30k R4 27 RP 22 k C1 0.47F C2 0.047F VD1、VD2 2CZ82C VT KS50A,图4-8 KC05应用电路,（2）KC06集成触发器,R1 51k R2 10k R3 100k R4 30 R5 47 k R6 27 R7 39 k R8 68k RP1 100k C1 0.47F C2 0.01F C3 0.1F VD 2CZ82C VT KS50A,图4-9 KC06应用电路,4.1.3双向晶闸管简易测试,1双向晶闸管电极的判定 用万用表的R100档或R1k档测量双向晶闸管的两个主电极之间的电阻，如图4-10所示。,图4-10 测量G、
6、T1极间的正向电阻,2判定双向晶闸管的好坏 3双向晶闸管触发特性测试 （1）简易测试方法。 （2）交流测试法。,图4-11 双向晶闸管交流测试电路,4.2交流调压电路,4.2.1单相交流调压电路 4.2.2三相交流调压电路 4.2.3 交流斩波调压,交流调压电路采用两单向晶闸管反并联或双向晶闸管，实现对交流电正、负半周的对称控制，达到方便地调节输出交流电压大小的目的，或实现交流电路的通、断控制如图4-12所示。因此交流调压电路可用于异步电动机的调压调速、恒流软起动，交流负载的功率调节，灯光调节，供电系统无功调节，用作交流无触点开关、固态继电器等，应用领域十分广泛。,图4-12 交流调压电路,交
7、流调压电路一般有三种控制方式，其原理如图4-13所示。,图4-13 交流调压电路控制方式,4.2.1单相交流调压电路,1阻性负载,图4-14 单相交流调压电阻负载时波形,交流输出电压 uo有效值Uo与控制角的关系为 （4-1） 式中 Ui为输入交流电压 ui的有效值。 负载电流io有效值为Io=Uo/R，则交流调压电路输入功率因数为 （4-2） 控制角移相范围为0，晶闸管导通角=，输出电压有效值调节范围为（0Ui）。 这种电路的缺点是随着的增大，电路的功率因数也随之降低。,2.感性负载,图4-15 单相交流调压电路 感性负载电路,图4-16 单相交流调压电路 感性负载波形图,当时，电流不连续。
8、 （4-3） 交流输出电压uo的有效值Uo与触发角的关系为 （4-4） 负载电流io的有效值Io为 （4-5） 晶闸管电流的有效值IVT为 （4-6）,晶闸管电流的最大值Iomax(=0时) 为 （4-7） 为分析方便，设晶闸管电流的有效值IVT的标幺值为I*VT （4-8） 则 （4-9）,当触发角和阻抗角已知，可从图4-17中查得晶闸管电流有效值的标幺值I*VT，进而求出电流有效值Io和晶闸管电流有效值IVT。,图4-17 电流标幺值与控制角的关系,4.2.2三相交流调压电路,1Y型三相交流调压电路 图4-18为Y型三相交流调压电路，这是一种最典型、最常用的三相交流调压电路。,图4-18
9、Y接三相交流调压电路,图4-19 Y接三相交流调压电路输出电压、电流波形（电阻负载）,2其他型式三相交流调压电路,表4-2 几种典型的三相交流调压器比较,表4-2 几种典型的三相交流调压器比较（续）,4.2.3 交流斩波调压,交流斩波调压电路的输出电压波形如图4-20示。 G随时间变化的波形如图4-20（b）所示，开关Sl闭合时间为ton，其关断时间为toff，则交流斩波器的导通比为 改变脉冲宽度ton或者改变斩波周期Tc就可改变导通比，实现交流调压。,图4-20 交流斩波调压电路的输出电压波形,4.3交流电力电子开关,1晶闸管交流开关的基本形式 图4-21(a)是普通晶闸管反向并联形式。 图
10、4-21(b)为双向晶闸管交流开关，双向晶闸管工作于I+、触发方式，这种线路比较简单，但其工作频率低于反并联电路。 图4-21(c)为带整流桥的晶闸管交流开关。该电路只用一只普通晶闸管，且晶闸管不受反压。其缺点是串联元件多，压降损耗较大。,图4-21 晶闸管交流开关的基本形式,2交流调功器 利用晶闸管的过零控制可以实现交流功率调节，这种装置称为调功器或周波控制器。其控制方式有全周波连续式和全周波断续式两种，如图4-22所示。,图4-22 全周波过零触发输出电压波形 (a) 全周波连续式 (b) 全周波断续式,设定周期Tc内导通的周波数为n，每个周波的周期为T（50Hz，T20ms），则调功器的
11、输出功率 （4-10） 调功器输出电压有效值 （4-11） Pn、Un为在设定周期Tc内晶闸管全导通时调功器输出的功率与电压有效值。,图4-23为全周波连续式的过零触发电路。电路由锯齿波发生、信号综合、直流开关、同步电压与过零脉冲输出五个环节组成。,图4-23 过零触发电路,图4-24 过零触发电路的电压波形,3固态开关,图4-25 固态开关,4.4交流调压电路应用,4.4.1三相自动控温电热炉 4.4.2 异步电动机的软起动 4.4.3交流电动机的调压调速,4.4.1三相自动控温电热炉,图4-26是一个三相自动控温电热炉电路，它采用双向晶闸管作为功率开关，与KT温控仪配合，实现三相电热炉的温度自动控制。控制开关S有三个挡位：自动、手动、停止。,图4-26 三相自动控温电热炉电路图,4.4.2 异步电动机的软起动,三相调压电路用于异步电动机的起动已越来越普遍。其控制框图如图4-27所示，三相调压电路采用电流、电压反馈组成闭环系统，起动性能由控制器实现。 最常用的软起动方式电压上升曲线如图4-28所示。,图4-28 软起动电压上升曲线,图4-27 异步电动机软起动控制框图,4.4.3交流电动机的调压调速,图4-29 交流电动机调节定子电压调速的主电路和机械特性,
