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1、第六章交-交变换电路及软开关技术,61 交流调压电路 62 交-交变频电路 63 软开关技术,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1 交流调压电路,6.1.1 交流调压原理,交流调压电路的作用是将一定频率和电压的交流电转换为频率不变、电压可调的交流电。 交流调压技术的典型应用之一是交流电动机的调压调速，具有普遍的代表意义。 在一定范围内调节交流电动机的电源电压，可以相应改变电动机的转速以达到调速的目的，这就是交流调压调速的原理。,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.1 交流调压原理,图6-1 交流异步电动机调压调速原理,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.1 交流调压原理,单相晶
2、闸管调压电路如图6-2所示，其控制方法有两种： 1通断控制 把晶闸管作为开关，将负载电路与电源完全接通几个周波，然后再完全断开几个周波。交流电压的大小由改变通断时间比来调节。此时晶闸管相当于一个通断频率可调的快速开关，也就是所谓的电子开关。其电压输出波形如图6-3所示。,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.1 交流调压原理,2相位控制,如果晶闸管在电源电压的每半周波内将负载与电源接通一段时间（如图6-4中阴影部分所示），这段时间的长短通过改变晶闸管的触发角来控制。角越大，晶闸管每周期的导通角越小，加在负载上的电压有效值越小，从而起到调压作用。,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.1
3、 交流调压原理,图6-2 单相调压电路,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.1 交流调压原理,图6-3 通断控制的晶闸管单相调压电路输出电压波形,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.1 交流调压原理,图6-4 相位控制的晶闸管单相 调压电路输出电压波形,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.1 交流调压原理,通断控制采用的是“零”触发控制方法，几乎不产生谐波污染。常用于大容量、调速范围较小的场合。 相位控制输出电压较为精确，调速精度较高、快速性好，低速时转速脉动较小。会产生成分复杂的谐波，对电网造成谐波污染。常用在中、小功率，调速精度与稳定性要求较高的场合。,第六章交-交变换电
4、路及软开关技术,6.1.2 晶闸管三相交流调压电路,1.晶闸管三相交流调压电路的接线形式,（1）三相全波星形联结的调压电路 这种接法的特点是输出谐波分量低，并且适用于低电压大电流的负载电路。 （2）带零线的三相全波星形联结的调压电路 该三相交流调压电路实际上相当于三个单相反并联电路的组合。特点是触发脉冲可采用窄脉冲，但零线上有3次(包括3的奇数次)谐波电流，且3次谐波对电动机和电网影响严重，所以在工业上较少应用。,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.2 晶闸管三相交流调压电路,图6-5 三相全波星形联结的调压电路,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.2 晶闸管三相交流调压电路,图6
5、-6 带零线的三相全波星形联结的调压电路,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.2 晶闸管三相交流调压电路,（3）三相半控星形联结调压电路 这种结法的优点在于简化控制、降低调压电路成本。但由于每一相只有一个晶闸管元件，所以每相电压和电流波形正、负半周不对称，负载电流中除奇次谐波外，还有偶次谐波，将使电动机输出转矩减小，效率降低。因此仅在要求线路简单的小容量场合使用。 （4）晶闸管与负载接成内三角形的三相调压电路 这种调压电路实际上是由三个单相交流调压电路组合而成的。,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.2 晶闸管三相交流调压电路,图6-7 三相半控星形联结调压电路,第六章交-交变换电
6、路及软开关技术,6.1.2 晶闸管三相交流调压电路,图6-8 晶闸管与负载接成内三角形的三相调压电路,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.2 晶闸管三相交流调压电路,由于该电路只用三只晶闸管，使得电路的构成和控制更为简单和经济。晶闸管放在负载后面，可减少电网浪涌电压对它的冲击。但该电路要求电动机定子绕组为星形联结，且中性点能拆开。这种电路负载上有偶次谐波，同样对电动机不利，且晶闸管的耐压要求比星形结法为高。,（5） 三相晶闸管三角形联结调压电路,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.2 晶闸管三相交流调压电路,图6-9 三相晶闸管三角形联结调压电路,第六章交-交变换电路及软开关技术,
7、6.1.2 晶闸管三相交流调压电路,2.晶闸管三相交流调压电路的工作原理,在实际应用中，如图6-10所示的三相全波星形联结的调压电路的应用较为广泛，其电路由三对反并联晶闸管作为开关元件，分别接至负载的对称三相而构成。通过改变触发脉冲的相位控制角，便可以控制加在负载上的电压大小。对于这种不带零线的调压电路，为使三相电流构成通路，任意时刻至少要有两个晶闸管同时导通。,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.2 晶闸管三相交流调压电路,图6-10 三相全波星形联结的调压电路原理图,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.2 晶闸管三相交流调压电路,（1）三相调压电路在纯电阻性负载时的工作情况,控
8、制角0时,0即在各相电源电压过零时触发相应晶闸管，电压过零变正时触发正向晶闸管，电压过零变负时触发反向晶闸管。 各管的导通区间是由相应的触发脉冲决定的。 由导通区间可以判断各相负载所获得的电压。 0时的导通特点为 1)每管持续导通180; 2)每60区间有三个晶闸管同时导通。,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.2 晶闸管三相交流调压电路,图6-11 三相全波星形联结的调压电路=0时的波形,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.2 晶闸管三相交流调压电路,控制角30时 30意味着各相电压过零30后触发相应的晶闸管。以U相为例，UU过零变正后30发出VT1的触发脉冲Ugl， UU过零变
9、负后30发出VT4的触发脉冲Ug4。VT1从Ugl发出开始导通，UU过零变负时关断；VT4从Ug4发出时导通，UU过零变正时关断。 30时的导通特点为： 1)每管持续导通150; 2)有的区间由两个晶闸管同时导通,构成两相流通回路， 也有的区间三个晶闸管同时导通,构成三相流通回路。,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.2 晶闸管三相交流调压电路,图6-12 三相全波星形联结的调压电路30时的波形,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.2 晶闸管三相交流调压电路,触发角60时 60时的分析过程与30时相似。下面直接给出60时的波形，如图6-14所示，读者可自行分析。 60时的导通特点为
10、 1)每个晶闸管导通120; 2)每个导通区间均由两个晶闸管导通构成回路。,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.2 晶闸管三相交流调压电路,图6-13 三相全波星形联结的调压电路60时的波形,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.2 晶闸管三相交流调压电路,触发角90时,t0-30 VT4、VT5导通,t30-90 VT5、VT6导通 uRU0 t90-150 VT1、VT6导通,t150-180 VT1、VT2导通,90时的导通特点为 1)每管导通120。 2)每个导通区间均由两个晶闸管导通构成回路。,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.2 晶闸管三相交流调压电路,图6-14
11、 三相全波星形 联结的调压电路 90时的波形,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.2 晶闸管三相交流调压电路,触发角120时,由导通区间可计算各相负载所获得的调压电压。以U相负载电压uRU的正半周为例：,t 030 VT4、VT5导通,t 3060 VT1VT6均导通 uRU0 t 6090 VT5、VT6 导通 uRU0 t 90120 VT1VT6均导通 uRU0 t120150 VT1、VT6导通,t 150180 VT1VT6均导通 uRU0,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.2 晶闸管三相交流调压电路,120时的导通特点为 1)每个晶闸管触发后导通30，关断30，再触发
12、导通30； 2)每个导通区间均由两个晶闸管导通构成回路,图6-15 三相全波星形联结的调压电路 120时的波形,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.2 晶闸管三相交流调压电路,触发角150时 以VT1的触发为例，当150以后，Ugl发出时，尽管VT6的触发脉冲仍存在，但电压已过了uUuV区间。此时，虽然触发VT1、VT6，但因其两端没有正向电压，不可能导通，而别的管子又没有触发脉冲，也不可能导通，因此从电源到负载构不成通路，输出电压为零，即负载两端没有交流电压。,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.2 晶闸管三相交流调压电路,综合以上分析可以看出，=0时调压电路输出全电压；随着的增
13、大，输出电压减小；当150时，输出电压为零。控制角由0至150连续变化，则输出电压从最大到零连续变化。此外，角越大，电流断续情况越严重，每相负载上的电压已不是正弦波，但正、负半周仍然对称。,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.2 晶闸管三相交流调压电路,当交流调压电路的负载为交流电动机、电抗器等电感性负载时，晶闸管的工作情况与电阻性负载时大不相同。因为在电阻一电感性负载时，电路中电流的波形与电压的波形不同相。当电源电压过零点时，由于电路自感电势的作用使电流要滞后一定时间(交流电路中用电角度表示)才能为零，而在此之前晶闸管将继续导通。因此，晶闸管的导通角会增大，且由于晶闸管是在电压过零后经
14、过一个延迟才关断，所以它是在承受反压情况下被关断的。显然此时晶闸管的工作不只与控制角有关，还与负载电路的参数阻抗角有关。,（2）交流调压电路在电阻-电感性负载时的工作情况,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.2 晶闸管三相交流调压电路,1) 电阻-电感负载单相交流调压电路,以阻抗角 来表征电阻-电感负载的参数情况：,触发时刻定为t0时刻，并使，此时晶闸管VT1导通相当于在交流RL电路中外加电压,此时有电流i开始流通。根据电路理论可把此电流分为强制分量i1，与自由分量i2两部分。电流表达式为,(6-1),第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.2 晶闸管三相交流调压电路,图6-16 单相
15、交流调压电路 电阻-电感负载时的波形,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.2 晶闸管三相交流调压电路,当交流电压ul变负时，由于电感的作用使负载电流不为零；当电压反向进入负半周、且电路中电感储能释放完毕时，电流降为零，而晶闸管VT1电流不能反向而被关断。设VT1的导通角为，则在t时，i0。把这个条件代入式(6-1)中，得：,(6-2),第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.2 晶闸管三相交流调压电路,图6-17 单相交流调压电路 图6-18 单相交流调压电路 电感性负载时的电流波形 在时的=f(，)曲线,第六章交-交变换电路及软开关技术,6.1.2 晶闸管三相交流调压电路,对于电阻-电感负载单相交流调压电路：,当0时，式(6-2)的右部等于零，此时从式的左部看必须有+180的条件。此即纯电阻负载时的工作情况。 当0，且
