第六章 AC-AC变换电路(A).
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AC-AC变换电路解读
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。
1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。
11
一、电阻负载
1. 交流调压电路——相位控制（或斩控式）； 2. 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；
1. 晶闸管交交变频电路
2. 矩阵式变频电路 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
第二节
单相交流调压电路
1
2
3
4
一、电阻 负载
二、阻感 负载
三、单相 交流调压 电路的谐 波分析
四、斩控 式交流调 压电路
9
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；
第六章
引言
AC-AC变换电路
第一节 交流开关及应用 第二节 单相交流调压电路
第三节 三相交流调压电路
第四节 交-交变频电路 第五节 矩阵变换器 第六节 单相交流调压电路的仿真
1
引
言
交- 交变流电路：一种形式的交流变成另一种形式交流的电路，可改 变电压、电流、频率和相数等。
AC-AC变换器
电路功率因数
• 电阻负载 输出电压与α的关系:
0 时，输出电压为最大
Uo=U1, 随 a 的增大，Uo降低， a =π时， Uo =0
功率因数λ与 a 的关系:
u
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
阻感负载Inductive load 负载阻抗角：
arctan （w L / R）
基波和各次谐波有效值 负载电流基波和各次谐波有效值
I on U on / R
电阻负载单相交流调压电路基 波和谐波电流含量
谐波分析Harmonic analysis
阻感负载inductor-resistor load
电流谐波次数和电阻负载时相同，也只含 3 、5、7…等次谐波 随着次数的增加，谐波含量减少 和电阻负载时相比，阻感负载时的谐波电 流含量少一些 当 a 角相同时，随着阻抗角的增大，谐波 含量有所减少
偿，以补偿电压波动或闪变
a)
b)
c)
晶闸管控制电抗器 (TCR)电路
图4-12 TCR电路负载相电流和输入线电流波形 a) α=120° b) α=135° c) α=160°
其他交流调压电路
交流调功电路AC power controller 交流电力电子开关Electronic AC switch
不同a 角时负载相电压波形
a) a =30°
60°≤ a
<90°：两管导通，每管导通120°
不同a角时负载相电压波形
b) a =60°
29
90°≤ a <150°：两管导通与无晶闸管导通交替，导
通角度为
300 -2
图4-10 不同角时负载相电压波形
第六章交流交流(ACAC)变换
第六章交流—交流（AC—AC）变换AC—AC变换是一种可以改变电压大小、频率、相数的交流—交流电力变换技术。
只改变电压大小或仅对电路实现通断控制而不改变频率的电路，称为交流调压电路和交流调功电路、或交流无触点开关。
从一种频率交流变换成另一种频率交流的电路则称为交—交变频器，它有别于交—直—交二次变换的间接变频，是一种直接变频电路。
为了解决相控式晶闸管型交—交变频器输入、输出波形差、谐波严重的弊病，在基于双向自关断功率开关的基础上目前正在研究一种所谓的矩阵式变换器，它是一种具有十分优良输入、输出特性的特殊形式交—交变频器。
本章将分节介绍交流调压（交流调功或交流无触点开关）、交—交变频及矩阵式变换器的相关内容。
6.1 交流调压电路交流调压电路采用两单向晶闸管反并联（图6-1(a)）或双向晶闸（图6-1（b）），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。
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6-1 交流调压电路交流调压电路一般有三种控制方式，其原理如图6-2所示。
图6-2 交流调压电路控制方式（1）通断控制通断控制是在交流电压过零时刻导通或关断晶闸管，使负载电路与交流电源接通几个周波，然后再断开几个周波，通过改变导通周波数与关断周波数的比值，实现调节交流电压大小的目的。
通断控制时输出电压波形基本正弦，无低次谐波，但由于输出电压时有时无，电压调节不连续，会分解出分数次谐波。
如用于异步电机调压调速，会因电机经常处于重合闸过程而出现大电流冲击，因此很少采用。
一般用于电炉调温等交流功率调节的场合。
（2）相位控制与可控整流的移相触发控制相似，在交流的正半周时触发导通正向晶闸管、负半周时触发导通反向晶闸管，且保持两晶闸的移相角相同，以保证向负载输出正、负半周对称的交流电压波形。
电力电子AC——AC变换
Uo 1
( 2U sin t ) 2 dt U
1 [sin 2 sin(2 2 )]
负载电流有效值Io为
t 1 2U tan Io sin( t ) sin( )e d t π Z
io t 0
解方程得
2U 2U （α≤ω t≤α+θ） io sin(t ) sin e tan Z Z t 2U 2U sin e tan 为暂态分量。 sin(t ) 为稳态分量； it 其中 is Z Z
t t t t
it
io
it
t
电
力
电
子
技
术
6.2.1 相控式交流调压电路
u1 O
iG1 iG2
O
O io
iT1
O
触发脉冲的宽度< -( )= -
α < 时的工作情况（ 用窄脉冲触发） t VT1提前导通，L 被过充电，放电 时间延长， VT1 t 的导通角超过π； 触发VT2时， io尚 未过零， VT1仍 t 导通， VT2不导 通；
(b) 高压直流电源方案
电
力
电
子
技
术
6.1 概述
在一些大惯性环节中，例如温度控制有时也采用通断控制，这 种电路称交流调功电路。通断控制一般在交流电压的过零点接 通或关断，加在负载上是整数倍周期的交流电，在接通期间负 载上承受的电压与流过的电流均是正弦波，与相位控制相比， 对电网不会造成谐波污染，仅仅表现为负载通断。
（a） 阻感负载单相交流调压电路
( 2U sin t ) 2 dt U
1 [sin 2 sin(2 2 )]
负载电流有效值Io为
t 1 2U tan Io sin( t ) sin( )e d t π Z
io t 0
解方程得
2U 2U （α≤ω t≤α+θ） io sin(t ) sin e tan Z Z t 2U 2U sin e tan 为暂态分量。 sin(t ) 为稳态分量； it 其中 is Z Z
t t t t
it
io
it
t
电
力
电
子
技
术
6.2.1 相控式交流调压电路
u1 O
iG1 iG2
O
O io
iT1
O
触发脉冲的宽度< -( )= -
α < 时的工作情况（ 用窄脉冲触发） t VT1提前导通，L 被过充电，放电 时间延长， VT1 t 的导通角超过π； 触发VT2时， io尚 未过零， VT1仍 t 导通， VT2不导 通；
(b) 高压直流电源方案
电
力
电
子
技
术
6.1 概述
在一些大惯性环节中，例如温度控制有时也采用通断控制，这 种电路称交流调功电路。通断控制一般在交流电压的过零点接 通或关断，加在负载上是整数倍周期的交流电，在接通期间负 载上承受的电压与流过的电流均是正弦波，与相位控制相比， 对电网不会造成谐波污染，仅仅表现为负载通断。
（a） 阻感负载单相交流调压电路
AC-AC变换
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
一、单相相控交流调压电路
VT 1
1．电阻负载 工作原理：
在 u1的正半周和负半周，分别对
VT 2 u1
io uo R
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
三、交流调压电路的应用
1. 灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）
2. 异步电动机软起动 3. 异步电动机调速
4. 供用电系统对无功功率的连续调节——静止 性无功补偿装置SVC
晶闸管控制电抗器型补偿器（TCR）
第四节 交交变频电路
本节讲述：晶闸管交交变频电路，也称周波变 流器(Cycloconvertor)
u1 O uo O io O uVT O
t
t
t
t
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：
2 1 1 a U o = 2U 1 sin t d t = U 1 sin 2a a 2
VT 1 VT 2 u1 io uo R
交交变频电路——把电网频率的交流电变成可 调频率的交流电，属于直接变频电路 广泛用于大功率交流电动机调速传动系统，实 用的主要是三相输出交交变频电路
一、 单相交交变频电路
1．电路构成和基本工作原理 电路构成
如右图，由P组和N组反
P uo Z N
并联的晶闸管变流电路 构成，和直流电动机可 逆调速用的四象限变流 电路完全相同 变流器P和N都是相控整 流电路
电力电子 AC-AC变换.PPT共74页
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
电力电子 AC-AC变换.
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
第6章_AC-AC变换技术
Iin
Io
220 Z
22( A)
Pin
I
2 o
R
3872(W )
6.2 单相交流调压电路
功率因数为 cos Pin 3872 0.8
U1Io 220 22
实际上，此时的功率因数也就是负载阻抗角的余弦。
②
3
时，先计算晶闸管的导通角，由式（6-16）得
e sin( 0.6435) sin( 0.6435)
◆ 图9-20是TSC的基本原理图，可以看出TSC的基本原理实际上就是 用晶闸管交流开关来投入或者切除电容器，两个反并联的晶闸管 起着把电容C并入电网或从电网断开的作用，串联的电感很小，只 是用来抑制电容器投入电网时可能出现的冲击电流；在实际工程 中，为避免容量较大的电容器组同时投入或切断会对电网造成较 大的冲击，一般把电容器分成几组，根据电网对无功的需求而改 变投入电容器的容量，TSC实际上就成为断续可调的动态无功功
■直接方式 ◆交流电力控制电路：只改变电压、电流或对电路的通断
进行控制，而不改变频率的电路。——6.2～6.4 ◆变频电路：改变频率的电路。——6.5
■间接方式 ◆在交流变流电路中增加了直流环节。 ◆在9章的变频器和UPS中介绍。
6.1 AC-AC变换技术概述
■把两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可 以控制交流输出。
1
(
2U1 sinwt)2 d(wt) U1
1 sin 2 sin(2 2)
2
(6-17)
☞晶闸管电流有效值IVT
I VT
1
2
2U1 Z
sin(wt
)
sin(
wt
)e tg
2
电力电子 AC-AC变换.共74页
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大Байду номын сангаас的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
电力电子 AC-AC变换.
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
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载和阻感负载时的工作原理和电路特性； (3) 三相交流调压电路的基本构成； (4) 交流调功电路和交流电力电子开关的基本
概念； (5) 各种交流—交流变流电路的主要应用。
联作为负载，其中R=0.5Ω，L=2mH。试求：①
开通角α的变化范围；②负载电流的最大有效值； ③最大输出功率及此时电源侧的功率因数。
6.3三相交流调压电路
6.1 其他交流电力控制电路
一、交流调功电路——以交流电源周波数 以为交控流制电单源位周波数为控制单位——交流调功 电路与交流调压电路的 同 电路形式完全相同
交流调压电路
要求：1、基本概念 2、电阻性负载和阻感性负载时的波
形及计算 3、控制角范围及对脉冲的要求
一、概述
1、AC→AC 不调频——交流电力控制电 路
2、调节方式
（1）相位控制——交流调压电路
（2）通断控制——交流调功电路、交流 电力电子开关
3、交流调压电路应用----灯光控制、异步 电动机软启动等
阻性负载时，α的调节范围： 0~π （3）为了防止α＜φ 时出现直流分量，应采用
宽脉冲or脉冲列
作业：
1. 一调光台灯由单相交流调压电路供电，设该台灯 可看作电阻负载，在α=0时输出功率为最大值， 试求功率为最大输出功率的80%，50%时的开通 角α。
2．一单相交流调压器，电源为工频220V，阻感串
∴0＜ α+θ-φ＜180° θ＜180°
③α＜φ sin（ α+θ-φ）＜0
∴ α+θ-φ ＞180° θ＞180°
克服方法：（1）采用宽脉冲 （2）采用脉冲列（高频）
数量关系
负载电压有效值：Uo
1 (
2U1 sin t)2 d ( t)
U1
1 sin 2 sin(2 2 )
异
对控电制路方通式断不进同行：控将制负—载—与交电流源电接力通电几子个开周关 波，再断开几个周波，改变通断周波数的 比值来调节负载所消耗的平均
应用-----电炉的温度控制等
二、交流电力电子开关
1、和机械开关比优点： 开关响应速度快、没有触点、寿命长、可频繁
控制通断 2、将电力电子开关（多为双向晶闸管）和其控制电
第六章 交流电力控制电路和 交交变频电路
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 交流调压电路——相位控制（或 交流电力控制电路：斩控式），4.1节
只改变电压电流或对交电流路调功的电通路断及交进流行无控触点开 制，而不改变频率的关电—路—通断控制，4.2节 变频电路： 交交变频电路，4.3节、4.4节 改变频率的交电直路交变，频不电改路，变8相.1节数，也有改 变相数的
路封装在一起构成无触点通断组件称为固态开关 （Solid State Suitch）,简称SSS，它包括固态 继电器（Solid State Relay，SSR）和固态接触 器（Solid State Cantactor，SSC）
本章小结：
本章的要点如下： (1) 交流—交流变流电路的分类及其基本概念； (2) 单相交流调压电路的电路构成，在电阻负
例2：已知U1=2300V，ωL=2.3Ω， R=2.3Ω，采用单相交流调压。求：（1）α 角的范围（2）Iomax（3）Pomax及此时 的功率因素(4) α=π/2时的负载电流有效值, 晶闸管导通角和电源功率因数.
结论： （1）供电感性负载时，只有α＞φ 时U才可调 （2）感性负载时，α的调节范围： φ~π
晶闸管电流有效值：IVT
1
2
2U1 Z
sin(
t
)
sin(
)e
t tg
2 d(t)负载电流有效值 :U1 sin cos(2 )
2 Z
cos
IO
2IVT U o Z
IVT的标么值:
IVTN IVT Z 2U1
例1：一台220V，10KW的电炉，现采用晶 闸管交流调压使其工作在5KW，试求其控制 角，工作电流值和功率因素。
②α
α↑→U↓→I↓→θ↓
2°θ=180°时 Uo=U1 称为失调
VT
1
i
o
VT
2
R
u o
L
3°不失调时α的移相范围： φ~π sin（α+θ-φ）=sin（α-φ）e-θ/tanφ
① α=φ sinθ=0 ∴θ=180°→Io=Iomax、 Po=Pomax ②α＞φ sin（ α+θ-φ）＞0
6.2 单相交流调压电路
1、电阻性负载
+-
VT
1
i
o
VT
2
UO U1
1
2
sin 2
u 1
IO UO R
-+
IVT
1 2
IO
u
R
o
P UO • IO UO
S U1 • IO U1
1
2
sin 2
α的移相范围：0~π
2、阻感性负载
1°波形及特点
导通角θ与以下因素有关：
u 1
① L/R （L/R）↑→φ↑→θ↑
概念； (5) 各种交流—交流变流电路的主要应用。
联作为负载，其中R=0.5Ω，L=2mH。试求：①
开通角α的变化范围；②负载电流的最大有效值； ③最大输出功率及此时电源侧的功率因数。
6.3三相交流调压电路
6.1 其他交流电力控制电路
一、交流调功电路——以交流电源周波数 以为交控流制电单源位周波数为控制单位——交流调功 电路与交流调压电路的 同 电路形式完全相同
交流调压电路
要求：1、基本概念 2、电阻性负载和阻感性负载时的波
形及计算 3、控制角范围及对脉冲的要求
一、概述
1、AC→AC 不调频——交流电力控制电 路
2、调节方式
（1）相位控制——交流调压电路
（2）通断控制——交流调功电路、交流 电力电子开关
3、交流调压电路应用----灯光控制、异步 电动机软启动等
阻性负载时，α的调节范围： 0~π （3）为了防止α＜φ 时出现直流分量，应采用
宽脉冲or脉冲列
作业：
1. 一调光台灯由单相交流调压电路供电，设该台灯 可看作电阻负载，在α=0时输出功率为最大值， 试求功率为最大输出功率的80%，50%时的开通 角α。
2．一单相交流调压器，电源为工频220V，阻感串
∴0＜ α+θ-φ＜180° θ＜180°
③α＜φ sin（ α+θ-φ）＜0
∴ α+θ-φ ＞180° θ＞180°
克服方法：（1）采用宽脉冲 （2）采用脉冲列（高频）
数量关系
负载电压有效值：Uo
1 (
2U1 sin t)2 d ( t)
U1
1 sin 2 sin(2 2 )
异
对控电制路方通式断不进同行：控将制负—载—与交电流源电接力通电几子个开周关 波，再断开几个周波，改变通断周波数的 比值来调节负载所消耗的平均
应用-----电炉的温度控制等
二、交流电力电子开关
1、和机械开关比优点： 开关响应速度快、没有触点、寿命长、可频繁
控制通断 2、将电力电子开关（多为双向晶闸管）和其控制电
第六章 交流电力控制电路和 交交变频电路
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 交流调压电路——相位控制（或 交流电力控制电路：斩控式），4.1节
只改变电压电流或对交电流路调功的电通路断及交进流行无控触点开 制，而不改变频率的关电—路—通断控制，4.2节 变频电路： 交交变频电路，4.3节、4.4节 改变频率的交电直路交变，频不电改路，变8相.1节数，也有改 变相数的
路封装在一起构成无触点通断组件称为固态开关 （Solid State Suitch）,简称SSS，它包括固态 继电器（Solid State Relay，SSR）和固态接触 器（Solid State Cantactor，SSC）
本章小结：
本章的要点如下： (1) 交流—交流变流电路的分类及其基本概念； (2) 单相交流调压电路的电路构成，在电阻负
例2：已知U1=2300V，ωL=2.3Ω， R=2.3Ω，采用单相交流调压。求：（1）α 角的范围（2）Iomax（3）Pomax及此时 的功率因素(4) α=π/2时的负载电流有效值, 晶闸管导通角和电源功率因数.
结论： （1）供电感性负载时，只有α＞φ 时U才可调 （2）感性负载时，α的调节范围： φ~π
晶闸管电流有效值：IVT
1
2
2U1 Z
sin(
t
)
sin(
)e
t tg
2 d(t)负载电流有效值 :U1 sin cos(2 )
2 Z
cos
IO
2IVT U o Z
IVT的标么值:
IVTN IVT Z 2U1
例1：一台220V，10KW的电炉，现采用晶 闸管交流调压使其工作在5KW，试求其控制 角，工作电流值和功率因素。
②α
α↑→U↓→I↓→θ↓
2°θ=180°时 Uo=U1 称为失调
VT
1
i
o
VT
2
R
u o
L
3°不失调时α的移相范围： φ~π sin（α+θ-φ）=sin（α-φ）e-θ/tanφ
① α=φ sinθ=0 ∴θ=180°→Io=Iomax、 Po=Pomax ②α＞φ sin（ α+θ-φ）＞0
6.2 单相交流调压电路
1、电阻性负载
+-
VT
1
i
o
VT
2
UO U1
1
2
sin 2
u 1
IO UO R
-+
IVT
1 2
IO
u
R
o
P UO • IO UO
S U1 • IO U1
1
2
sin 2
α的移相范围：0~π
2、阻感性负载
1°波形及特点
导通角θ与以下因素有关：
u 1
① L/R （L/R）↑→φ↑→θ↑