第4章 交流电力控制电路

4.1.2 三相交流调压电路
a)
b)
c)
图4-11 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°
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4.1.2 三相交流调压电路
仿真波形
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°
图4-9 三相交流调压电路 a) 星形联结 电力电子技术
4.1.2 三相交流调压电路
(1) 0°≤ α <60°：三 管导通与两管导通 交替，每管导通 180°－α 。但α =0°时一直是三管 导通。
α = 30o 时的负载相电压波形
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4.1.2 三相交流调压电路
(2) 60°≤ α <90°： 两管导 通，每 管导通120°。
iC us us uC uVT 1 iC VT 1 VT 2 t1 t2 uVT1 uC VT 1 C VT 2 t t t t
图4-9 三相交流调压电路 a) 星形联结
可分为三相三线和三相四线 可分为三相三线和三相四线
=90°时，零线电流甚至和
各相电流的有效值接近。
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4.1.2 三相交流调压电路
三相三线，主要分析阻负载时的情况 任一相导通须和另一相构成回路。 电流通路中至少有两个晶闸管，应 采用双脉冲或宽脉 冲触发。 触发脉冲顺序和三相桥式全控整流 电路一样，为VT1~ VT6,依次相差 60°。 相电压过零点定为a 的起点， a角 移相范围是0°~ 150°。
交流电力 控制电路
变频电路
改变频率的电路
交交变频 交直交变频
直接 间接
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4.1 交流调压电路
原理
两个晶闸管反并联后串联 在交流电路中，通过对晶 闸管的控制就可控制交流 电力。
电路图
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4.1 交流调压电路
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。
ωt
控制周期=M倍电源周期=2π
图4-13 交流调功电路典 型波形(M =3、N =2) 电力电子技术
4.2.1 交流调功电路
谐波情况
图4-14的频谱图（以控制周 期为基准）。In为n次谐波有效 值， Io为导通时电路电流幅值。 以电源周期为基准，电流中 不含整数倍频率的谐波，但含 有非整数倍频率的谐波。 而且在电源频率附近，非整 数倍频率谐波的含量较大。
I0 =
IVTN = IVT
2 I VT
Z 2U 1
(4-10) (4-11)
ϕ =0
α /(° )
120
160 180
图4-4 单相交流调压电路α为参变量时I VTN和α关系曲线
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4.1.1 单相交流调压电路
当阻感负载, α < ϕ 时电 路工作情况。 VT1的导通时间超过π 。 触发VT2时， io 尚未过 零， VT1仍导通， VT2 不 会 导 通 。 io 过 零 后 ， VT2才可开通，VT2导通 角小于π。 衰减过程中， VT1导通 时间渐短， VT2的导通 时间渐长。
图4-2 阻感负载单相交流调压电路
u1 O iG1 O α π
ωt ωt ωt ωt
iG2
O io

α iT1 +π
ϕ
O α θ
图4-5 α<ϕ时阻感负载交流调压电路工作波形
iT2
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4.1.1 单相交流调压电路
3. 单相交流调压电路的谐波分析
由于波形正负半波对称，所以不含直流分 量和偶次谐波。
(4-13)
0
60
120 180
(4-14) 电流基波和各次谐波标么值随 α 变化 的曲线（基准电流为 α =0时的有效值） 如图4-6所示。
I on = U on / R
触发延迟角α/( °)
图4-6 电阻负载单相交流调 压电路基波和谐波电流含量 电力电子技术
4.1.1 单相交流调压电路
阻感负载
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4.1.1 单相交流调压电路
特性
电源电流的基波分量和 电源电压同相位，即位 移因数为1。 电源电流不含低次谐波， 只含和开关周期T有关 的高次谐波。 功率因数接近1。
图4-8 电阻负载斩控 式交流调压电路波形 电力电子技术
4.1.2 三相交流调压电路
根据三相联结形式的不同，三相交流调压电路具有多种形式
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4.1.2 三相交流调压电路
2. 支路控制三角联结电路
由三个单相交流调压电路 组成， 组成，分别在不同的线电 压作用下工作。 压作用下工作 单相交流调压电路的分 析方法和结论完全适用。 输入线电流（即电源电 流）为与该线相连的两个 负载相电流之和。
电力电子技术 图4－9三相交流调压电路
第4章 交流电力控制电路和交交变频电路 章
引言 4.1 交流调压电路 4.2 其他交流电力控制电路 4.3 交交变频电路 4.4 矩阵式变频电路 本章要点
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第4章 交流电力控制电路和交交变频电路 章
本章主要讲述 ：交流-交流变流电路 交流交流
把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路 只改变电压,电 交流调压电路 相位控制 流或控制电路 的通断,而不改 交流调功电路 通断控制 变频率的电路。
图4-15 TSC基本原理图 a) 基本单元单相简图 b) 分组投切单相简图
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4.2.2 交流电力电子开关
晶闸管的投切 选择晶闸管投入时刻的原则： 该时刻交流电源电压和电容器 预充电电压相等，这样电容器 电压不会产生跃变，就不会产 生冲击电流。 理想情况下，希望电容器预充 电电压为电源电压峰值，这时 电源电压的变化率为零，电容 投入过程不但没有冲击电流， 电流也没有阶跃变化。
4.1.2 三相交流调压电路
谐波情况
3倍次谐波相位和大小相 同，在三角形回路中流动， 而不出现在线电流中。 线电流中所谐波次数为 6k±1(k为正整数)。 在相同负载和α 角时，线 电流中谐波含量少于三相三 线星形电路。
电力电子技术 图4－9三相交流调压电路
4.1.2 三相交流调压电路
典型用例——晶闸管控制电抗器（ Thyristor Controlled （ Reactor —TCR） ）
当α=ϕ时 当α>ϕ时
−θ tg ϕ
140
（4－7）
100
θ =π θ <π
60
以ϕ 为参变量，利用（4－7) 可把α 和θ 的关系表示成右 图。
20 0 20 60 100 α /(° ) 140 180
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4.1.1 单相交流调压电路
负载电流有效值 IVT的标么值
0.5 0.4 IVTN 0.3 0.2 0.1 0 40 80
u o (ω t ) =
n = 1 , 3 , 5 ,L
100 80 In/I*/% 60 40 20 3次 5次 7次 基波
电阻负载
∞
∑ (a
n
cos n ω t + b n sin n ω t ) (4-12)
基波和各次谐波有效值
U on =
1 2
a +b
2 n
2 n
负载电流基波和各次谐波有效值
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α 角相同时，随着阻抗角ϕ 的增大，谐波含量有所减少。
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4.1.1 单相交流调压电路
4. 斩控式交流调压电路 在交流电源u1的正半周
VD1 i1 V2
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4.2 其他交流电力控制电路
4.2.1 4.2.2
交流调功电路 交流电力电子开关
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4.2.1 交流调功电路
交流调功电路与交流调压电路的异同比较
相同点: 相同点: 电路形式完全相同 完全相同 不同点: 不同点: 控制方式不同 不同
交流调压电路在每个电源周期 周期都对输出电压波形 周期 进行控制。 交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周期, 在断开几个周期,通过通断周波数的比值来调节负 载所消耗的平均功率。
O
ωt
0.6
uG1
O
ωt
O
uo
O
ωt
ωt
α =0时刻仍定为 u1 过零的时刻， α 的移相范围应为ϕ ≤ α ≤ π。
io
O
ωt
uVT
O
ωt
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4.1.1 单相交流调压电路
180 ωt = α 时刻开通晶闸管VT1， t
可求得θ
sin( α + θ − ϕ ) = sin( α − ϕ ) e
V1
u1
用V1进行斩波控制
VD2
V3 VD3
VD4 uo V4
R L
图4-7 斩控式交流调压电路
用V3给负载电流 提供续流通道
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4.1.1 单相交流调压电路
在交流电源u1的负半周
VD1 i1 V2
V1
用V4给负载电流 提供续流通道
u1
VD2
V3 VD3
VD4 uo V4
R L
用V2进行斩波控制
α = 60o 时的负载相电压波形
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4.1.2 三相交流调压电路
(3) 90°≤ α <150°：
两管导通与无晶 闸管导通交替， 导通角度为 300°－2 α α。