第6章 交流交流变流电路-z

电力电子技术
四 斩控式交流调压电路
VD 1 i1 V2 VD 2 V3 VD 3 VD 4 uo V4 R L V1
u1
图4-7
一般采用全控型器件作为开关器件
工作原理 调压方式
电力电子技术
四 斩控式交流调压电路
工作原理
在交流电源u1的正半周
VD1 i1 V2
V1
用V3给负载电流 提供续流通道
VT a) id u2 ud R
u2 b) 0 ug c) 0
t1

2
t
t
ud d) 0

t
电力电子技术
交流调压电路：AC －> AC
调节 α －> Uo
VT a) id u2 ud R
u2
b)
0 ug
t1

2
t
c)
0 uo
t
d)
0

t
双向晶闸管
电力电子技术
本节主要内容
一、双向晶闸管
1. 结构与特性 2. 触发方式 3. 主要参数 效关系 4. 晶闸管交流开关 了解 掌握 掌握、计算与普通晶闸管的等
了解固态继电器
电力电子技术
第一节 交流开关及应用
双向晶闸管－－Bidirectional Thyristor
小电流 塑封式 螺栓式 平板式
一对反并联晶闸管
双向晶闸管的外形
改变角α即可调节负载两端的输出电压有效值，达到交流
调压的目的。
电流有效值和电路功率因数为
U U I R 2 R R 1 sin 2 2
cos P URI S U2I 1 sin 2 2
电力电子技术
2.电感性负载
图6－16所示为电感性负载的交流调压电路。 由于电感的作用，在电源电压由正向负过零时，负载中电流要滞后
电力电子技术
一 双向晶闸管
思考题：
推导普通晶闸管与双向晶闸管额定电流之 间的等效关系。
Id IT(AV) I2 IT(RMS)
I T( AV ) 0.45IT ( RMS )
电力电子技术
一 双向晶闸管
100A的双向晶闸管和 管容量等效。
A的两个反并联晶闸
I T( AV ) 0.45IT ( RMS )
两个阳极：第一阳 极 T1 和第二阳极 T2 一个门极G
K G
A
等效电路及图形符号
电力电子技术
一 双向晶闸管
二、双向晶闸管的触发方式

双向晶闸管正反两个方向都能够导通，门极加正、负信号 都能够触发，所以有4种触发方式。
I＋触发方式：第一象限，T1为正，T2为负； 门极电压是G为正，T2为负；正触发； 2. I－触发方式：第一象限，T1为正，T2为负； 门极电压是G为负，T2为正；负触发； 3. III＋触发方式：第三象限，T1为负，T2为正； 门极电压是G为正，T2为负；正触发； 4. III－触发方式：第三象限，T1为负，T2为正； 门极电压是G为负，T2为正；负触发； 触发方式特性参考表1-6 第三种触发方式灵敏度最低，尽量不用。 1.
u1
用V1进行斩波控制
VD2
V3 VD3
– 1、2为输入端，相当于继电器或 接触器的线圈； – 3、4为输出端，相当于继电器或 接触器的一对触点，与负载串联 后接到交流电源上。
电力电子技术
二 交流开关
固体继电器的主要优点是：弱信号对强电的控制。 （1）无运动零部件，无机械磨损，无动作噪声，无机械故 障，可靠性高； （2）无燃弧触点，无触点间的火花、电弧，无触点抖动和 磨损，对外干扰小； （3） 开关速度迅速，动作时间可达10-3S以下； （4）灵敏度高，控制功率小，能很好地与TTL、CMOS电 路兼容； （5） 抗冲击振动性能优良，容易实现“零”压切换； （6） 一般用绝缘材料灌封成全封闭整体，所以具有良好的 防潮、防霉、防腐性能，防爆性能也极佳； （7） 半导体器件作为开关工作，寿命长； （8） 易实现附加功能。
一定φ角度才能到零，即管子要继续导通到电源电压的负半周才能关 断。负载阻抗角： = arctan(L / R) 晶闸管的导通角θ不仅与控制角α有关，而且与负载的功率因数角φ 有关。控制角越小则导通角越大，负载的功率因数角 φ越大，表明 负载感抗大，自感电动势使电流过零的时间越长，因而导通角θ越大。
电力电子技术
（3） α< φ 如图6－19 此种情况若开始给 VT1管以触发脉冲， VT1管导通，而且θ>180°。 如果触发脉冲为窄脉冲，当 ug2 出现时， VT1 管的电流还未到零， VT1 管关不断， VT2管不能导通。 当 VT1 管电流到零关断时， ug2 脉冲已 消失，此时VT2管虽已受正压，但也无 法导通。 到第三个半波时，ug1 又触发VT1导通。 这样负载电流只有正半波部分，出现很 大直流分量，电路不能正常工作。因而 电感性负载时，晶闸管不能用窄脉冲触 发，可采用宽脉冲或脉冲列触发。
《电力电子技术》
第六章 交流交流变流电路
什么是交流调压电路？
– 一种形式的交流电 – 电压、频率、相数 －> 另外一种形式交流电
哪些方式可以实现交流调压？
– 变压器：6KV --> 380V ；220V －> 24V – 自耦调压器：
• 优点：输出连续可调正弦波 • 缺点：体积大，重，机械式调节，不易自动调节
π/2
π
2π
t
I mp 1 I ms 2 I 2 Id I mp sin td (t ) 2 0 电流波形正半周面积相等（最大值相等），即可等效代换。
Imp＝314 A
I ms I mp 314 A I 2 314 / 2 222 A
KS300-8
电路功率因数低
单相交流调压电感负载波形图 (a) α>φ (b) α=φ (c) α<φ
电力电子技术
本节主要内容
四、斩控式交流调压电路(交流斩波调压电路)
1. 交流斩波调压原理 2. 交流斩波控制
电力电子技术
四 斩控式交流调压电路
一、交流斩波调压原理
如图所示，利用S1交流开关的斩波作用，
在负载上获得可调的交流电压u。 电压波形如图b所示。 S2为续流器件，为负载提供续流回路。 输出电压可表示为： u=Gu2=GU2msinwt 其中当S1闭合，S2打开时G＝1 当S1打开，S2闭合时G＝0 所以G的波形为一脉冲序列。
思考题:双向晶闸管有哪几种触发方式？一般选用哪几种？ 电力电子技术
Kp100-8
?-?
思考：左侧电路中器件损坏，需要用双向晶闸管
来替换，如何选型？
电力电子技术
一 双向晶闸管
晶闸管的型号规格定义 双向晶闸管的型号规格定义
K P □-□
其中 K：闸流特性 P ：普通反向阻断型
K S □-□
电力电子技术
1.2 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 电路形式完全相同 不同点 控制方式不同
交流调压电路在每个电源周期都对输出电压波形 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。
电力电子技术
1.2 交流调功电路
ui ~
RL VT
T1 G T2
R1 Q
Q 打开时：
– VT无触发信号，不导通
uo 0
Q 闭合时：
– ui 正半周－> I＋ , VT导通 – ui 负半周－> Ⅲ－ , VT导通
Q 断开
Q 闭合
t
电力电子技术
二 交流开关
2.固态开关
固态开关也称固态继电器或固
10mA
态接触器(Solid State Switch /Relay /Contactor)，是以双向晶 闸管为基础构成的无触点通断 组件。 基本交流开关电路中，用光耦 代替开关Q，同时起光电隔离 作用。

电力电子技术
二 交流开关
固态继电器的缺点
（1）导通后的管压降大，正向降安至数毫安的漏电流，不能实现理 想的电隔离。 （3）由于管压降大，导通后的功耗和发热量也大，大功率 固态继电器的体积远远大于同容量的电磁继电器，成本 也较高。
（4）固态继电器对过载有较大的敏感性，必须用快速熔断 器进行过载保护。
双向晶闸管 IT(RMS)
~220V Rd 10Ω
V
V
~
A
A
Im Id 0
π/2 π
2π
Im Id=0
t 0
π/2
π
2π
t
电力电子技术
双向晶闸管参数
普通晶闸管 KP100-8
Id＝100A
Imp Id 0
π/2 π
2π
双向晶闸管 KS100-8
I2＝100 A
额定电流 100A
Ims i2
t 0
t
t
i
o
增大，输入电流滞后于电压
且畸变，λ 降低。
=0时，功率因数λ =1，
u
O
V T
t
O
t
图6-3 电阻负载单相交流调压电路及其波形
电力电子技术
电阻负载上交流电压有效值为
UR ( 1

2U 2 sin t ) d (t ) U 2
2
1 sin 2 2
ui uo
利用电力电子电路实现电压调节
电力电子技术
本章主要讲述
交流-交流变流电路 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。