第5章 交流-交流变换电路
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《电力电子技术》第五章AC-AC变换技术应用
《电力电子技术》
第五章 AC-AC变换技术应用
第5章 AC-AC变换技术
概述 5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.2 三相交流调压电路 5.2 其他交流电力控制电路 4.2.1 交流调功电路 4.2.2 交流电力电子开关 5.3 交交变频电路 5.3.1 单相交交变频电路 5.3.2 三相交交变频电路 5.4 矩阵式变频电路 本章小结
VT1提前通，L被过充电，放电时间延长， VT1的导 通角超过π
■
5.1 交流调压电路
交流调压电路的应用：
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
■
5.1.1 单相交流调压电路
1．电阻负载
工作原理：
在VT1u和1的VT正2半的周开和通负角半a进周行，控分制别就对可
Io = 2IT
Z I TN = I T 2U1
IVTN
j = 90°
7650°° 45°
0.5 0.4 j = 0 0.3 0.2 0.1
0
40
80
120
160 180
a /(°)
图4-4
图4-4 单相交流调压电路a为参变量时
a IVTN和 关系曲线(显示放大图）
■
5.1.1 单相交流调压电路
a < j 时的工作情况
晶闸管电流有效值
IVT =
1
2
a
a
2U1 Z
s in( t
j
)
第五章 AC-AC变换技术应用
第5章 AC-AC变换技术
概述 5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.2 三相交流调压电路 5.2 其他交流电力控制电路 4.2.1 交流调功电路 4.2.2 交流电力电子开关 5.3 交交变频电路 5.3.1 单相交交变频电路 5.3.2 三相交交变频电路 5.4 矩阵式变频电路 本章小结
VT1提前通，L被过充电，放电时间延长， VT1的导 通角超过π
■
5.1 交流调压电路
交流调压电路的应用：
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
■
5.1.1 单相交流调压电路
1．电阻负载
工作原理：
在VT1u和1的VT正2半的周开和通负角半a进周行，控分制别就对可
Io = 2IT
Z I TN = I T 2U1
IVTN
j = 90°
7650°° 45°
0.5 0.4 j = 0 0.3 0.2 0.1
0
40
80
120
160 180
a /(°)
图4-4
图4-4 单相交流调压电路a为参变量时
a IVTN和 关系曲线(显示放大图）
■
5.1.1 单相交流调压电路
a < j 时的工作情况
晶闸管电流有效值
IVT =
1
2
a
a
2U1 Z
s in( t
j
)
第5章 AC-AC变换
在晶闸管交流调压电路中，每相负载电流为正负对称的缺角 正弦波，它包含有较大的奇次谐波电流，3次谐波电流的相 位是相同的，中性线的电流为一相3次谐波电流的三倍，且 数值较大，这种电路的应用有一定的局限性。
湘潭大学机械工程学院
2、晶闸管与负载连成内三角形的三相交流调压电路
优点：由于晶闸管串接在三 角形内部，流过的是相电流， 在同样线电流情况下，管子 的容量可降低，另外线电流 中无3的倍数次谐波分量。 缺点：只适于负载是三个分 得开的单元的情况，因而其 应用范围也有一定的局限性。
湘潭大学机械工程学院
② 控制角α=30º
以U相为例，uU过零变正 30º 后发出VT1的触发脉冲 ug1，uU过零变负30º 后发出 VT4的触发脉冲ug2 。 归纳α=30º时的导通特点 如下：每管持续导通150º ； 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。
负载上获得负向电压。 如果工作期间α角不变，则输出电压为矩形波交流电 压，如图(b)所示。 改变正反组切换频率可以调节输出交流电的频率， 而改变的α大小即可调节矩形波的幅值。
湘潭大学机械工程学院
(2) 正弦波型交-交变频器
主电路与方波型的主电路相同，但正弦波型交-交变频器输出 电压的平均值按正弦规律变化，克服了方波型交-交变频器输出 波形高次谐波成分大的缺点。 在正组桥整流工作时，使控制角α从 / 2 0 / 2 ，输出的 平均电压由低到高再到低的变化。 在负组桥逆变工作时，使控制角α从 / 2 / 2 ，就可以 获得平均值可变的负向逆变电压。
(2) 斩波控制：利用脉宽调制技术把交流电压波形分割 成脉冲列，改变脉冲的占空比即可达到调接平均输出 电压的目的。
交流交流变换电路
交流电力电子开关
1
2
t
t
t
t
u
s
i
C
u
C
VT
1
VT
2
t
t
u
VT
1
u
u
s
i
C
u
C
C
VT
1
VT
2
VT
图6-16 TSC理想投切时刻原理说明
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。
本章主要讲述 交流-交流变流电路 把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路
6.1 交流调压电路
电路图
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。
6.1 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。
图6-15 TSC基本原理图 a) 基本单元单相简图 b) 分组投切单相简图
作用 对无功功率控制，可提高功率因数，稳定电网电压，改善供电质量。 性能优于机械开关投切的电容器。 结构和原理 晶闸管反并联后串入交流电路。 实际常用三相，可三角形联结，也可星形联结。
晶闸管投切电容（Thyristor Switched——Capacitor——TSC）
三相三线
6.1.2 三相交流调压电路
6.1.2 三相交流调压电路
1
2
t
t
t
t
u
s
i
C
u
C
VT
1
VT
2
t
t
u
VT
1
u
u
s
i
C
u
C
C
VT
1
VT
2
VT
图6-16 TSC理想投切时刻原理说明
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。
本章主要讲述 交流-交流变流电路 把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路
6.1 交流调压电路
电路图
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。
6.1 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。
图6-15 TSC基本原理图 a) 基本单元单相简图 b) 分组投切单相简图
作用 对无功功率控制，可提高功率因数，稳定电网电压，改善供电质量。 性能优于机械开关投切的电容器。 结构和原理 晶闸管反并联后串入交流电路。 实际常用三相，可三角形联结，也可星形联结。
晶闸管投切电容（Thyristor Switched——Capacitor——TSC）
三相三线
6.1.2 三相交流调压电路
6.1.2 三相交流调压电路
交流-交流变换电路
• 过载能力强 • 效率高输出波形好 • 但输出频率低 • 使用功率器件多 • 输入无功功率大
• 高次谐波对电网影响 大
• 结构简单 • 输出频率变化范围大 • 功率因数高 • 谐波易于消除
• 可使用各种新型大功 率器件
变频器
卢先胜 2009.1.1
变频器是： • 将商用交流电源通过整流回路变换成直流， • 将变换后的直流经过逆变回路变换成电压、频率可调节的交流电， • 利用交流三相异步电动机的转速与频率成正比的特点，通过改变电源的频率和幅度以达到改变
图7-4 过零触发调节周波电压的波形
调功器的输出功率
P
nT TC
Pn
调功器输出电压有效值 U
nT TC U n
设定周期Tc内导通的周波数为n，每个周
波的周期为T
22
2、交流电力电子开关
把晶闸管反并联后串入交流电路中，代替电路中的机械开关 ，起接通和断开电路的作用。
■优点：响应速度快，没有触点，寿命长，可以频繁控制通 断。
三相交流调压电路与三相负载之间有多种联 接方式，其中以三相Y接调压方式最为普遍。
Y0型
1、负载Y形连接带中性线的三相交流调压电路
VT1 U
VT3 V
VT5 W
N
RU
VT4 iU RV
VT6 iV RW
VT2 iW iN
VT1
4
RU
U
1
VT26
RV
V
3
W
VT3
2
RW
5
N
图54-1-47
它由3个单相晶闸管交流调压器组合而成，其公 共点为三相调压器中线，每一相可以作为一个单 相调压器单独分析，其工作原理和波形与单相交 流调压相同。
第五章直流交流(DCAC)变换.
第五章直流一交流（DC—AC变换5.1 逆变电路概述5.1.1 晶闸管逆变电路的换流问题DC—AC变换原理可用图5-1所示单相逆变电路来说明，其中晶闸管元件VT1、VT4，VT2、VT3成对导通。
当VT、VT4导通时，直流电源E通过VT1、VE向负载送出电流，形成输出电压％左（+）、右（-），如图5-1 （a）所示。
当VT2、VT3导通时，设法将VT1、VT4关断，实现负载电流从VT1、VT4向VT a、VT3的转移，即换流。
换流完成后，由VT a、VT3向负载输出电流，形成左（-）、右（+）的输出电压％，如图5-1 （b）所示。
这两对晶闸管轮流切换导通，则负载上便可得到交流电压呦，如图5-1（c）波形所示。
控制两对晶闸管的切换导通频率就可调节输出交流频率，改变直流电压E的大小就可调节输出电压幅值。
输出电流的波形、相位则决定于交流负载的性质。
f；图5-1 DC —AC变换原理要使逆变电路稳定工作，必须解决导通晶闸管的关断问题，器件，在承受正向电压条件下只要门极施加正向触发脉冲即可导通。
作用，只有使阳极电流衰减至维持电流以下才能关断。
常用的晶闸管换流方法有：（1）电网换流（2）负载谐振式换流（3）强迫换流即换流问题。
晶闸管为半控但导通后门极失去控制5.1.2 逆变电路的类型逆变器的交流负载中包含有电感、电容等无源元件，它们与外电路间必然有能量的交换，这就是无功。
由于逆变器的直流输入与交流输出间有无功功率的流动，所以必须在直流输入端设置储能元件来缓冲无功的需求。
在交一直一交变频电路中，直流环节的储能元件往往被当作滤波元件来看待，但它更有向交流负载提供无功功率的重要作用。
根据直流输入储能元件类型的不同，逆变电路可分为两种类型：1.电压源型逆变器电压源型逆变器是采用电容作储能元件，图电压源型逆变器有如下特点：1）直流输入侧并联大电容C用作无功功率缓冲环节（滤波环节），构成逆变器低阻抗的电源内阻特性（电压源特性），即输出电压确定，其波形接近矩形，电流波形与负载有关，接近正弦。
第五章 交流调压电路与斩波电路
。
交流调压与斩波电路 压力检测方法及仪表
19
（2） 电感性负载的功率因数角为
arctan wL
R arctan 2.3 2.3 4
最小控制角为
min
4
故控制角的范围为 π/4≤α≤π。
最大电流发生在 αmin=φ=π/4处，负载电流为正弦波，其 有效值为
Io Uo R (wL)
交流调压与斩波电路 压力检测方法及仪表
1
•
基本方式：
交流电力 控制电路 只改变电压,电流 或控制电路的通 断,而不改变频率 的电路。
交流调压电路 相位控制
在每半个周波内通过对晶闸管开通相位 的控制，调节输出电压有效值的电路。
交流调功电路 通断控制
以交流电的周期为单位控制晶闸管的 通断，改变通态周期数和断态周期数的 比，调节输出功率平均值的电路。
2 1 2 2
阻抗角
9
交流调压与斩波电路 压力检测方法及仪表
因为ω t＝α ＋θ 时，io＝0。将此条件代入式
2U io [sin(wt ) sin( )e tan ] Z
可求得导通角θ 与控制角α 、负载阻抗角φ 之间的定量关系表达式为
tan
wt
sin( ) sin( )e
交流调压与斩波电路 压力检测方法及仪表
12
VT1
3) 当α ＜φ 时，导通角θ ＞π 。 电源接通后，在电源的正半周，若先触发VT1，
若采用窄脉冲触发:若触发脉冲的宽度小于a+θ -(a+π )=θ -π 时，
当VT1的电流下降为零关断时，VT2的门极脉冲已经消失，VT2无法导通。 到了下个周期，VT1又被触发导通重复上一周期的工作，
电力电子第五章 ACDC变换器(整流和有源逆变电路)
控整流电路、相控电路、PWM整流电路
5.2 不控整流电路
• 利用电力二极管的单相导电性可以十分简单 地实现交流—直流电力变换。
• 由于二极管整流电路输出的直流电压与交流 输入电压的大小有关，不能通过电路本身控 制其数值，故称为不控整流电路。
5.2.1 单相不控整流电路
u1
u2 O ud
uVDO1 O
VD4
VD2
a)
VD3
R VD4
VD1
-
ud AC + VD2
b)
VD3 R ud
VD4
c)
a)单相桥式整流电路 b)交流输入正半周单相桥式整流电路工作图 c)交流输入负半周单相桥式整流电路工作图
5.2.1 单相不控整流电路
AC +
ud
VD3
VD2
VD2
b)
图5-2 单相全波整流电路
u2
R
c)
d)
u2
共阳极连接 VD4
2 t
5.2.1 单相不控整流电路
VD1
VD1
VD3 VD1
u2 R
AC
+ -
R
-
AC +
R
t
u2
AC + -
ud
VACD1
+
ud
VD2
VD2
u2
VD2
VbD)3
u2
c)
d)
u2
R
VD2
u2 VD4
VD4
带续流二极管的单相 半波整流电路
b)
d)
u2
u2
t1
O
2
t1
t
O
2
5.2 不控整流电路
• 利用电力二极管的单相导电性可以十分简单 地实现交流—直流电力变换。
• 由于二极管整流电路输出的直流电压与交流 输入电压的大小有关，不能通过电路本身控 制其数值，故称为不控整流电路。
5.2.1 单相不控整流电路
u1
u2 O ud
uVDO1 O
VD4
VD2
a)
VD3
R VD4
VD1
-
ud AC + VD2
b)
VD3 R ud
VD4
c)
a)单相桥式整流电路 b)交流输入正半周单相桥式整流电路工作图 c)交流输入负半周单相桥式整流电路工作图
5.2.1 单相不控整流电路
AC +
ud
VD3
VD2
VD2
b)
图5-2 单相全波整流电路
u2
R
c)
d)
u2
共阳极连接 VD4
2 t
5.2.1 单相不控整流电路
VD1
VD1
VD3 VD1
u2 R
AC
+ -
R
-
AC +
R
t
u2
AC + -
ud
VACD1
+
ud
VD2
VD2
u2
VD2
VbD)3
u2
c)
d)
u2
R
VD2
u2 VD4
VD4
带续流二极管的单相 半波整流电路
b)
d)
u2
u2
t1
O
2
t1
t
O
2
AC-AC变换电路
第5章 AC-AC变换电路
1．交流调压电路和交流调功电路有什么区别？二者各运用于什么样的负载？为什么？ 2．交交变频电路的最高输出频率是多少？制约输出频率提高的因素是什么？
3．在三相交交变频电路中，采用梯形波输出控制的好处是什么？为什么？
4．间接交流－交流变换电路与直接交流－交流变换电路有什么主要区别？它们各自的特点使什么？
5．为什么间接电压型交流－交流变换电路比电流型交流－交流变换电路的应用广泛？请分析原因。
6．循环变流器的输出频率的上限是多少？它受什么制约？
7．矩阵变换器的优点有哪些？
8．影响矩阵变换器应用的主要原因有哪些？
9．你认为在哪些场合，矩阵变换器可以首先获得应用？
10．试说明余弦交点法的基本原理。
11．交流－交流变频电路的最高输出频率是多少？制约输出频率提高的因素是什么？
12．交流－交流变频电路的有换流控制和无换流控制各有什么优缺点。
13．单相交流－交流变频电路和三相交流－交流变频电路输入电流中所含谐波有何不同？
14.三相交流－交流变频电路有哪两种接线方式？它们有什么区别？
15．和交－直－交变频器相比，交－交变频器有什么优缺点？适用于哪些场合？。
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交流调压电路：在每半个周波内通过对晶 闸管进行相位控制，调节输出电压有效值。
交流调压电路广泛用于灯光控制、异步电动机的软起动、异步电动机 的调压调速、供电系统对无功功率的连续调节、在变压器一次侧调压并在 变压器二次侧用二极管整流等。
5.1 交流调压电路
交流调压电路一般有三种控制方式。
（1）通断控制
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.2 阻感性负载
由于电感的储能作用，负载电流io 会在电源电压u1过零后延迟一段时间再 过零，其延迟时间与负载的功率因数角 φ=arctan(ωL/R)有关。
晶闸管的关断是在电流过零时刻， 因此，晶闸管的导通角θ不仅与触发控 制角α有关，还与负载功率因数角φ有关。
几个在周交波流，电然压后过再零断时开刻几输但导个出电通周电压或波压调关，波节断通形不晶过为连闸改正续弦。管变波，导，使通负/关载断电周路波与数交的流比电值源实接现通调 压的目的。通断控制时输出电压波形为正弦。
（2）相位控制
在交流电压的正、负半周触发导通晶闸
方法简单，连续调节输
管，且保持两只晶闸管出电的压移大相小角，相但同输，出保电证 向负载输出正、负半周压波对形称非的正交弦流电压波形。
（3）斩波控制
利用脉宽调制PWM技术将正弦交流电压 波形分割成脉冲列，通过改变脉冲输波的出形占电接空压近比大正小弦调可波以。连基续本调克节服，相
节输出电压。
位控制和通断控制的缺点
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.1 电阻性负载
电源电压u1正、负半周的过零点即为 控制角α的起始时刻（α=0）。
5.1 交流调压电路
5.1.2 三相交流调压电路
根据联结形式的不同 三相Y形联结 三相负载Δ形联结 三相晶闸管控制Δ形联结 三相半控Y形联结
5.1 交流调压电路
5.1.2.1 Y形三相交流调压电路
Y形三相交流调压电路可分为 三相三线制（Y形） 三相四线制（YO形）：相当于 三个单相交流调压电路的组合， 三相互相错开120°工作，单相 交流调压电路的工作原理和分析 方法均适用于这种电路。
为了分析方便，把α=0的时刻仍然定在电源电 压过零的时刻，因此，单相交流调压电路带阻感性 负载时，稳态运行情况下控制角α的移相范围应为 φ≤α≤π。
输出交流电压为缺口正弦波，改变α角的大小， 即可改变输出电压的有效值，达到调压的目的。
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.2 阻感性负载
利用边界条件：ωt=α+θ时，io=0，可求得θ
sin( ) sin( )etan
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.2 阻感性负载
以φ为参变量，可得不同负载特性下导通角θ=f（α，φ）曲线族
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.2 阻感性负载
5.1 交流调压电路
5.1.3 其他交流电力控制电路
5.1.3.1 交流调功电路
设控制周期为M倍电源周 期，其中晶闸管在前N个周期 导通，后M-N个周期关断。
当M=3、N=2时的电路波 形如图5-13所示。
负载电压和负载电流（电 源电流）的重复周期为M倍电 源周期。在负载为电阻性时， 负载电流波形与负载电压波形 相同。
直接 间接
第5章 交流-交流变换电路
5.1 交流调压电路 5.2 交-交变频电路 5.3 矩阵式交-交变频电路
5.1 交流调压电路
交流调压电路采用双向交流开关进行交流电压的控制，如把两只反并 联的普通晶闸管或一只双向晶闸管串联在交流电路中，实现对交流电正、 负半周的对称控制，调节输出交流电压，或实现交流电路的通、断控制。
在电源电压u1的正半周和负半周，分 别触发VT1和VT2，就可以调节输出电压， 电压过零时晶闸管关断。
在稳态情况下，应使正、负半周的α角 相等。负载电压波形是电源电压波形的一 部分，负载电流与负载电压的波形相同。
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.1 电阻性负载
单相交流调压电路带电阻性负载，在 触发角为α时，负载电压有效值Uo、负载电 流有效值Io、晶闸管电流有效值IVT和电路 的功率因数λ分别为
（3）从VT1到VT6，相邻的 触发脉冲相位应互差60°。
结论：Y形三相交流调压电路 控制角α的移相范围为：0 °~ 150 °
5.1 交流调压电路
5.1.3 其他交流电力控制电路 5.1.3.1 交流调功电路
电路形式：交流调功电路和交流调压电路完全相同 控制方式：
交流调压电路：在每个交流电源周期都对输出电压波形进行控制 交流调功电路：通断控制，将负载与交流电源接通几个整周波，再断 开几个整周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载 所消耗的平均功率。 控制晶闸管导通的时刻为：电源电压过零的时刻
在触发角为α时，负载电压有效值Uo、晶闸管电流有效值 IVT和负载电流有效值Io分别为
Uo
1 + π
2
2U1 sin t d(t) U1
1 [sin 2 sin(2 2 )]
ππ
IVT
1 +
2π
2U1 Z
sin
放电时间也将延长，使得VT1的导通角 大于π
ωt=π+α时刻触发VT2时，io尚未过零， VT1仍在导通，VT2不通。io过零后， VT1关断，VT2的触发宽脉冲尚未消失， VT2就会正常开通。 VT2导通角小于π 若采用窄脉冲触发，VT2的触发脉冲消 失，VT2不能导通，造成每个周期内只 有一只晶闸管导通的“单管整流”状态， 输出电流为单向缺口半波，含有很大的 直流分量，因此必须改用宽脉冲触发。
R
1 2
1 2π
sin
2
π-
π
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.1 电阻性负载
输出电压与 α 的关系 移相范围为0 ≤ α ≤ π α = 0。 时，输出电压为最大。U0 = U1， 随着α 的增大，U0降低 α = π时，U0 = 0
功率因数λ 与 α 的关系： α = 0时，功率因数λ = 1 α 增大，λ降低
若以一定的频率控制正、反两组变流 器交替工作，则负载上交流电压的频率 fo就等于两组变流器的切换频率。
5.2 交-交变频电路
晶闸管交交变频电路也称周波变流器（Cycloconvertor）
将电网频率的交流电直接交换成可调频率交流电的变流电路，因为没有中 间环节，因此属于直接变频电路
交-交变频电路比交-直-交间接变频电路
提高变换效率
由于整个变频电路直接与电网相连接，各晶闸管元件上承受的是交流
电压，提高了换流能力。
α=φ时，输出电压、电流波形为连续正弦， θ=π。调压电路不起调压作用，处于“失控” 状态。此时θ=f（α，φ）关系如图5-5中 θ=180°的各点。
纯电阻负载
纯电感负载
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.2 阻感性负载
当阻感负载 α＜φ时电路工作情况 VT1提前开通，负载L被过充电，其
Uo
1π π
2
2U1 sin t d(t) U1
1 sin 2 π-
2π
π
Io
Uo R
P UoIo Uo
S U1Io U1
1 sin 2 π-
2π
π
2
IVT
1 π 2π
2U1 sin R
t
d(t) U1
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.4 斩控式交流调压电路
采用全控型器件作为开关元件 输入是正弦交流电压 交流电源电压u1的正半周，用V1进行 斩波控制，用V3给负载电流提供续流通 路 在u1的负半周，用V2进行斩波控制， 用V4给负载电流提供续流通路。 斩控式交流调压电路带电阻性负载时， 电路的功率因数接近1。
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.2 阻感性负载
衰减过程中，VT1的导通时间 逐渐缩短，VT2的导通时间逐渐 延长。最后，VT1和VT2的导通 时间都趋近到π，其稳态的工作 情况和α=φ时完全相同。
晶闸管在ωt=φ处才开始导通， 电流连续，uo=u1，无电压调节 功能，所以也处于“失控”状 态。
5.1 交流调压电路
5.1.2 三相交流调压电路
5.1.2.1 Y形三相交流调压电路
最典型、最常用的三相交流 调压电路，它正常工作时必须满 足：
（1） 三相中至少有两相导 通才能构成通路，且其中一相为 正向晶闸管导通，另一相为反向 晶闸管导通；
（2）为保证任何情况下的 两只晶闸管同时导通，应采用宽 度大于60°的宽脉冲（列）或双 窄脉冲触发；
三相输入-单相输出交-交变频电路是由两组反并联的晶闸 管变流电路和单相负载组成的，与直流电动机反并联可逆调 速系统的结构完全相同。
5.2 交-交变频电路
5.2.1 三相输入-单相输出交-交变频电路 5.2.1.1 电路构成和基本工作原理
变流器正组 P和反组N都 是相控变流 电路
a在正、反两组变流器的输入侧接有足够大的输入滤波电感，使输入电流近似为矩形波， 称为电流型电路；
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.2 阻感性负载
设负载的阻抗角为φ=arctan（ωL/R）。如果用 导线把晶闸管完全短接，稳态时负载电流io应该是 正弦波，其相位滞后于电源电压u1的角度为φ。
显然，在用晶闸管控制时只能进行滞后控制， 使负载电流更为滞后，而无法使其超前。
5.1 交流调压电路
交流调压电路广泛用于灯光控制、异步电动机的软起动、异步电动机 的调压调速、供电系统对无功功率的连续调节、在变压器一次侧调压并在 变压器二次侧用二极管整流等。
5.1 交流调压电路
交流调压电路一般有三种控制方式。
（1）通断控制
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.2 阻感性负载
由于电感的储能作用，负载电流io 会在电源电压u1过零后延迟一段时间再 过零，其延迟时间与负载的功率因数角 φ=arctan(ωL/R)有关。
晶闸管的关断是在电流过零时刻， 因此，晶闸管的导通角θ不仅与触发控 制角α有关，还与负载功率因数角φ有关。
几个在周交波流，电然压后过再零断时开刻几输但导个出电通周电压或波压调关，波节断通形不晶过为连闸改正续弦。管变波，导，使通负/关载断电周路波与数交的流比电值源实接现通调 压的目的。通断控制时输出电压波形为正弦。
（2）相位控制
在交流电压的正、负半周触发导通晶闸
方法简单，连续调节输
管，且保持两只晶闸管出电的压移大相小角，相但同输，出保电证 向负载输出正、负半周压波对形称非的正交弦流电压波形。
（3）斩波控制
利用脉宽调制PWM技术将正弦交流电压 波形分割成脉冲列，通过改变脉冲输波的出形占电接空压近比大正小弦调可波以。连基续本调克节服，相
节输出电压。
位控制和通断控制的缺点
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.1 电阻性负载
电源电压u1正、负半周的过零点即为 控制角α的起始时刻（α=0）。
5.1 交流调压电路
5.1.2 三相交流调压电路
根据联结形式的不同 三相Y形联结 三相负载Δ形联结 三相晶闸管控制Δ形联结 三相半控Y形联结
5.1 交流调压电路
5.1.2.1 Y形三相交流调压电路
Y形三相交流调压电路可分为 三相三线制（Y形） 三相四线制（YO形）：相当于 三个单相交流调压电路的组合， 三相互相错开120°工作，单相 交流调压电路的工作原理和分析 方法均适用于这种电路。
为了分析方便，把α=0的时刻仍然定在电源电 压过零的时刻，因此，单相交流调压电路带阻感性 负载时，稳态运行情况下控制角α的移相范围应为 φ≤α≤π。
输出交流电压为缺口正弦波，改变α角的大小， 即可改变输出电压的有效值，达到调压的目的。
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.2 阻感性负载
利用边界条件：ωt=α+θ时，io=0，可求得θ
sin( ) sin( )etan
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.2 阻感性负载
以φ为参变量，可得不同负载特性下导通角θ=f（α，φ）曲线族
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.2 阻感性负载
5.1 交流调压电路
5.1.3 其他交流电力控制电路
5.1.3.1 交流调功电路
设控制周期为M倍电源周 期，其中晶闸管在前N个周期 导通，后M-N个周期关断。
当M=3、N=2时的电路波 形如图5-13所示。
负载电压和负载电流（电 源电流）的重复周期为M倍电 源周期。在负载为电阻性时， 负载电流波形与负载电压波形 相同。
直接 间接
第5章 交流-交流变换电路
5.1 交流调压电路 5.2 交-交变频电路 5.3 矩阵式交-交变频电路
5.1 交流调压电路
交流调压电路采用双向交流开关进行交流电压的控制，如把两只反并 联的普通晶闸管或一只双向晶闸管串联在交流电路中，实现对交流电正、 负半周的对称控制，调节输出交流电压，或实现交流电路的通、断控制。
在电源电压u1的正半周和负半周，分 别触发VT1和VT2，就可以调节输出电压， 电压过零时晶闸管关断。
在稳态情况下，应使正、负半周的α角 相等。负载电压波形是电源电压波形的一 部分，负载电流与负载电压的波形相同。
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.1 电阻性负载
单相交流调压电路带电阻性负载，在 触发角为α时，负载电压有效值Uo、负载电 流有效值Io、晶闸管电流有效值IVT和电路 的功率因数λ分别为
（3）从VT1到VT6，相邻的 触发脉冲相位应互差60°。
结论：Y形三相交流调压电路 控制角α的移相范围为：0 °~ 150 °
5.1 交流调压电路
5.1.3 其他交流电力控制电路 5.1.3.1 交流调功电路
电路形式：交流调功电路和交流调压电路完全相同 控制方式：
交流调压电路：在每个交流电源周期都对输出电压波形进行控制 交流调功电路：通断控制，将负载与交流电源接通几个整周波，再断 开几个整周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载 所消耗的平均功率。 控制晶闸管导通的时刻为：电源电压过零的时刻
在触发角为α时，负载电压有效值Uo、晶闸管电流有效值 IVT和负载电流有效值Io分别为
Uo
1 + π
2
2U1 sin t d(t) U1
1 [sin 2 sin(2 2 )]
ππ
IVT
1 +
2π
2U1 Z
sin
放电时间也将延长，使得VT1的导通角 大于π
ωt=π+α时刻触发VT2时，io尚未过零， VT1仍在导通，VT2不通。io过零后， VT1关断，VT2的触发宽脉冲尚未消失， VT2就会正常开通。 VT2导通角小于π 若采用窄脉冲触发，VT2的触发脉冲消 失，VT2不能导通，造成每个周期内只 有一只晶闸管导通的“单管整流”状态， 输出电流为单向缺口半波，含有很大的 直流分量，因此必须改用宽脉冲触发。
R
1 2
1 2π
sin
2
π-
π
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.1 电阻性负载
输出电压与 α 的关系 移相范围为0 ≤ α ≤ π α = 0。 时，输出电压为最大。U0 = U1， 随着α 的增大，U0降低 α = π时，U0 = 0
功率因数λ 与 α 的关系： α = 0时，功率因数λ = 1 α 增大，λ降低
若以一定的频率控制正、反两组变流 器交替工作，则负载上交流电压的频率 fo就等于两组变流器的切换频率。
5.2 交-交变频电路
晶闸管交交变频电路也称周波变流器（Cycloconvertor）
将电网频率的交流电直接交换成可调频率交流电的变流电路，因为没有中 间环节，因此属于直接变频电路
交-交变频电路比交-直-交间接变频电路
提高变换效率
由于整个变频电路直接与电网相连接，各晶闸管元件上承受的是交流
电压，提高了换流能力。
α=φ时，输出电压、电流波形为连续正弦， θ=π。调压电路不起调压作用，处于“失控” 状态。此时θ=f（α，φ）关系如图5-5中 θ=180°的各点。
纯电阻负载
纯电感负载
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.2 阻感性负载
当阻感负载 α＜φ时电路工作情况 VT1提前开通，负载L被过充电，其
Uo
1π π
2
2U1 sin t d(t) U1
1 sin 2 π-
2π
π
Io
Uo R
P UoIo Uo
S U1Io U1
1 sin 2 π-
2π
π
2
IVT
1 π 2π
2U1 sin R
t
d(t) U1
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.4 斩控式交流调压电路
采用全控型器件作为开关元件 输入是正弦交流电压 交流电源电压u1的正半周，用V1进行 斩波控制，用V3给负载电流提供续流通 路 在u1的负半周，用V2进行斩波控制， 用V4给负载电流提供续流通路。 斩控式交流调压电路带电阻性负载时， 电路的功率因数接近1。
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.2 阻感性负载
衰减过程中，VT1的导通时间 逐渐缩短，VT2的导通时间逐渐 延长。最后，VT1和VT2的导通 时间都趋近到π，其稳态的工作 情况和α=φ时完全相同。
晶闸管在ωt=φ处才开始导通， 电流连续，uo=u1，无电压调节 功能，所以也处于“失控”状 态。
5.1 交流调压电路
5.1.2 三相交流调压电路
5.1.2.1 Y形三相交流调压电路
最典型、最常用的三相交流 调压电路，它正常工作时必须满 足：
（1） 三相中至少有两相导 通才能构成通路，且其中一相为 正向晶闸管导通，另一相为反向 晶闸管导通；
（2）为保证任何情况下的 两只晶闸管同时导通，应采用宽 度大于60°的宽脉冲（列）或双 窄脉冲触发；
三相输入-单相输出交-交变频电路是由两组反并联的晶闸 管变流电路和单相负载组成的，与直流电动机反并联可逆调 速系统的结构完全相同。
5.2 交-交变频电路
5.2.1 三相输入-单相输出交-交变频电路 5.2.1.1 电路构成和基本工作原理
变流器正组 P和反组N都 是相控变流 电路
a在正、反两组变流器的输入侧接有足够大的输入滤波电感，使输入电流近似为矩形波， 称为电流型电路；
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.2 阻感性负载
设负载的阻抗角为φ=arctan（ωL/R）。如果用 导线把晶闸管完全短接，稳态时负载电流io应该是 正弦波，其相位滞后于电源电压u1的角度为φ。
显然，在用晶闸管控制时只能进行滞后控制， 使负载电流更为滞后，而无法使其超前。
5.1 交流调压电路