第7章交流电力控制电路

1、1第七章第七章 交流电力控制电路交流电力控制电路 n第一节第一节 交流开关及其应用电路交流开关及其应用电路n第二节第二节 单相交流调压电路单相交流调压电路n第三节第三节 相位控制器相位控制器n第四节第四节 三相交流调压电路三相交流调压电路 n本章小节本章小节2第一节第一节 交流开关及其应用电路交流开关及其应用电路一、晶闸管交流开关及应用一、晶闸管交流开关及应用 交流开关可用两只普通晶闸管或者两只自关断交流开关可用两只普通晶闸管或者两只自关断电力电子器件反并联组成。由于出现了双向晶电力电子器件反并联组成。由于出现了双向晶闸管，可以用一只双向晶闸管代替两只反并联闸管，可以用一只双向晶闸管代替两只反

2、并联器件，使电路大大简化。器件，使电路大大简化。 图图7-1 晶闸管开关的基本形式晶闸管开关的基本形式 晶闸管开关的基本形式晶闸管开关的基本形式 3第一节第一节 交流开关及其应用电路交流开关及其应用电路n 光电耦合交流开关光电耦合交流开关 图图7-2 光电耦合交流开关光电耦合交流开关 4第一节第一节 交流开关及其应用电路交流开关及其应用电路n二、由过零触发开关电路组成的单相交流调功器二、由过零触发开关电路组成的单相交流调功器过零触发：在电压过零时给晶闸管以触发脉冲，使过零触发：在电压过零时给晶闸管以触发脉冲，使晶闸管工作状态始终处于全导通或全阻断。晶闸管工作状态始终处于全导通或全阻断。交流零触

3、发开关电路：利用过零触发方式来控制晶交流零触发开关电路：利用过零触发方式来控制晶闸管导通与关断，来实现在设定的周期范围内，闸管导通与关断，来实现在设定的周期范围内，将电路接通几个周波，然后断开几个周波，通过将电路接通几个周波，然后断开几个周波，通过改变晶闸管在设定周期内通断时间的比例，达到改变晶闸管在设定周期内通断时间的比例，达到调节负载两端交流电压即负载功率的目的。因而调节负载两端交流电压即负载功率的目的。因而这种装置也称调功器或周波控制器。这种装置也称调功器或周波控制器。 5第一节第一节 交流开关及其应用电路交流开关及其应用电路n调功器的输出功率调功器的输出功率n调功器输出电压有效值调功器

4、输出电压有效值n设定周期设定周期Tc内导通的周波数为内导通的周波数为n，每个，每个周波的周期为周波的周期为T nCPTnTP nCUTnTU 图图7-4 过零触发调节周波电压的波形过零触发调节周波电压的波形6三、固态开关三、固态开关n固态继电器是一种无触点通断电子开关。固态继电器是一种无触点通断电子开关。它是一种四端有源器件，其中两个端子它是一种四端有源器件，其中两个端子为输人控制端，另外两个端子为输出受为输人控制端，另外两个端子为输出受控端。为实现输人与输出之间的电气隔控端。为实现输人与输出之间的电气隔离器件采用了高耐压的专用光耦合器。离器件采用了高耐压的专用光耦合器。当施加输人信号后，其主

5、电路是导通状当施加输人信号后，其主电路是导通状态，无信号时呈阻断状态。整个器件无态，无信号时呈阻断状态。整个器件无可动部件及触点，实现了相当于电磁继可动部件及触点，实现了相当于电磁继电器一样的功能。电器一样的功能。 7第一节第一节 交流开关及其应用电路交流开关及其应用电路 n三、固态开关三、固态开关b）c）图图7-7 固态开关电路图固态开关电路图 8第二节第二节 单相交流调压电路单相交流调压电路n电阻负载电阻负载 :2sin21)()sin2(1222UtdtUUR2sin212RURUIR22sin)(2cosUUUIUSPRR图图7-9 单向交流调压电阻负载电路单向交流调压电阻负载电路 9

6、第二节第二节 单相交流调压电路单相交流调压电路n可调光台灯的实用电路可调光台灯的实用电路 :R2、C2阻容电路的作用阻容电路的作用: 在在角较大时，角较大时，RP阻值较大，阻值较大，C1充电缓慢。电源电压已过峰值并充电缓慢。电源电压已过峰值并降得很低，降得很低，uC1不足以击穿双向二不足以击穿双向二极管。增设极管。增设R2、C2阻容电路后阻容电路后，在，在大大角时角时, 电压电压uC2给电容给电容C1增加一增加一个充电个充电“电源电源”，以保证晶闸管，以保证晶闸管VT可靠触发导通，增大调压范围可靠触发导通，增大调压范围 图图7-10 双向晶闸管调压电路双向晶闸管调压电路 10二、电感性负载二、

7、电感性负载 图图7-11 单相交流调压单相交流调压电感负载电路及波形电感负载电路及波形 11二、电感性负载二、电感性负载n、n由图由图a可见，可见，,180，正负半波电流，正负半波电流断续。断续。愈大，愈大，愈小。即愈小。即的移相在（的移相在（180-）范围内，可以得到连续可调的交流电压。）范围内，可以得到连续可调的交流电压。n、=n由图由图b可见，当可见，当=时时,=180，即正负半，即正负半周电流临界连续。相当于晶闸管失去控制。周电流临界连续。相当于晶闸管失去控制。 12二、电感性负载二、电感性负载n、 n负载电流只有正半波部分，出现很大直负载电流只有正半波部分，出现很大直流分量，电路不能

8、正常工作。流分量，电路不能正常工作。 n采用宽脉冲或脉冲列触发。这样即使采用宽脉冲或脉冲列触发。这样即使，则在刚开始触发晶闸管的几个周波，则在刚开始触发晶闸管的几个周波内，两管的电流波形还是不对称的。但内，两管的电流波形还是不对称的。但经几周波后，负载电流即成为对称连续经几周波后，负载电流即成为对称连续的正弦波，电流滞后电压的正弦波，电流滞后电压角。角。 13第二节第二节 单相交流调压电路单相交流调压电路n单相交流调压有如下特点：单相交流调压有如下特点：n1) 电阻负载时，负载电流波形与单相桥式可控电阻负载时，负载电流波形与单相桥式可控整流交流侧电流一致。改变控制角整流交流侧电流一致。改变控制

9、角可以连续改可以连续改变负载电压有效值，达到交流调压的目的。变负载电压有效值，达到交流调压的目的。n2) 电感性负载时，不能用窄脉冲触发。否则当电感性负载时，不能用窄脉冲触发。否则当时，会出现一个晶闸管无法导通，并产生时，会出现一个晶闸管无法导通，并产生很大直流分量电流，烧毁熔断器或晶闸管。很大直流分量电流，烧毁熔断器或晶闸管。n3）电感性负载时，最小控制角）电感性负载时，最小控制角min=（阻（阻抗角）。所以抗角）。所以的移相范围为的移相范围为180；电阻；电阻负载时移相范围为负载时移相范围为0180。14第三节第三节 相位控制器相位控制器n单相交流调压控制器中的晶闸管用单相交流调压控制器中

10、的晶闸管用IGBT管取代，它除了实现交流调压应用之外，管取代，它除了实现交流调压应用之外，还是一个相位控制器。还是一个相位控制器。 图图7-14 相位控相位控制器及其波形制器及其波形 15第三节第三节 相位控制器相位控制器n如输入电压如输入电压ui=Umsint，电阻性负载，电阻性负载n负载电压有效值为负载电压有效值为nn输出电压有效值为输出电压有效值为n输出电流有效值为输出电流有效值为 )22sin2sin(12)()sin(221212221mmoUtdtUU)2sin2(1211moUU)2sin2(1211RURUImoo16第三节第三节 相位控制器相位控制器n输出电流的基波分量如图输

11、出电流的基波分量如图7-14 b的虚线的虚线所示，它较输入电压有一定的相位移。所示，它较输入电压有一定的相位移。若改变若改变1、出现的时刻与间隔，就可出现的时刻与间隔，就可改变输出电压的大小和输出与输入之间改变输出电压的大小和输出与输入之间的相差。当要求输出电压有效值一定时，的相差。当要求输出电压有效值一定时，1和和有多种取值，取值不同，输出与有多种取值，取值不同，输出与输入的相位就不同，因此把图输入的相位就不同，因此把图7-14 a的的交流电压控制器称之为相位控制器。交流电压控制器称之为相位控制器。 17第四节三相交流调压电路第四节三相交流调压电路 根据三相联结形式的不同，三相交流调压电路具

12、有多种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形式n负载acn负载abca)b)负载abcc)负载bd) 图4-9abcuaubuciaUa0nuaubucianuaubucianuaubuciaVT1VT3VT4VT5VT6VT2星形联结星形联结线路控制三线路控制三角形联结角形联结支路控制三支路控制三角形联结角形联结中点控制三中点控制三角形联结角形联结18本章小结本章小结n以电力电子器件组成的交流开关，与传统的接触器以电力电子器件组成的交流开关，与传统的接触器-继电器系统相比，没有触头及可动的机械机构，继电器系统相比，没有触头及可动的机械机构，不存在电弧、触头磨损和熔焊等问题。组

13、成交流开不存在电弧、触头磨损和熔焊等问题。组成交流开关的电力电子器件可以是单、双向晶闸管及关的电力电子器件可以是单、双向晶闸管及IGBT、MCT等自关断器件。等自关断器件。 n交流调压，即使是使用晶闸管也可以籍负载过零自交流调压，即使是使用晶闸管也可以籍负载过零自然关断，不需另加换流电路，所以电路简单，调整然关断，不需另加换流电路，所以电路简单，调整方便。但其含有较严重的谐波分量，不过对于加热方便。但其含有较严重的谐波分量，不过对于加热炉、电光源、小容量的电动机等惯性较大的负载，炉、电光源、小容量的电动机等惯性较大的负载，谐波对工作的影响较小。故交流调压多用于加热或谐波对工作的影响较小。故交流调压多用于加热或者机械惯性较大的负载功率调整。者机械惯性较大的负载功率调整。 19三相交流调压电路性能比较三相交流调压电路性能比较 lU32lU2lU2lU2电路 晶闸管工作电压（峰值） 晶闸管工作电流（峰值）移相范围 线 路 性 能 特 点见图7-160.45Il0180可视为三个单相电路的组合;输出电压电流波形对称;中线电流含