交流电力控制电路

电力电子技术交流电力电路及交—交变频电路

交流——交流（AC——AC）变换电路，它是将一种形式的交流电能变换成另外一种形式的交流电能的电路，可以改变交流电的电压、电流、频率或相数等。其中，只改变电压、电流而不改变交流频率的电路称为交流电力控制电路，包括交流调压电路、交流调功电路、交流电力电子开关等。在改变电压、电流的同时，还需要改变其频率的交流——交流变称电路称为交——交变频电路，即直接把一种频率的交流电变换成另一种频率或可变频率的交流电，因此也称为直接变频电路。另外，还有一种交——直——交变频电路，先将交流电整流成为直流电，再将直流电经无源逆变电路变换成频率可调的交流电，这种带有中间直流环节的变频电路也称为间接变频电路。

12.1交流电力控制电路基本类型及其应用

交流电力控制电路是指通过晶闸管等电力电子器件对输入、输出之间的交流电能进行变换与控制的电路形式，其常用的控制方式有4种：相位控制、周期控制、通断控制和斩波控制。根据不同的控制方法可以将交流电力控制电路分为以下几种基本类型。1、交流调压电路

采用相位控制方式，通常是将两个晶闸管反并联后串接在每相交流电源与负载之间，在电源的每个半周期内触发一次晶闸管，使之导通。通过控制晶闸管开通时所对应的相位来调节交流输出电压的有效值，从而达到交流调压的目的。

2、交流调功电路

采用周期控制方式，是一种有规律的通断控制方式，其电路形式与交流调压电路基本相同，但在控制方式上，是使晶闸管连续导通若干个电源电压周期，再断开若干个周期，每次晶闸管的触发时刻均在电源电压的过零点，即通过改变晶闸管的通态周期数和断开周期数之比，来调节交流输出功率的平均值，从而达到交流调功的目的。

3、交流电力电子开关

采用无规律的通断控制方式，其目的不在于调节负载上的平均输出功率，而只是根据负载或电源的需要接通或断开电路，其作用相当于无触点的交流接触器。由于电源和负载的变化通常是随机发生的，因此交流电力电子开关的这种通断控制方式也是非周期性的。

4、交流斩波调压电路

随着可关断器件的发展及应用，串联在电源和负载之间的开关器件可在一个电源周期内接通断开若干次，从而把正弦波电压斩成若干个脉冲电压，通过改变开关器件的导通比来实现交流调压的目的，同时还可以提高输入侧的功率因素。12.2单相交流调压12.2.1单相交流调压电路

单相交流调压电路的几种基本形式如图所示。反并联混合反并联桥式混合桥式单相交流调压器主电路单相交流调压电路带电阻负载时的电路图及其工作波形如图所示。通过调节α角就可以控制输出电压的大小。正、负半周α的起始时刻（α=0）均为电压过零点。在稳态情况下，为使输出波形对称，应使正负半周α角相等。电阻性负载公式晶闸管电流平均值晶闸管电流有效值负载电阻电压的有效值电阻性负载负载电阻电流的有效值功率因数控制角的移相范围为

0≤a≤π当α=0°时，功率因素COSφ=1，α增大，输入电流滞后电压且畸变，COSφ降低。电感性负载带感性负载的单相调压电路

输出电压、电流波形与控制角α、负载阻抗角φ都有关系。单相交流调压带电感性负载电路波形α<φα=φα>φ单相交流调压带电感性负载电路波形

（1）α>φ

，θ<180°，正负半周电流波形断续，α越大，θ越小。即α的移相范围在（180°-φ）范围内，可以得到连续可调的交流电压。其电流、电压波形如图。单相交流调压带电感性负载电路波形

（2）α=φ

，θ=180°，正负半周电流临界连续，相当于晶闸管失去控制。其电流、电压波形如图。单相交流调压带电感性负载电路波形

（3）α<φ

，在这种情况下若VT1管先被导通，而且θ>180°，如果采用窄脉冲触发，当ug2出现时，VT1管的电流还未到零，VT1管不能关断，VT2管不能导通，等到VT1管中流过的电流为零并关断时，ug2脉冲已经消失，此时VT2管虽受正压，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。其电流、电压波形如图。因而带电感性负载时，晶闸管不能用窄脉冲触发，可用宽脉冲或脉冲列触发。这样即使α<φ

，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，但经几个周波后，负载电流即成为对称连续的正弦波。电感性负载单相交流调压电路以a为参变量的θ和a关系曲线单相交流调压特点：

1）电阻性负载时，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α可以连续改变负载电压有效值，达到交流调压的目的。

2）电感性负载时，不能用窄脉冲触发。否则当α<φ时，会出现一个晶闸管无法导通，生成很大直流分量电流，烧毁熔断器或晶闸管。

3）电感性负载时，最小控制角αmin=φ

（阻抗角）。所以α的移相范围为φ～180°，电阻性负载时移相范围为0°～180°

。可以把θ与α、φ之间的关系用左图所示的一簇曲线来表示。图中以φ为参变量，当φ=0°时，代表电阻性负载，此时θ=180°-α

；若φ为某一特定角度，则当α

≤φ时，θ

=180°，当α>φ时，θ随着α的增加而减小。12.2.2三相交流调压电路当相位控制的交流调压电路所带负载为异步电动机或其他三相负载时，需要采用三相交流调压电路。带零线的星形连接反并联

三相交流调压电路带零线的星形连接反并联调压电路其三相负载连接为星形，各相通过零线自成回路，相当于三个相位互差120°的单相反并联交流调压电路的组合，因此其控制角α的移相范围为0°～180°，各相输出电压、电流及电路中晶闸承受的电压、电流与单相交流电压调压电路一致。缺点是三次谐波在零线中的电流较大。星形连接带中线的

三相交流调压电路如上图所示为负载按连接的三相交流调压电路(星形带中性线的三相交流调压路)，该电路各相通过零线自成回路，它相当于三只单相晶闸管交流调压器的组合。星形连接带中线的

三相交流调压电路电路中晶闸管承受的电压、电流就是接于相电压的单相调压器需要考虑的数值，该电路的缺陷是在零线中三次谐波电流很大。由于三次谐波属于零序分量，它在零线中的电流值为各相三次谐波电流值的代数和。用三对反并联晶闸管连接

成三相三线交流调压电路三相三线交流调压电路用三对反并联晶闸管连接

成三相三线交流调压电路上图为用三对反并联晶闸管接成的三相三线交流调压电路。负载可以接成星形，也可接成三角形。由于没有零线，每相电流必须和另一相构成回路，与三相全控桥整流一样，应采用宽脉冲或双窄脉冲触发。用三对反并联晶闸管连接

成三相三线交流调压电路首先要确定电路中门极起始控制点，把图中的晶闸管换成二极管可看出，在电阻负载时，从相电压过零时刻开始，相应的二极管就导通。因此，α的点应定在各相电压过零点。晶闸管VT1、VT3、VT5的触发相位依次相差120°，VT4、VT6、VT2的触发相位依次也相差120°，同相的两个晶闸管的触发相位相差180°。这样，自VT1至VT6的触发相位依次相差60°。晶闸管与者负载连接处成内三折角狭形的三相展交流调压索电路连接成淘内三角预形的交蜜流调压岩电路晶闸管屠与负载眨连接成滨内三雨角形只的三相号交流调晓压电路如上图所舍示，可以使看成是三娃个由线电散压供电的唯单相交流歇调压电路御的组合。何晶闸管点拌应定在线扇电压的零盖点上，V麦T1～V声T6的触返发脉冲依惩次相差6画0度。晶闸管带与负载油连接成扰内三跑角形贪的三相拖交流调糖压电路无论是电勿阻性负载闲还是电感翠性负载，物每一相都差可当作单活相交流调均压电路来牌分析，单尘相交流调殖压电路的染方法和结争果都可沿壁用，注意跪把单相相薄电压改成沙线电压即块可。常见三塞相交流个调压器12.课3交蛋流电力虑控制电枣路12.熄3.1港交拨流调功佩电路1.市过零触碌发的概俊念前述可控窃整流和有阁源逆变电煎路都采用粱移相触发可控制，这现种触发方疾式使得电减路输出为镰缺角的正眨弦波，包钱含大量的央高次谐波榨。为了弥凶补这种不吧足，可采撇用过零触傍发或称零鹊触发。过零触发拉是指在正坊弦交流电宗压过零时欧，触发晶帅闸管，使茅晶闸管或便者处于全她导通或者昼处于全阻装断，使负拖载得到完暖整的正弦金波。由过零仓触发开闻关电路益组止成的单程相交流掏调功器2.理交流调条功器(施周波控帮制器)童的工作再原理交流过零测触发开关兆电路就是滴利用零触盈发方式来需控制晶闸乏管的导通待与关断。经交流零触讨发开关使爪电路在电皮压为零或嗓零附近瞬鞋间接通，网利用管子图电流小于德维持电流降使管子自磨行关断，注这种开关辣对外界的凡电磁干扰遮最小。由过零炎触发开匙关电路坦组鞭成的单仔相交流凶调功器由过零触颈发开关电蚕路组成的谋单相交流外调功器，劈燕是采用周棒期控制的次方式。即启将交流电惩源与负载丑接通几个感整周期，锡再断开几西个整周期芒，通过改非变接通周惭期数与断滨开周期数商的比值来捉调节负载寒上的平均师功率。即秤通过控制适导通比D裂=n/m揪可以调节怎平均功率监。由过零忍触发开茶关电路牵组怪成的单款相交流累调功器3.铺零触发负的两种滋工作模搅式（1）休固定壤周期控友制

总色控制周陵期数m率不变，纸通过调欢节导通诱周期数搅n来调甚节导通村比，进胸而调节挠平均输缸出功率涨。

1蹄）全周栽波连续肆控制由过零触潮发开关电童路组状成的束单相交流总调功器（1）固定周期尸控制2）全周波柿断续式由过零触菌发开关电镜路组捞成的老单相交流书调功器（2）可志变周期控坛制：

即禁导通周期刮数n不变助，而改变路控制周期朱数m，从哑而控制导冻通比及输半出功率。12.结3.2令交流石电力电降子开关采用晶滚闸管反炕并联的较交流开炼关电路上图为普竿通晶闸管锄反并联构膝成的交流开膨关。当点S闭合死时，两撤只晶闸进管均以管解子本身拨的阳极眨电压作票为触发步电压进经行触发秧，具有侄强触发科性质，弱即使对颜触发电面流很大也的管子臣也能可苗靠触发进。随着临交流电雁源的交壳变，两中个晶闸震管轮流帐导通，旱负载上剂得到的豆基本上诱是正弦杰电压。采用双向渐晶闸管的粉交流开关腾电路上图为砖采用双舒向晶闸数管的交碰流开关景，双向弦晶闸管戏为I+着、Ⅲ触茅发方式鄙，其线躁路简单歇，但工枯作频率旋低(小法于40嘴0Hz哥)。单只普通舰晶闸管交起流开关电料路上图为只妹用一只普膜通晶闸管定构成的交障流开关电粗路，该电领路包含一匪个由二极版管组成的极整流桥。包晶闸管只保受正压，搅不受反压短。其缺点榴是由于串熟联元件多秃，其压降吗损耗较大鼠。晶闸管投原切电容（Th逆yri予sto供rS尖wit仅che亿d——趁Cap划aci艺tor算——T妻SC）图森T鸣SC基担本原理蜜图a)习基本单假元单相霸简图b)分含组投切单羊相简图交流电力采电子开关作用对无功功互率控制，琴可提高功翠率因数，除稳定电网淘电压，改船善供电质尺量。性能优于柜机械开关谋投切的电穗容器。结构和异原理晶闸管挎反并联汗后串入攻交流电告路。实际常僻用三相羞，可三梳角形联骆结，也扰可星形驴联结。晶闸管的办投切选择晶闸货管投入时北刻的原则收：该时刻旬交流电源皱电压和电骑容器预充豆电电压相那等，这样负电容器电务压不会产刚生跃变，短就不会产毕生冲击电认流。理想情况希下，希望散电容器预恶充电电压虏为电源电岔压峰值，机这时电源宅电压的变中化率为零只，电容投陕入过程不犁但没有冲功击电流，朵电流也没犹有阶跃变恳化。12ttttusiCuCVT1VT2ttuVT1uusiCuCCVT1VT2VT1图4-幅16我TS歼C理想甜投切时野刻原理舒说明交流电察力电子压开关TSC电饰路也可采躬用晶闸管劳和二极管此反并联的恒方式交流电力篇电子开关由于二极庙管的作用答，在电路绒不导通时uC总会维持袜在电源电丸压峰值。成本稍低资，但响应明速度稍慢待，投切电所容器的最汗大时间滞绞后为一个皮周波。12ttttusiCuCVT1VT2ttuVT1uusiCuCCVT1VT2VT1图4-1伞6T细SC理想声投切时刻分原理说明图斩控式交流调压电路12.3俱.3梦交流斩波调压电阿路交流斩波调压膜电路通常盖采用全控剃器件作为纵开关器件题，电路如卸图所示。救在交流电符源u1的予正半周，朋用V1进迁行斩波控宅制，V3线和VD3滥为感性负誓载电流提仔供续流通季路，在u炼1的负半跪周，用V利2进行斩队波控制，疤V4和V削D4为负须载电流提私供续流通野路。因此，场输入、泄输出均薄为交流辉电压，熟V1～V4均贿需要有蒸双向阻咽断功能防，因此炭在各管副支路中犹需串联勾快恢复发二极管封VD1～VD4，貌以承受关切断时的反摇向电压。斩控式走交流调美压电路在交流盘电源u1的正半周图4-7斩控式交流调压电路12.搁3.3良交磁流斩波调压电路用V1进行斩波塞控制用V3给段负载电流安提供续流膀通道用V2进行斩挪波控制用V4给负载灵电流提嫂供续流昂通道图4-统7誉斩控式轨交流调逆压电路斩控式交联流调压电莲路在交流巡寿电源u1的负半周特性电阻负载屋斩控式交抵流调压电倚路波形电源电流苍的基波分兵量和电源断电压同相狼位，即位狠移因数为载1。电源电流贿不含低次寄谐波，只矛含和开关史周期T有缝关的高次剥谐波。功率因数蛋接近1。12.4交交变频才器晶闸管交狮交变频电派路，也称娘周波变流脾器(Cyc分loco逆nver为tor)把电网频充率的交流销电变成可东调频率的卧交流电的贝变流电路著，属于直接枪变频电路。有单相和圈三相；有弹环流方式葡与无环流勾方式广泛用于策大功率交避流电动机裙调速传动蜘系统，实红际使用的廉主要是三井相输出交研交变频电睬路。12.半4.1太交—交唐变频电线路基本天类型及漫应用1)电路构成剧和基本工逮作原理图4-溜18徐单相友交交变垒频电路肤原理图旋和输出厦电压波腥形12.4葛.1单相交交疑变频器电路构成如图4合-18跨，由P那组和N代组反并兰联的晶拜闸管变头流电路济构成，体和直流六电动机势可逆调狡速用的柳四象限母变流电籍路完全跑相同。变流器P咽和N都是节相控整流对电路。工作原理P组工作相时，负载茫电流io为正。N组工作闻时，io为负。两组变流蹈器按一定崭的频率交冷替工作，肾负载就得庙到该频率璃的交流电趴。改变两组栏变流器的皆切换频率辰，就可改陪变输出频离率wo。改变变径流电路瞒的控制眉角a，就可以菜改变交流越输出电压竟的幅值。图4-1心8单挖相交交变社频电路原吹理图和输正出电压波窑形为使uo波形接筝近正弦凤波，可墨按正弦授规律对a角进行没调制。在半个助周期内鲜让P组a角按正弦喂规律从9荷0°减到呼0°或某直个值，再爹增加到9梢0°，每增个控制间忧隔内的平再均输出电老压就按正代弦规律从校零增至最医高，再减菌到零。另拿外半个周尺期可对N贼组进行同坦样的控制哑。uo由若干段际电源电压弄拼接而成屠，在uo的一个周驴期内，包意含的电源性电压段数暗越多，其型波形就越尤接近正弦即波。2)整流与锅逆变工缸作状态图4-灵19盏理想奴化交交彻变频电种路的整承流和逆片变工作兰状态阻感负顿载为例啄，也适妹用于交坑流电动奇机负载到。把交交新变频电辩路理想揪化，忽涨略变流外电路换磨相时uo的脉动司分量，造就可把胃电路等骄效成图绣4-1惨9a所星示的正典弦波交蜜流电源务和二极妨管的串贱联。设负载震阻抗角湖为j，则输出洞电流滞后庭输出电压j角。两组变退流电路锅采取无丹环流工甲作方式简，即一猎组变流帽电路工艰作时，损封锁另株一组变均流电路艺的触发骂脉冲。图4-1押9理结想化交交井变频电路势的整流和逗逆变工作纷状态工作状痰态图4-荡19矿理想毙化交交珠变频电蹦路的整耻流和逆振变工作匹状态图4-绢19糊理想皇化交交接变频电紫路的整泊流和逆祸变工作习状态t1~t3期间：io正半周，治正组工作舍，反组被苦封锁。t1~t2：uo和io均为正第，正组砌整流，拖输出功尾率为正初。t2~t3：uo反向，io仍为正，仇正组逆变掘，输出功哈率为负。t3~t5期间：io负半周必，反组伟工作，佩正组被芳封锁。t3~t4：uo和io均为负堤，反组神整流，辉输出功滥率为正驱。t4~t5：uo反向，io仍为负，接反组逆变兰，输出功把率为负。图4-1部9理沉想化交交傻变频电路距的整流和裂逆变工作痕状态小结：哪一组易工作由io方向决桥定，与uo极性无肚关。工作在整病流还是逆畅变，则根迫据uo方向与io方向是否喷相同确定罢。当uo和io的相位穿差小于休90°幼时，一疗周期内宁电网向携负载提震供能量剧的平均礼值为正伟，电动誓机工作铃在电动疼状态。当二者浮相位差画大于9佳0°时独，一周温期内电裳网向负渠载提供南能量的珍平均值貌为负，优电网吸物收能量袋，电动桐机为发控电状态复。考虑无环纠流工作方吉式下io过零的跨死区时服间，一菠周期可虹分为6弹段。图4-2屑0单傍相交交变扰频电路输洲出电压和帖电流波形第1段io<0，uo>0，反组逆那变第2段电流过零痒，为无环踏流死区第3段io>0，uo>0，正组整擦流第4段io>0，uo<0，正组是逆变第5段又是无环毒流死区第6段io<0，uo<0，为欲反组整蜡流12.榴4.3三相交交巨变频电路由三组输匙出电压相提位各差120°的单薯相交交词变频电薪路组成喜。1)

电路接线方式公共交流母线进线方式输出星形联结方式交交变频粘电路主要忧应用于大龄功率交流磨电机调速系统粘，使用的暂是三相交堤交变频电仔路。(1)公共交济流母线充进线方岸式图4-2尿4公寺共交流母统线进线三鸭相交交变华频电路（皱简图）由三组彼众此独立的馒、输出电划压相位相窃互错开120°的单杠相交交悦变频电讲路构成涌。电源进线菌通过进线笼电抗器接为在公共的会交流母线议上。因为电源闻进线端公境用，所以贝三组的输捏出端必须畅隔离。为树此，交流织电动机的弯三个绕组步必须拆开浙。主要用于润中等。容叼量的交流盒调速系统汗。(2)输出星顽形联结咸方式三组的旅输出端革是星形更联结，紧电动机莲的三个惧绕组也毛是星形僚联结电动机投中点不禁和变频任器中点润接在一兵起