引言■交流-交流變流電路：把一種形式的交流變成另一種形式交流的電路?！鼋涣?交流變換電路可以分為直接方式（即無(wú)中間直流環(huán)節(jié)）和間接方式（有中間直流環(huán)節(jié)）兩種?！鲋苯臃绞?/p>

◆交流電力控制電路：只改變電壓、電流或?qū)﹄娐返耐〝噙M(jìn)行控制，而不改變頻率的電路?！糇冾l電路：改變頻率的電路。1第一頁(yè)，共33頁(yè)。第一頁(yè)，共33頁(yè)。6.1交流調(diào)壓電路

6.1.1單相交流調(diào)壓電路

2第二頁(yè)，共33頁(yè)。第二頁(yè)，共33頁(yè)。6.1交流調(diào)壓電路·引言■把兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，通過(guò)對(duì)晶閘管的控制就可以控制交流輸出?！鼋涣麟娏刂齐娐?/p>

◆交流調(diào)壓電路：在每半個(gè)周波內(nèi)通過(guò)對(duì)晶閘管開通相位的控制，調(diào)節(jié)輸出電壓有效值的電路。

◆交流調(diào)功電路：以交流電的周期為單位控制晶閘管的通斷，改變通態(tài)周期數(shù)和斷態(tài)周期數(shù)的比，調(diào)節(jié)輸出功率平均值的電路?！艚涣麟娏﹄娮娱_關(guān)：串入電路中根據(jù)需要接通或斷開電路的晶閘管?！鰬?yīng)用

◆燈光控制（如調(diào)光臺(tái)燈和舞臺(tái)燈光控制)。

◆異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)。

◆異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速。

◆供用電系統(tǒng)對(duì)無(wú)功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。

◆在高壓小電流或低壓大電流直流電源中，用于調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。3第三頁(yè)，共33頁(yè)。第三頁(yè)，共33頁(yè)。6.1.1單相交流調(diào)壓電路Ou1uoiouVTwtOwtOwtOwt圖6-1電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及其波形■電阻負(fù)載

◆工作過(guò)程

?在交流電源u1的正半周和負(fù)半周，分別對(duì)VT1和VT2的開通角進(jìn)行控制就可以調(diào)節(jié)輸出電壓。

◆基本的數(shù)量關(guān)系?負(fù)載電壓有效值Uo

?負(fù)載電流有效值Io

?晶閘管電流有效值IT

?功率因數(shù)(6-1)(6-2)(6-3)(6-4)4第四頁(yè)，共33頁(yè)。第四頁(yè)，共33頁(yè)。6.1.1單相交流調(diào)壓電路VT1圖6-2阻感負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及其波形■阻感負(fù)載◆工作過(guò)程?若晶閘管短接，穩(wěn)態(tài)時(shí)負(fù)載電流為正弦波，相位滯后于u1的角度為，當(dāng)用晶閘管控制時(shí)，只能進(jìn)行滯后控制，使負(fù)載電流更為滯后。

?設(shè)負(fù)載的阻抗角為，穩(wěn)態(tài)時(shí)的移相范圍應(yīng)為≤≤。

?在t=時(shí)刻開通晶閘管VT1，可求得導(dǎo)通角，即◆的移相范圍為0≤≤，隨著的增大，Uo逐漸降低，逐漸降低。

(6-7)5第五頁(yè)，共33頁(yè)。第五頁(yè)，共33頁(yè)。6.1.1單相交流調(diào)壓電路圖6-3單相交流調(diào)壓電路以為參變量的和關(guān)系曲線

以為參變量，利用式(6-7)可以把和的關(guān)系用圖6-3的一簇曲線來(lái)表示?！艋镜臄?shù)量關(guān)系

?負(fù)載電壓有效值Uo

?晶閘管電流有效值IVT

(6-8)(6-9)6第六頁(yè)，共33頁(yè)。第六頁(yè)，共33頁(yè)。6.1.1單相交流調(diào)壓電路?負(fù)載電流有效值Io

?晶閘管電流IVT的標(biāo)么值

式中圖6-4單相交流調(diào)壓電路為參變量時(shí)IVTN和關(guān)系曲線(6-10)(6-11)7第七頁(yè)，共33頁(yè)。第七頁(yè)，共33頁(yè)。6.1.1單相交流調(diào)壓電路◆<時(shí)的工作情況

?VT1的導(dǎo)通時(shí)間超過(guò)。

?觸發(fā)VT2時(shí)，io尚未過(guò)零，VT1仍導(dǎo)通，VT2不會(huì)導(dǎo)通，io過(guò)零后，VT2才可開通，VT2導(dǎo)通角小于。

?io有指數(shù)衰減分量，在指數(shù)分量衰減過(guò)程中，VT1導(dǎo)通時(shí)間漸短，VT2的導(dǎo)通時(shí)間漸長(zhǎng)。圖6-5<時(shí)阻感負(fù)載交流調(diào)壓電路工作波形8第八頁(yè)，共33頁(yè)。第八頁(yè)，共33頁(yè)。6.1.1單相交流調(diào)壓電路◆例6-1一單相交流調(diào)壓器，輸入交流電壓為220V，50Hz，負(fù)載為電阻電感，其中R=8Ω，XL=6Ω。試求=/6、/3時(shí)的輸出電壓、電流有效值及輸入功率和功率因數(shù)。解：負(fù)載阻抗及負(fù)載阻抗角分別為：

因此開通角的變化范圍為：

即①當(dāng)=/6時(shí)，由于<,因此晶閘管調(diào)壓器全開放，輸出電壓為完整的正弦波，負(fù)載電流也為最大，此時(shí)輸出功率最大，為

9第九頁(yè)，共33頁(yè)。第九頁(yè)，共33頁(yè)。6.1.1單相交流調(diào)壓電路功率因數(shù)為實(shí)際上，此時(shí)的功率因數(shù)也就是負(fù)載阻抗角的余弦。②時(shí)，先計(jì)算晶閘管的導(dǎo)通角，由式（6-7）得

解上式可得晶閘管導(dǎo)通角為：10第十頁(yè)，共33頁(yè)。第十頁(yè)，共33頁(yè)。6.1.1單相交流調(diào)壓電路11第十一頁(yè)，共33頁(yè)。第十一頁(yè)，共33頁(yè)。6.1.1單相交流調(diào)壓電路■單相交流調(diào)壓電路的諧波分析

◆帶電阻負(fù)載時(shí)，對(duì)負(fù)載電壓uo進(jìn)行諧波分析

式中(n=3,5,7,…)(n=3,5,7,…)(6-12)12第十二頁(yè)，共33頁(yè)。第十二頁(yè)，共33頁(yè)。6.1.1單相交流調(diào)壓電路基波和各次諧波的有效值可按下式求出負(fù)載電流基波和各次諧波的有效值為圖6-6電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路基波和諧波電流含量

(n=1,3,5,7,…)

(6-13)(6-14)◆電流基波和各次諧波標(biāo)么值隨變化的曲線，如圖6-6所示，其中基準(zhǔn)電流為=0時(shí)的電流有效值?！糇韪胸?fù)載時(shí)

?電流諧波次數(shù)和電阻負(fù)載時(shí)相同，也只含3、5、7…等次諧波。

?隨著次數(shù)的增加，諧波含量減少。

?和電阻負(fù)載時(shí)相比，阻感負(fù)載時(shí)的諧波電流含量少一些。

?當(dāng)角相同時(shí)，隨著阻抗角的增大，諧波含量有所減少。13第十三頁(yè)，共33頁(yè)。第十三頁(yè)，共33頁(yè)。6.1.1單相交流調(diào)壓電路圖6-7斬控式交流調(diào)壓電路■斬控式交流調(diào)壓電路

◆工作原理?用V1，V2進(jìn)行斬波控制，用V3，V4給負(fù)載電流提供續(xù)流通道。

?設(shè)斬波器件（V1，V2）導(dǎo)通時(shí)間為ton，開關(guān)周期為T，則導(dǎo)通比=ton/T，通過(guò)改變來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。

◆電源電流的基波分量是和電源電壓同相位的，即位移因數(shù)為1，電源電流中不含低次諧波，只含和開關(guān)周期T有關(guān)的高次諧波，這些高次諧波用很小的濾波器即可濾除，這時(shí)電路的功率因數(shù)接近1。

圖6-8電阻負(fù)載斬控式交流調(diào)壓電路波形14第十四頁(yè)，共33頁(yè)。第十四頁(yè)，共33頁(yè)。6.2其他交流電力控制電路

6.2.1交流調(diào)功電路

6.2.2交流電力電子開關(guān)15第十五頁(yè)，共33頁(yè)。第十五頁(yè)，共33頁(yè)。6.2.1交流調(diào)功電路2pNpM電源周期控制周期=M倍電源周期=2p4pMO導(dǎo)通段=M3pM2pMuou1uo,iowtU1201214諧波次數(shù)相對(duì)于電源頻率的倍數(shù)2461080.60.50.40.30.20.1051234In/I0m圖6-11交流調(diào)功電路典型波形(M=3、N=2)

圖6-12交流調(diào)功電路的電流頻譜圖(M=3、N=2)

■交流調(diào)功電路

◆工作原理

?和交流調(diào)壓電路的電路形式完全相同，只是控制方式不同。

?通過(guò)改變接通周波數(shù)與斷開周波數(shù)的比值來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的平均功率。16第十六頁(yè)，共33頁(yè)。第十六頁(yè)，共33頁(yè)。6.2.1交流調(diào)功電路

◆諧波分析

?在交流電源接通期間，負(fù)載電壓電流都是正弦波，不對(duì)電網(wǎng)電壓電流造成通常意義的諧波污染。

?如果以電源周期為基準(zhǔn)，電流中不含整數(shù)倍頻率的諧波，但含有非整數(shù)倍頻率的諧波，而且在電源頻率附近，非整數(shù)倍頻率諧波的含量較大。2pNpM電源周期控制周期=M倍電源周期=2p4pMO導(dǎo)通段=M3pM2pMuou1uo,iowtU1201214諧波次數(shù)相對(duì)于電源頻率的倍數(shù)2461080.60.50.40.30.20.1051234In/I0m圖6-11交流調(diào)功電路典型波形(M=3、N=2)

圖6-12交流調(diào)功電路的電流頻譜圖(M=3、N=2)

17第十七頁(yè)，共33頁(yè)。第十七頁(yè)，共33頁(yè)。6.2.2交流電力電子開關(guān)■交流電力電子開關(guān)：把晶閘管反并聯(lián)后串入交流電路中，代替電路中的機(jī)械開關(guān)，起接通和斷開電路的作用?！鰞?yōu)點(diǎn)：響應(yīng)速度快，沒有觸點(diǎn)，壽命長(zhǎng)，可以頻繁控制通斷。■與交流調(diào)功電路的區(qū)別

◆并不控制電路的平均輸出功率?！敉ǔ]有明確的控制周期，只是根據(jù)需要控制電路的接通和斷開?！艨刂祁l度通常比交流調(diào)功電路低得多。

18第十八頁(yè)，共33頁(yè)。第十八頁(yè)，共33頁(yè)。6.3交交變頻電路

6.3.1單相交交變頻電路

19第十九頁(yè)，共33頁(yè)。第十九頁(yè)，共33頁(yè)。6.3.1單相交交變頻電路圖6-13單相交交變頻電路原理圖和輸出電壓波形

■交交變頻電路是把電網(wǎng)頻率的交流電直接變換成可調(diào)頻率的交流電的變流電路，因?yàn)闆]有中間直流環(huán)節(jié)，因此屬于直接變頻電路?！鲭娐窐?gòu)成和基本工作原理

◆由P組和N組反并聯(lián)的晶閘管相控整流電路構(gòu)成，和直流電動(dòng)機(jī)可逆調(diào)速用的四象限變流電路完全相同。

◆工作原理

?P組工作時(shí)，負(fù)載電流io為正，N組工作時(shí)，io為負(fù)。

?兩組變流器按一定的頻率交替工作，負(fù)載就得到該頻率的交流電。

√改變兩組變流器的切換頻率，就可以改變輸出頻率0。

√改變變流電路工作時(shí)的控制角，就可以改變交流輸出電壓的幅值。20第二十頁(yè)，共33頁(yè)。第二十頁(yè)，共33頁(yè)。6.3.1單相交交變頻電路圖6-13單相交交變頻電路原理圖和輸出電壓波形

◆為使uo波形接近正弦波，可按正弦規(guī)律對(duì)角進(jìn)行調(diào)制。

?在半個(gè)周期內(nèi)讓P組角按正弦規(guī)律從90°減到0°或某個(gè)值，再增加到90°，每個(gè)控制間隔內(nèi)的平均輸出電壓就按正弦規(guī)律從零增至最高，再減到零；另外半個(gè)周期可對(duì)N組進(jìn)行同樣的控制。

?uo由若干段電源電壓拼接而成，在uo的一個(gè)周期內(nèi)，包含的電源電壓段數(shù)越多，其波形就越接近正弦波。21第二十一頁(yè)，共33頁(yè)。第二十一頁(yè)，共33頁(yè)。6.3.1單相交交變頻電路圖6-14理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài)■整流與逆變工作狀態(tài)

◆以阻感負(fù)載為例，把電路等效成圖6-14a所示的正弦波交流電源和二極管的串聯(lián)，二極管體現(xiàn)了交流電路的電流的單方向性?！粼O(shè)負(fù)載阻抗角為，則輸出電流滯后輸出電壓角，兩組變流電路采取無(wú)環(huán)流工作方式，即一組變流電路工作時(shí)，封鎖另一組變流電路的觸發(fā)脈沖。

◆工作狀態(tài)

?t1~t3期間：io處于正半周，正組工作，反組被封鎖。√t1~t2階段：uo和io均為正，正組整流，輸出功率為正?！蘴2~t3階段：uo反向，io仍為正，正組逆變，輸出功率為負(fù)。22第二十二頁(yè)，共33頁(yè)。第二十二頁(yè)，共33頁(yè)。6.3.1單相交交變頻電路圖6-14理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài)

?t3~t5期間：io處于負(fù)半周，反組工作，正組被封鎖。

√t3~t4階段：uo和io均為負(fù)，反組整流，輸出功率為正。

√t4~t5階段：uo反向，io仍為負(fù)，反組逆變，輸出功率為負(fù)?！艚Y(jié)論

?哪組變流電路工作由io方向決定，與uo極性無(wú)關(guān)。

?變流電路工作在整流還是逆變狀態(tài)，根據(jù)uo方向與io方向是否相同來(lái)確定。23第二十三頁(yè)，共33頁(yè)。第二十三頁(yè)，共33頁(yè)。6.3.1單相交交變頻電路◆考慮到無(wú)環(huán)流工作方式下負(fù)載電流過(guò)零的正反組切換死區(qū)時(shí)間，一周期的波形可分為6段：第1段io<0，uo>0，為反組逆變；第2段電流過(guò)零，為切換死區(qū)；第3段io>0，uo>0，為正組整流；第4段io>0，uo<0，為正組逆變；第5段又是切換死區(qū)；第6段io<0，uo<0，為反組整流?！舢?dāng)輸出電壓和電流的相位差小于90°時(shí)，一周期內(nèi)電網(wǎng)向負(fù)載提供能量的平均值為正，若負(fù)載為電動(dòng)機(jī)，則電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)二者相位差大于90°時(shí)，一周期內(nèi)電網(wǎng)向負(fù)載提供能量的平均值為負(fù)，即電網(wǎng)吸收能量，電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)。圖6-15單相交交變頻電路輸出電壓和電流波形24第二十四頁(yè)，共33頁(yè)。第二十四頁(yè)，共33頁(yè)。當(dāng)uo和io的相位差小于90°時(shí)，一周期內(nèi)電網(wǎng)向負(fù)載提供能量的平均值為正，電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)二者相位差大于90°時(shí)，一周期內(nèi)電網(wǎng)向負(fù)載提供能量的平均值為負(fù)，電網(wǎng)吸收能量，電動(dòng)機(jī)為發(fā)電狀態(tài)?？紤]無(wú)環(huán)流工作方式下io過(guò)零的死區(qū)時(shí)間，一周期可分為6段。圖4-20單相交交變頻電路輸出電壓和電流波形第1段

io

<0，

uo

>0，反組逆變第2段電流過(guò)零，為無(wú)環(huán)流死區(qū)第3段

io>0，

uo>0，正組整流

第4段

io>0，uo

<0，正組逆變

第5段又是無(wú)環(huán)流死區(qū)

第6段

io

<0，uo

<0，為反組整流

25第二十五頁(yè)，共33頁(yè)。第二十五頁(yè)，共33頁(yè)。6.3.1單相交交變頻電路■輸出正弦波電壓的調(diào)制方法

◆主要介紹最基本的余弦交點(diǎn)法。

◆用余弦交點(diǎn)法求交交變頻電路角的基本公式每次控制間隔內(nèi)輸出電壓的平均值為式中Ud0為=0時(shí)整流電路的理想空載電壓。要得到的正弦波輸出電壓為比較式(6-15)和(6-16)，應(yīng)使式中，稱為輸出電壓比，因此(6-15)(6-16)(6-17)(6-18)26第二十六頁(yè)，共33頁(yè)。第二十六頁(yè)，共33頁(yè)。6.3.1單相交交變頻電路圖6-16余弦交點(diǎn)法原理◆余弦交點(diǎn)法圖解

?線電壓uab、uac、ubc、uba、uca和ucb依次用u1~u6表示，相鄰兩個(gè)線電壓的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)于=0。

?u1~u6所對(duì)應(yīng)的同步信號(hào)分別用us1~us6表示，us1~us6比相應(yīng)的u1~u6超前30°，us1~us6的最大值和相應(yīng)線電壓=0的時(shí)刻對(duì)應(yīng)，以=0為零時(shí)刻，則us1~us6為余弦信號(hào)。

?希望輸出電壓為uo，則各晶閘管觸發(fā)時(shí)刻由相應(yīng)的同步電壓us1~us6的下降段和uo的交點(diǎn)來(lái)決定。27第二十七頁(yè)，共33頁(yè)。第二十七頁(yè)，共33頁(yè)。6.3.1單相交交變頻電路圖6-17不同時(shí)和ot的關(guān)系◆不同輸出的情況下，在輸出電壓的一個(gè)周期內(nèi)，控制角隨ot變化的情況如圖6-17，圖中

較小，即輸出電壓較低時(shí)，只在離90°很近的范圍內(nèi)變化，電路的輸入功率因數(shù)非常低。28第二十八頁(yè)，共33頁(yè)。第二十八頁(yè)，共33頁(yè)。6.3.1單相交交變頻電路■輸入輸出特性

◆輸出上限頻率

?輸出頻率增高時(shí)，輸出電壓一周期所含電網(wǎng)電壓段數(shù)減少，波形畸變嚴(yán)重，電壓波形畸變及其導(dǎo)致的電流波形畸變和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是限制輸出頻率提高的主要因素。

?就輸出波形畸變和輸出上限頻率的關(guān)系而言，很難確定一個(gè)明確的界限。

?當(dāng)采用6脈波三相橋式電路時(shí)，一般認(rèn)為輸出上限頻率不高于電網(wǎng)頻率的1/3~1/2，電網(wǎng)頻率為50Hz時(shí)，交交變頻電路的輸出上限頻率約為20Hz。29第二十九頁(yè)，共33頁(yè)。第二十九頁(yè)，共33頁(yè)。6.3.1單相交交變頻電路圖6-18交交變頻電路的輸入位移因數(shù)◆輸入功率因數(shù)

?輸入電流相位總是滯后于輸入電壓，需要電網(wǎng)提供無(wú)功功率。

?在輸出電壓的一個(gè)周期內(nèi)，角以90°為中心而前后變化。

?輸出電壓比越小，半周期內(nèi)的平均值越靠近90°，位移因數(shù)越低；負(fù)載功率因數(shù)越低，輸入功率因數(shù)也越低。

?不論負(fù)載功率因數(shù)是滯后的還是超前的，輸入的無(wú)功電流總是滯后的。30第三十頁(yè)，共33頁(yè)。第三十頁(yè)，共33頁(yè)。6.3.1單