第四章.交流調壓和交交變頻交流調壓是指交流電壓幅值的變換（其頻率不變)。交流調壓有廣泛的應用，它在交流調壓、交流調功和交流開關三種交流電力控制器中廣泛應用。交流電力控制器通常是指接在交流電源與負載之間，用以實現負載電壓有效值和功率調節或開關控制的電力電子裝置。它們可以采用相位控制或通斷控制，相應的裝置也稱為交流調壓器、交流調功器和交流電力

開關。4.1.交流調壓14.1.1.單相交流調壓1）.電阻性負載2輸出有功功率：根據波形可求得負載電壓的有效值：式中：Ua是輸入交流電壓的有效值。負載電流有效值：3有功功率與視在功率（S=UaIR）之比定義為輸入功率因數λ：輸入功率因數λ與控制角α的關系見下圖：42）.電感性負載交流調壓電路工作在電感性負載時，由于控制角α和負載阻抗角ψ的關系不同，晶閘管每半周導通時，會產生不同的過渡過程，因而出現一些要特別注意的問題。5根據KVL：i0取決于控制角α和負載電路參數R、L.（1）.α＞ψ電路工作于（穩定的）周期性的過渡狀態,但電流波形既非正弦又不連續。67（2）.α=ψ電流直接進入穩態值。閘管導通角θ=180O，負載電流波形變成了連續的正弦波，這種情況輸出電壓達最大值，即為輸入電壓（忽略晶閘管壓陣），相當于晶閘管巳被短接，交流電源直接加于負載。8（3）.α＜ψ電流衰減到零的時間拖長．導電角θ＞180O

。a.用窄觸發脈沖電路如同感性半波整流，只有一個晶閘管工作。這對變壓器、電機繞組

一類負載就會造成鐵心飽和，或因線圈直流電阻很小．而產生很大的直流電流．燒斷熔斷器，甚至損壞晶閘管。910b.用寬觸發脈沖：經一過渡過程后，電路工作狀態與α=ψ時相同。寬脈沖觸發，晶閘管總有觸發脈沖，就和二極管一樣了，也就沒有控制了。11根據以上分析可知α≤ψ時，晶閘管已不再起調壓作用；α=ψ時輸出電壓達最大值；單相交流調壓觸發脈沖的移相范圍為180O－ψ。通常設計成把觸發脈沖后沿固定在π處，使脈沖寬度不越過工作的半波，即τ=180O－α，使脈沖寬度僅隨α而變。124.1.2.三相交流調壓13圖（a）相當三個單相分別接于相電壓上，不過其零線中會流過有害的三次諧波（各次三次諧波的代數和）；圖（b）、（C）、（d）即可用于Y形負載，也可用于Δ負載；圖（a）、（b）可獲得三相對稱輸出，圖（C）的三相相輸出不平衡，諧波含量大；圖（d）則正、負半波不對稱，還會出現偶次諧波。下面對諧波較小、用得最多的三相全波Y形連接的調壓電路進行分析：14

15由于沒有中線，如同三相全控橋式整流電路一樣，若要負載通過電流，至少要有兩相構成通路。即在三相電路中，至少要有一相正向晶閘管與另一相的反向晶閘管同時導通。為了保證在電路工作時能使兩個晶閘管同時導通，要求采用大于60O的寬脈沖或雙脈沖的觸發電路；為保證輸出電壓三相對稱并有一定的調節范圍，要求晶間管的觸發信號，除了必須與相應的交流電源有一致的相序外，各觸發信號之間還必須嚴格地保持一定的相位關系。16對圖4.12（a）主電路，要求A．B、C三相電路中正向晶閘管VT1、VT3、VT5的觸發信號相位互差120O，反向晶閘管VT4、VT6、VT2、的觸發信號相位也互差120O，而同一相中反并聯的兩個正、反向晶閘管的觸發脈沖相位應互差180O。各晶閘管觸發脈沖的序列應按VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6的次序，相鄰兩個晶閘管的觸發信號相位差60O。所以原則上，三相全控橋式整流電路的觸發電路均可用于三相全波交流調壓。a.α=0O：見圖4.12。17b.α≠0O有時會出現三相均有晶閘管導通，有時只兩相有晶閘管導通。對于前種情況，三相負載Y連接的中點N與三相電源的中點0等電位；對于后種情況，導通的兩相每相負載上的電壓為其線電壓的一半，不導通相的負載電壓為零。下面是不同α角度的交流調壓波形：18管1沒通，ua=0三相導通，ua=uA

兩相導通，ua=0.5uAB

19α≥60O時，1脈沖來后，5將關斷—三相導通時中點電位為零，故輸出總是線電壓的一半。兩相導通，ua=0.5uAB

202122由以上分析:交流調壓所得的負載電壓和電流波形都不是正弦波，且隨著α角增大，負載電壓相應變小，負載電流開始出現斷續。負載為電感性時，交流調壓輸出的波形及諧波既與α有關，也與負載的阻抗角有關，分析復雜。這時負載電流和電壓波形也不再同相。23交流調壓電路采用的是相位控制方式，使電路中出現缺角正弦波形，它包含高次諧波電流并導致電源波形畸變；晶閘管在α時刻以微秒級速度導通，電阻負載時電流的變化率很大，對電感性負載，即使電路的電感量很小，也會產生相當高的反電勢，形成高頻電磁輻射。因此移相觸發的交流調壓要求電源容量大大超過裝置容量，或者采取濾波和防干擾措施。244.1.3.異步電動機的軟起動(1)無沖擊電流。軟啟動器在啟動電動機時，通過逐漸增大晶閘管導通角，使電動機啟動電流從零線性上升至設定值。(2)恒流啟動。軟啟動器可以引入電流閉環控制，使電動機在啟動過程中保持恒流，確保電動機平穩啟動。（3）電壓斜坡起動。輸出電壓以斜坡線性上升，使傳統降壓起動由有級變無級，主要用于重載起動(4)根據負載情況及電網繼電保護特性選擇，可自由地無級調整至最佳的啟動電流。254.1.4.晶閘管調功器交流調功器的主電路與交流調壓一樣，但采用的是通斷控制。這種控制方式是在設定的周期范圍內，將電路接通幾個周波，然后斷開幾個周波，通過改變晶閘管在設定周期內通斷周波的比例，來調節負載兩端的功率。這種方式相當于相位控制時的α=0O，所以也稱為“零觸發”。由于晶閘管是在電源電壓過零時就被觸發導通，所以負載上得到的是完整的正弦波，調節的是在設定周期內的通斷比（亦稱占空比）。對感性負載，為了防止過大的暫態電流，有時也采用電流過零觸發。26過零觸發可以有全周波連續式和全周波間隔式兩種，分別如圖4.14（a）和（b）所示。27圖中TC為設定的周期，它是交流電源周期T的整數倍，N為TC內的導通周波數．則調功器的輸出電壓有效值：輸出功率：式中：Un和Pn為設定周期TC內全部周波都導通時的輸出有效值電壓和輸出功率。可見，只要改變導通周波數見就可改變輸出電壓和功率。28調功器觸發電路構成框圖如下圖所示：29由波形圖可知，只要改變ur的大小就可改變S的閉合時間，從而控制加于晶閘管的脈沖數量。通斷控制方式晶閘管在電壓過零的瞬間開通，波形為正弦，電網功率因數高，克服了相位

控制時會產生諧波干擾的缺點。但調功器輸出電壓為斷續波，只適用于有較大時間常數的負載，而且晶閘管導通時間是以交流電的周期為基本單位，所以輸出電壓和功率的調節不太平滑。304.1.5.雙向晶閘管交流電力控制器中反并聯的兩只普通晶閘管可由雙向晶閘管（Triac）來代替。雙向晶閘管有兩個主電極（稱第1陽極T1，第2陽極T2）和一個門極G，在門極同側的第2陽極又稱參考電極，門極觸發電位以參考電極為基準。雙向晶閘管在主電極正、反兩個方向，門極加正、負脈沖都能觸發導通，陽極伏安特性在

Ⅰ、Ⅲ象限對稱，共有4種觸發方式：Ⅰ+、Ⅰ-、Ⅲ+、Ⅲ-。3132四種觸發方式的靈敏度各不相同，其中Ⅲ+方式最低。在實際使用中，當用直流或同向門極信號觸發時，宜用Ⅰ-、Ⅲ-方式（即用負門極信號觸

發），而用交流門極信號觸發時，宜用Ⅰ+、Ⅲ-方式。雙向晶閘管不論從結構還是從特性，都可把它看成是一對反并聯的普通晶閘管。由于只有一個門極，且正負脈沖均能觸發，所以在交流開關和交流調壓應用中能使主電路大大筒化，觸發電路設計也比較靈話。

33由于雙向晶閘管常用在交流電路中，所以額定通態電流不用平均值表示，而是以交流電流有效值表示，這點與普通晶閘管不同。例如，l00A的雙向晶閘管，其峰值電流為141A，而普通晶閘管的通態電流是以正弦半波平均值表示，一個峰值電流為14lA的正弦半波電流，它的平均值為141／π=45A。可見，一個100A的雙向晶閘管與兩個反并聯45A的普通晶閘管電流容量相當。雙向晶閘管使用時承受正反兩個半波的電壓和電流，其重新施加du/dt的能力較差。關斷時間也較長。34雙向晶閘管工作時，由于正反向的觸發靈敏度不同，可能會出現正負電流波形不對稱，存在直流分量，因此，最好采用強觸發。雙向晶閘管器件參數的含義與普通晶閘管相同。354.2.交交變頻器364.2.交交變頻器交交變頻器是將固定頻率的交流電直接變成所需頻率的交流電，不需要中間的直流環節，而是一種直接變換器，亦稱周波變流器。交交變頻器依據相位控制角α的不同規律，其輸出可獲得正弦波、方波或梯形波，這里僅對正弦波交交變頻器作一介紹。

37正弦波交交變頻器已知，利用兩套反并聯晶閘管變流裝置，適當對正反組進行控制，在負載上就能獲得交變的輸出電壓uO，uO的幅值決定于整流裝置的相控角α，uO的頻率決定于兩組整流裝置的轉換頻率；變頻和調壓均由變頻器本身完成。

381）.如下圖，按一定規律控制正組P和反組N變流器的工作，在電感感性負載下，假設可得到正弦的負載電壓和電流波形。當電流、電壓極性相同時，瞬時功率為正，變流器工作在整流狀態，功率從交流電網送入負載；反之，瞬時功率是負的，變流器工作在逆變狀態，吸收電能，功率被送回電網。392）.單相全波電路單相交交變頻器1→3→1→31→2→4→34041423）.三相半波電路無環流電路的單相交交變頻器4344

交交變頻器多由三相電網供電，只要電網頻率相對輸出頻率高出許多倍，便可得到由低到高，再由高到低接近正弦規律變化的交流輸出。圖5.59是電感性負載有最大輸出電壓時的波形，其周期為電網周期的五倍，電流滯后電壓，正反組均出現逆變狀態。輸出電壓波形是在每一電網周期控制相應晶閘管開關在適當時刻導通和阻斷，以便從輸入波形區段上建造起低頻輸出波形，或者通俗地說，輸出電壓是由交流電網電壓若干線段“拼湊”起來的。而且，輸出頻率相對輸入頻率比愈低和相數愈多，則輸出波形諧波含量就愈少。454）.三相一三相交交變頻電路464748由于電網電壓是交變的，當用晶閘管作開關器件時，適當安排觸發脈沖可使它承受反壓而關斷，所以大多數交交變頻電路可以采用電網換流。由于采用相位控制，晶閘管的觸發脈沖總是滯后，所以不論是電阻負載、電感負載或電容性負載，交流電源輸入電流總是滯后于相應的電壓。用半控型器件晶閘管組成的交交變頻器最高輸出頻率一般不超過電網頻率的l／3－1／2（視整流相數而定），否則輸出波形畸變太大，會降低裝置的效率和功率因數。49交交變頻器的控制也有電壓控制型和電流控制型兩種。電壓型變頻器的輸出是電壓，其輸出電壓跟隨給定信號變化，受負載電流變化影響小；電流型變頻器的輸出是電流，其輸出電流跟隨給定信號變化，受負載電壓變化影響小。電壓源型變頻器容易實現電壓控制。余弦交點法是常用的方法之一。其移相角控制的規律，應使得整流輸出電壓的瞬時值最接近于理想正弦電壓的瞬時值，即使得每一瞬時整流電壓值和理想輸出電壓相等。而整流輸出電壓Udo是由延遲角α的余弦cosα決定的，即晶閘管

整流裝置的平均輸出電壓：505152下圖是一種使兩組按間歇方式工作的交交變頻器控制框圖。由期望輸出正弦波與余弦同步信號的交點建立時基信號送到正反組觸發電路。電流檢測作禁止信號，即一組電流尚在流過時，另一組不得導通。53交交變頻與直交變頻相比，省去了中間直流環節和換流電路，減少了損耗，因而效率高；可運行于整流和逆變兩種工作狀態，用于電機調速很容易實現四象限運行。但用晶閘管作功率開關器件時，其最高頻率受輸出電流諧波及電動機轉矩脈動的限制（三相交交變頻器一般不能超過電網頻率的1/3），功率因數低，主回路器件數量多，故適用于低速、大容量的場合。采用交交變頻時，容量分別由三相可逆整流裝置承擔，在每個整流臂中就可能無須并聯器件。54習題和思考題1.題4.1、4.2、4.3、4.4（能說明雙向可控硅的符號、觸發、導通方式）、4.10、4.11、4.13。55穩壓模塊

一、產品概述

晶閘管智能控制穩壓模塊，內含自動調節電路、晶閘管和移相觸發電路，電壓采樣、穩壓調整電路，具有對負載進行調壓及穩壓的功能。

產品特點：

1、工藝先進，質量可靠

采用DCB（陶瓷覆銅）工藝，配合國外可靠的芯片，精心制作，熱循環負載次數達萬次以上，使用壽命長。

2、使用安全方便

⑴、采用0～10V（或0～12V）直流信號，即可對輸出電壓進行平滑調節,也可對穩定電壓進行調節。

56⑵、可手動、儀表和微機控制。⑶、觸發電路系統、晶閘管、導熱底板相互絕緣隔離，介電強度大于2500V。

⑷、三相模塊交流輸入端無相序限制。

⑸、適應于阻性、感性、容性負載。

二、產品類別

晶閘管智能控制穩壓模塊分兩種：通用式穩壓模塊和專用式穩壓模塊。

通用式穩壓模塊穩壓精度在3％以內，專用式穩壓模塊由于可以對特定電壓進行針對性設計，電壓采樣精度高，穩壓精度要高于通用式穩壓模塊。通用式穩壓模塊的規格、型號詳見表1－表2

57三相整流穩壓模塊

MZKS－ZL－WY－24002400A450VMZKS－ZL－WY－18001800A450VMZKS－ZL－WY－12001200A450VMZKS－ZL－WY－800800A450VMZKS－ZL－WY－600600A450VMZKS－ZL－WY－400400A450VMZKS－ZL－WY－200200A450VMZKS－ZL－WY－100100A450VMZKS－ZL－WY－5050A450VMZKS－ZL－WY－2525A450V58

調功模塊

一、產品簡介

1、產品用途

廣泛應用于調功，工業調溫及各種交流開關等用電場合。

2、產品特點

⑴、采用DCB（陶瓷覆銅）工藝，配合國外可靠芯片，精心制作。熱循環負載次數達萬次以上，使用壽命長。

⑵、采用過零觸發形式。

⑶、觸發電路、晶閘管、導熱底板互相絕緣隔離，介電強度大于2500V。591、模塊內部電聯接形式

圖1

三相調功A模塊

60圖2單相調功A模塊61

SXTY三相交流調壓（閉環）觸發板用于三相交流調壓系統中可控硅的移相觸發單元，該觸發板含有同步信號檢測、閉環PI調節器及脈沖變壓器輸出單元。可構成具有穩壓輸出功能的三相交流調壓系統。

SXTY三相交流調壓板技術參數

621、交流輸入電壓：雙18V（AC，50Hz）；輸入電流≤200mA；

2、主回路額定工作電壓：380V（AC，50Hz）；

3、三相同步信號輸入范圍：線電壓30V；輸入電流≤5mA；

4、觸發脈沖寬度：1.5mS；

5、脈沖移相范圍：0～180°；

6、輸入直流控制電壓：0～10V；輸入電流≤1mA；

7、各相脈沖不均衡度：＜±3°；

8、手動控制電位器：10KΩ；

9、電壓反饋參數：交流反饋電壓輸入≤10VAC；

10、工作環境：環境溫度：—10℃～+45℃；

環境濕度：≤80﹪。

63SXTY三相交流調壓板的工作原理

SXTY三相交流調壓（閉環）觸發板采用高性能移相觸發電路TC787。是集同步信號檢測、閉環PI調節器及脈沖變壓器輸出單元于一體，具有恒壓輸出功能的三相交流調壓系統的觸發控制單元。

.該觸發板的同步信號輸入，取自于與主回路同相的交流信號（信號輸入范圍：線電壓30VAC，50Hz）。移相控制電壓在0～10V范圍內變化時，其輸出電壓將在0V～全壓范圍內有相應