ui
uo
➢利用电力电子电路实现电压调节
电力电子技术
➢ 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
交流电力 控制电路
只改变电压,电 流或控制电路
交流调压电路 相位控制
的通断,而不改 变频率的电路。
交流调功电路
通断控制
变频电路
交交变频 直接
改变频率的电路 交直交变频 间接
效关系 4. 晶闸管交流开关
了解 掌握 掌握、计算与普通晶闸管的等
了解固态继电器
电力电子技术
第一节 交流开关及应用
双向晶闸管－－Bidirectional Thyristor
小电流 塑封式
螺栓式
平板式
一对反并联晶闸管 双向晶闸管的外形
K G
A
等效电路及图形符号
两个阳极：第一阳 极 T1 和 第 二 阳 极 T2 一个门极G
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一 双向晶闸管
二、双向晶闸管的触发方式
➢ 双向晶闸管正反两个方向都能够导通，门极加正、负信号 都能够触发，所以有4种触发方式。
1. I＋触发方式：第一象限，T1为正，T2为负； 门极电压是G为正，T2为负；正触发；
2. I－触发方式：第一象限，T1为正，T2为负； 门极电压是G为负，T2为正；负触发；
u1
Uo=U1, 随 的增大，Uo降低，
O
t
=π时， Uo =0。
uo
λ与 的关系:
=0时，功率因数λ=1， 增大，输入电流滞后于电压
且畸变，λ降低。
O
t
io
O
t
u
V
T
O
t
图6-3 电阻负载单相交流调压电路及其波形
电力电子技术
➢ 电阻负载上交流电压有效值为
U R
1 (
2U 2 sin t)2 d (t) U 2
1 sin 2
2
➢ 改变角α即可调节负载两端的输出电压有效值，达到交流 调压的目的。
➢ 电流有效值和电路功率因数为
I U R U 2 1 sin 2
R R 2
cos P U R I 1 sin 2
S U 2 I 2
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➢ 2.电感性负载
➢ 图6－16所示为电感性负载的交流调压电路。
~220V
Rd
V
10Ω
A
Im
Id=0
t 0 π/2 π
2π
V~
t
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双向晶闸管参数
普通晶闸管 KP100-8
双向晶闸管 KS100-8
Id＝100A
额定电流 100A
I2＝100 A
Imp
Ims
Id
i2
0
π/2 π
2π
t 0
π/2 π
2π
t
1
Id 2
0
I mp
sin td (t)
I mp
3. III＋触发方式：第三象限，T1为负，T2为正； 门极电压是G为正，T2为负；正触发；
4. III－触发方式：第三象限，T1为负，T2为正； 门极电压是G为负，T2为正；负触发；
触发方式特性参考表6-2，第三种触发方式灵敏度最低，尽量不用。
思考题:双向晶闸管有哪几种触发方式？一般选用哪几种？
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图4－1电阻负载单相交流调压电路
uo
导通段=
2N M
2 U1
2 uo,io
u1
M
O
3 4
t
M
MM
电源周期
控制周期=M倍电源周期=2
图6-2 交流调功电路典型
波形(M =3、N =2)
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第二节 单相交流调压电路
➢ 1) 电阻负载
输出电压与 α 的关系:
移相范围为0≤ ≤π。
=0时，输出电压为最大 。
□：额定电流，有效值 □：额定电压
例如：型号KS100－8 双向晶闸管 额定电流100A 额定电压800V
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✓ 双向晶闸管通常用在交流电路中，因此不用平均值而用有 效值来表示其额定电流值。
普通晶闸管 IT(AV)
双向晶闸管 IT(RMS)
~220V
VT Rd
10Ω
A
Im
Id
0
π/2 π
2π
– ui 正半周－> I＋ , VT导通 0 – ui 负半周－> Ⅲ－ , VT导通
Q 断开
Q 闭合
t
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二 交流开关
2.固态开关
➢ 固态开关也称固态继电器或固
10mA
态接触器(Solid State Switch
/Relay /Contactor)，是以双向晶
闸管为基础构成的无触点通断
障，可靠性高； （2）无燃弧触点，无触点间的火花、电弧，无触点抖动和
磨损，对外干扰小； （3） 开关速度迅速，动作时间可达10-3S以下； （4）灵敏度高，控制功率小，能很好地与TTL、CMOS电
路兼容； （5） 抗冲击振动性能优良，容易实现“零”压切换； （6） 一般用绝缘材料灌封成全封闭整体，所以具有良好的
+ _
+ T1
I
_ G T2
IG=0
O U
b)
✓晶闸管交流开关，与普通机械式、有触电 开关相比，有哪些优点？
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二 交流开关
1.基本交流开关电路
– Q的闭合、打开 －> 主电路的导通与关断
– 触发电路
RL
T1
R1
ui ~
VT
G
Q
T2
➢Q 打开时：
– VT无触发信号，不导通 uo
➢Q 闭合时：
θ=180° ， 即 正 负 半 周 电 流 临 界 连续。 ➢ 相当于晶闸管失去控制，电流电 压波形如图所示。
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（3） α< φ 如图6－19
➢ 此种情况若开始给VT1管以触发脉冲， VT1管导通，而且θ>180°。
➢ 如果触发脉冲为窄脉冲，当ug2出现时， VT1管的电流还未到零，VT1管关不断， VT2管不能导通。
防潮、防霉、防腐性能，防爆性能也极佳； （7） 半导体器件作为开关工作，寿命长； （8） 易实现附加功能。
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二 交流开关
➢ 固态继电器的缺点 （1）导通后的管压降大，正向降压可达1~2V。 （2）关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流，不能实现理
想的电隔离。 （3）由于管压降大，导通后的功耗和发热量也大，大功率
➢ 当VT1管电流到零关断时，ug2脉冲已 消失，此时VT2管虽已受正压，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。因而 电感性负载时，晶闸管不能用窄脉冲触 发，可采用宽脉冲或脉冲列触发。
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综上所述，单相交流调压有如下特点： ①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，产生很大直流分量电流，烧 毁熔断器或晶闸管。 ③电感性负载时，最小控制角α min =φ (阻抗角)。所以的 移相范围为φ～180°，电阻负载时移相范围为0～180°。
图6－16 单相交流调压电感负载电路图
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➢ 下面分三种情况加以讨论。 （1）α> φ
由图6－16(b)可见，当α> φ 时，θ<180°，即正负半周电流 断续，且α越大，θ越小。
可见， α在φ ~180°范围内， 交流电压连续可调。电流电压波 形如图6－16(b)所示。
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（2） α=φ ➢ 由 图 6 － 18 可 知 ， 当 α=φ 时 ，
交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周期, 在断开几个周期,通过通断周波数的比值来调节负 载所消耗的平均功率。
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1.2 交流调功电路
电阻负载时的工作情况
控制周期为M倍电源 周期，晶闸管在前N 个周期导通，后M－ N个周期关断。
负载电压和负载电流 （也即电源电流）的
重复周期为M倍电源
周期。
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四 斩控式交流调压电路
调压方式
➢ 改变斩波器件的导通比
✓ 设斩波器件（V1或V2）导 通时间为ton，开关周期为
T，则导通比 = ton/T，改 变 可调节输出电压
Ims 2I2
电流波形正半周面积相等（最大值相等），即可等效代换。
Imp＝314 A
Ims Imp 314A I2 314 / 2 222A
KS300-8
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一 双向晶闸管
➢思考题： 推导普通晶闸管与双向晶闸管额定电流之
间的等效关系。
Id IT(AV) I2 IT(RMS)
组件。
➢ 基本交流开关电路中，用光耦 代替开关Q，同时起光电隔离 作用。
– 1、2为输入端，相当于继电器或 接触器的线圈；
– 3、4为输出端，相当于继电器或 接触器的一对触点，与负载串联 后接到交流电源上。
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二 交流开关
➢ 固体继电器的主要优点是：弱信号对强电的控制。 （1）无运动零部件，无机械磨损，无动作噪声，无机械故
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应用
1 灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制)。 2 异步电动机软起动。 3 异步电动机调速。 4 供用电系统对无功功率的连续调节。 5 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。
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