交流調(diào)壓(遠(yuǎn)程)

1、第第 三十一講三十一講主講教師：王念春主講教師：王念春第六章 交流調(diào)壓第一節(jié) 概述在工業(yè)生產(chǎn)和日用電氣設(shè)備中，有不少由交流供電如加熱爐的溫度，電光源的亮度，小型交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速等，要根據(jù)工作需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。這些設(shè)備的功率調(diào)節(jié)都可用改變交流電壓的大小來實(shí)現(xiàn)。前面幾章中，介紹了晶閘管作為開關(guān)元件，控制其導(dǎo)通角，調(diào)整整流輸出電壓的大小，實(shí)現(xiàn)對直流負(fù)載的功率控制。現(xiàn)在在交流電源和負(fù)載間，用兩個反并聯(lián)的晶閘管相連，如圖6-1（a）時，就構(gòu)成了交流調(diào)壓控制器。其控制方式有2種。1.通斷控制：晶閘管和導(dǎo)通m個電源周期，然后關(guān)斷n個周期，一般 =0。如圖6-1（b）所示，改變m和n的比值，就改變了開關(guān)一個周期輸

2、出電壓的有效值。 2.相位控制，改變 和 的觸發(fā)角，以調(diào)整輸出電壓，如圖6-1（c）示。此時的電流波形與單相全波整流電路的電源電流波形相同。12交流調(diào)壓，晶閘管可以藉負(fù)載電流過零自然關(guān)斷，不需另加換流電路，所以電路結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便。輸出含用較嚴(yán)重的諧波分量，適用于熱或機(jī)械慣性較大的負(fù)載功率調(diào)整。與整流相似，也有單相和三相之分，對三相負(fù)載又有星形和三角形連接。兩反并聯(lián)的晶閘管可以制造在一個芯片上，構(gòu)成雙向晶閘管，進(jìn)行雙向?qū)刂疲纱蟠蠛喕涣髡{(diào)壓控制器的主電路和觸發(fā)電路。 第二節(jié) 開關(guān)通斷控制若圖6-1（a）負(fù)載為電阻負(fù)載，對它的電壓用開關(guān)通斷進(jìn)行控制。一般在電源電壓正，負(fù)過零時，分別觸發(fā)

3、和 ，它們又在每半周電流過零時自然關(guān)斷。 12設(shè)電源電壓 = = 若導(dǎo)通m個周期，關(guān)斷n個周期，則輸出電壓的有效值為 (6-1) 式中 (6-2) 稱為周期占空比。utUmsintUsin2UDUnmmtdunmUm212020 )()(21nmmD輸出電流在一個通斷周期的有效值為 (6-3) 所以負(fù)載功率為 (6-4)IDI0DUIIUP000由上可見，改變周期占空比D的大小，就改變了負(fù)載功率。這種方式常用來控制有大的機(jī)械慣性和熱慣性的負(fù)載功率。通斷控制開關(guān)作用產(chǎn)生的諧波較少。輸入功率因數(shù) 可由負(fù)載在一個通斷周期中的有功功率與電源視在功率之比求得。由于輸入電流等于輸出電流，故 (6-5) 當(dāng)

4、D很小時， 是很低的。icosDUUIUP000icosicos第第 三十二講三十二講主講教師：王念春主講教師：王念春流過晶閘管 的電流為半波電流，所以平均電流值為 (6-6) 但在選擇晶閘管電流定額時，由于管芯熱容 量很小，導(dǎo)通個周期管芯已達(dá)穩(wěn)定溫升，故晶閘管電流定額應(yīng)以D=1來選。21TT 和RDUDIttdnmmImav2)(sin)(20電器工作溫升問題例 有一交流220V供電的交流調(diào)壓電路，電路如圖6-1（a），負(fù)載電阻R=5 ，晶閘管導(dǎo)通20個周期，關(guān)斷40個周期。 （1）輸出電壓有效值 。 （2）負(fù)載功率 。 （3）輸入功率因數(shù) 。 0U0Picos解： （1）由式（6-1）知

5、（2）由式（6-4）知 （3）由式（6-5）知33.0402020,220nmmDVUVUDU02.12722033. 00WRDUP7 .3226522033. 022058. 033. 0Dicos注意，若圖6-1（a）的負(fù)載為電感性，即如負(fù)載功率因數(shù)很低，晶閘管導(dǎo)通后也僅3-4個周期電流就趨于穩(wěn)態(tài)值，在晶閘管關(guān)斷時，晶閘管電流滯后 角到0才能使晶閘管關(guān)斷，這期間與m個周期相比可忽略，所以其輸出的電壓和電流有效值均可用(6-1)和 (6-3) 式近似計(jì)算。第三節(jié) 單相相控調(diào)壓一 電阻負(fù)載 如圖6-1（a）,（c）。設(shè)輸入電壓為 在電源正半波形時觸發(fā) ，控制角 ，在電源負(fù)半波形時觸發(fā) ，控制

6、角 。 tUtUumsin2sin1T12T2若 ，則輸出電壓有效值為 (6-7) 從0到 變化， 從 變到0。21)22sin(1U2120)()sin2(22tdtUU210UU輸入功率因數(shù) ，由于輸入電流與輸出電流相同，故有 (6-8) UUIUP00icosicos流過每個晶閘管的平均電流與全波整流一樣為 (6-9)(sin221ttdURIav)cos1(22RU對于反并聯(lián)的兩個晶閘管，其控制極觸發(fā)電路必須隔離，通常采用脈沖變壓器實(shí)現(xiàn)，脈沖變壓器原副邊絕緣耐壓應(yīng)能承受電源電壓。例 圖6-1（a）中，電阻R=5 ，輸入電壓 =220V，若 。求（1）輸出電壓有效值 。（2）負(fù)載功率 。

7、（3）輸入功率因數(shù) 。U2130Uicos解：(1)由式(6-7) (2) (3) 0U21)22sin(1UV3 .197)23/2sin(122021WRUP5 .778553 .1972200897.02203.197cos0UUi二 電感性負(fù)載具有RL負(fù)載的單相交流調(diào)壓電路如圖6-2。單相交流調(diào)壓如經(jīng)變壓器給電阻負(fù)載供電時，考慮到變壓器漏抗和勵磁電抗，負(fù)載也是RL?，F(xiàn)分析圖6-2電路，與單相半波整流帶電感性負(fù)載工作情況相似。設(shè)輸入電壓 ，則 導(dǎo)通時電路方程式為 (6-10)tUusin221TT 或tURidtdiLsin2若負(fù)載對電源頻率的功率因數(shù) 角 ， 在 時觸發(fā)導(dǎo) 通， 導(dǎo)通前

8、 =0。則（6-10）式的解為 (6-11)RLtg11Tt1Ti)sin()sin()(2)1/)(22LRetLRUi圖6-3 是電源電壓波形和晶閘管的觸發(fā)信號，負(fù)載電壓 和電流的波形。當(dāng) 時， 降到0， 也為0。但由L自感電勢作用，使 繼續(xù)經(jīng) 流通，直到 時電流降到0， 自然關(guān)斷， 角稱為 的導(dǎo)通角。 0utu0ui1T1T1Tt將 和 代入（6-11）式，就得到 （6-12） 從式（6-12）可見，導(dǎo)通角 與負(fù)載功率因數(shù)角 和晶閘管控制角 有關(guān)。當(dāng) 一定時， 與 的關(guān)系如圖 6-4示。 t0itge)sin()sin(從式（6-12）和圖6-4曲線可見：（1） 時， =180 。電流的

9、正負(fù)周連續(xù)。將 代入式（6-11），電流的指數(shù)衰減項(xiàng)為0，電流為正弦波。（2） 時, 。電流已連續(xù)，為正弦波， 和 輪流導(dǎo)通，已不起調(diào)壓作用。輸出電壓即為輸入電壓。1801T2T（3） 時， 。電流正負(fù)半波不連續(xù)，這時滿足求解式（6-10）的初始條件 。圖6-3 的波形即為 的情況。1800i第第 三十三講三十三講主講教師：王念春主講教師：王念春此時輸出電壓有效值 為 （6-13）2120 )()sin2(22tdtUU21)2)(2sin22sin(1U0U輸出電流有效值為 （6-14）)sin()(222220tLRUI2/ 12/ )()()sin(wtdetgt從上可見，對電感性負(fù)載的

10、單相交流調(diào)壓，其控制角移相范圍為 。 而 時，則控制器不能調(diào)壓，只作簡單開關(guān)用。對于感性負(fù)載必須注意晶閘管觸發(fā)脈沖用寬脈沖或脈沖列。這是因?yàn)椋篴.在晶閘管導(dǎo)通后，電感電流上升到擎住電流需要一定時間。b.另外在 的情況， ，所以如開始時觸發(fā) ，在 時觸發(fā) ， 但因 ， 尚在導(dǎo)通，則 雖有觸發(fā)信號卻不能導(dǎo)通，只有在 關(guān)斷后才能導(dǎo)通，故 的觸發(fā)脈沖信號需要脈沖寬度大于（ ），否則就會出現(xiàn)只有一只管子能導(dǎo)通的不正常情況。1801Tt2T1T2T2T1T采用寬脈沖必然要求脈沖變壓器體積較大，故實(shí)際設(shè)備多用脈沖列觸發(fā)。例 在圖6-2 電路中，輸入電壓U=220V， f=50Hz, R=10 , =10 ，

11、若控制 角 = /2, 求（1）晶閘管的導(dǎo)通角 。（2）輸出電壓有效值 。（3）輸出電流有效值 。（4）輸入功率因數(shù) 。L0Uicos0I解：(1)由 及 查圖6-4曲線得 1 .141010)(2222LRZ45101011tgRLtg45rad32. 2133 90（2）由式（6-13）21)2)(2sin22sin(1UV3 .167)2)32. 22/( 2sin2) 2/(2sin32. 2(1220210U(3)由式（6-14）212/ )(220)()sin()sin()(222tdetLRUItgtA8 .122/12)4/(/)2/(32.2)2/(2/)()42sin()4

12、(sin1 .14220222tdettgt（4）由于輸入電流等于輸出電流76.02205.167cos0UUi雙向晶閘管為什么要有雙向晶閘管？簡化觸發(fā)電路。雙向晶閘管（TRIAC）是一個NPNPN的五層三端器件，有三個極：T1、T2，G（門極）；注意與晶閘管的差異。T1為參考極。T2T1，GT1間有四種電壓組合的可能：+，+-，-+，-，都可使雙向晶閘管導(dǎo)出通，因而觸發(fā)簡單。雙向晶閘管特點(diǎn)符號表示：額定電流參數(shù)使用有效值例題采用晶閘管反并聯(lián)的單相交流調(diào)壓電路，輸入電壓Ui=220V，負(fù)載為RL串聯(lián)，R=1，L=3.183mH。求： 控制角移相范圍； 負(fù)載電流最大值； 最大輸出有功功率； 輸入

13、功率因數(shù)（最大輸出有功功率情況下的）。分析：例題一臺220V 10KW單相電阻爐，采用單相交流調(diào)壓控制，現(xiàn)欲使其輸出為5KW（設(shè)電爐絲電阻值不隨溫度改變），求控制角值，負(fù)載電流有效值，輸入功率因數(shù)。 假定電阻爐的電阻值不隨溫度變化要點(diǎn)分析：21)22sin(1U2120)()sin2(22tdtUU過程第第 三十四講三十四講主講教師：王念春主講教師：王念春第六節(jié) 單相變壓器抽頭換接器 和交流穩(wěn)壓電源一 單相變壓器抽頭換接器工作原理 相位控制的單相交流調(diào)壓，其輸出諧波分量較大，為了在較大范圍內(nèi)調(diào)壓又希望減少諧波，可應(yīng)用晶閘管和雙向晶閘管控制的變壓器抽頭換接器。單相變壓器抽頭換接器電路如圖6-16

14、所示。變壓器副邊引出抽頭， ， 。tUusin211tUusin2221. 若 截止，僅 工作，負(fù)載不論是純電阻或電感性的，輸出電壓有效值在 0- 間變化，其工作情況在第三節(jié)中已介紹。2rT1rT1U2.負(fù)載為電阻性， 的控制角 =0， 的控制角 。 在 未觸發(fā)前， ， 。在 時，觸發(fā) ， 導(dǎo)通后，將反壓加于 ，使 關(guān)斷。此時， ， 。電源電壓為負(fù)半周時， 觸發(fā) ，在 時，觸發(fā) ， 導(dǎo)通后關(guān)斷 。 1rT1rT1rT2rT2rT2rT2rT10210uu Rui/102t210uuuRuui/ )(210t1rT2t2rT2rT1rT3.負(fù)載為電感性，電流滯后電壓 角時的情況，對觸發(fā)信號有較嚴(yán)

15、格的要求。在 與電壓 反方向時，即在 和 之間時，如觸發(fā) ，則會發(fā)生 和 同時導(dǎo)通或 和 同時導(dǎo)通，將 短路，這種現(xiàn)象是不允許的。1rTi1u0t)(t2rT1rT1rT2rT2rT2u因此要求觸發(fā) 的角 。同時負(fù)載電壓波形與 觸發(fā)換流發(fā)出脈沖的時間有關(guān)。2rT21rT第第 三十五講三十五講主講教師：王念春主講教師：王念春（1） 在負(fù)載電流過零時觸發(fā)，脈沖寬度 應(yīng)小于（ ）。輸出電壓和電流 如圖6-18（a），換流過程是 時，負(fù)載電流 過0，觸發(fā) ， 。 時，觸發(fā) ， 導(dǎo)通使 承受 反壓而關(guān)斷。 。 1rTt0i1rT10uut2rT2rT1rT210uuu 時， ，但電 流 ，在負(fù)載電流作用下， 繼續(xù)在原方向經(jīng) 流通。 進(jìn)入負(fù)半周，到 時 ， 過0， 關(guān)斷 。此時觸發(fā) ， 導(dǎo)通， 的負(fù)半周。 時， 被觸發(fā)， 導(dǎo)通， 使 受反壓關(guān)斷。完成一個周期的換流過程。t021uu)(0ii 0i2rT210uuut2rT1rT1rT10uu t2rT2rT1rT0i(2) 在負(fù)載電壓過零時觸發(fā)，觸發(fā)脈沖應(yīng)大于 小于 。 輸出電壓及電流波形如圖6-18（b）。其換流過程是 時， 。 1rTt210uuu