1、第七章交流电力控制电路 主编第一节交流开关及其应用一、晶闸管交流开关及应用晶闸管开关的基本形式如图7 1所示。它以毫安级触发电流控制流过晶闸管及负载的几安至几百安级大电流的通断。晶闸管在承受正半周电压时可被触发导通，在电源电压过零或负半周时管子承受反向电压，在电流过零时自然关断。因此在晶闸管关断时不会因负载或线路中电感储能而造成暂态电压的现象。图7-1晶闸管开关的基本形式第一节交流开关及其应用图7-2光电耦合交流开关第一节交流开关及其应用图7-3电热炉温控电路第一节交流开关及其应用二、由过零触发开关电路组成的单相交流调功器在电压过零时给晶闸管以触发脉冲，使晶闸管的工作状态始终处于全导通或全阻断
2、，这种工作方式称为过零触发。交流零触发开关电路就是利用零触发方式来控制晶闸管的导通与关断，来实现在设定的周期范围内，将电路接通几个周期，然后断开几个周期，通过改变晶闸管在设定周期内通断时间的比例，达到调节负载两端交流电压即负载功率的目的。因而这种装置也称为调功器或周波(波形个数)控制器。图7-4过零触发调节周波电压的波形第一节交流开关及其应用图7-5过零触发电路第一节交流开关及其应用1)锯齿波是由单结晶体管和、和组成的张弛振荡器产生，经射极跟随器(V、)输出。2)控制电压()与锯齿波电压进行电流叠加后，得到合成电压u送至的基极。3)由、及、组成一直流开关。当be207V时，截止，由、和组成的分
3、压电路使导通，直流开关导通，输出24V直流电压。为基极提供一阈值电压，使导通时，更可靠地截止。4)过零脉冲输出。第一节交流开关及其应用三、固态开关固态继电器是一种无触点电子开关。它是一种四端有源器件，其中两个端子为输入控制端，另外两个端子为输出受控端。为实现输入与输出之间的电气隔离，器件采用了高耐压的专用光耦合器。当施加输入信号后，其主电路是导通状态，无信号时呈阻断状态。整个器件无可动部件及触点，实现了相当于电磁继电器一样的功能。图7-6固态开关电路图第一节交流开关及其应用四、全控器件组成的交流开关图7 7a所示由两个MOS晶闸管MCT和两个二极管组成的交流开关。其中采用一个驱动电路来驱动两个
4、MCT。如果要检测通过开关的电流，电路中的将提供电流信号，用来显示开关的与、或逻辑控制关系。图7-7MCT组成的交流开关a)串联式交流开关b)推挽式交流开关c)MCT与IGBT组合的直流桥臂第二节单相交流调压电路一、电阻负载电路如图7 8a所示，由一只双向晶闸管组成主电路，接电阻负载。当电源电压为正半波时，在时晶闸管被触发导通，便有电流流过负载电阻，其上有电压u。当t时，电源电压过零，i=0，VT自行关断，uR0。在电源的负半波t+时，再次触发导通，负载电阻得电，uR变为负值。在t2时，i=0，又自行关断，。下个周期重复上述过程，在负载电阻上就得到缺角的交流电压波形，如图7 8b所示。图7-8
5、单向交流调压电阻负载电路a)电路图b)波形图第二节单相交流调压电路通过改变可得到不同的输出电压的有效值，从而达到交流调压的目的。若由两只单向晶闸管反并连组成的电路，则需要两组独立的触发电路分别控制两只晶闸管，在正负半周对称的相应时刻(t，t)给触发脉冲，便与双向晶闸管电路一样，负载上可得到同样的可调交流电压。1.输出交流电压有效值和电流有效值(7 1)2.流过晶闸管的电流有效值该有效值与式(7 2)相同。3.功率因数cos/(7 3)图7-9双向晶闸管调压电路第二节单相交流调压电路二、电感性负载图7 10所示为单向晶闸管反并联接电感负载的单相交流调压电路。由于电感性负载电路中电流的变化要滞后电
6、压的变化，因而和电阻负载相比就有一些新的特点。当电源电压由正半波过零反向时，由于负载电感中产生的感应电动势要阻止电流变化，电压过零时电流还未到零，晶闸管无法关断，故还要继续导通到负半周。晶闸管导通角的大小，不但与控制角有关，而且与负载功率因数角arctg()有关。控制角越小则导通角越大,负载功率因数角?越大，表明负载感抗大，自感电动势使电流过零的时间越长，因而导通角越大。第二节单相交流调压电路1.如图7 10a所示，180，正负半波电流断续。愈大，愈小。即的移相在180-?的范围内，可以得到连续可调的交流电压。电流电压波形如图7 10a所示。图7-10单相交流调压电感负载电路及波形第二节单相交
7、流调压电路2.如图7 10b所示，时，即正负半周电流临界连续。相当于晶闸管失去控制。3.如图7 10c所示，,180,在这种情况下若管先被触发导通，而且180。如果采用窄脉冲触发，当ug2脉冲出现时，管的电流还未到零，管关不断，管不能导通。等到管中流过的电流为零并关断时，ug2脉冲已经消失，此时管虽受正压，但也无法导通。到第三个半波时，ug1又触发导通。第二节单相交流调压电路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。因而在电感性负载的电路中，晶闸管不能用窄脉冲触发，可采用宽脉冲或脉冲列触发。这样即使，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，但经过几周
8、波后，负载电流即成为对称连续的正弦波，电流滞后电压角。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。2)电感性负载时，不能用窄脉冲触发。3)电感性负载时，最小控制角min(阻抗角)。第二节单相交流调压电路三、晶闸管交流稳压电路图7 11所示为一个简单的单相交流稳压电路。带抽头的自耦变压器1、0端为输入端；变压器高电压的3端接双向晶闸管；低电压的抽头2端接双向晶闸管；4、0为接负载的输出端。当输入电压u10在10%变化时，适当设计13、12间的匝数，u可稳定在220V附近。其稳压原理如下：图7-11单相交流稳压电路第三节相位控制器图7-12相位控制器及其波形第三节相位控制器图7-
9、13其他自关断元件组成的相控器a)由GTR组成b)由GTO组成第四节三相交流调压电路一、星形联结带中线的三相交流调压电路带中线的三相交流调压电路，实际上就是三个单相交流调压电路的组合，如图7 14所示。工作原理和波形分析与单相交流调压相同。由于双向晶闸管可看成是两只普通晶闸管的反并联，因而同普通晶闸管反并联组成的星形带中线的三相交流调压电路的性能、工作原理及使用场合等均一样。图7-14负载星形联结带中线的三相交流调压电路第四节三相交流调压电路二、晶闸管与负载连接成内三角形的三相交流调压电路接线如图7 15所示，客观存在实际上也是三个单相交流调压电路的组合，其优点是由于晶闸管串接在三角形内部，流
10、过晶闸管的电流是相电流，故在同样线电流的情况下，晶闸管电流容量可以降低。另外，线电流中无三的倍数谐波分量。缺点是负载必须能拆成三个部分才能接成此种电路。7Z15.tif第四节三相交流调压电路三、用三对反并联晶闸管连接成三相三线交流调压电路电路如图7 16所示，负载可以连接成星形，也可以连接成三角形。触发电路和三相全控桥式整流电路一样，需采用宽脉冲或双窄脉冲。1.控制角图7-16三相三线交流调压电路第四节三相交流调压电路即在每相电压过零处给相应晶闸管触发脉冲，这就相当于将只晶闸管换成只整流二极管，因而三相正反向电流都畅通，相当于一般的三相交流电路。当每相的负载电阻为时，各相的电流为i?u2?。晶
11、闸管的导通顺序为、。触发电路的脉冲间隔为60；每管的导通角为，除换流点外，每时刻均有三只晶闸管导通。第四节三相交流调压电路2.控制角 U相晶闸管导通情况与电流波形如图7 17所示，t1时刻触发管导通，与原导通的管构成电流回路，此时在线电压uUV的作用下U相电流为图7-17时的波形图7-18时的波形第四节三相交流调压电路图7-19三只晶闸管控制负载中点的三相交流调压第四节三相交流调压电路四、三个晶闸管连接于星形负载中点的三相交流调压电路1.控制角此时每个晶闸管的导通角，任何瞬间均有两只管子导通(除过零点外)。当忽略晶闸管正向压降时，u、v、w可看成一点，相当于普通的三相电阻平衡负载电路，各相线电流分别为iUuU，iVuV，iWu。因此当时，各相线电流波形与各相相电压波形相同。第四节三相交流调压电路2.控制角晶闸管、导通的起始点相对于时后移60，如图7 19c所示。当有两只晶闸管导通时，i=u2?(u?为电源相电压)；当只有一个管子导通时，iu212R(u1为线电压)。因此U相电流在图7 19c中tt期间，、管导通，iUuU；tt期间，只有管导通，iu；t2t期间，、管导通，iUu；tt期间，由于、均阻断，故i；tt期间，管导通，iUu，故电流iU波形如图中画斜线区所示。图7-20软起动器装置主电路
