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第六章交流调压电路
只改变交流电压或对电路的通断进行控制,而不改变频率的电路称为交流电力控制电路。
交流调压电路、交流过零调功电路是交流电力控制电路的常用形式。
共同点:(1)多数电路都未用晶闸管作为开关元件,晶闸管连接方式相同(2)电力变换时,它们都不改变交流电的频率;
区别: (1)它们的控制目标不同,交流调压电路控制的目标是输出电压的有效值,交流过零调功电路控制的目标是输出平均功率。(2)控制方式不同,交流调压有通/断控制和相位控制方式,交流调功利用过零触发,调节晶闸管的通断周波数的方式。
交流调压电路的应用:交流调压电路广泛用于灯光控制〔如调光台灯和舞台灯光控制)和异步电机软启动,也应用于异步电动机调速;在高压小电流或低压大电流直流源中,也用于调节整流变压器一次侧电压。
交流过零调功电路的应用:用于时间常数很大的电热负载的控制,如电炉温度控制等。
本章主要介绍交流调压电路、交流过零调功电路的工作原理及交流调压电路的应用。
第一节单相交流调压电路
采用晶闸管组成的交流电压控制电路,可以很方便地调节输出电压的有效值。交流调压器的晶闸管控制通常有通/断控制和相位控制两种方法。
通/断控制是将晶闸管作为开关将负载与交流电源接通几个周期,然后再断开几个周期,通过改变通/断时间的比值达到调压的目的。
相位控制是使晶闸管在电源电压的每一个周期中,在选定的时间内将负载与电源接通,通过改变选定的时刻可达到调压的目的。
用晶闸管组成的单相交流调压电路有多种形式,可以由一只双向晶闸管组成,也可以使用两只普通的晶闸管来完成。以下以使用两只普通的晶闸管反向并联组成的电路为例,来分析单相交流调压电路的工作原理。
图6一1 (a)所示为单相交流调压主电路原理图。(此为电阻性负载情况)
图6-1 交流调压主电路及输出电压波形
(a)电阻性负载单相调压的数量关系主电路;(b)输出电压波形图
电流的有效值为
调压器的功率因数为
式中 Uo—负载电压有效值;
U——电源电压有效值;
α一晶闸管的控制角,移相范围为0~π。
单向交流调压电路的工作情况和它的负载性质有关,下面根据负载性质对单相交流调压器的工作情况分别予以介绍。
一、电阻性负载
电路输出交流电压的有效值为
当α=0时,相当于晶闸管一直接通,Uo=U,为最大输出电压;随着α角的增大,电阻R上的电压有效值Uo逐渐减小;
当α=π时,Uo=0。
因此,单相交流调压器对于电阻性负载,其电压的输出调节范围为0~U。
此外,当α=0 时功率因数λ=1,随着α角的增大,输人电流滞后于电压而且发生畸变,功率因数λ也逐渐降低·
二、电感性负载
当负载为线圈、交流电动机或经过变压器再接电阻负载时,这种负载称为电感性负载。图6一2 (a)所示为电感性负载单相交流调压电路。
下面分别就α>ψ、α=ψ、α<ψ三种情况来讨论调压电路的工作情况。
(一) α>ψ时
当α>ψ时,由上式可以判断出导通角θ<180°负载电路处于电流断续状态。α越大,θ越小,波形断续愈严重。
(二) α=ψ时
当α=ψ时,由上式可知每个晶闸管的导通角θ=180°。此时,每个晶闸管轮流导通180°,相当于两个晶闸管轮流被短接,负载电流处于临界连续状态,输出完整的正弦波。
可求得导通角θ与控制角α、负载阻抗角ψ之间的定量关系表达式为
(三) α<ψ时
:结果形成单向半波整流现象,如图6一4所示。回路中将出现很大的直流电流分量,无法维持电路的正常工作。因此,需要采用宽脉冲或宽脉冲列触发。