交流電力控制電路學(xué)習(xí)培訓(xùn)資料課件

交流電力控制電路任務(wù)7.1單相交流調(diào)壓電路1任務(wù)7.2三相交流調(diào)壓電路2任務(wù)7.3晶閘管交流開關(guān)3任務(wù)7.4晶閘管交流調(diào)功器4交流電力控制電路任務(wù)7.1單相交流調(diào)壓電

【項(xiàng)目導(dǎo)讀】交流電力控制電路采用兩單向晶閘管反并聯(lián)或雙向晶閘管，實(shí)現(xiàn)對交流電正、負(fù)半周的對稱相位控制，達(dá)到方便地調(diào)節(jié)輸出交流電壓大小的目的；或?qū)崿F(xiàn)交流電路的通、斷控制，可用作交流無觸點(diǎn)開關(guān)、固態(tài)繼電器、交流調(diào)功電路等，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛?！卷?xiàng)目導(dǎo)讀】

任務(wù)7.1單相交流調(diào)壓電路

在每一個周波內(nèi)通過對晶閘管開通相位的控制，可以方便地調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值，這種電路稱為交流調(diào)壓電路。

電阻負(fù)載:

移相范圍為0≤α≤π。α=0時，輸出電壓為最大，U0=U1。隨著α的增大，U0降低，當(dāng)α=π時，U0=0。

圖7.1單向交流調(diào)壓電阻負(fù)載電路和波形圖

任務(wù)7.1單相交流調(diào)壓電路在每

任務(wù)7.1單相交流調(diào)壓電路輸出電壓輸出電流功率因數(shù)任務(wù)7.1單相交流調(diào)壓電路輸出電壓

任務(wù)7.1單相交流調(diào)壓電路可調(diào)光臺燈的實(shí)用電路R2、C2阻容電路的作用:

在α角較大時，RP阻值較大，C1充電緩慢。電源電壓已過峰值并降得很低，uC1不足以擊穿雙向二極管。增設(shè)R2、C2阻容電路后，在大α角時,電壓uC2給電容C1增加一個充電“電源”，以保證晶閘管VT可靠觸發(fā)導(dǎo)通，增大調(diào)壓范圍

圖7-2雙向晶閘管調(diào)壓電路任務(wù)7.1單相交流調(diào)壓電路可調(diào)光臺燈的實(shí)用電

任務(wù)7.1單相交流調(diào)壓電路二、電感性負(fù)載圖7.3單相交流調(diào)壓電感負(fù)載電路及波形任務(wù)7.1單相交流調(diào)壓電路二、電感性負(fù)載

任務(wù)7.1單相交流調(diào)壓電路二、電感性負(fù)載１、α＞φ

由圖a可見，α＞φ,θ＜180°，正負(fù)半波電流斷續(xù)。α愈大，θ愈小。即α的移相在（180°-φ）范圍內(nèi)，可以得到連續(xù)可調(diào)的交流電壓。２、α=φ

由圖b可見，當(dāng)α=φ時,θ=180°，即正負(fù)半周電流臨界連續(xù)。相當(dāng)于晶閘管失去控制。３、α＜φ

負(fù)載電流只有正半波部分，出現(xiàn)很大直流分量，電路不能正常工作。

采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)。這樣即使α＜φ，則在剛開始觸發(fā)晶閘管的幾個周波內(nèi)，兩管的電流波形還是不對稱的。但經(jīng)幾周波后，負(fù)載電流即成為對稱連續(xù)的正弦波，電流滯后電壓φ角。

任務(wù)7.1單相交流調(diào)壓電路二、電感性負(fù)載

任務(wù)7.1單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓有如下特點(diǎn)：1)電阻負(fù)載時，負(fù)載電流波形與單相橋式可控整流交流側(cè)電流一致。改變控制角α可以連續(xù)改變負(fù)載電壓有效值，達(dá)到交流調(diào)壓的目的。2)電感性負(fù)載時，不能用窄脈沖觸發(fā)。否則當(dāng)α＜φ時，會出現(xiàn)一個晶閘管無法導(dǎo)通，并產(chǎn)生很大直流分量電流，燒毀熔斷器或晶閘管。3）電感性負(fù)載時，最小控制角αmin=φ（阻抗角）。所以α的移相范圍為φ～180°；電阻負(fù)載時移相范圍為0～180°。任務(wù)7.1單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓有

任務(wù)7.2三相交流調(diào)壓電路

根據(jù)三相聯(lián)結(jié)形式的不同，三相交流調(diào)壓電路具有多種形式:

圖7.4三相交流調(diào)壓電路

星形聯(lián)結(jié)線路控制三角形聯(lián)結(jié)支路控制三角形聯(lián)結(jié)中點(diǎn)控制三角形聯(lián)結(jié)任務(wù)7.2三相交流調(diào)壓電路

任務(wù)7.3晶閘管交流開關(guān)

交流開關(guān)可用兩只普通晶閘管或者兩只自關(guān)斷電力電子器件反并聯(lián)組成。由于出現(xiàn)了雙向晶閘管，可以用一只雙向晶閘管代替兩只反并聯(lián)器件，使電路大大簡化。

圖7.5晶閘管交流開關(guān)電路

任務(wù)7.3晶閘管交流開關(guān)

任務(wù)7.3晶閘管交流開關(guān)光電耦合交流開關(guān)

圖7-6光電耦合交流開關(guān)任務(wù)7.3晶閘管交流開關(guān)光電耦合交流開關(guān)

任務(wù)7.3晶閘管交流開關(guān)

固態(tài)繼電器（亦稱固體繼電器）英文名稱為SolidStateRelay，簡稱SSR。它是用半導(dǎo)體器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)電接點(diǎn)作為切換裝置的具有繼電器特性的無觸點(diǎn)開關(guān)器件，單相SSR為四端有源器件，其中兩個輸入控制端，兩個輸出端，輸入輸出間為光隔離，輸入端加上直流或脈沖信號到一定電流值后，輸出端就能從斷態(tài)轉(zhuǎn)變成通態(tài)。

圖7-7固態(tài)繼電器實(shí)物

任務(wù)7.3晶閘管交流開關(guān)固

任務(wù)7.3晶閘管交流開關(guān)

圖7-8

固態(tài)開關(guān)內(nèi)部電路圖任務(wù)7.3晶閘管交流開關(guān)

任務(wù)7.3晶閘管交流開關(guān)

圖7-8為采用光電三極管耦合器的“0”壓固態(tài)開關(guān)內(nèi)部電路。1、2為輸入端，相當(dāng)于繼電器或接觸器的線圈；3、4為輸出端，相當(dāng)于繼電器或接觸器的一對觸點(diǎn)，與負(fù)載串聯(lián)后接到交流電源上。輸入端接上控制電壓，使發(fā)光二極管VD2發(fā)光，光敏管VT1阻值減小，使原來導(dǎo)通的三極管VT2截止，原來阻斷的晶閘管VT11通過R4被觸發(fā)導(dǎo)通。輸出端交流電源通過負(fù)載、VD3~VD6、VT1以及R5構(gòu)成通路，在電阻R5上產(chǎn)生電壓降作為雙向晶閘管VT22的觸發(fā)信號，使VT22導(dǎo)通，負(fù)載得電。在電路設(shè)計(jì)時已將R2、R3的阻值作適當(dāng)選擇，使得VT2只有在電源電壓處于零值附近時才能截止。因此，不論何時加上輸入信號，開關(guān)也只能在電源電壓過零附近使VT11、YT22導(dǎo)通。由于VT22的導(dǎo)通區(qū)域處于電源電壓的“0”附近，因而具有“0”壓開關(guān)功能。

圖7-8（b)圖為光耦合器“0”電壓開關(guān)。由輸入端1、2輸入信號，光耦合器B中的光控晶閘管導(dǎo)通；電流經(jīng)3-VD4-B-VD1-R4-4構(gòu)成回路；借助R4上的電壓降向雙向晶閘管VT的控制極提供電流，使VT11導(dǎo)通。R2、R3、VT組成“0”電壓開關(guān)控制電路，只有電源電壓過零時VT才會截止，B中的光控晶閘管門極才不會短接，這樣當(dāng)電源電壓過零同時1、2端有控制信號時光控晶閘管才能導(dǎo)通，才可觸發(fā)VT11導(dǎo)通。所以，這種開關(guān)是零電壓開關(guān)。

圖7-8（c)為光電雙向二極管耦合器非零電壓開關(guān)。1、2端輸入信號時，耦合器B導(dǎo)通，輸出端交流電源經(jīng)3-R2-B-R3-4構(gòu)成回路，R3提供雙向晶閘管的觸發(fā)信號，以I+、Ⅲ–方式觸發(fā)。這種電路只要1、2端有輸入信號，在交流電源的任意相位均可觸發(fā)導(dǎo)通，稱為非零電壓開關(guān)。

任務(wù)7.3晶閘管交流開關(guān)

任務(wù)7.4晶閘管交流調(diào)功器

利用過零觸發(fā)方式來控制晶閘管導(dǎo)通與關(guān)斷，來實(shí)現(xiàn)在設(shè)定的周期范圍內(nèi)，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(shè)定周期內(nèi)通斷時間的比例，達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)載兩端交流電壓即負(fù)載功率的目的。因而這種裝置也稱調(diào)功器或周波控制器。

圖7-9

晶閘管交流調(diào)功器實(shí)物任務(wù)7.4晶閘管交流調(diào)功器

任務(wù)7.4晶閘管交流調(diào)功器

圖7.10調(diào)功電路周波控制圖

設(shè)定周期Tc內(nèi)導(dǎo)通的周波數(shù)為n，每個周波的周期為T（50Hz，T＝20ms），則調(diào)功器的輸出功率:調(diào)功器輸出電壓有效值

任務(wù)7.4晶閘管交流調(diào)功器

【鞏固練習(xí)】7.1交流電力控制電路是只改變電壓、電流或控制電路的（）,而不改變頻率的電路。7.2交流調(diào)壓電路每半個周波控制晶閘管開通（），調(diào)節(jié)輸出電壓有效值；交流調(diào)功電路以交流電周期為單位控制晶閘管通斷，改變通斷（）的比，調(diào)節(jié)輸出功率的平均值。交流電力電子開關(guān)并不著意調(diào)節(jié)輸出平均功率，而只是根據(jù)需要（）電路。7.3在單相交流調(diào)壓電路中，負(fù)載為電阻性時移相范圍是（），負(fù)載是阻感性時移相范圍是（）。7.4下面哪種功能不屬于變流的功能（）A、有源逆變B、交流調(diào)壓C、變壓器降壓D、直流斬波7.5分析三相自動控溫電熱爐控溫工作過程。7.6一臺工業(yè)爐原由額定電壓為單相交流220∨供電，額定功率為10千瓦?，F(xiàn)改用雙向晶閘管組成的單相交流調(diào)壓電源供電，如果正常工作時負(fù)載只需要5千瓦。試問雙向晶閘管的觸發(fā)角α應(yīng)為多少度？試求此時的電流有效值，以及電源側(cè)的功率因數(shù)值。7.7在下圖示交流調(diào)壓電路中，已知U2＝220V，負(fù)載電阻RL＝10Ω，當(dāng)觸發(fā)角α＝90°時，計(jì)算RL吸收的交流電功率是多少？并畫出RL上的電壓波形圖。導(dǎo)通區(qū)用陰影線表示?！眷柟叹毩?xí)】7.1

【鞏固練習(xí)】

習(xí)題7.5圖

三相自動控溫電熱爐電路【鞏固練習(xí)】

【鞏固練習(xí)】

習(xí)題7.7圖7.8采用雙向晶閘管組成的單相調(diào)功電路采用過零觸發(fā)，U2＝220V，負(fù)載電阻RL＝1Ω，在控制的設(shè)定周期TC內(nèi)，使晶閘管導(dǎo)通0.3S,斷開0.2S。試計(jì)算：（1）輸出電壓的有效值。（2）負(fù)載上所得到的平均功率與假定晶閘管一直導(dǎo)通時輸出的功率。（3）選擇雙向晶閘管型號。7.9交流調(diào)壓電路和交流調(diào)功電路有什么區(qū)別？二者各運(yùn)用于什么樣的負(fù)載？為什么？

【鞏固練習(xí)】

習(xí)題7.7圖交流電力控制電路學(xué)習(xí)培訓(xùn)資料課件

交流電力控制電路任務(wù)7.1單相交流調(diào)壓電路1任務(wù)7.2三相交流調(diào)壓電路2任務(wù)7.3晶閘管交流開關(guān)3任務(wù)7.4晶閘管交流調(diào)功器4交流電力控制電路任務(wù)7.1單相交流調(diào)壓電

【項(xiàng)目導(dǎo)讀】交流電力控制電路采用兩單向晶閘管反并聯(lián)或雙向晶閘管，實(shí)現(xiàn)對交流電正、負(fù)半周的對稱相位控制，達(dá)到方便地調(diào)節(jié)輸出交流電壓大小的目的；或?qū)崿F(xiàn)交流電路的通、斷控制，可用作交流無觸點(diǎn)開關(guān)、固態(tài)繼電器、交流調(diào)功電路等，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛?！卷?xiàng)目導(dǎo)讀】

任務(wù)7.1單相交流調(diào)壓電路

在每一個周波內(nèi)通過對晶閘管開通相位的控制，可以方便地調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值，這種電路稱為交流調(diào)壓電路。

電阻負(fù)載:

移相范圍為0≤α≤π。α=0時，輸出電壓為最大，U0=U1。隨著α的增大，U0降低，當(dāng)α=π時，U0=0。

圖7.1單向交流調(diào)壓電阻負(fù)載電路和波形圖

任務(wù)7.1單相交流調(diào)壓電路在每

任務(wù)7.1單相交流調(diào)壓電路輸出電壓輸出電流功率因數(shù)任務(wù)7.1單相交流調(diào)壓電路輸出電壓

任務(wù)7.1單相交流調(diào)壓電路可調(diào)光臺燈的實(shí)用電路R2、C2阻容電路的作用:

在α角較大時，RP阻值較大，C1充電緩慢。電源電壓已過峰值并降得很低，uC1不足以擊穿雙向二極管。增設(shè)R2、C2阻容電路后，在大α角時,電壓uC2給電容C1增加一個充電“電源”，以保證晶閘管VT可靠觸發(fā)導(dǎo)通，增大調(diào)壓范圍

圖7-2雙向晶閘管調(diào)壓電路任務(wù)7.1單相交流調(diào)壓電路可調(diào)光臺燈的實(shí)用電

任務(wù)7.1單相交流調(diào)壓電路二、電感性負(fù)載圖7.3單相交流調(diào)壓電感負(fù)載電路及波形任務(wù)7.1單相交流調(diào)壓電路二、電感性負(fù)載

任務(wù)7.1單相交流調(diào)壓電路二、電感性負(fù)載１、α＞φ

由圖a可見，α＞φ,θ＜180°，正負(fù)半波電流斷續(xù)。α愈大，θ愈小。即α的移相在（180°-φ）范圍內(nèi)，可以得到連續(xù)可調(diào)的交流電壓。２、α=φ

由圖b可見，當(dāng)α=φ時,θ=180°，即正負(fù)半周電流臨界連續(xù)。相當(dāng)于晶閘管失去控制。３、α＜φ

負(fù)載電流只有正半波部分，出現(xiàn)很大直流分量，電路不能正常工作。

采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)。這樣即使α＜φ，則在剛開始觸發(fā)晶閘管的幾個周波內(nèi)，兩管的電流波形還是不對稱的。但經(jīng)幾周波后，負(fù)載電流即成為對稱連續(xù)的正弦波，電流滯后電壓φ角。

任務(wù)7.1單相交流調(diào)壓電路二、電感性負(fù)載

任務(wù)7.1單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓有如下特點(diǎn)：1)電阻負(fù)載時，負(fù)載電流波形與單相橋式可控整流交流側(cè)電流一致。改變控制角α可以連續(xù)改變負(fù)載電壓有效值，達(dá)到交流調(diào)壓的目的。2)電感性負(fù)載時，不能用窄脈沖觸發(fā)。否則當(dāng)α＜φ時，會出現(xiàn)一個晶閘管無法導(dǎo)通，并產(chǎn)生很大直流分量電流，燒毀熔斷器或晶閘管。3）電感性負(fù)載時，最小控制角αmin=φ（阻抗角）。所以α的移相范圍為φ～180°；電阻負(fù)載時移相范圍為0～180°。任務(wù)7.1單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓有

任務(wù)7.2三相交流調(diào)壓電路

根據(jù)三相聯(lián)結(jié)形式的不同，三相交流調(diào)壓電路具有多種形式:

圖7.4三相交流調(diào)壓電路

星形聯(lián)結(jié)線路控制三角形聯(lián)結(jié)支路控制三角形聯(lián)結(jié)中點(diǎn)控制三角形聯(lián)結(jié)任務(wù)7.2三相交流調(diào)壓電路

任務(wù)7.3晶閘管交流開關(guān)

交流開關(guān)可用兩只普通晶閘管或者兩只自關(guān)斷電力電子器件反并聯(lián)組成。由于出現(xiàn)了雙向晶閘管，可以用一只雙向晶閘管代替兩只反并聯(lián)器件，使電路大大簡化。

圖7.5晶閘管交流開關(guān)電路

任務(wù)7.3晶閘管交流開關(guān)

任務(wù)7.3晶閘管交流開關(guān)光電耦合交流開關(guān)

圖7-6光電耦合交流開關(guān)任務(wù)7.3晶閘管交流開關(guān)光電耦合交流開關(guān)

任務(wù)7.3晶閘管交流開關(guān)

固態(tài)繼電器（亦稱固體繼電器）英文名稱為SolidStateRelay，簡稱SSR。它是用半導(dǎo)體器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)電接點(diǎn)作為切換裝置的具有繼電器特性的無觸點(diǎn)開關(guān)器件，單相SSR為四端有源器件，其中兩個輸入控制端，兩個輸出端，輸入輸出間為光隔離，輸入端加上直流或脈沖信號到一定電流值后，輸出端就能從斷態(tài)轉(zhuǎn)變成通態(tài)。

圖7-7固態(tài)繼電器實(shí)物

任務(wù)7.3晶閘管交流開關(guān)固

任務(wù)7.3晶閘管交流開關(guān)

圖7-8

固態(tài)開關(guān)內(nèi)部電路圖任務(wù)7.3晶閘管交流開關(guān)

任務(wù)7.3晶閘管交流開關(guān)

圖7-8為采用光電三極管耦合器的“0”壓固態(tài)開關(guān)內(nèi)部電路。1、2為輸入端，相當(dāng)于繼電器或接觸器的線圈；3、4為輸出端，相當(dāng)于繼電器或接觸器的一對觸點(diǎn)，與負(fù)載串聯(lián)后接到交流電源上。輸入端接上控制電壓，使發(fā)光二極管VD2發(fā)光，光敏管VT1阻值減小，使原來導(dǎo)通的三極管VT2截止，原來阻斷的晶閘管VT11通過R4被觸發(fā)導(dǎo)通。輸出端交流電源通過負(fù)載、VD3~VD6、VT1以及R5構(gòu)成通路，在電阻R5上產(chǎn)生電壓降作為雙向晶閘管VT22的觸發(fā)信號，使VT22導(dǎo)通，負(fù)載得電。在電路設(shè)計(jì)時已將R2、R3的阻值作適當(dāng)選擇，使得VT2只有在電源電壓處于零值附近時才能截止。因此，不論何時加上輸入信號，開關(guān)也只能在電源電壓過零附近使VT11、YT22導(dǎo)通。由于VT22的導(dǎo)通區(qū)域處于電源電壓的“0”附近，因而具有“0”壓開關(guān)功能。

圖7-8（b)圖為光耦合器“0”電壓開關(guān)。由輸入端1、2輸入信號，光耦合器B中的光控晶閘管導(dǎo)通；電流經(jīng)3-VD4-B-VD1-R4-4構(gòu)成回路；借助R4上的電壓降向雙向晶閘管VT的控制極提供電流，使VT11導(dǎo)通。R2、R3、VT組成“0”電壓開關(guān)控制電路，只有電源電壓過零時VT才會截止，B中的光控晶閘管門極才不會短接，這樣當(dāng)電源電壓過零同時1、2端有控制信號時光控晶閘管才能導(dǎo)通，才可觸發(fā)VT11導(dǎo)通。所以，這種開關(guān)是零電壓開關(guān)。

圖7-8（c)為光電雙向二極管耦合器非零電壓開關(guān)。1、2端輸入信號時，耦合器B導(dǎo)通，輸出端交流電源經(jīng)3-R2-B-R3-4構(gòu)成回路，R3提供雙向晶閘管的觸發(fā)信號，以I+、Ⅲ–方式觸發(fā)。這種電路只要1、2端有輸入信號，在交流電源的任意相位均可觸發(fā)導(dǎo)通，稱為非零電壓開關(guān)。

任務(wù)7.3晶閘管交流開關(guān)

任務(wù)7.4晶閘管交流調(diào)功器

利用過零觸發(fā)方式來控制晶閘管導(dǎo)通與關(guān)斷，來實(shí)現(xiàn)在設(shè)定的周期范圍內(nèi)，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(shè)定周期內(nèi)通斷時間的比例，達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)載兩端交流電壓即負(fù)載功率的目的。因而這種裝置也稱調(diào)功器或周波控制器。

圖7-9

晶閘管交流調(diào)功器實(shí)物任務(wù)7.4晶閘管交流調(diào)功器

任務(wù)7.4晶閘管交流調(diào)功器

圖7.10調(diào)功電路周波控制圖

設(shè)定周期Tc內(nèi)導(dǎo)通的周波數(shù)為n，每個周波的周期為T（50Hz，T＝20ms），則調(diào)功器的輸出功率:調(diào)功器輸出電壓有效值

任務(wù)7.4晶閘管交流調(diào)功器

【鞏固練習(xí)】7.1交流電力控制電路是只改變電壓、電流或控制電路的