应用交流-交流变流电路，是把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路，十分广

  泛。把两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可以控制交

  流电力。这种电路不改变交流电的频率，称为交流电力控制电路。在每半个周波内通过对晶闸管

  开通相位的控制，可方便地调节输出电压的有效值，这种电路称为交流调压电路。

  交流调压电路大范围的使用在灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软启动也用

  于异步电动机调速。在电力系统中，这种电路还常用于对无功功率的连续调节。此外，在高电压

  小电流或低电压大电流直流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。采用交流调压

  电路在变压器一次侧调压，其电压、电流值都比较适中，这样的电路体积小、成本低、易于设计

  电力电子学这一名词是 20世纪 60年代出现的，“电力电子学”和“电力电 子技术”在内

  度来称呼。电力电子学可以用图1的倒三角形来描述，可以认为电力电子学由电 力学、电子学和

  电力电子技术与电子学的关系是显而易见的。电子学可分为电子器件和电子 电路两大部分，

  它们分别与电力电子器件和电力电子电路相对应。从电子和电力 电子的器件制造技术上进两者同

  根同源，从两种电路的分析方法上讲也是一致的， 只是两者应用的目的不同，前者用于电力变换，

  电力电子技术大范围的应用于电气工程中，这就是电力电子学和电力学的主要关 系。电力学就是

  电工科学或电气 3工程，各种电力电子装置大范围的应用于高压直流 输电以及高性能交、直流电源等

  电力系统和电气工程中，因此，把电力电子技术 归于电气工程学科。电力电子技术是电气工程学

  科中最为活跃的一个分支。电力 电子技术的慢慢的提升大大地推动了电气工程实现现代化的进程。

  控制理论大范围的使用在电力电子技术中，它使电力电子装置和系统的性能日益优 越和完善，可以

  满足人们的各种需求。电力电子技术能看作弱电控制强电的技 术，是弱电和强电之间的接口。

  而控制理论则是实现这种接口的强有力的纽带。 此外，控制理论和自动化技术是密不可分的，而

  用晶闸管组成的交流电压控制电路，可以方便的调节输出电压有效值。可用 于电炉温控、灯

  光调节、异步电动机的启动和调速等，也可用作调节整流变压器 一次侧电压，其二次侧为低压大

  电流或高压小电流负载常用这种方法。采用这种 方法，可使变压器二次侧的整流装置避免采用二

  极管，只需要晶闸管，而且可控 级仅在一侧，从而简化结构，减少相关成本。交流调压器与常规的交

  流调压变压器相 比，它的体积和重量都要小得多。交流调压器的输出仍是交流电压，它不是正弦

  交流调压电路是采用相位控制方式的交流电力控制电路，通常是将两个晶闸 管反并联后串联

  在每相交流电源与负载之间。在电源的每半个周期内触发一次晶 闸管，使之导通。与相控整流电

  路一样，经过控制晶闸管开通时所对应的相位， 可以方便的调节交流输出电压的有效值，从而达

  到交流调压的目的。其晶闸管可 以利用电源自然换相，无需强迫关掉电路，并可实现电压的平滑

  图 2.2 为电阻负载单相交流调压电路图及其波形。图中的晶闸管 VT1 和 VT2 也可以用一个

  双向晶闸管代替。在交流电源 u1的正半周和负半周，分别对 VT1 和 VT2 的开通角a进行控制

  为电压过零时刻，稳态时，正负半周的 a相等。能够准确的看出，负载电压波形是电源 电压波形的一部

  分，负载电流（也即电源电流）和负载电压的波形相同，因此通 过触发延迟角 a的变化就可实现

  a =0 时，功率因数入=1, a 增大，输入电流滞后于电压且畸变,入降低

  设负载的阻抗角为 ©二arctan(wL/ R)。如果用导线把晶闸管完全短接，稳态 时负载电

  制时，由于只可以通过出发延迟角 a推迟晶闸管的导通，所以晶闸管的触发脉冲应 在电流过零

  的时刻仍定义在电源电压过零的时刻，显然，阻感负载下稳态时 a 的移相范围为

  当在CD t= a 时刻开通晶闸管 VT1,负载电流应满足如下微分方程式和初始

  VT1 的导通时间将超过 n o 因为 VT1 提前导通，L被过充电，放电时 间延长，VT1 的导通角

  导通角小于n,过渡过程和带R-L负载的单 相交流电路在3 t = ( a

  稳态分量、指数衰减分量。衰减过程中， VT1 导通时间渐短，VT2 的导通时间渐

  长，其稳态的工作情况和 a =©时完全相同。a v©时工作波形如图2.6所示。

  从方案一能够准确的看出，随着a角的增大，U0慢慢地减少。当 a=n时，U0=0 因此, 单相交流

  调压器对于电压负载，其电压可调范围为0〜U1,控制角 a移相范围为 0〜 n。负载电流基波

  从方案二能够准确的看出，在电感负载时，要实现交流调压的目的，最小控制角a =© （负载

  功率因素角），所以 a的移相范围为©〜180°。负载电流基波和各次谐波 有效值是随着谐波

  综合两种方案：电阻性负载和阻感性负载都具有调压功能，都能调压到设计 电压调压

  阻抗角增大，谐波含量也有所减少。考虑到性能指标、输出电压的稳定性、对电 网的影响，

  因此，依据以上参数选择晶闸管，比如，能选用标称电压为 800V,额定电

  次设计条件中调功电路带电阻性负载 R=4Q。故电路中应将阻感性负载改为电阻

  因此，依据以上参数选择晶闸管，比如，能选用标称电压为 800V,额定电

  维修，因此，触发电路集成化非常必要。可控硅移相触发器 KJ004,与分立元件

  组成的触发电路相比，具有移相线性好、移相范围宽、温漂小、可靠性高、相位 不均衡度

  小等优点。主要由同步检测电路、锯齿波形成电路、偏移电压、移电压 综合比较放大电路

  由于交流调压调功电路中只用到两个晶闸管，而 KJ004 有两个输出口，故用

  一片KJ004 即可。由KJ004 的典型连接图画得此次触发电路如下图。

  锯齿波的斜率决定于外接 R6 RW1流出的充电电流和积分 C1的数值。对不同

  的移项控制 V1，只有改变 R1、R2 的比例，调节相应的偏移 VP。同时调整锯齿波 斜率电位

  器 RW1 可以使不同的移相控制电压获得整个范围。触发电路为正极性 型，即移相电压增加，

  导通角增大。R8和 C2 形成微分电路，改变 R8和 C2的值, 可获得不同的脉宽输出。KJ004

  在电力电子电路中，除了电力电子器件参数选择正真适合，驱动电路设计良好外, 采用合适的

  过电压保护、过电流保护、 du dt 保护和 di dt 保护也是必要的。

  电力电子装置中有几率发生的过电压分为外因过电压和内因过电压两类。外因 过电压主要

  来自雷击和系统中的操作的流程等外部原因，包括：操作过电压、雷击 过电压；内因过电压主

  过压保护的根本原则是：依据电路中过压产生的不一样的部位，加入不同的附加 电路，当达

  到一定过压值时，自动开通附加电路，使过压通过附加电路形成通路, 消耗过压储存的电磁能

  量，从而使过压的能量不会加到主开关器件上，保护了电 力电子器件。保护电路形式很多。

  这里主要考虑晶闸管在实际应用中一般会承受的换相过电压，故可用阻容保 护电路来实

  现保护。当电路中出现电压尖峰时，电容两端电压不能突发的特性， 可以轻松又有效地 抑制电路中

  的过压。与电容串联的电阻能消耗掉部分过压 能量，同时抑制电路中的电感与电容产生振荡。

  引起过流的原因：当电力电子变换器内部某一器件击穿或短路、触发电路或 控制电路发

  生故障、出现过载、直流侧短路、可逆传动系统产生环流或逆变失败, 以及交流电源电压过高

  或过低、缺相等，均可引起变换器内元件的电流大于正常 工作电流，即出现过流。由于电力

  电子器件的电流过载能力比一般电气设备差得 多，因此，必须对变换器进行适当的过流保护。

  变换器的过流一般大致上可以分为两类：过载过流和短路过流。在晶闸管变换器中， 快速熔断

  器是应用最普遍的过流保护的方法，可用于交流侧、直流侧和装置主电路 中。其中交流侧接快

  速熔断器能对晶闸管元件短路及直流侧短路起保护作用，但 要求正常工作时，快速熔断器电

  流定额要大于晶闸管的电流定额，这样对元件的 短路故障所起的保护作用较差。直流侧接快

  速熔断器只对负载短路起保护作用， 对元件无保护作用。只有晶闸管直接串接快速熔断器才

  效值，熔断器(安装熔体的外壳)的额定电流应大于或等于熔体额定电流值。 此外,

  快速熔断器熔体的额定电流I KR是指电流有效值，而晶闸管额定电流是指通态电 流平均值IT(AV)，

  通常控制晶闸管导通的时刻都是在电源电压过零的时刻，即过零调功控制。 这样，在交

  流电源接通期间，负载电源电压都是正弦波，因此不对电网电压电流 造成通常意义上的谐波

  令控制周期为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 当M=3 N=2

  在负载为电阻时，负载电流波形和负载电压波形相同。以控制周期为基准， 对图 2.14

  的波形进行傅里叶分析，能够获得图 2.15 所示电流频谱图。图中In 为 n 次谐波有效值，Ion

  由于proteus 中不包含KJ004 此元器件，故采用其它方法仿真。用 MATLAB

  现用Simulink 仿真单相交流调压电路。交流电源、两个晶闸管反向并联、阻 感性负载即

  构成了主电路，再给两个晶闸管分别提供触发脉冲。为了观察波形， 在电源两端、负载两端

  加上电压表，主电路中接入电流表，再将各表的输出导入 示波器，并且要观察两个触发脉

  仿真前，要设定好元器件的参数。将题目条件中交流调压电路阻感负载的阻 抗代入，

  交流电源的频率设为50HZ触发脉冲的频率要和电源一样，故设其周期 为 0.02s，幅值设为

  12，脉冲宽度设为5%,这里设触发时间一个为 0.005s，- 个为0.015s，即触发角 a为 90°。

  其仿线所示。根据示波器输入端 口的顺序，波形图分别表示：电源电压、负载电