拓展应用

单相交流调压电路

交流调压是将一种幅值的交流电能转化为同频率的另一种幅值的交流电能。单相交流调压电路线路简单、成本低，在工业加热、灯光控制、小容量感应电动机调速等场合得到了广泛应用。

1.电阻性负载

图1-54（a）所示为一双向晶闸管与负载电阻RL组成的交流调压主电路，图中双向晶闸管也可改用两只反并联的普通晶闸管，但需要两组独立的触发电路分别控制两只晶闸管。

在电源正半周ωt=α时触发VT导通，有正向电流流过RL，负载端电压uR为正值，电流过零时VT自行关断；在电源负半周ωt=π+α时，再触发VT导通，有反向电流流过RL，其端电压uR为负值，到电流过零时VT再次自行关断；然后重复上述过程。改变α即可调节负载两端的输出电压有效值，达到交流调压的目的。电阻负载上交流电压有效值为

电流有效值为

功率因数为

电路的移相范围为为0～π。

通过改变α可得到不同的输出电压有效值，从而达到交流调压的目的。由双向晶闸管组成的电路，只要在正负半周对称的相应时刻（α、π+α）给触发脉冲，则和反并联电路一样可得到同样的可调交流电压。

交流调压电路的触发电路完全可以套用整流移相触发电路，但是脉冲的输出必须通过脉冲变压器，其两个二次线圈之间要有足够的绝缘。

2.电感性负载

图1-55所示为电感性负载的交流调压电路。由于电感的作用，在电源电压由正向负过零时，负载中电流要滞后一定ф角度才能到零，即晶闸管要继续导通到电源电压的负半周才能关断。晶闸管的导通角θ不仅与控制角α有关，而且与负载的功率因数角ф有关。控制角越小则导通角越大；负载的功率因数角ф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θ越大。

下面分三种情况加以讨论：

（1）α>ф。由图1-56可见，当α>ф时，θ<180°，即正负半周电流断续，且α越大，θ越小。可见，α在ф～180°范围内，交流电压连续可调，电流电压波形如图1-56（a）所示。

（2）α=ф。由图1-56可见，当α=ф时，θ=180°，即正负半周电流临界连续。相当于晶闸管失去控制，电流电压波形如图1-56（b）所示。

（3）α<ф。此种情况若开始给VT1以触发脉冲，则VT1导通，而且θ>180°。如果触发脉冲为窄脉冲，当uG2出现时，VT1的电流还未到零，VT1不关断，VT2不能导通。当VT1电流到零关断时，uG2脉冲已消失，此时VT2虽已受正压，但也无法导通。到第三个半波时，uG1又触发VT1导通。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。因而电感性负载时，晶闸管不能用窄脉冲触发，可采用宽脉冲或脉冲列触发。电流、电压波形图如图1-56（c）所示。

综上所述，单相交流调压电路有如下特点：

（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。改变控制角α可以连续改变负载电压有效值，达到交流调压的目的。

（2）电感性负载时，不能用窄脉冲触发；否则，当α<ф时，会出现一个晶闸管无法导通，产生很大直流分量电流，烧毁熔断器或晶闸管。

（3）电感性负载时，最小控制角αmin=ф（阻抗角）。

所以，电感性负载时α的移相范围为ф～180°；电阻性负载时α的移相范围为0～180°。

例1-5　一单相交流调压器，电源为工频220V，电感串联作为负载，其中R=0.5Ω，L=2mH。试求：

（1）控制角α的变化范围。

（2）负载电流的最大有效值。

（3）最大输出功率及此时电源侧的功率因数。

解　（1）负载抗阻角为

控制角α的变化范围为ф≤α≤π，即51.49°≤α≤π。

（2）当α=ф时，输出电压最大，负载电流也为最大，此时输出功率最大，即

（3）功率因数为

实际上，此时的功率因数也就是负载阻抗角的余弦，即

λ=cosф=0.6227