单相交—交变频电路的优化设计

1.交—交变频基础电路

交—交变频电路通常采用共阴和共阳可控整流电路来实现交—交变频。

(1)共阴极可控整流电路

图7-57所示是共阴极双半波(全波)可控整流电路,晶闸管VTH₁、VTH₃采用共阴极接法,VTH₁、VTH₃的G极加有触发脉冲U_G。

图7-57 共阴极双半波可控整流电路

a)电路 b)波形

电路工作过程说明如下:

1)在0~t₁期间,U_i电压极性为上正下负,L₂上下两部分线圈感应电压也为上正下负,由于VTH₁、VTH₃的G极无触发脉冲,故均关断,负载R两端的电压U_o为0。

2)在t₁时刻,触发脉冲送到VTH₁、VTH₃的G极,VTH₁导通,因L₂下半部分线圈的上正下负电压对VTH₃为反向电压,故VTH₃不能导通。VTH₁导通后,L₂上半部分线圈上的电压通过VTH₁送到R的两端。在t₁~t₂期间,VTH₁一直处于导通状态。

3)在t₂时刻,L₂上的电压为0,VTH₁关断。在t₂~t₃期间,VTH₁、VTH₃的G极无触发脉冲,均关断,负载R两端的电压U_o为0。

4)在t₃时刻,触发脉冲又送到VTH₁、VTH₃的G极,VTH₁关断,VTH₃导通。VTH₃导通后,L₂下半部分线圈上的电压通过VTH₃送到R的两端。在t₃~t₄期间,VTH₃一直处于导通状态。

5)t₄时刻以后,电路会重复上述工作过程,结果在负载R上得到图7-57b所示的U_o1电压。如果按一定的规律改变触发脉冲的α角,如让α角先大后小再变大,结果会在负载上得到图7-57b所示的U_o2电压,U_o电压是一种断续的正电压,其有效值相当于一个先慢慢增大,然后慢慢下降的电压,近似于正弦波正半周。

(2)共阳极可控整流电路

图7-58所示是共阳极双半波可控整流电路,它除了两个晶闸管采用共阳极接法外,其他方面与共阴极双半波可控整流电路相同。

该电路的工作原理与共阴极可控整流电路基本相同,如果让触发脉冲的α角按一定的规律改变,如让α角先大后小再变大,结果会在负载上得到图7-58b所示的U_o2电压,U_o电压是一种断续的负电压,其有效值相当于一个先慢慢增大,然后慢慢下降的电压,近似于正弦波负半周。

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图7-58 共阳极双半波可控整流电路

a)电路 b)波形

2.单相交—交变频电路

单相交—交变频电路可分为单相输入型单相交—交变频电路和三相输入型单相交—交变频电路。

(1)单相输入型单相交—交变频电路

图7-59所示是一种由共阴和共阴双半波可控整流电路构成的单相输入型交—交变频电路。共阴晶闸管称为正组晶闸管,共阳晶闸管称为反组晶闸管。

在0~t₈期间,正组晶闸管VTH₁、VTH₃加有触发脉冲,VTH₁在交流电压正半周时触发导通,VTH₃在交流电压负半周时触发导通,结果在负载上得到U_o1电压为正电压。

图7-59 由共阴和共阴双半波可控整流电路构成的单相输入型交—交变频电路

a)电路 b)波形

在t₈~t₁₆期间,反组晶闸管VTH₂、VTH₄加有触发脉冲,VTH₂在交流电压正半周时触发导通,VTH₄在交流电压负半周时触发导通,结果在负载上得到U_o1电压为负电压。

在0~t₁₆期间,负载上的电压U_o1极性出现变化,这种极性变化的电压即为交流电压。如果让触发脉冲的α角按一定的规律改变,会使负载上的电压有效值呈正弦波状变化,如图7-59bU_o2电压所示。如果图7-59电路的输入交流电压U_i的频率为50Hz,负载上得到电压U_o的频率为50Hz/4=12.5Hz。

(2)三相输入型单相交—交变频电路

图7-60a所示是一种典型三相输入型单相交—交变频电路,它主要由正桥P和负桥N两部分组成,正桥工作时为负载R提供正半周电流,负桥工作时为负载提供负半周电流,图7-60b为图7-60a的简化图,三斜线表示三相输入。

当三相交流电压U_a、U_b、U_c输入电路时,采用合适的触发脉冲控制正桥和负桥晶闸管的导通,会在负载R上得到图7-60c所示的U_o电压(阴影面积部分),其有效值相当于一个虚线所示的频率很低的正弦波交流电压。