其他交流电力控制电路详解

除相位控制和斩波控制的交流电力控制电路外，还有以交流电源周波数为控制单元的交流调功电路以及对电路通断进行控制的交流电力电子开关。本节简单介绍这两种电路。

6.2.1 交流调功电路

交流调功电路和交流调压电路的电路形式完全相同，只是控制方式不同。交流调功电路不是在每个交流电源周期都通过触发延迟角α对输出电压波形进行控制，而是采用过零触发，在电源过零的瞬间使晶闸管触发导通，仅当电流接近零时才关断，从而将负载与交流电源接通几个整周波，再断开几个整周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。

交流过零调功电路常用于电炉温度这样的控制对象，其时间常数往往很大，没有必要对交流电源的每个周期进行频繁的控制，只要以周波数为单位进行控制就足够了。通常控制晶闸管导通的时刻都是在电源电压过零的时刻，这样，在交流电源接通期间，负载电压电流都是正弦波，不对电网电压和电流造成通常意义的谐波污染。

设控制周期为M倍电源周期，其中晶闸管在前N个周期导通，后M－N个周期关断。M＝5、N＝3时的电路波形如图6-8所示。可以看出，负载电压和负载电流（也即电源电流）的重复周期为M倍电源周期。在负载为电阻时，负载电流波形和负载电压波形相同。

图6-8 单相交流调功电路典型波形（M=5，N=3）

调功器的输出功率为

负载电压的有效值为

Tc为运行周期，即控制周期，为电源周期的M倍，其中电源周期的N倍是导通的。kz为导通比，kz=N/M。控制调功电路的导通比就可以实现对被调对象的输出功率的调节控制。(www.xing528.com)

6.2.2 交流电力电子开关

把晶闸管反并联后串入交流电路中，代替电路中的机械开关，起接通和断开电路的作用，这就是交流电力电子开关。和机械开关相比，这种开关响应速度快，没有触点，寿命长，可以频繁控制通断。

交流调功电路也是控制电路的接通和断开，但它是以控制电路的平均输出功率为目的，其控制手段是改变控制周期内电路导通周波数和断开周波数的比。而交流电力电子开关并不去控制电路的平均输出功率，通常也没有明确的控制周期，而只是根据需要控制电路的接通和断开。另外，交流电力电子开关的控制频率通常比交流调功电路低得多。

在公用电网中，交流电力电容器的投入与切断是控制无功功率的重要手段。通过对无功功率的控制，可以提高功率因数，稳定电网电压，改善供电质量。和用机械开关投切电容器的方式相比，晶闸管投切电容器（Thyristor Switched Capacitor，TSC）是一种性能优良的无功补偿方式。

图6-9是由三个基本单元并联构成的分组投切单相简图。可以看出TSC的基本原理实际上是就是用交流电力电子开关来投入或者切除电容器，两个反并联的晶闸管起着把电容C并入电网或从电网断开的作用，串联的电感很小，只是用来抑制电容器投入电网时可能出现的冲击电流，在简化电路图中常不画出来。在实际工程中，为避免容量较大的电容器组同时投入或切断会对电网造成较大的冲击，一般把电容器分成几组，根据电网对无功的需求而改变投入电容器的容量，TSC实际上就成了断续可调的动态无功功率补偿器。

图6-9 TSC基本原理图

TSC运行时晶闸管投入时刻的原则是，该时刻交流电源电压应和电容器预先充电的电压相等。这样电容器电压不会产生跃变，也就不会产生冲击电流。一般来说，理想情况下，希望电容器预先充电电压为电源电压峰值，这时电源电压的变化率为零，因此在投入时刻iC为零，之后才按正弦规律上升。这样，电容投入过程不但没有冲击电流，电流也没有阶跃变化。

如图6-10所示，导通开始时uC已由上次导通时段最后导通的晶闸管VT1充电至电源电压us的正峰值，t1时刻导通VT2，以后每半个周波轮流触发VT1和VT2；切除这条电容支路时，如在t2时刻iC已降为零，VT2关断，uC保持在VT2导通结束时的电源电压负峰值，为下一次投入电容器做了准备。

图6-10 TSC理想投切时刻原理图