2.1 交流-交流调压器

交流电机通过交流-交流调压器来改变定子的电源电压，从而实现调压调速。交流-交流调压器分为采用双向晶闸管的相控式交流-交流调压器和采用双向功率开关器件的斩控式交流-交流调压器。

2.1.1 相控式交流-交流调压器

三相相控式交流-交流调压器有星形联结和三角形联结的多种方案，包括无中线和有中线的星形联结电路、支路控制三角形联结电路、线路控制三角形联结电路和中点控制三角形联结电路，其中无中线和有中线的星形联结电路及线路控制三角形联结电路如图2-1所示。三相相控式交流-交流调压器有六个晶闸管，三相开关中对应晶闸管的触发信号互差120°，同一相的两个反并联晶闸管触发脉冲相差180°。六个晶闸管的导通顺序为SCR ₁ -SCR ₂ -SCR ₃ -SCR ₄ -SCR ₅ -SCR ₆ ，相位依次差60°。三相调压以相电压过零时刻为触发角α=0°位置。

本小节以图2-2a所示的无中线星形联结三相调压电路为例介绍相控式交流-交流调压器的工作原理。电路有两种工作模式，模式一：三相同时工作；模式二：三相中只有两相工作。具体分析如下：

1）0°≤ α ＜60°。在 α =0°，电路始终工作于模式一，负载电压与电源电压相等。当 α >0°后，电路工作于模式一和模式二交替状态。图2-2b给出了 α =30°的A相负载电压波形。在模式一时，A相负载电压 u _AN’ = u _a ；在模式二时，A相负载电压 u _AN’ 等于导通两相线电压的二分之一。随 α 增加，三相同时导通的区间减小，到 α =60°时，三相同时导通的区间为0，这时只有模式二的工作情况，如图2-2c所示。

2）60°≤ α ＜150°。在此区间电路只有模式二的一种工作方式。随着 α 的增加，负载电压下降，当 α =120°时交流输出电压为0。在 α >90°后，电压电流波形将出现断续，如图2-2d所示。因此采用双向晶闸管的无中线星形联结的三相调压电路有效移相控制范围为0°~150°。

2.1.2 斩控式交流-交流调压器

1.单相斩控式交流调压

单相斩控式交流调压电路如图2-3所示，其中S ₁ 双向可控开关由VT ₁ 、VT ₂ 、VD ₁ 、VD ₂ 构成，S ₂ 双向可控开关由VT ₃ 、VT ₄ 、VD ₃ 、VD ₄ 构成。S ₁ 用于交流电的斩波控制，S ₂ 用于感性负载的续流控制。电机中主要为阻感性负载，负载基波阻抗角为 φ ₁ 。阻感性负载时斩控式单相交流调压电路波形如图2-4所示。按输出电压 u _o 和输出电流的基波 i _o1 可以划分为4个区，其中，B区和D区中 u _o 、 i _o1 方向相同，负载从电源吸收电能，除电阻消耗外，电感储能；A区和C区中 u _o 、 i _o1 方向相反，电感释放电能，除电阻消耗外，向电源反馈无功电能。在开关控制上，B区应由VT ₁ 斩波控制，VT ₃ 恒通为 L 提供续流通路；D区应由VT ₂ 斩波控制，VT ₄ 恒通为 L 提供续流通路。A区应由VT ₄ 斩波控制，在VT ₄ 关断时，因VT ₂ 恒通，为 i _o1 反向电流提供续流通路，使 u _o 和电源电压 u _i 有相同的正极性；在C区，应由VT ₃ 斩波控制，在VT ₃ 关断时，因为VT ₁ 恒通为 i _o1 正向电流提供续流通路，使 u _o 和电源电压 u _i 有相同的负极性。这样按区控制， u _o 的波形与电阻负载时相同，输出电流的基波 i _o1 滞后 u _o 为 φ ₁ 。

在斩波调压时，为避免输出电压中含有偶次谐波，应采用同步调制的方式，即驱动信号与电源电压保持同步，并且载波比 N 为偶数恒值，这样输出电压中的最低次谐波为 N -1次。斩波调压时，一般载波比比较大，因此电流波形比较光滑，接近正弦波。

2.三相斩控式交流调压

三相斩控式交流调压电路包括三个双向可控开关S ₁ 、S ₂ 、S ₃ 和三相负载组成的三相交流调压电路，以及由三相不控桥和VT ₄ 组成的在感性负载时的续流回路，如图2-5所示。三个交流开关S ₁ 、S ₂ 、S ₃ 由同一驱动信号 u _g 控制，续流开关VT ₄ 的驱动信号 u _g4 与 u _g 互补。在VT ₁ 、VT ₂ 、VT ₃ 导通时，负载上电压与电源电压相等；在VT ₁ 、VT ₂ 、VT ₃ 关断时VT ₄ 导通，使感性电流经不控整流器和VT ₄ 续流，负载上电压为0。为了避免输出电压和电流中包含偶次谐波，并且保持三相输出电压对称，载波比 N 必须选为6的倍数。