1、第三章 交流變換電路第一節(jié) 概述一、交流變換電路 交流變換電路：一種形式的交流電變成另一種形式交流電的電路，可改變電壓、 電流、頻率和相數(shù)等。交流電力控制電路：只改變電壓、電流或控制電路的通斷，不改變頻率； 包括：1. 交流調(diào)壓電路 相位控制（或斬控式） ；2. 交流調(diào)功電路及交流無觸點開關 通斷控制。變頻電路：改變頻率，大多不改變相數(shù)，也有改變相數(shù)的； 交交變頻電路：直接把一種頻率的交流變成另一種頻率或可變頻率的交流， 屬于直接變頻電路；主要變頻電路：1. 晶閘管交 交變頻電路2. 矩陣式變頻電路3. 交-直-交變頻電路：先把交流整流成直流，再把直流逆變成另一種頻率或可 變頻率的交流 ,間接

2、變頻電路。二、交流電力控制電路? 兩個晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，控制晶閘管就可控制交流電力；? 交流調(diào)壓電路 每半個周波控制晶閘管開通相位，調(diào)節(jié)輸出電壓有效值；? 交流調(diào)功電路 以交流電周期為單位控制晶閘管通斷，改變通斷周期數(shù)的 比，調(diào)節(jié)輸出功率的平均值；? 交流電力電子開關 并不著意調(diào)節(jié)輸出平均功率， 而只是根據(jù)需要接通或斷 開電路。三、相控調(diào)壓電路 相位控制交流調(diào)壓又稱相控調(diào)壓， 是交流調(diào)壓中的基本控制方式， 應用最廣。 交流調(diào)壓器的輸出仍是同頻率的交流電， 原則上可應用于一切需要調(diào)壓的交 流負載上， 也可通過變壓器再調(diào)壓。 交流調(diào)壓器是通過改變電壓波形來實現(xiàn)調(diào)壓 的，因此輸出的電壓

3、波形不再是完整的正弦波， 諧波分量較大。 從調(diào)壓器輸入端 所觀察到的調(diào)壓器及其負載的總體功率因數(shù)也隨著輸出電壓的降低而降低。 但這 種交流調(diào)壓器控制方便、體積小、投資省，因 此廣泛應用于需調(diào)溫的工頻加熱、 燈光調(diào)節(jié)及風機、 泵類負載的異步電機調(diào)速等 場合。本章主要分析相控式交流調(diào)壓電路。第二節(jié)單相交流調(diào)壓電路分析、理想條件假定1）2）3）4）5）交流電源為恒頻、恒壓正弦波晶閘管具有理想開關特性 負載為純電阻忽略電路的引線電感電路工作已達穩(wěn)態(tài)、理想條件下單相交流調(diào)壓電路分析1）工作原理 ?在ui的正半周和負半周，分別對 VT1和VT2的開通角a進行控制就可以調(diào)節(jié)輸出電壓；?正負半周a起始時刻（a

4、 =0）均為電壓過零時刻，穩(wěn)態(tài)時，正負半周的 a相 等；?負載電壓波形是電源電壓波形的一部分，負載電流（也即電源電流）和負載電 壓的波形相同。uOVTI0O圖4-1u 1V T 1o 丄一 LVVri11 1,O11! LOi o132）數(shù)量關系負載電壓有效值（正負半波對稱）：in 2J 丄丿2u 1 sin負載電流有效值：1。UoR晶閘管電流有效值（每個晶閘管流過半個波形）It2紹一 d t需sin 2)2)晶閘管電流平均值（每個晶閘管流過半個波形）iTd彳 72l sin td2dlcos )2功率因數(shù):U oloUiIo輸出電壓與a的關系:移相范圍為0W a <noa = 0時，輸

5、出電壓為最大，Uo=Ul。隨a的增大，Uo降低，a =n時，Uo =0。入與a的關系：a = 0時，功率因數(shù)入=1, a增大，輸入電流滯后于電壓且畸變，入降低。3）諧波問題（簡單了解）：從波形可以看出，諧波含量與 a有關。三、感性負載下單相交流調(diào)壓電路分析1、基本電路（圖3-1a）VTI w VTV% VT42、電路波形分析(圖3-4)(73#6>Qf5O4*圏3-4 感性負載下職相涮樂電路滅?f?f?Uftip -j3n-in1丄 k S fX 亠VDOI4 “時，Ugi> 0、 Uak1 > 0, VT1 導通pl:電流i從零開始增長，UVT1 eg輸出電壓u U2，電感

6、電壓Ul L dt逐步減小，在電流過最大值以后電壓反向。(2)時,電網(wǎng)電壓過零，由于電感的續(xù)流作用，晶閘管繼續(xù)導通,UVT1 e 0輸出電壓u U2，電感電壓繼續(xù)反向增大。(3)時,電流過零，晶閘管關斷，UVT1 = U2UlL滬0輸出電時，Ug4> 0、Uak4 > 0, VT4導通，開始負半周的工作，其過程與正半周相同。3、導電角分析以正半周為例分析：VT1導通,VT4關斷。U2Ldi0 i0R 72u2sindt叫 i0R 血土sin t dt 0 L LioV2uf 2<R2丄R=sin( t ) Ae L(L)arctg(¥) R時，有io = 0,可得:

7、嚴Tn()hJr2( L)2對于一定的a 有:ioA, sin( t R)A2e L即(3-10)式當時，io = 0,可以得到:sin()sin()etg考慮器件最大導電角 M，代入上式可得:結(jié)論：1)時,2)時,3)時,輸出電流臨界連續(xù),輸出電流連續(xù)，導電角始終,a角開始失去控制作用。M , a角失去控制作用。輸出電流斷續(xù)，a角有控制作用,a與導電角關系如圖3-5。4、輸出電流 導通時：A1 sin( t )RAze L其余時間:有效值：io = 0Io其中Io為標幺值，其與a關系如圖3-6表示:1)時，Io受控于a，電流可調(diào)2)L00.80.60.2Jh4A卩=(V-45-4、時，10與

8、a無關，電流連續(xù)為I020406080100 120 140 160 180a心2)純電阻負載，丫型聯(lián)結(jié)，Ra=Rb=Rc=R第三節(jié)理想條件下三相交流調(diào)壓電路分析 一、理想條件假定1)三相電網(wǎng)為恒頻、恒壓和對稱正弦波3)4)5)二、理想條件下三相交流調(diào)壓電路分析1、晶閘管脈沖分布要求晶閘管的脈沖分布由電路結(jié)構(gòu)決定，根據(jù)圖3-7可以分析：VT1、VT4，VT3、VT6，VT5、VT2分別反向并聯(lián)，門極脈沖互差 180o 由于A、B、C各相電壓相差為1200各正向器件之間和各反向器件之間脈 沖相差1200,因此各脈沖構(gòu)成的序列依次相差 60a觀察電路結(jié)構(gòu)，至少有兩相導通才能構(gòu)成回路，因此脈寬至少6

9、00最大為180q為防止器件承受反壓時出現(xiàn)門極脈沖，控制脈沖后沿固定在相電壓過零處， 由于a角可變，脈沖寬度為（1800 a），是前沿可變后沿固定的脈沖。1)2)3)4)晶閘管具有理想開關特性 忽略電路寄生電感電路已達到穩(wěn)態(tài)* VTl,n,WVTl,4 T"RbA 刁二LB ogr廠2PuIA IC a y圖3-7 三相三線制相控武調(diào)壓電路注意：a） 根據(jù)3）和4）的要求，脈沖控制角度范圍為1200,實際情況可突破，對應于第 4）條, 元件反壓時實際可以存在脈沖，因此控制脈沖寬度可以相應展寬。b）a角的計算以相電壓正向過零點為起點。C）控制脈沖與電路形式關聯(lián)，不同電路有不同要求。2、

10、a）電路運行狀態(tài)類型分析 三相均導通，圖3-8aVT1、VT4、VT3、VT6、VT5、VT2都導通，晶閘管管壓降 U 0b)UaN = UaOUbN = Ubo兩相導通，一相斷開，圖UcN = UCO3-8biA = UAO/ RUno = 0VVT1、VT4、VT3、VT6導通，晶閘管管壓降u 0， VT5、VT2關斷，晶閘管管壓降 U = Uco- ( Uao+ Ubo) /2 = 3 uCo/2 ,UaN = Uab/2 ,UcN = 0 VUbN =- Uab/2= Uba/2， iA = Uab/ 2R , Uno =( UAO+ Ubo) /2 = -Uco/2以上分析見表3-1

11、,其余狀態(tài)分析類似（作為自學）(VI I ,V I IZH*rII. h!tt54m HfR三押三純帝liw丿養(yǎng)電粘丁竹g迭3、a = 0時工作狀態(tài)分析（注：Ug 0與ig 0等效）條件：1）自然換流點（a = 0）產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，自然換流點判別方法同第二章, 自然換流點在各相電壓波形過零點。2）橋臂端相電壓正向過零時觸發(fā)單號晶閘管， 號晶閘管。觸發(fā)脈沖規(guī)律：1）R SUV相電壓反向過零時觸發(fā)雙Ugi>0Ug2>0；STUg3>0;V W Ug4>0;T R Ug5>0；W U Ug6>02）脈沖寬度1800，相鄰序號脈沖相差60°。狀態(tài)：1） RU

12、 時刻，UA 0、UB 0、Uc 0，Ug10、Ug60，假定Un 0，則VT1、VT6導通，由于此前Uc正向過零時U g5 0，此時VT5仍導通，由于A、B、C三均導通，三相電壓同時輸出，N點電位為零，前 面Un 0的假定成立。由于為純電阻負載，晶閘管電流波形與電壓波形相似。<>2) US時刻，Ua0、Ub 0、Uc 0， U g10、Ug20，由于Un 0，VT1、VT2導通，此前VT6導通，由于電壓極性不變，仍維持導通。 三相電壓同時輸出，N點電位仍然維持為零，由于為純電阻負載，晶 閘管電流波形與電壓波形相似。其余各點的波形分析方法類似。*ftrr-"AB3幾、,

13、/¥ 卜7_十、Iar廠一一、 J 丿 ¥、z(S-W t«rAZCl V.a - 3)X心*2aOVTIOSjII心j三2二J r f蘭X. (*3>、f.嚴11111l11.Lk i14 i1I11r44 r4115 1ft161JJJI*ftJl=* J 丄=L3J3i3$ 31s17t2(H 3-9 地陽載.心0時三柿；«居電賂的液璋特點：1)2)3)4)5)6)晶閘管電流自然過零，無疊流現(xiàn)象 自然換流晶閘管關斷的反壓是電網(wǎng)電壓電源換流任意瞬間三個器件導通，三相輸出均衡器件導通角1800反壓時間10mS，可以可靠關斷 每隔600在自然換流點

14、產(chǎn)生轉(zhuǎn)換輸出電壓、電流最大4、a = 30o工作狀態(tài)分析（脈沖條件同a = 0狀態(tài)）（注：Ug 0與ig 0等效）1 ) R U 時刻，Ua 0、Ub 0、Uc0 , Ugi 0,假定 Un 0,貝 U VT1 導通,此前Uc正向過零時U g5 0，此時VT5仍導通，同理 VT6亦維持導通。三相電壓同時輸出，N點電壓為零，前面假定成立。由于為純電阻負載，晶閘管電 流波形與電壓波形相似，A相負載電壓為A相電壓，電流波形也一樣（圖中R'U 區(qū)間）。2） U U 時刻，Ua 0、Ub0、Uc0 ,由于Un 0 ,則VT5承受反壓關斷,關斷后N點電位改變?yōu)椋║a+Ub) /2,大于uc, VT

15、5繼續(xù)反壓，可靠關斷;由于 uAB 0 , VT1、VT6繼續(xù)導通,A相負載電壓為Uab/2，電流波形也一ir IjX ； i Iz-4k 上*k7、 X、/巴'3/j'ii/5I Xy zIII-w&za2A可門i*1 JZ !'寸LgUd1/宇0 心丄_t ab- n/ 34H frt*“2.樣（圖中UU區(qū)間）。V乍 7.II Lp 一II十 .！I圏耳“U 純Pflfh 鞍*住=Mb rud 和 u = ME Ed 聞三相測rKtlltfft波，修13) U S 時刻，Ua 0、UB 0、Uc 0 ， Ug2 0，由于 Un (Ua Ub)0 ，VT2承受

16、正壓，VT2開始導通，導致Un 0,則VT1、VT6繼續(xù)可以導通,三相電壓同時輸出，N點電壓維持為零。其他區(qū)間的分析類似，圖C展示A相電壓波形，圖d展示N點電位Uno，圖e 展示A相電流，圖f展示A相晶閘管的波形。類似可以分析a = 60o狀態(tài)（圖g）。特點:1)2)0600區(qū)間，電路具有兩種運行狀態(tài)，每隔斷續(xù)。不同狀態(tài)的電流變化規(guī)律不同，電流有效值與 值減小。30o交替變化，電流波形有a值相關，a增大，電流有效2)電路處于三相導通狀態(tài)的時間與 a有關，當 三相導通狀態(tài)。（相關電流值的計算，僅要求了解具體計算方法）600時只有兩相導通狀態(tài)，無5、a = 90o工作狀態(tài)分析（脈沖條件同a = 0

17、狀態(tài)）（注：Ug 0與ig 0等效）1）R'S 時刻，Ua 0、Ub 0、Uc0 , U g1 0、 U g60，假定Un 0，則19VT1、VT6導通，此前Uc正向過零后90o時Ug5 0，此時VT5反壓關斷,因此前面假定不成立，VT5處于關斷狀態(tài)。由于Ua Ub，VT1、VT6導通,A相負載電壓為Uab/2 （圖C）, B相負載電壓為-Uab/2 （圖d），N點電位Un3）由于2（Ua Ub）。Ua Ub，上述狀態(tài)延續(xù)到U ,此后Ua< Ub ,VT1、VT6關斷，此時U g1 0、Ug210、Uc< Ua , VT1、VT2導通，N點電位山比）,由于12 （Ua Uc

18、），VT6承受反壓可靠關斷。相負載電壓為0（圖d）。此種狀態(tài)延續(xù)到S時刻。UbA相負載電壓為Uac/2 （圖C），B其余狀態(tài)類似分析。舁Ih-丈焊:M十丄竺-1? 一二也722m 一竺亠爛f十丄竺i>M3）一"一 一 ya 爐亠 I £2二、> .k «>卜z*匕JI* V?0J33lZ* MM一上/ I -AV / 2特點：(60« a<90O在60« a<90o區(qū)間，任意時刻只有兩相導通，每一器件導通角為120Q每一組正反器件換流間隔為60qa增加，器件反壓峰值加大，最大為相電壓峰值的 輸出電壓、電流有效值隨1)2)3)4)1.5 倍。6、a = 1200工作狀態(tài)分析a增加而減小。（注: Ug 0 與 ig 0 等效,教材中圖312有誤，U ' V' W'位置應前移30°)1)R t 時刻，Uau B Uc ， U g1 0、U g60，VT1、VT6 導通、R' r 1 亠二1； I 片-i ； 二f H之前VT5可能導通，但由于Ua UB UC，VT5關斷，A相負載電壓為uab/2.B相負載電壓為-uab/2，N點電位UN0