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第5章交流變換電路5.1交流電力電子開關電路5.2交流調壓電路與交流調功電路5.3交交變頻電路

本章小結1交流變換電路(AC/AC變換)功能:將一種形式的交流電變換成另一種形式交流電。交流電力控制電路變頻電路概述交流變換電路的分類交流調壓電路交流調功電路交流電力電子開關交直交變頻電路交交變頻電路2交流電力控制電路的基本原理利用兩只晶閘管反并聯后串聯在交流電路中,通過控制晶閘管就可實現對交流電力的控制。概述交流調壓:采用相控方式,只改變交流輸出電壓的大小。交流調功:采用通斷控制方式,改變輸出平均功率的大小。交流開關:僅起開關作用,只對電路進行通斷控制。變頻電路的基本特點交直交變頻電路:交交變頻電路:把一種頻率的交流電直接變換成另一種頻率或可變頻率的交流電。——直接變頻電路——間接變頻電路先將交流電整流成直流電,再把直流電逆變成另一種頻率或可變頻率的交流電。3第5章交流變換電路5.1交流電力電子開關電路5.2交流調壓電路與交流調功電路5.3交交變頻電路

本章小結45.1交流電力電子開關電路交流電力電子開關

主要優點(與機械開關相比)響應速度快

無觸點壽命長開關頻率高起接通或斷開電路作用——交流開關把晶閘管反并聯后串入交流電路中5當S閉合時,兩只晶閘管均以管子本身的陽極電壓作為觸發電壓進行觸發。在交流電源的正負半周內,兩個晶閘管輪流導通,負載上得到的近似為正弦電壓。普通晶閘管反并聯構成的簡單交流開關:5.1交流電力電子開關電路6應用:1)雙向晶閘管控制三相自動控溫電熱爐電路5.1交流電力電子開關電路7

TSC基本原理圖應用:2)無功補償裝置——晶閘管投切電容器(TSC)兩個反并聯的晶閘管起著把C并入電網或從電網斷開的作用。串聯小電感的作用:抑制電容器投入電網時出現的沖擊電流。為避免容量較大的電容器組同時投入或切斷對電網造成較大沖擊,一般需將電容器分組。根據電網對無功的需求而改變投入電容器的容量。5.1交流電力電子開關電路8第5章交流變換電路5.1交流電力電子開關電路5.2交流調壓電路與交流調功電路5.3交交變頻電路

本章小結95.2.1交流調功電路5.2.2單相交流調壓電路5.2.3三相交流調壓電路5.2交流調壓與交流調功電路10將負載與交流電源接通幾個整周波,再斷開幾個整周波,通過改變通斷周波數的比值來調節負載的平均功率。因調節對象是電路的輸出平均功率,故稱為交流調功電路。采用過零觸發方式,負載電壓、電流都是近似完整的正弦波。Ru1uoioVT1VT2交流調功電路交流調功電路基本原理:11全周波連續式全周波斷續式交流調功電路Ru1uoioVT1VT2交流調功電路零觸發輸出電壓的兩種工作模式12交流調功電路p/電源周期T控制周期TC=mT4p/O3p/2p/uou1t12U5p/6p/導通段=nT

交流調功電路典型波形(m=3、n=2)設電源周期為T,控制周期TC內導通的周波數為n,則可求出,輸出電壓的有效值為:UO=其中P1為在設定的控制周期內晶閘管全導通時的輸出功率。輸出平均功率為:P=(nT/TC)P1Ru1uoioVT1VT2交流調功電路13交流調功電路p/電源周期T控制周期TC=mT4p/O3p/2p/uou1t12U5p/6p/導通段=nT

交流調功電路典型波形(m=3、n=2)UO=P=(nT/TC)P1——交流調功。Ru1uoioVT1VT2交流調功電路通過改變在設定控制周期內晶閘管的導通周波數n,實現對輸出平均功率P大小的調節。14Ru1uoioVT1VT2交流調功電路UO=P=(nT/TC)P1通常控制晶閘管導通時刻都是在電源電壓過零的時刻,在交流電源接通期間,負載電壓、電流接近正弦波,對外界的電磁干擾最小。一般應用于熱慣性較大的電熱型負載,如電爐的溫度控制。交流調功電路采用通斷控制的交流電力控制電路

交流調功155.2.1交流調功電路5.2.2單相交流調壓電路5.2.3三相交流調壓電路5.2交流調壓與交流調功電路16單相交流調壓電路一、電阻負載在交流電源

u1的正半周內,當ωt

=a時刻觸發VT1導通,輸出電壓uo為:uo=u1在交流電源

u1的負半周內,當ωt

=π+a時刻觸發VT2導通,輸出電壓uo為:uo=u1uo波形正負對稱,不含有直流分量。io波形與uo波形相同。

θ=π-αa↑θ↓

Uo↓實現交流調壓Ru1uoioVT1VT2OiouVTwtOwtOwtu1uoOwtααθ1.工作原理ug1ug217單相交流調壓電路一、電阻負載Ru1uoioVT1VT2OiouVTwtOwtOwtu1uoOwtααθ2.參數計算輸出電壓有效值Uo:輸出電流有效值Io:晶閘管電流有效值IT:電路的功率因數cosφ:SPpapapcosφ-+====2sin211o11ooUUIUIUug1ug218單相交流調壓電路一、電阻負載Ru1uoioVT1VT2OiouVTwtOwtOwtu1uoOwtααθ3.工作特點ug1ug2θ=π-α。α↑→θ↓→UO↓實現交流調壓α=0時,晶閘管處于全導通狀態,

UO=U1為最大。α=π時,晶閘管處于全關斷狀態,

UO=0為最小。

α的移相范圍為:0~π

。功率因數cosφ與控制角α的關系:

α=0時,cosφ

=1為最大

α功率因數cosφ

↓。采用相位控制的交流電壓控制電路

交流調壓19φ二、阻感負載當u2過零時,因電流還未過零,故VT可繼續導通至電流減小到零為止。電壓波形出現缺塊,電流波形出現斷續。θ<180°VT1或VT2導通時,uVT1=0;

VT1、VT2

均關斷時,uVT1=u2。αθφ單相交流調壓電路wtwtuG1uG2OOwtuoOwtOoiwtuVT1OwtOu1α1.工作原理設負載阻抗角為φ=arctan(ωL/R)1)a≥φ時RLu1uoioVT1VT220φ二、阻感負載晶閘管全導通,相當于正弦穩態電路,uo、io均為正弦波。θφ單相交流調壓電路wtwtuG1uG2OOwtuoOwtOoiwtuVT1OwtOu1α1.工作原理設負載阻抗角為φ=arctan(ωL/R)2)a=φ時αθ=πUo=U1為最大,Io及P也為最大。uo=u1,io滯后于uo(u1),相位差為φ。RLu1uoioVT1VT221φ二、阻感負載若ug為窄脈沖則只有VT1導通,VT2始終關斷,形成“半波整流”,故電路不能正常工作。VT1φ單相交流調壓電路wtwtuG1uG2OOwtuoOwtOoiwtuVT1OwtOu11.工作原理設負載阻抗角為φ=arctan(ωL/R)3)a<φ時要保證電路能正常工作必須采用寬脈沖或脈沖列觸發。當ug為寬脈沖或脈沖列時RLu1uoioVT1VT2αα穩態工作情況與α=φ時完全相同。22二、阻感負載單相交流調壓電路單相交流調壓電路以φ為參變量的θ與α的關系:1.工作原理

在負載阻抗角φ一定時:α≤φ,θ=180°

。α>φ,θ<180°,且α↑→θ↓。RLu1uoioVT1VT2φαθφwtwtuG1uG2OOwtuoOwtOoiwtuVT1OwtOu1α231)必須采用寬脈沖或脈沖列觸發。2)晶閘管的導通角θ既與控制角α有關,也與負載阻抗角φ有關。

α>φ時,

θ=π-α+φ<π

。3)αθ↓Uo↓→實現交流調壓。4)α的移相范圍為:φ~π。5)α=φ時,晶閘管全導通(θ

=π),相當于正弦穩態電路(uo=u1,io滯后于uoφ角度)。此時Uo及Po為最大。

Uomax=U1

,Iomax=Uo/Z,Pomax=(Iomax)2R

式中,Z為負載阻抗的模。

單相交流調壓電路φαθφwtwtuG1uG2OOwtuoOwtOoiwtuVT1OwtOu1α二、阻感負載2.工作特點RLu1uoioVT1VT224燈光控制。異步電動機軟起動。異步電動機調速。供用電系統對無功功率的連續調節。在高壓小電流或低壓大電流直流電源中,用于調節變壓器一次電壓。

單相交流調壓電路主要應用255.2.1交流調功電路5.2.2單相交流調壓電路5.2.3三相交流調壓電路5.2交流調壓與交流調功電路26

三相交流調壓電路a)星形聯結b)線路控制三角形聯結c)支路控制三角形聯結d)中點控制三角形聯結一、三相交流調壓電路的幾種接線形式27星形聯結電路三相三線星形聯結電路三相四線

三相四線時,相當于三個單相交流調壓電路的組合。其特點是電路各相通過零線自成回路,零線中有很大的3次諧波電流,對電動機和電網影響嚴重,工業中較少采用。

三相交流調壓電路一、三相交流調壓電路的幾種接線形式28三相三線時也稱為三相全波星形聯結。其特點是輸出諧波分量少,適用于低電壓大電流的負載電路。

三相交流調壓電路一、三相交流調壓電路的幾種接線形式星形聯結電路29相當于三個單相交流調壓電路的組合。三個單相電路分別在不同的線電壓作用下單獨工作。

三相交流調壓電路一、三相交流調壓電路的幾種接線形式支路控制三角形聯結電路301)任一相導通須和另一相構成回路,電流流通路經中有兩個晶閘管,應采用雙脈沖或寬脈沖觸發。2)三相的觸發脈沖依次相差120°

,同一相的兩個反并聯晶閘管觸發脈沖相差180°

。3)觸發脈沖順序為VT1~VT6,依次相差60°。4)a的起點為相電壓過零點,兩相間導通時是靠線電壓導通,因線電壓超前于相電壓30°,故a移相范圍為0°~150°。

三相交流調壓電路二、三相全波星形聯結交流調壓電路工作原理31三相中各有一個晶閘管導通,稱1類工作狀態,這時負載相電壓就是電源相電壓;兩相中各有一個晶閘管導通,另一相不導通,稱2類工作狀態,這時導通相的負載相電壓是電源線電壓的二分之一。

三相交流調壓電路三相中各有一個晶閘管導通:uRA=uA;A、B兩相中各有一個晶閘管導通:uRA=uAB/2;A、C兩相中各有一個晶閘管導通:uRA=uAC/2;A相中VT1、VT4均不導通:uRA=0

。以A相為例,分析A相負載電壓uRA波形:二、三相全波星形聯結交流調壓電路工作原理uRA32RARARA不同α角時負載相電壓波形

三相交流調壓電路α=30°α=60°α=120°電路處于1類工作狀態和2類工作狀態的交替狀態,每個晶閘管導通角為π-α。α=0°時是一種特殊情況,一直是1類工作狀態。二、三相全波星形聯結交流調壓電路工作原理uRA1.0°≤α<60°33RARARA不同α角時負載相電壓波形

三相交流調壓電路α=30°α=60°α=120°二、三相全波星形聯結交流調壓電路工作原理uRA2.60°≤α<90°電路始終處于2類工作狀態,每個晶閘管導通角均為120°。34RARARA不同α角時負載相電壓波形

三相交流調壓電路α=30°α=60°α=120°二、三相全波星形聯結交流調壓電路工作原理uRA3.90°≤α<150°電路處于2類工作狀態和無晶閘管導通的交替狀態,且被分割為不連續的兩部分,每個晶閘管導通角為2(150°-α)。35第5章交流變換電路5.1交流電力電子開關電路5.2交流調壓電路與交流調功電路5.3交交變頻電路

本章小結36PuoZN++--UdPUdN功能:將50Hz的工頻交流電直接變換成為另一頻率或可調頻率的交流電。

——直接變頻(周波變換器)一、電路組成由P組和N組反并聯的晶閘管變流器構成。io單相交交變頻電路5.3交交變頻電路37PuoZN++--UdPUdN功能:將50Hz的工頻交流電直接變換成為另一頻率或可調頻率的交流電。——直接變頻(周波變換器)二、基本工作原理由P組和N組反并聯的晶閘管變流器構成。

P組工作時,io為正

uo=+UdPN組工作時,io為負

uo=-UdN

兩組變流器按一定的頻率交替工作,負載上即得到交流電輸出。改變切換頻率→即可改變輸出頻率fo

改變控制角α→

即可改變輸出電壓的幅值。uo0+UdP-UdNtP組

P組

N組

N組

io單相交交變頻電路T5.3交交變頻電路38二、基本工作原理在半個周期內讓正組變流器(P組)a

角按正弦規律從90°減小到0°,然后再逐漸增大到90°。另外半個周期對N組進行同樣的控制。uo0ap=0平均輸出電壓ωt輸出電壓問題:怎樣使uo波形接近正弦波?方法:按正弦規律對a角進行調制。

uo并不是平滑的正弦波,而是由若干段電源電壓拼接而成,在uo的一個周期內,所包含的電源電壓段數越多,其波形就越接近于正弦波。5.3交交變頻電路PuoZN++--UdPUdNio39三、輸出正弦波電壓的調制方法余弦交點法設Ud0為a=0時整流電路的理想空載電壓,則控制角為a時uo為設要得到的正弦波輸出電壓為比較上面兩式,應使式中,g

稱為輸出電壓比故5.3交交變頻電路40PuoZN++--UdPUdN四、整流與逆變工作狀態uPuNuoioiNiP交流電源表示變流電路可輸出交流正弦電壓,二極管體現了變流電路的電流單向性。設負載阻抗角為j,兩組變流電路工作時采取直流可逆調速系統中的無環流工作方式,即一組變流電路工作時,封鎖另一組變流電路的觸發脈沖。以阻感負載為例,分析電路的整流和逆變工作狀態。交交變頻電路的理想化等效電路5.3交交變頻電路把交交變頻電路理想化,即可得到理想化等效電路。41四、整流與逆變工作狀態

t3~t5階段,io反向,即io為負,N組變流電路工作,P組電路被封鎖。

t3~t4

:N組整流,uo和io均為負。

t4

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