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1、第6章 交流电力控制电路和交交变频电路,6.1 交流调压电路 6.1.1 单相交流调压电路 6.1.2 三相交流调压电路 6.2 其他交流电力控制电路 6.2.1 交流调功电路 6.2.2 交流电力电子开关 6.3 交交变频电路 6.3.1 单相交交变频电路 6.3.2 三相交交变频电路,概 述,交流-交流变流电路,一种形式的交流变成另一种形式交流的电路， 可改变相关的电压、电流、频率和相数等,交流电力控制电路,变频电路,只改变电压、电流或控制电路的通断，不改变频率,改变频率，大多不改变相数，也有改变相数的,交流调压电路相位控制（或斩控式） 交流调功电路及交流无触点开关通断控制,交交变频电路
2、交直交变频电路,1.晶闸管交交变频电路 2.矩阵式变频电路,先把交流整流成直流，再把直流逆变成另一种频率或可变频率的交流,间接变频电路,6.1 交流调压电路,交流电力控制电路的结构,两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，控制晶闸管 就可控制交流电力,交流电力控制电路的类型,交流调压电路:,交流调功电路:,交流电力电子开关:,每半个周波控制晶闸管开通相位，调节输出电压有效值,以交流电周期为单位控制晶闸管通断，改变通断周期数的比，调节输出功率的平均值,并不着意调节输出平均功率，而只是根据需要接通或断开电路。,交流调压电路的应用： 灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制） 异步电动机软起动 异步电动机调速
3、 供用电系统对无功功率的连续调节 在高压小电流或低压大电流直流电源中，用于调节变压器一次电压,6.1.1 单相交流调压电路,1 电阻负载,原理分析,在 u1的正半周和负半周，分别对VT1和VT2的开通角a进行控制就可以调节输出电压,正负半周a 起始时刻（a =0）均为电压过零时刻，稳态时，正负半周的a 相等,负载电压波形是电源电压波形的一部分，负载电流（也即电源电流）和负载电压的波形相同,电阻负载单相交流调压电路及其波形,数量关系 负载电压有效值 负载电流有效值 晶闸管电流有效值 功率因数,6.1.1 单相交流调压电路,R,O,u,1,u,o,i,o,VT,1,VT,2,u,1,u,o,i,o
4、,u,VT,w,t,O,w,t,O,w,t,O,w,t,2 阻感负载 阻感负载时a的移相范围 负载阻抗角：j = arctan(wL / R) 稳态时负载电流为正弦波，相位滞后于u1的角度为j a =0时刻仍定为u1过零的时刻，a的移相范围应为j a ,阻感负载单相交流调压电路及其波形,6.1.1 单相交流调压电路,6.1.1 单相交流调压电路,数量关系 负载电压有效值： 晶闸管电流有效值：,瞬态微分方程求解可得,负载电流有效值,3.单相交流调压电路的谐波分析 电阻负载的情况 波形正负半波对称，所以不含直流分量和偶次谐波,(n=3,5,7,),6.1.1 单相交流调压电路,式中:,基波和各次谐
5、波有效值 负载电流基波和各次谐波有效值 电流基波和各次谐波标么值随 a 变化的曲线（基准电流为a =0时 的有效值）如图所示,电阻负载单相交流调压电路基波和谐波电流含量,6.1.1 单相交流调压电路,阻感负载的情况 电流谐波次数和电阻负载时相同，也只含3、5、7等次谐波 随着次数的增加，谐波含量减少 和电阻负载时相比，阻感负载时的谐波电流含量少一些 当a 角相同时，随着阻抗角j 的增大，谐波含量有所减少,6.1.1 单相交流调压电路,a j 时,单相交流调压电路,aj时阻感负载交流调压电路工作波形,波形分析:,VT1提前通，L被过充电，放电时间延长， VT1的导通角超过,触发VT2时， io尚
6、未过零， VT1仍导通， VT2不通io过零后， VT2开通， VT2导通角小于,方程式(6-5)和(6-6)所得io表达式仍适用，只是at ,过渡过程和带R-L负载的单相交流电路在t =a (a j)时合闸的过渡过程相同,io由两个分量组成：正弦稳态分量、指数衰减分量,衰减过程中， VT1导通时间渐短， VT2的导通 时间渐长,稳态的工作情况和a =j时完全相同,p,w,t,w,t,w,t,w,t,a,a,q,O,O,O,u,G1,G2,j,T1,T2,图4-7 斩控式交流调压电路,4斩控式交流调压电路,一般采用全控型器件作为开关器件,原理分析,基本原理和直流斩波电路有类似之处,u1正半周,
7、u1负半周,设斩波器件（V1或V2）导通时间为ton，开关周期为T，则导通比a = ton/T，改变a 可调节输出电压,斩波控制,斩波控制,续流通道,续流通道,6.1.1 单相交流调压电路,图4-8 电阻负载斩控式交流调压电路波形,6.1.1 单相交流调压电路,单相-斩控式交流调压电路波形,6.1.2 三相交流调压电路,根据三相联结形式的不同，三相交流调压电路具有多种形式,a) 星形联结 b) 线路控制三角形联结 c) 支路控制三角形联结 d) 中点控制三角形联结,三相四线 基本原理：相当于三个单相交流调压电路的组合，三相互相错开120工作。基波和3倍次以外的谐波在三相之间流动，不流过零线 问
8、题：三相中3倍次谐波同相位，全部流过零线。零线有很大3倍次谐波电流。a=90时，零线电流甚至和各相电流的有效值接近,三相三线,三相四线,1星形联结电路,6.1.2 三相交流调压电路,三相三线，电阻负载时的情况 任一相导通须和另一相构成回路 电流通路中至少有两个晶闸管，应采用双脉冲或宽脉冲触发 触发脉冲顺序和三相桥式全控整流电路一样，为VT1 VT6,依次相差60 相电压过零点定为a的起点， a角移相范围是0 150,6.1.2 三相交流调压电路,a =30，分析a相波形。,5.6通 0,1.5.6通,Ua,1.6通 Uab/2,1.2.6通,Ua,1.2通 Uac/2,1.2.3通,Ua,a
9、=60，分析a相波形。,5.6通 0,1.6通 Uab/2,1.2通 Uab/2,a =120，分析a相波形。,4. 5 通 Uac/2,无器件导通,5. 6 通 0,无器件导通,1. 6 通 Uab/2,无器件导通,a) a =30 b) a =60 c) a =120,6.1.2 三相交流调压电路,(1) 0 a 60：三管导通与两管导通交替，每管导通180a 。但a =0时一直是三管导通,(2) 60 a 90：两管导通，每管导通120,(3) 90 a 150：两管导通与无晶闸管导通交替，每相每管导通150- a，两管共导通角度为3002 a,谐波情况 电流谐波次数为6k1(k=1，2
10、，3，)，和三相桥式全控整流电路交流侧电流所含谐波的次数完全相同 谐波次数越低，含量越大 和单相交流调压电路相比，没有3倍次谐波，因三相对称时，它们不能流过三相三线电路,6.1.2 三相交流调压电路,6.2 其他交流电力控制电路,以交流电源周波数为控制单位交流调功电路 对电路通断进行控制交流电力电子开关,6.2.1 交流调功电路,异,同,与交流调压电路的,电路形式完全相同,控制方式不同：将负载与电源接通几个周波，再断开几个周波，改变通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均,应用,常用于电炉的温度控制,因其直接调节对象是电路的平均输出功率,所以称为交流调功电路,控制对象时间常数很大，以周波数为单位
11、控制即可 通常晶闸管导通时刻为电源电压过零的时刻，负载 电压电流都是正弦波，不对电网电压电流造成通常 意义的谐波污染,电阻负载时的工作情况 控制周期为M倍电源周期，晶闸管在前N个周期 导通，后MN个周期关断,交流调功电路典型波形(M =3、N =2),当M=3、N=2时的电路波形如图,6.2.1 交流调功电路,6.2.2 交流电力电子开关,作用： 优点： 与交流调功电路的区别 并不控制电路的平均输出功率 通常没有明确的控制周期，只是根据需要控制电路的接通和断开 控制频度通常比交流调功电路低得多,代替机械开关，起接通和断开电路的作用,响应速度快，无触点，寿命长，可频繁控制通断,6.3 交交变频电
12、路,本节讲述：晶闸管交交变频电路，也称周波变流器(Cycloconvertor) 交交变频电路把电网频率的交流电变成可调频率的交流电，属于直接变频电路 广泛用于大功率交流电动机调速传动系统，实用的主要是三相输出交交变频电路,直接变频器,按波形的不同又可分为两类:,方波形直接变频器,改变正反组切换频率,可以改变输出交流电的频率.,改变a的大小,即可改变输出交流电的幅值.,这种方式控制,谐波分量大., 正弦波直接变频器,改变正反组切换频率,可以改变输出交流电的频率.,改变a的大小,即可改变输出交流电的幅值.,这种方式控制,谐波分量少.适用于低速大容量的场合.,三相交交变频电路,三相交交变频电路可以
13、由3个单相交交变频电路组成。 如果每组可控整流装置都用桥式电路，含6个晶闸管（当每一桥臂都是单管时），则三相可逆线路共需36个晶闸管，即使采用零式电路也须18个晶闸管。,三相交交变频器的基本结构（接法）,输出星形联结方式三相交交变频电路,三相桥式交交变频电路,交-交变压变频器虽然在结构上只有一个变换环节，省去了中间直流环节，看似简单，但所用的器件数量却很多，总体设备相当庞大。不过这些设备都是直流调速系统中常用的可逆整流装置，在技术上和制造工艺上都很成熟。 这类交-交变频器的主要缺点是：输入功率因数较低，谐波电流含量大，频谱复杂，因此须配置谐波滤波和无功补偿设备。其最高输出频率不超过电网频率的 1/3 1/2。,直接变频的特点：,本章重点,单相交流调压电路的结构及工作原理（相控、斩控） 单相交流调压电路相控方式下的有效移相范围。（纯阻、阻感负载） 三相三线制调压电路的结构及波形分析。 交交变频电路的类型及控制方式。,
