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1、第十三讲 交流电力控制电路和交交变频电路概 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 交流电力控制电路只改变电压、电流或控制电路的通断，不改变频率 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 变频电路改变频率，大多不改变相数，也有改变相数的 交交变频电路直接把一种频率的交流变成另一种频率或可变频率的交流，直接变频电路交直交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，8.1节13.1交流调压电路绪 论交流电力控制电路的结构及类型 两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，控制晶闸
2、管就可控制交流电力 交流调压电路每半个周波控制晶闸管开通相位，调节输出电压有效值 交流调功电路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 交流电力电子开关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 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13.1.1单相交流调压电路1电阻负载 工作原理： 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
3、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图4-1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 (4-1) 负载电流有效值 （4-2）晶闸管电流有效值 (4-3) 功率因数 (4-4)输出电压与a的关系: 移相范围为0 a 。 a =0时，输出电压为最大， Uo=U1。随a的增大，Uo降低， a =时， Uo =0。与a的关系： a =0时，功率因数=1， a增大，输入电流滞后于电压且畸变，降低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) 晶闸管短接，稳态时负载电流为
4、正弦波，相位滞后于u1的角度为j 在用晶闸管控制时，只能进行滞后控制，使负载电流更为滞后，而无法使其超前 a =0时刻仍定为u1过零的时刻，a的移相范围应为j a 图4-2 阻感负载单相交流调压电路及其波形 阻感负载时的工作过程分析在t = a 时刻开通VT1，负载电流满足 （4-5） 解方程得 (4-6)式中 ,为晶闸管导通角利用边界条件：t = a +时io =0,可求得： （4-7）VT2导通时，上述关系完同，只是io极性相反，相位差180 图4-3 单相交流调压电路以a为参变量的和a关系曲线 数量关系负载电压有效值 （4-8）晶闸管电流有效值 （4-9）负载电流有效值 （4-10） I
5、VT的标么值 （4-11）图4-4 单相交流调压电路a为参变量时IVTN和a关系曲线a j 时的工作情况 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(4-5)和(4-6)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时完全相同图4-5 aj 时阻感负载交流调压电路工作波形3单相交流
6、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 （4-12） 式中 (n=3,5,7,) (n=3,5,7,)基波和各次谐波有效值 (n=3,5,7,) （4-13） 负载电流基波和各次谐波有效值 （4-14）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4-6所示图4-6 电阻负载单相交流调压电路基波和谐波电流含量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a 角相同时，随着阻抗角j 的增大，谐波含量有所减少4斩控式交流调压电路一般采
7、用全控型器件作为开关器件 工作原理 基本原理和直流斩波电路有类似之处 u1正半周，用V1进行斩波控制，V3提供续流通道 u1负半周，用V2进行斩波控制，V4提供续流通道 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 可调节输出电压图4-7 斩控式交流调压电路图4-8 电阻负载斩控式交流调压电路波形特性：电源电流的基波分量和电源电压同相位，即位移因数为1电源电流不含低次谐波，只含和开关周期T有关的高次谐波功率因数接近113.1.2三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图4-9 三相交流调压电路a) 星形联结 b) 线路
8、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1星形联结电路可分为三相三线和三相四线两种情况三相四线基本原理：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，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0150(1)0 a 6
9、0：三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，导通角度为3002 a图4-10 不同a角时负载相电压波形a) a =30 b) a =60 c) a =120谐波情况电流谐波次数为6k1(k=1，2，3，)，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2支路控制三角联结电路 由三个单相交流调压电路组成，分别在不同的线电压作用下工作 单相交流调压电路的分析方法和结
10、论完全适用 输入线电流（即电源电流）为与该线相连的两个负载相电流之和 谐波情况 3倍次谐波相位和大小相同，在三角形回路中流动，而不出现在线电流中 线电流中所谐波次数为6k1(k为正整数) 在相同负载和a角时，线电流中谐波含量少于三相三线星形电路典型用例晶闸管控制电抗器（Thyristor Controlled ReactorTCR）a移相范围为90180控制a角可连续调节流过电抗器的电流，从而调节无功功率配以固定电容器，就可在从容性到感性的范围内连续调节无功功率，称为静止无功补偿装置(Static Var CampensatorSVC），用来对无功功率进行动态补偿，以补偿电压波动或闪变图4-11 晶闸管控制电抗器(TCR)电路图4-12 TCR电路负载相电流和输入线电流波形a) a=120 b) a=135 c) a=16013.2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13.2.1交流调功电路与交流调压电路的异同：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
