電力電子技術(shù)模塊6

1、1模塊模塊6 交交變換電路交交變換電路 n6.1 交流調(diào)壓電路概述交流調(diào)壓電路概述n6.2 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路n6.3 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路n6.4 其他交流電力控制電路其他交流電力控制電路n6.5任務(wù)實(shí)施任務(wù)實(shí)施-交流調(diào)壓電路測(cè)試交流調(diào)壓電路測(cè)試n6.6知識(shí)拓展知識(shí)拓展-交交變頻電路交交變頻電路n小結(jié)小結(jié)26.1 交流調(diào)壓電路概述交流調(diào)壓電路概述n交流調(diào)壓電路采用兩單向晶閘管反并聯(lián)（圖交流調(diào)壓電路采用兩單向晶閘管反并聯(lián)（圖6-1(a)）或雙向晶閘）或雙向晶閘（圖（圖6-1（b），實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電正、負(fù)半周的對(duì)稱控制，達(dá)到方），實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電正、負(fù)半周的對(duì)稱控制，達(dá)到方便調(diào)

2、節(jié)輸出交流電壓大小的目的，或?qū)崿F(xiàn)交流電路的通、斷控制。便調(diào)節(jié)輸出交流電壓大小的目的，或?qū)崿F(xiàn)交流電路的通、斷控制。 圖6-1 交流調(diào)壓電路3n交流調(diào)壓電路一般有三種控制方式，其原理如圖交流調(diào)壓電路一般有三種控制方式，其原理如圖6-2所示。所示。6.1 交流調(diào)壓電路概述交流調(diào)壓電路概述圖6-2 交流調(diào)壓電路控制方式4（1）通斷控制）通斷控制n通斷控制是在交流電壓過零時(shí)刻導(dǎo)通或關(guān)斷晶閘管，使負(fù)載電路通斷控制是在交流電壓過零時(shí)刻導(dǎo)通或關(guān)斷晶閘管，使負(fù)載電路與交流電源接通幾個(gè)周波，然后再斷開幾個(gè)周波，通過改變導(dǎo)通與交流電源接通幾個(gè)周波，然后再斷開幾個(gè)周波，通過改變導(dǎo)通周波數(shù)與關(guān)斷周波數(shù)的比值，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)交

3、流電壓大小的目的。周波數(shù)與關(guān)斷周波數(shù)的比值，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)交流電壓大小的目的。n通斷控制時(shí)輸出電壓波形基本正弦，無低次諧波，但由于輸出電通斷控制時(shí)輸出電壓波形基本正弦，無低次諧波，但由于輸出電壓時(shí)有時(shí)無，電壓調(diào)節(jié)不連續(xù)，會(huì)分解出分?jǐn)?shù)次諧波。如用于異壓時(shí)有時(shí)無，電壓調(diào)節(jié)不連續(xù)，會(huì)分解出分?jǐn)?shù)次諧波。如用于異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速，會(huì)因電機(jī)經(jīng)常處于重合閘過程而出現(xiàn)大電流沖步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速，會(huì)因電機(jī)經(jīng)常處于重合閘過程而出現(xiàn)大電流沖擊，因此很少采用。一般用于電爐調(diào)溫等交流功率調(diào)節(jié)的場(chǎng)合。擊，因此很少采用。一般用于電爐調(diào)溫等交流功率調(diào)節(jié)的場(chǎng)合。6.1 交流調(diào)壓電路概述交流調(diào)壓電路概述5（2）相位控制）相位控制n與可控整流

4、的移相觸發(fā)控制相似，在交流的正半周時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通正向晶閘與可控整流的移相觸發(fā)控制相似，在交流的正半周時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通正向晶閘管、負(fù)半周時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通反向晶閘管，且保持兩晶閘管的移相角相同，以管、負(fù)半周時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通反向晶閘管，且保持兩晶閘管的移相角相同，以保證向負(fù)載輸出正、負(fù)半周對(duì)稱的交流電壓波形。保證向負(fù)載輸出正、負(fù)半周對(duì)稱的交流電壓波形。n相位控制方法簡單，能連續(xù)調(diào)節(jié)輸出電壓大小。但輸出電壓波形非正弦，相位控制方法簡單，能連續(xù)調(diào)節(jié)輸出電壓大小。但輸出電壓波形非正弦，含有豐富的低次諧波，在異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速應(yīng)用中會(huì)引起附加諧波損耗，含有豐富的低次諧波，在異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速應(yīng)用中會(huì)引起附加諧波損耗，產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩等。

5、產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩等。（3）斬波控制）斬波控制n斬波控制利用脈寬調(diào)制技術(shù)將交流電壓波形分割成脈沖列，改變脈沖的斬波控制利用脈寬調(diào)制技術(shù)將交流電壓波形分割成脈沖列，改變脈沖的占空比即可調(diào)節(jié)輸出電壓大小。占空比即可調(diào)節(jié)輸出電壓大小。6.1 交流調(diào)壓電路概述交流調(diào)壓電路概述66.2 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路n一、電阻負(fù)載一、電阻負(fù)載 :2sin21)()sin2(1222UtdtUUR2sin212RURUIR22sin)(2cosUUUIUSPRR圖圖6-3 單向交流調(diào)壓電阻負(fù)載電路單向交流調(diào)壓電阻負(fù)載電路 76.2 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路n可調(diào)光臺(tái)燈的實(shí)用電路可調(diào)光臺(tái)燈的實(shí)用電路 :

6、R2、C2阻容電路的作用阻容電路的作用: 在在角較大時(shí)，角較大時(shí)，RP阻值較大，阻值較大，C1充電緩慢。電源電壓已過峰值并充電緩慢。電源電壓已過峰值并降得很低，降得很低，uC1不足以擊穿雙向二不足以擊穿雙向二極管。增設(shè)極管。增設(shè)R2、C2阻容電路后阻容電路后，在，在大大角時(shí)角時(shí), 電壓電壓uC2給電容給電容C1增加一增加一個(gè)充電個(gè)充電“電源電源”，以保證晶閘管，以保證晶閘管VT可靠觸發(fā)導(dǎo)通，增大調(diào)壓范圍可靠觸發(fā)導(dǎo)通，增大調(diào)壓范圍 圖圖6-4 雙向晶閘管調(diào)壓電路雙向晶閘管調(diào)壓電路 8二、電感性負(fù)載二、電感性負(fù)載 圖圖6-5 單相交流調(diào)壓單相交流調(diào)壓電感負(fù)載電路及波形電感負(fù)載電路及波形 9二、電感

7、性負(fù)載二、電感性負(fù)載n、n由圖由圖a可見，可見，,180，正負(fù)半波電流，正負(fù)半波電流斷續(xù)。斷續(xù)。愈大，愈大，愈小。即愈小。即的移相在（的移相在（180-）范圍內(nèi)，可以得到連續(xù)可調(diào)的交流電壓。）范圍內(nèi)，可以得到連續(xù)可調(diào)的交流電壓。n、=n由圖由圖b可見，當(dāng)可見，當(dāng)=時(shí)時(shí),=180，即正負(fù)半，即正負(fù)半周電流臨界連續(xù)。相當(dāng)于晶閘管失去控制。周電流臨界連續(xù)。相當(dāng)于晶閘管失去控制。 10二、電感性負(fù)載二、電感性負(fù)載n、 n負(fù)載電流只有正半波部分，出現(xiàn)很大直負(fù)載電流只有正半波部分，出現(xiàn)很大直流分量，電路不能正常工作。流分量，電路不能正常工作。 n采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)。這樣即使采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)。這樣

8、即使，則在剛開始觸發(fā)晶閘管的幾個(gè)周波，則在剛開始觸發(fā)晶閘管的幾個(gè)周波內(nèi)，兩管的電流波形還是不對(duì)稱的。但內(nèi)，兩管的電流波形還是不對(duì)稱的。但經(jīng)幾周波后，負(fù)載電流即成為對(duì)稱連續(xù)經(jīng)幾周波后，負(fù)載電流即成為對(duì)稱連續(xù)的正弦波，電流滯后電壓的正弦波，電流滯后電壓角。角。 116.2 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路n單相交流調(diào)壓有如下特點(diǎn)：單相交流調(diào)壓有如下特點(diǎn)：n1) 電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流波形與單相橋式可控電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流波形與單相橋式可控整流交流側(cè)電流一致。改變控制角整流交流側(cè)電流一致。改變控制角可以連續(xù)改可以連續(xù)改變負(fù)載電壓有效值，達(dá)到交流調(diào)壓的目的。變負(fù)載電壓有效值，達(dá)到交流調(diào)壓的目的。n2)

9、電感性負(fù)載時(shí)，不能用窄脈沖觸發(fā)。否則當(dāng)電感性負(fù)載時(shí)，不能用窄脈沖觸發(fā)。否則當(dāng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)晶閘管無法導(dǎo)通，并產(chǎn)生時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)晶閘管無法導(dǎo)通，并產(chǎn)生很大直流分量電流，燒毀熔斷器或晶閘管。很大直流分量電流，燒毀熔斷器或晶閘管。n3）電感性負(fù)載時(shí)，最小控制角）電感性負(fù)載時(shí)，最小控制角min=（阻（阻抗角）。所以抗角）。所以的移相范圍為的移相范圍為180；電阻；電阻負(fù)載時(shí)移相范圍為負(fù)載時(shí)移相范圍為0180。126.3三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 根據(jù)三相聯(lián)結(jié)形式的不同，三相交流調(diào)壓電路具有多種根據(jù)三相聯(lián)結(jié)形式的不同，三相交流調(diào)壓電路具有多種形式形式n負(fù)載acn負(fù)載abca)b)負(fù)載abcc)負(fù)載

10、bd) 圖4-9abcuaubuciaUa0nuaubucianuaubucianuaubuciaVT1VT3VT4VT5VT6VT2星形聯(lián)結(jié)星形聯(lián)結(jié)線路控制三線路控制三角形聯(lián)結(jié)角形聯(lián)結(jié)支路控制三支路控制三角形聯(lián)結(jié)角形聯(lián)結(jié)中點(diǎn)控制三中點(diǎn)控制三角形聯(lián)結(jié)角形聯(lián)結(jié)13n1.交流調(diào)功電路交流調(diào)功電路 利用過零觸發(fā)方式來控制晶閘管導(dǎo)通與關(guān)斷，來實(shí)現(xiàn)在設(shè)定的周期范圍利用過零觸發(fā)方式來控制晶閘管導(dǎo)通與關(guān)斷，來實(shí)現(xiàn)在設(shè)定的周期范圍內(nèi)，將電路接通幾個(gè)周波，然后斷開幾個(gè)周波，通過改變晶閘管在設(shè)內(nèi)，將電路接通幾個(gè)周波，然后斷開幾個(gè)周波，通過改變晶閘管在設(shè)定周期內(nèi)通斷時(shí)間的比例，達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)載兩端交流電壓即負(fù)載功率的定

11、周期內(nèi)通斷時(shí)間的比例，達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)載兩端交流電壓即負(fù)載功率的目的。因而這種裝置也稱調(diào)功器或周波控制器。目的。因而這種裝置也稱調(diào)功器或周波控制器。n由過零觸發(fā)開關(guān)電路組成的單相交流調(diào)功器由過零觸發(fā)開關(guān)電路組成的單相交流調(diào)功器 過零觸發(fā)：在電壓過零時(shí)給晶閘管以觸發(fā)脈沖，使晶閘管工作狀態(tài)始終過零觸發(fā)：在電壓過零時(shí)給晶閘管以觸發(fā)脈沖，使晶閘管工作狀態(tài)始終處于全導(dǎo)通或全阻斷。處于全導(dǎo)通或全阻斷。 6.4 其他交流電力控制電路其他交流電力控制電路14n調(diào)功器的輸出功率調(diào)功器的輸出功率n調(diào)功器輸出電壓有效值調(diào)功器輸出電壓有效值n設(shè)定周期設(shè)定周期Tc內(nèi)導(dǎo)通的周波數(shù)為內(nèi)導(dǎo)通的周波數(shù)為n，每個(gè)，每個(gè)周波的周期為周波

12、的周期為T nCPTnTP nCUTnTU 圖圖6-6 過零觸發(fā)調(diào)節(jié)周波電壓的波形過零觸發(fā)調(diào)節(jié)周波電壓的波形1.交流調(diào)功電路交流調(diào)功電路15 交流開關(guān)可用兩只普通晶閘管或者兩只自關(guān)斷電力電子交流開關(guān)可用兩只普通晶閘管或者兩只自關(guān)斷電力電子器件反并聯(lián)組成。由于出現(xiàn)了雙向晶閘管，可以用一只器件反并聯(lián)組成。由于出現(xiàn)了雙向晶閘管，可以用一只雙向晶閘管代替兩只反并聯(lián)器件，使電路大大簡化。雙向晶閘管代替兩只反并聯(lián)器件，使電路大大簡化。 圖圖6-7 晶閘管開關(guān)的基本形式晶閘管開關(guān)的基本形式 晶閘管開關(guān)的基本形式晶閘管開關(guān)的基本形式 2. 交流無觸點(diǎn)開關(guān)交流無觸點(diǎn)開關(guān)16 采用采用THPDDTHPDD實(shí)訓(xùn)臺(tái)、

13、雙蹤示波器、萬用表、數(shù)字表等進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。實(shí)訓(xùn)臺(tái)、雙蹤示波器、萬用表、數(shù)字表等進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。 單相交流電源采用單相交流電源采用220V220V，觸發(fā)電路采用，觸發(fā)電路采用TCA785TCA785集成觸發(fā)。集成觸發(fā)。 繪制單相交流調(diào)壓電路原理圖。繪制單相交流調(diào)壓電路原理圖。 連接實(shí)際接線圖。連接實(shí)際接線圖。 TCA785 TCA785觸發(fā)電路原理的學(xué)習(xí)與調(diào)試。觸發(fā)電路原理的學(xué)習(xí)與調(diào)試。調(diào)節(jié)電位器調(diào)節(jié)電位器RP1 RP1 、RP2RP2觀察觸發(fā)角變化并記錄。觀察觸發(fā)角變化并記錄。 用示波器觀察單相交流調(diào)壓電路負(fù)載兩端電壓的波形隨觸發(fā)角變化的情用示波器觀察單相交流調(diào)壓電路負(fù)載兩端電壓的波形隨觸發(fā)角變化的情況

14、。況。 單相交流調(diào)壓電路帶電阻性負(fù)載時(shí)負(fù)載電壓波形的測(cè)定。單相交流調(diào)壓電路帶電阻性負(fù)載時(shí)負(fù)載電壓波形的測(cè)定。 單相交流調(diào)壓電路帶阻感負(fù)載時(shí)負(fù)載電壓波形的測(cè)定。單相交流調(diào)壓電路帶阻感負(fù)載時(shí)負(fù)載電壓波形的測(cè)定。 總結(jié)測(cè)試結(jié)論?？偨Y(jié)測(cè)試結(jié)論。6.5 任務(wù)實(shí)施任務(wù)實(shí)施-交流調(diào)壓電路測(cè)試交流調(diào)壓電路測(cè)試17思考題思考題n交流調(diào)壓在阻感負(fù)載時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？為什么？交流調(diào)壓在阻感負(fù)載時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？為什么？如何解決？如何解決？n交流調(diào)壓有哪些控制方式？有哪些應(yīng)用場(chǎng)合？交流調(diào)壓有哪些控制方式？有哪些應(yīng)用場(chǎng)合？186.6 知識(shí)拓展知識(shí)拓展-交交變頻電路交交變頻電路n交交交變頻電路是一種可直接將某固定

15、頻率交流交換交變頻電路是一種可直接將某固定頻率交流交換成可調(diào)頻率交流的頻率變換電路，無需中間直流環(huán)節(jié)。成可調(diào)頻率交流的頻率變換電路，無需中間直流環(huán)節(jié)。與交與交直直交間接變頻相比，提高了系統(tǒng)變換效率。交間接變頻相比，提高了系統(tǒng)變換效率。又由于整個(gè)變頻電路直接與電網(wǎng)相連接，各晶閘管元又由于整個(gè)變頻電路直接與電網(wǎng)相連接，各晶閘管元件上承受的是交流電壓，故可采用電網(wǎng)電壓自然換流，件上承受的是交流電壓，故可采用電網(wǎng)電壓自然換流，無需強(qiáng)迫換流裝置，簡化了變頻器主電路結(jié)構(gòu)，提高無需強(qiáng)迫換流裝置，簡化了變頻器主電路結(jié)構(gòu)，提高了換流能力。了換流能力。19n基本工作原理基本工作原理6.6 知識(shí)拓展知識(shí)拓展-交交變

16、頻電路交交變頻電路當(dāng)正組變流器工作在整流狀態(tài)時(shí)、反組封鎖，以實(shí)現(xiàn)無環(huán)流控制，負(fù)載Z上電壓為上（+）、下（-）；反之當(dāng)反組變流器處于整流狀態(tài)而正組封鎖時(shí)，負(fù)載電壓為上（-）、下（+），負(fù)載電壓交變。若以一定頻率控制正、反兩組變流器交替工作（切換），則向負(fù)載輸出交流電壓的頻率就等于兩組變流器的切換頻率，而輸出電壓大小則決定于晶閘管的觸發(fā)角206.6 知識(shí)拓展知識(shí)拓展-交交變頻電路交交變頻電路 交交交變頻電路與交交變頻電路與交直直交變頻電路比較交變頻電路比較 變頻電路類變頻電路類型型比較內(nèi)容比較內(nèi)容交交交型交型交交直直交型交型換能形式換能形式一次換能，效率高一次換能，效率高兩次換能，效率較低兩次換能

17、，效率較低換流方式換流方式電網(wǎng)電壓自然換流電網(wǎng)電壓自然換流強(qiáng)迫或負(fù)載換流，或自關(guān)斷器件強(qiáng)迫或負(fù)載換流，或自關(guān)斷器件使用器件數(shù)量使用器件數(shù)量多，利用率低多，利用率低較少，利用率高較少，利用率高調(diào)頻范圍調(diào)頻范圍電網(wǎng)頻率電網(wǎng)頻率無限制無限制輸入功率因數(shù)輸入功率因數(shù)較低較低一般相控調(diào)壓時(shí)，低頻低壓時(shí)低；一般相控調(diào)壓時(shí)，低頻低壓時(shí)低；不控整流時(shí)（不控整流時(shí)（PWMPWM逆變）較高逆變）較高適用場(chǎng)合適用場(chǎng)合低速、大功率交流電機(jī)拖低速、大功率交流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)系統(tǒng)各種交流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)，穩(wěn)壓和不各種交流電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)，穩(wěn)壓和不停電電源停電電源21小結(jié)小結(jié)n（1）采用移相控制交流調(diào)壓、交）采用移相控制交流調(diào)壓、交

18、交變頻與采用通斷控制的交流調(diào)功、無觸開交變頻與采用通斷控制的交流調(diào)功、無觸開關(guān)在晶閘管觸發(fā)控制上的區(qū)別。關(guān)在晶閘管觸發(fā)控制上的區(qū)別。n（2）單相、三相交流調(diào)壓電路的構(gòu)成和基本工作原理。改變控制大小可獲得大）單相、三相交流調(diào)壓電路的構(gòu)成和基本工作原理。改變控制大小可獲得大小可調(diào)的交流電壓輸出，其波形為小可調(diào)的交流電壓輸出，其波形為“缺塊缺塊”正弦波。正因?yàn)殡妷翰ㄐ斡腥睋p，才正弦波。正因?yàn)殡妷翰ㄐ斡腥睋p，才改變了輸出電壓有效值，達(dá)到了調(diào)壓的目的，但同時(shí)也帶來了諧波問題。改變了輸出電壓有效值，達(dá)到了調(diào)壓的目的，但同時(shí)也帶來了諧波問題。n（3）感性負(fù)載時(shí)交流調(diào)壓電路對(duì)觸發(fā)脈沖的要求。交流調(diào)壓器帶電感）感性負(fù)載時(shí)交流調(diào)壓電路對(duì)觸發(fā)脈沖的要求。交流調(diào)壓器帶電感電阻負(fù)電阻負(fù)載時(shí)，為使電路工作正常，需保證：載時(shí)，為使電路工作正常，需保證：1）；）；2）采用寬度大于）采用寬度大于60的寬脈沖或后沿的寬脈沖或后沿固定、前沿可調(diào)、最大寬度可達(dá)固定、前沿可調(diào)、最大寬度可達(dá)180的脈沖列觸發(fā)。的脈沖列觸發(fā)。n（4）交流調(diào)功電路基本工作原理。采用交流調(diào)壓電路，在交流電壓過零時(shí)刻將）交流調(diào)功電路基本工作原理。采用交流調(diào)壓電路，在交流電壓過零時(shí)刻將負(fù)載與電源接通幾個(gè)周波再斷開幾個(gè)周波，實(shí)現(xiàn)交流電壓的整周波通斷控制。通負(fù)載與電源接通幾個(gè)周波再斷開幾個(gè)周波，實(shí)現(xiàn)交流電壓的整周波通斷控制。通