6交流調壓電路141

1、1416交流調壓電路稱，諧波分量大。6.2.2Y型三相交流調壓電路電阻負載Y形連接三相交流調壓電路及波形如圖6-7所示。從圖6-7a可見，若要負載流過電流，至少要有兩相構成通路，即在三相電路中，至少要有一相正向晶閘管與另一相的反向晶閘管同時導通。為了保證電路開始工作時兩晶閘管能同時導通，如同三相橋式全控整流電路一樣，要求采用大于60。的寬脈沖或雙窄脈沖的觸發(fā)電路。為保證輸出電壓對稱并有一定的調速范圍，要求晶閘管的觸發(fā)脈沖必須與相應的交流電源有一致的相序外，各脈沖間還必須嚴格保持一定的相位關系。對Y形連接的電路，要求U、V、WE相的正相的正向晶閘管VTi、VT3、VT5的觸發(fā)脈沖相位互差120&

2、#176;,反向晶閘管VT4、VT6、VT2脈沖相位亦互差120。，而同相反并聯(lián)兩晶閘管脈沖相位差180。，各晶閘管脈沖按順序相隔60。發(fā)出，所以，原則上三相橋式電路的觸發(fā)電路均可用于Y形連接的三相交流調壓電路。(a)(b)圖6-7電阻負載Y形連接三相交流調壓電路及波形(a)主電路；(b)?0°時的波形為使負載上能得到全電壓，晶閘管應能全導通，相當于晶閘管換成二極管，此時相電壓過零時二極管開始導通，因此選用電源相電壓的過零點作為控制角«=0*的時刻。下面介紹不同a角時電路工作情況。1 .當a=041時剛啟動時皿=0，只有兩個觸發(fā)脈沖uG1、uG6,因為此時線電壓uUV>

3、;0,所以丫、丫丁6導通，即UV兩相通，故各負載上電壓分別為uRU=uRV=0.5uUV,uRW=0。這個過程持續(xù)60°后uG2到來，VT2隨之導通，JV、W三相同時導電，故uRU=uU、uRV=uV、uRW=uW。當cot=120°時，uv從負半周過零變正使VT6關斷，同時VT3因UG3的到來而導通，故仍三相均導電。以后過程類似，各管導通情況及各波形如圖6-7b所示?？梢姡瑥膁=60。開始，一直處于三相通電即調壓電路直通的狀態(tài)，三相負載電壓為各自的電源電壓。2 .當"30°時為方便起見，只分析uRU,波形見圖6-8。當坎=0。時，只有一個uG6觸發(fā)脈沖

4、，單管無法導通。當cot=30°時，uG1到來uG6仍保持，故VT1、VT6導通，uRU=0.5uUV。當3t=90°時,uG2到來，VT2通，三相通電并保持到cot=120°,這期間uRU=uU。當cot=120°時，uV過零變正，VT6關斷，由三相通電轉為UWW相通電，uRU=0.5uUW。當擾=150°時，uG3到來，VT3通，再次三相通電，uRU=uU。當d=180°時，uU過零變負，VT1關斷，MW兩相通電，uru=0。依此類推。可見，電路一直在三相與兩相通電兩種狀態(tài)下輪流工作。圖6-8電阻負載Y形連接三相交流調壓電路a=3

5、0。時的波形3 .當a>60°時，«=60°、產90°、a=120°三相情況的Uru波形如圖6-9所示。當產150°時，UG1與UG6共同出現(xiàn)的時刻在Uu=Uv的交點之后，即Uu<Uv,故VT1、VT6無法開通，以致電路始終不能通電，URU=00綜上所述，Y形連接三相交流調壓電路帶電阻負載，其控制角移相范圍是150。，隨著a的增加，輸出電壓下降，從電源相電壓減小至零。4 .阻感負載由于電感的作用在電壓過零時電流并不為零，因此管子的導通情況不但與a有關，還與負載的阻抗角。有關；同時還應考慮三相無中線的特點，分析工作就很復雜。

6、但與單相情況類似。當“W力時，用寬脈沖觸發(fā)在負載上可獲得全壓；當a>力時，輸出電壓隨a角的增大而減?。划攁>150°時，輸出電壓為零。圖6-9電阻負載Y形連接三相交流調壓電路a>60。時的波形(a)產60°(b)產90°(c)產120°6.3其他交流調壓電路6.3.1 交流斬波電路交流斬波電路(ACChoppingCircuit)如圖6-10所示。其基本原理和直流斬波電路類似，只是直流斬波電路輸入為直流電壓，交流斬波電路輸入為正弦交流電壓。6.3.1.1 電阻負載在交流電源Ui正半周，用!進行斬波控制，在山負半周用V2進行斬波。設斬波器

7、件(V1或V2)導通時間為t1,開關周期為T則導通比產t1/To和直流斬波一樣，可通過改變a來調節(jié)輸出電壓。圖6-11給出了電阻負載時負載電壓U0與電源電流(即負載電流)ii的波形。從圖可見，電源電流只含和開關周期T有關的高次諧波，用容量很小的濾波器即可將它濾除。6.3.1.2阻感負載阻感負載電路的工作情況按所加電壓波形可分為兩種工作狀態(tài)。電源電壓正半周為狀態(tài)I,此時V1用于斬波，V4關斷，丫2和丫3此時時通時斷。按負載電流的不同變化它又可細分為兩個工作情況；當負載電流小于零時為狀態(tài)II，通過V2將負載儲存的電能回饋電網，Vi斬波與否關系不大；當負載電流大于零時為狀態(tài)I2,如直流斬波一樣，V1

8、斬波，丫3起續(xù)流作用。電源電壓負半周為狀態(tài)n,此時V2用于斬波，V3關斷，和V4時通時斷。其工作情況類似狀態(tài)I,可參看表6-1。表6-1各工作狀態(tài)下電子器件動作情況表阻感負載時電路輸出電壓、電流波形見圖6-12。調壓導通比同樣可改變輸出電壓。圖6-12阻感負載交流斬波電路波形6.3.2 交流調功電路交流調功電路(ACPowerController)和相控交流調功電路的電路形式完全相同，只是控制方式不同。交流調功電路不是在每個交流電源周期都對輸出電壓波形進行控制，而是在設定的周期范圍內，將電路接通幾個周波，然后斷開幾個周波，通過改變在設定周期內通斷周波的比例來調節(jié)負載兩端交流電壓或負載的功率。這

9、種方式相當于相位控制的a=0°,故也稱“零觸發(fā)”。由于晶閘管是在電源電壓過零時被觸發(fā)導通的，因此負載上得到完美的正弦波，不會對電網造成諧波污染。對感性負載，為了防止過大的暫態(tài)電流，有時也采用電流過零觸發(fā)。過零觸發(fā)全周波連續(xù)式和全周波間隔式兩種，分別見圖6-13a和bo圖中給出了四種通斷比的情況。Tc為設定周期，它是電源周期T的整數(shù)倍，如在Tc內導通m個周波，關斷n個周波，則電阻負載時調功的輸出電壓有效值為12m兀om-mU0=2+0u2dcot=商U=DU=同U=DU(6-13)式中，U為電源電壓有效值；D=m(m+n)為周期占空比。圖6-13交流調功電路的兩種工作方式輸出電流在一個

10、通斷周期的有效值為I0=DI(6-14)式中，I為電源電流有效值。所以負載功率為Po=U0I0=DUI(6-15)由上可見，改變周期占空比D的大小就改變了負載功率。這種方式常用于控制有大的機械慣性和熱慣性的負載功率，如電熱爐等。整個裝置的功率因數(shù)cos?可由負載在一個設定周期中的有功功率與輸入的視在功率之比求得。由于輸入電流等于輸出電流，故cP0cos?=U0=D(6-16)參見圖6-1,流過晶閘管V和VT2的電流為半波電流，所以平均電流為2DU司(6-17)m個周波管心已達穩(wěn)定溫升,34個周波電流就趨于穩(wěn)m22DIIdVT=2T+n-02Isin00td墳=但在選擇晶閘管電流定額時，由于管心

11、熱容量很小，導通故應以D=1來選。對于阻感負載，即使負載功率因數(shù)很低，晶閘管導通后也僅態(tài)值；在晶閘管關斷時，電感電流滯后。角到零才使晶閘管關斷，這期間與m個周波相比可忽略，所以其輸出電壓和電流有效值均可用式(6-13)和式(6-14)近似計算。6.3.3 交流電力電子開關交流電力電子開關(ACPowerElectronicSwitch)主電路與控制交流調壓主電路亦相同，但它的開通與關斷都是隨機的。開通有任意式和過零式兩種。前者在任何時刻都可使晶閘管觸發(fā)導通，后者只有在交流電壓過零時才能觸發(fā)晶閘管，因而后者有一定的開通延時。對于感性負載，晶閘管在負載電流過零時才能關斷，所以有一定的關斷延時。圖6

12、-14a所示是一種簡單的交流電力電子開關。電路中控制開關S閉合時，接通正向和反向兩個晶閘管的門極電路，管子承受正向電壓時，通過二極管和開關S接通門極，使該晶閘管導通。如流過該管的電流為零，它隨即關斷，與之反并聯(lián)的另一晶閘管觸發(fā)導通，電流反向。如S斷開，晶閘管門極斷開而不能導通，電力電子開關為阻斷狀態(tài)，相當于開關開路。通過對S的操作控制，實現(xiàn)以微小電流控制主電路的通斷。圖6-14交流電力電子開關交流電力電子開關多采用雙向晶閘管VTB,如圖6-14b所示。在控制開關S閉合的情況下，電源正半周VTB以I,方式觸發(fā)導通，電源負半周以出方式觸發(fā)導通，負載上獲得交+-流電源電壓，相當于開關導通狀態(tài)。如S斷

13、開，門極開路，VTB不能導通，負載電壓為零，相當于開關斷開。在公用電網中，交流電力電容器的投入與切斷是控制無功功率的重要手段。通過對無功功率的控制，可以提高功率因數(shù)，穩(wěn)定電網電壓，改善供電質量。采用交流電力電子開關技術的晶閘管投切電容器是一種性能優(yōu)良的無功補償裝置。本章小結交流調壓電路只改變電壓、電流值或對電路的通斷進行控制，但不改變頻率。本章重點介紹了相位控制方式的交流調壓電路，應該掌握交流調壓電路的電路構成，在電阻負載和阻感負載時的工作原理和電路特性，對常用的三相交流壓電路如Y形三相交流調壓電路的分析方法。對交流斬波電路、交流調功電路、交流電力電子開關的基本概念及適用場合要有所了解。習題及思考題6-1一臺200V、10KW的電爐，采用單相交流調壓向其提供5KW的電能，試求電路的控制角“、工作電流及功率因數(shù)。6-2帶阻感負載的單相交流調壓電路，電源電壓為220V,R=0.5Q,L=2mH。試求：控制角范圍，負載電流的最大有效值，最大輸出功率和這時的功率因數(shù)，當“=900時晶閘管電流有效值、導通角和電路的功率因數(shù)。6-3圖6-15所示為一個晶閘管和四個二極管組成的單相橋