電力電子技術(shù)-王兆安第五版-第6章

1、第6章 交流電力控制電路和交交變頻(bin pn)電路6.1 交流調(diào)壓電路6.1.1 單相交流調(diào)壓電路6.1.2 三相交流調(diào)壓電路6.2 其他交流電力控制電路6.2.1 交流調(diào)功電路6.2.2 交流電力電子(dinz)開關(guān)6.3 交交變頻電路6.3.1 單相交交變頻電路6.3.2 三相交交變頻電路共三十七頁(yè)概 述交流(jioli)-交流(jioli)變流電路 一種形式的交流變成另一種形式交流的電路(dinl)， 可改變相關(guān)的電壓、電流、頻率和相數(shù)等交流電力控制電路變頻電路只改變電壓、電流或控制電路的通斷，不改變頻率改變頻率，大多不改變相數(shù)，也有改變相數(shù)的交流調(diào)壓電路相位控制（或斬控式）交流調(diào)功

2、電路及交流無觸點(diǎn)開關(guān)通斷控制交交變頻電路交直交變頻電路1.晶閘管交交變頻電路2.矩陣式變頻電路先把交流整流成直流，再把直流逆變成另一種頻率或可變頻率的交流,間接變頻電路共三十七頁(yè)6.1 交流(jioli)調(diào)壓電路交流電力控制電路的結(jié)構(gòu)(jigu) 兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，控制晶閘管 就可控制交流電力交流電力控制電路的類型交流調(diào)壓電路:交流調(diào)功電路:交流電力電子開關(guān):每半個(gè)周波控制晶閘管開通相位，調(diào)節(jié)輸出電壓有效值以交流電周期為單位控制晶閘管通斷，改變通斷周期數(shù)的比，調(diào)節(jié)輸出功率的平均值并不著意調(diào)節(jié)輸出平均功率，而只是根據(jù)需要接通或斷開電路。共三十七頁(yè)交流調(diào)壓電路的應(yīng)用：燈光控制（如

3、調(diào)光臺(tái)燈和舞臺(tái)燈光(w ti dn un)控制）異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速供用電系統(tǒng)對(duì)無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)在高壓小電流或低壓大電流直流電源中，用于調(diào)節(jié)變壓器一次電壓共三十七頁(yè)6.1.1 單相(dn xin)交流調(diào)壓電路1 電阻(dinz)負(fù)載原理分析在 u1的正半周和負(fù)半周，分別對(duì)VT1和VT2的開通角a進(jìn)行控制就可以調(diào)節(jié)輸出電壓正負(fù)半周a 起始時(shí)刻（a =0）均為電壓過零時(shí)刻，穩(wěn)態(tài)時(shí)，正負(fù)半周的a 相等負(fù)載電壓波形是電源電壓波形的一部分，負(fù)載電流（也即電源電流）和負(fù)載電壓的波形相同共三十七頁(yè)電阻(dinz)負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及其波形數(shù)量關(guān)系負(fù)載電壓有效值 負(fù)載電流(dinli)有效值晶閘

4、管電流有效值功率因數(shù)6.1.1 單相交流調(diào)壓電路ROu1uoioVT1VT2u1uoiouVTwtOwtOwtOwt共三十七頁(yè)2 阻感負(fù)載 阻感負(fù)載時(shí)a的移相范圍 負(fù)載阻抗角：j = arctan(wL / R) 穩(wěn)態(tài)時(shí)負(fù)載電流(dinli)為正弦波，相位滯后于u1的角度為j a =0時(shí)刻仍定為u1過零的時(shí)刻，a的移相范圍應(yīng)為j a 阻感負(fù)載單相(dn xin)交流調(diào)壓電路及其波形6.1.1 單相交流調(diào)壓電路共三十七頁(yè)6.1.1 單相(dn xin)交流調(diào)壓電路 數(shù)量關(guān)系負(fù)載(fzi)電壓有效值： 晶閘管電流有效值： 瞬態(tài)微分方程求解可得負(fù)載電流有效值共三十七頁(yè)3.單相交流調(diào)壓電路的諧波分析電

5、阻負(fù)載的情況波形(b xn)正負(fù)半波對(duì)稱，所以不含直流分量和偶次諧波(n=3,5,7,)6.1.1 單相(dn xin)交流調(diào)壓電路式中:共三十七頁(yè) 基波和各次諧波有效值 負(fù)載(fzi)電流基波和各次諧波有效值 電流基波和各次諧波標(biāo)么值隨 a變化的曲線（基準(zhǔn)電流為a =0時(shí)的有效值）如圖所示電阻負(fù)載單相交流(jioli)調(diào)壓電路基波和諧波電流含量6.1.1 單相交流調(diào)壓電路共三十七頁(yè)阻感負(fù)載的情況電流諧波次數(shù)(csh)和電阻負(fù)載時(shí)相同，也只含3、5、7等次諧波隨著次數(shù)的增加，諧波含量減少和電阻負(fù)載時(shí)相比，阻感負(fù)載時(shí)的諧波電流含量少一些當(dāng)a 角相同時(shí)，隨著阻抗角j 的增大，諧波含量有所減少6.1

6、.1 單相交流(jioli)調(diào)壓電路共三十七頁(yè)a j 時(shí)單相交流(jioli)調(diào)壓電路aj時(shí)阻感負(fù)載交流調(diào)壓電路(dinl)工作波形波形分析: VT1提前通，L被過充電，放電時(shí)間延長(zhǎng)， VT1的導(dǎo)通角超過 觸發(fā)VT2時(shí)， io尚未過零， VT1仍導(dǎo)通， VT2不通io過零后， VT2開通， VT2導(dǎo)通角小于方程式(6-5)和(6-6)所得io表達(dá)式仍適用，只是at 過渡過程和帶R-L負(fù)載的單相交流電路在t =a (a j)時(shí)合閘的過渡過程相同 io由兩個(gè)分量組成：正弦穩(wěn)態(tài)分量、指數(shù)衰減分量 衰減過程中， VT1導(dǎo)通時(shí)間漸短， VT2的導(dǎo)通 時(shí)間漸長(zhǎng) 穩(wěn)態(tài)的工作情況和a =j時(shí)完全相同pwtwt

7、wtwtaaqOOOuG1G2jT1T2共三十七頁(yè)圖4-7 斬控式交流(jioli)調(diào)壓電路4斬控式交流(jioli)調(diào)壓電路一般采用全控型器件作為開關(guān)器件原理分析基本原理和直流斬波電路有類似之處u1正半周u1負(fù)半周設(shè)斬波器件（V1或V2）導(dǎo)通時(shí)間為ton，開關(guān)周期為T，則導(dǎo)通比a = ton/T，改變a 可調(diào)節(jié)輸出電壓斬波控制斬波控制續(xù)流通道續(xù)流通道6.1.1 單相交流調(diào)壓電路共三十七頁(yè)圖4-8 電阻負(fù)載(fzi)斬控式交流調(diào)壓電路波形6.1.1 單相交流(jioli)調(diào)壓電路單相-斬控式交流調(diào)壓電路波形共三十七頁(yè)6.1.2 三相(sn xin)交流調(diào)壓電路根據(jù)(gnj)三相聯(lián)結(jié)形式的不同，

8、三相交流調(diào)壓電路具有多種形式a) 星形聯(lián)結(jié) b) 線路控制三角形聯(lián)結(jié)c) 支路控制三角形聯(lián)結(jié) d) 中點(diǎn)控制三角形聯(lián)結(jié)共三十七頁(yè)三相四線基本原理：相當(dāng)于三個(gè)單相交流調(diào)壓電路的組合，三相互相錯(cuò)開120工作?；ê?倍次以外的諧波在三相之間流動(dòng)，不流過零線問題：三相中3倍次諧波同相位，全部流過零線。零線有很大3倍次諧波電流。a=90時(shí)，零線電流甚至(shnzh)和各相電流的有效值接近三相(sn xin)三線三相四線1星形聯(lián)結(jié)電路6.1.2 三相交流調(diào)壓電路共三十七頁(yè) 三相三線，電阻負(fù)載時(shí)的情況 任一相導(dǎo)通須和另一相構(gòu)成回路 電流(dinli)通路中至少有兩個(gè)晶閘管，應(yīng)采用雙脈沖或?qū)捗}沖觸發(fā) 觸發(fā)脈

9、沖順序和三相橋式全控整流電路一樣，為VT1 VT6,依次相差60 相電壓過零點(diǎn)定為a的起點(diǎn)， a角移相范圍是0 1506.1.2 三相交流(jioli)調(diào)壓電路共三十七頁(yè)a =30，分析(fnx)a相波形。5.6通01.5.6通,Ua1.6通Uab/21.2.6通,Ua1.2通Uac/21.2.3通,Ua共三十七頁(yè)a =60，分析(fnx)a相波形。5.6通01.6通Uab/21.2通Uab/2共三十七頁(yè)a =120，分析(fnx)a相波形。4. 5 通Uac/2無器件(qjin)導(dǎo)通5. 6 通0無器件導(dǎo)通1. 6 通Uab/2無器件導(dǎo)通共三十七頁(yè)a) a =30 b) a =60 c) a

10、 =1206.1.2 三相(sn xin)交流調(diào)壓電路(1) 0 a 60：三管導(dǎo)通與兩管導(dǎo)通交替(jiot)，每管導(dǎo)通180a 。但a =0時(shí)一直是三管導(dǎo)通(2) 60 a 90：兩管導(dǎo)通，每管導(dǎo)通120(3) 90 a 150：兩管導(dǎo)通與無晶閘管導(dǎo)通交替，每相每管導(dǎo)通150- a，兩管共導(dǎo)通角度為3002 a共三十七頁(yè)諧波情況電流諧波次數(shù)為6k1(k=1，2，3，)，和三相橋式全控整流(zhngli)電路交流側(cè)電流所含諧波的次數(shù)完全相同諧波次數(shù)越低，含量越大和單相交流調(diào)壓電路相比，沒有3倍次諧波，因三相對(duì)稱時(shí)，它們不能流過三相三線電路6.1.2 三相交流(jioli)調(diào)壓電路共三十七頁(yè)6.

11、2 其他(qt)交流電力控制電路以交流電源周波(zhub)數(shù)為控制單位交流調(diào)功電路對(duì)電路通斷進(jìn)行控制交流電力電子開關(guān)共三十七頁(yè)6.2.1 交流(jioli)調(diào)功電路異同與交流(jioli)調(diào)壓電路的電路形式完全相同控制方式不同：將負(fù)載與電源接通幾個(gè)周波，再斷開幾個(gè)周波，改變通斷周波數(shù)的比值來調(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的平均應(yīng)用常用于電爐的溫度控制因其直接調(diào)節(jié)對(duì)象是電路的平均輸出功率,所以稱為交流調(diào)功電路控制對(duì)象時(shí)間常數(shù)很大，以周波數(shù)為單位控制即可通常晶閘管導(dǎo)通時(shí)刻為電源電壓過零的時(shí)刻，負(fù)載 電壓電流都是正弦波，不對(duì)電網(wǎng)電壓電流造成通常 意義的諧波污染共三十七頁(yè)電阻負(fù)載時(shí)的工作情況 控制周期(zhuq)為M

12、倍電源周期，晶閘管在前N個(gè)周期 導(dǎo)通，后MN個(gè)周期關(guān)斷交流調(diào)功電路典型(dinxng)波形(M =3、N =2) 當(dāng)M=3、N=2時(shí)的電路波形如圖6.2.1 交流調(diào)功電路共三十七頁(yè)6.2.2 交流電力電子(dinz)開關(guān)作用：優(yōu)點(diǎn)：與交流調(diào)功電路的區(qū)別并不控制電路的平均輸出功率通常沒有明確(mngqu)的控制周期，只是根據(jù)需要控制電路的接通和斷開控制頻度通常比交流調(diào)功電路低得多代替機(jī)械開關(guān)，起接通和斷開電路的作用 響應(yīng)速度快，無觸點(diǎn)，壽命長(zhǎng)，可頻繁控制通斷共三十七頁(yè)6.3 交交(jio jio)變頻電路本節(jié)講述：晶閘管交交(jio jio)變頻電路，也稱周波變流器(Cycloconvertor

13、)交交變頻電路把電網(wǎng)頻率的交流電變成可調(diào)頻率的交流電，屬于直接變頻電路廣泛用于大功率交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)用的主要是三相輸出交交變頻電路共三十七頁(yè)直接(zhji)變頻器按波形的不同(b tn)又可分為兩類:交交變頻AC50HzACCVCFVVVF共三十七頁(yè)方波形(b xn)直接變頻器改變(gibin)正反組切換頻率,可以改變(gibin)輸出交流電的頻率.改變a的大小,即可改變輸出交流電的幅值.這種方式控制,諧波分量大.共三十七頁(yè) 正弦波直接(zhji)變頻器改變正反組切換頻率,可以(ky)改變輸出交流電的頻率.改變a的大小,即可改變輸出交流電的幅值.這種方式控制,諧波分量少.適用于低速大

14、容量的場(chǎng)合.共三十七頁(yè) 三相交(xingjio)交變頻電路 三相交交變頻電路(dinl)可以由3個(gè)單相交交變頻電路(dinl)組成。 如果每組可控整流裝置都用橋式電路，含6個(gè)晶閘管（當(dāng)每一橋臂都是單管時(shí)），則三相可逆線路共需36個(gè)晶閘管，即使采用零式電路也須18個(gè)晶閘管。共三十七頁(yè) 三相交(xingjio)交變頻器的基本結(jié)構(gòu)（接法）共三十七頁(yè) 輸出星形聯(lián)結(jié)方式三相交(xingjio)交變頻電路共三十七頁(yè)三相(sn xin)橋式交交變頻電路共三十七頁(yè)交-交變壓變頻器雖然在結(jié)構(gòu)上只有一個(gè)變換環(huán)節(jié)，省去了中間直流環(huán)節(jié)，看似簡(jiǎn)單，但所用的器件數(shù)量卻很多，總體設(shè)備相當(dāng)龐大。不過這些設(shè)備都是直流調(diào)速系統(tǒng)中

15、常用的可逆整流裝置，在技術(shù)上和制造工藝上都很成熟。 這類交-交變頻器的主要缺點(diǎn)是：輸入功率因數(shù)較低，諧波電流含量大，頻譜復(fù)雜，因此須配置諧波濾波和無功補(bǔ)償設(shè)備。其最高輸出頻率不超過(chogu)電網(wǎng)頻率的 1/3 1/2。直接變頻(bin pn)的特點(diǎn)：共三十七頁(yè)本章(bn zhn)重點(diǎn)單相交流調(diào)壓電路的結(jié)構(gòu)及工作原理（相控、斬控）單相交流調(diào)壓電路相控方式下的有效(yuxio)移相范圍。（純阻、阻感負(fù)載）三相三線制調(diào)壓電路的結(jié)構(gòu)及波形分析。交交變頻電路的類型及控制方式。共三十七頁(yè)內(nèi)容摘要第6章 交流電力控制電路和交交變頻電路。可改變相關(guān)的電壓、電流、頻率和相數(shù)等。交流調(diào)壓電路相位控制（或斬控式）。兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，控制晶閘管。在高壓小電流