十四交流電力控制

概述交流-交流變流電路——一種形式的交流變成另一種形式交流的電路，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只改變電壓,電流或控制電路的通斷,而不改變頻率的電路。交流調(diào)壓電路相位控制交流調(diào)功電路通斷控制變頻電路改變頻率的電路

交交變頻直接交直交變頻間接概述交流電力控制電路的結(jié)構(gòu)及類型兩個(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調(diào)壓電路——每半個(gè)周波控制晶閘管開通相位，調(diào)節(jié)輸出電壓有效值交流調(diào)功電路——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)輸出功率的平均值交流電力電子開關(guān)——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交流調(diào)壓交流調(diào)壓電路的應(yīng)用：燈光控制（如調(diào)光臺燈和舞臺燈光控制）異步電動機(jī)軟起動異步電動機(jī)調(diào)速供用電系統(tǒng)對無功功率的連續(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)變壓器一次電壓單相交流調(diào)壓電路1．電阻負(fù)載工作原理：在u1的正半周和負(fù)半周，分別對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)載電壓的波形相同右圖為圖4-1：電阻負(fù)載單相交流

調(diào)壓電路及其波形單相交流調(diào)壓電路數(shù)量關(guān)系負(fù)載電壓有效值(4-1)

負(fù)載電流有效值晶閘管電流有效值(4-3)

功率因數(shù)(4-4)

(4-1)(4-2)(4-3)(4-4)單相交流調(diào)壓電路輸出電壓與α的關(guān)系:

移相范圍為0≤α≤π。α=0時(shí)，輸出電壓為最大，Uo=U1。隨α的增大，Uo降低，α=π時(shí)，Uo=0。λ與α的關(guān)系：

α=0時(shí)，功率因數(shù)λ=1，α增大，輸入電流滯后于電壓且畸變，λ降低單相交流調(diào)壓電路2．阻感負(fù)載阻感負(fù)載時(shí)α的移相范圍負(fù)載阻抗角：

=arctan(ωL/R)

晶閘管短接，穩(wěn)態(tài)時(shí)負(fù)載電流io為正弦波，相位滯后于u1的角度為

在用晶閘管控制時(shí)，只能進(jìn)行滯后控制，使負(fù)載電流更為滯后，而無法使其超前α=0時(shí)刻仍定為u1過零的時(shí)刻，α的移相范圍應(yīng)為

≤α≤π右圖為圖4-2：阻感負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及其波形VT1單相交流調(diào)壓電路當(dāng)控制角為α?xí)r（設(shè)坐標(biāo)原點(diǎn)為ωt=0），即晶閘管導(dǎo)通時(shí)電壓波形相位角為α

，這時(shí)通過晶閘管的電流有兩個(gè)分量，即穩(wěn)定分量i1和自由分量i2i=i1+i2=0i=i1+i2=0(4-6)單相交流調(diào)壓電路圖4-3單相交流調(diào)壓電路以α為參變量的θ和α關(guān)系曲線

各曲線上θ=180°的點(diǎn)都對應(yīng)于a=；

負(fù)載電流成為完整的正弦波，負(fù)載電路這時(shí)獲得最大功率，相當(dāng)于晶閘管此時(shí)已被短接。負(fù)載電流處于連續(xù)狀態(tài)。

數(shù)量關(guān)系 負(fù)載電壓有效值

晶閘管電流有效值

單相交流調(diào)壓電路(4-9)(4-8)單相交流調(diào)壓電路P131第2題：一單相交流調(diào)壓器，電源為工頻220V，阻感負(fù)載，其中R=0.5Ω，L=2mH，求1）開通角α的變化范圍；2）負(fù)載電流的最大有效值；3）最大輸出功率及此時(shí)電源側(cè)的功率因數(shù)負(fù)載阻抗角為：開通角α的變化范圍為：0.899～π當(dāng)α=0.899時(shí)，輸出電壓最大，負(fù)載電流最大，此時(shí)輸出功率最大此時(shí)功率因數(shù)為：單相交流調(diào)壓電路a<時(shí)的工作情況（用窄脈沖觸發(fā)）

VT1提前導(dǎo)通，L被過充電，放電時(shí)間延長，VT1的導(dǎo)通角超過π；觸發(fā)VT2時(shí)，

io尚未過零，VT1仍導(dǎo)通，VT2不導(dǎo)通；單相交流調(diào)壓電路a<時(shí)的工作情況（用寬脈沖觸發(fā)）

VT1提前導(dǎo)通，L被過充電，放電時(shí)間延長，VT1的導(dǎo)通角超過π；觸發(fā)VT2時(shí)，io尚未過零，VT1仍導(dǎo)通，VT2不導(dǎo)通；io過零后，VT2開通，VT2導(dǎo)通角小于π；從第2個(gè)周期開始，VT1的導(dǎo)通角逐漸減小，VT2的導(dǎo)通角逐漸增大，直到兩個(gè)晶閘管的導(dǎo)通角均為π。VT1被首次觸發(fā)后，電路的工作過程和兩只晶閘管被短接一樣，過渡過程和帶R-L負(fù)載的單相交流電路在ωt=a時(shí)合閘的過渡過程相同；在交流電源u1的正半周圖4-7斬控式交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路用V1進(jìn)行斬波控制用V3給負(fù)載電流提供續(xù)流通道斬控式交流調(diào)壓電路用V2進(jìn)行斬波控制用V4給負(fù)載電流提供續(xù)流通道圖4-7斬控式交流調(diào)壓電路在交流電源u1的負(fù)半周單相交流調(diào)壓電路斬控式交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路特性電源電流的基波分量和電源電壓同相位，即位移因數(shù)為1電源電流不含低次諧波，只含和開關(guān)周期T有關(guān)的高次諧波功率因數(shù)接近1圖4-8電阻負(fù)載斬控式交流調(diào)壓電路波形三相交流調(diào)壓電路根據(jù)三相聯(lián)結(jié)形式的不同，三相交流調(diào)壓電路具有多種形式圖4-9三相交流調(diào)壓電路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)三相交流調(diào)壓電路1．星形聯(lián)結(jié)電路 可分為三相三線和三相四線兩種情況三相四線基本原理：相當(dāng)于三個(gè)單相交流調(diào)壓電路的組合，三相互相錯開120°工作?；ê?倍次以外的諧波在三相之間流動，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)，零線電流甚至和各相電流的有效值接近三相交流調(diào)壓電路

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)脈沖順序和三相橋式全控整流電路一樣，為VT1-VT6,依次相差60°不論單相還是三相交流調(diào)壓器，都以相電壓過零點(diǎn)定為a的起點(diǎn)，這一點(diǎn)與三相橋式整流電路不同。當(dāng)改變a時(shí)，調(diào)壓器有兩種工作狀態(tài)：在同一時(shí)刻，每一相有一只晶閘管導(dǎo)電，稱為1類工作狀態(tài)；在同一時(shí)刻，有一相晶閘管都不導(dǎo)電，另兩相各有一只晶閘管導(dǎo)電，稱為2類工作狀態(tài)。a角移相范圍是0°-150°原因：因a是根據(jù)相電壓定出的，線電壓超前相電壓30°，當(dāng)a≥150°時(shí)，電路工作在2類工作狀態(tài)，線電壓為零且即將變負(fù)，晶閘管不能導(dǎo)通。三相交流調(diào)壓電路(1)0°≤a<60°：三管導(dǎo)通與兩管導(dǎo)通交替，每管導(dǎo)通180°－a。但a=0°時(shí)一直是三管導(dǎo)通。圖4-10不同α角時(shí)負(fù)載相電壓波形a)α

=30°60°≤α<90°：兩管導(dǎo)通，每管導(dǎo)通120°。(2)圖4-10不同α角時(shí)負(fù)載相電壓波形b)α

=60°三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路(3)90°≤α<150°：兩管導(dǎo)通與無晶閘管導(dǎo)通交替，導(dǎo)通角度為300°－2α

。圖4-10不同α角時(shí)負(fù)載相電壓波形

c)α

=120°三相交流調(diào)壓電路圖4-10不同α角時(shí)負(fù)載相電壓波形a)α

=30°b)α=60°c)α

=120°三相交流調(diào)壓電路

配以固定電容器，就可在從容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率，稱為靜止無功補(bǔ)償裝置(StaticVarCampensator—SVC），用來對無功功率進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償，以補(bǔ)償電壓波動或閃變。α移相范圍為90°～180°?？刂痞两强蛇B續(xù)調(diào)節(jié)流過電抗器的電流，從而調(diào)節(jié)無功功率。支路控制三角聯(lián)結(jié)電路典型用例--晶閘管控制電抗器（ThyristorControlledReactor—TCR）交流調(diào)功電路以交流電源周波數(shù)為控制單位——交流調(diào)功電路對電路通斷進(jìn)行控制——交流電力電子開關(guān)與交流調(diào)壓電路的異同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)載所消耗的平均功率應(yīng)用常用于電爐的溫度控制因其直接調(diào)節(jié)對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，不對電網(wǎng)電壓電流造成通常意義的諧波污染。交流調(diào)功電路

電阻負(fù)載時(shí)的工作情況2pNpM電源周期控制周期=M倍電源周期=2p4pMO導(dǎo)通段=M3pM2pMuou1uo,iowtU12圖4-13交流調(diào)功電路典型波形(M=3、N=2)圖4－1電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路控制周期為M倍電源周期，晶閘管在前N個(gè)周期導(dǎo)通，后N－M個(gè)周期關(guān)斷。負(fù)載電壓和負(fù)載電流（也即電源電流）的重復(fù)周期為M倍電源周期。交流電力電子開關(guān)概念：晶閘管反并聯(lián)后串入交流電路作用：代替機(jī)械開關(guān)，起接通和斷開電路的作用優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)速度快，無觸點(diǎn)，壽命長，可頻繁控制通斷與交流調(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

晶閘管投切電容器（ThyristorSwitchedCapacitor—TSC）對無功功率控制，可提高功率因數(shù)，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，改善供電質(zhì)量性能優(yōu)于機(jī)械開關(guān)投切的電容器結(jié)構(gòu)和原理實(shí)際常用三相，可三角形聯(lián)結(jié)，也可星形聯(lián)結(jié)圖4-15TSC基本原理圖a)基本單元單相簡圖b)分組投切單相簡圖交流電力電子開關(guān)兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管起著把C并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開的作用（圖4-15a）串聯(lián)電感很小，用來抑制電容器投入電網(wǎng)時(shí)的沖擊電流實(shí)際工程中，為避免電容器組投切造成較大沖擊，一般把電容器分成幾組（圖4-15b），可根據(jù)電網(wǎng)對無功的需求而改變投入電容器的容量TSC實(shí)際上為斷續(xù)可調(diào)的動態(tài)無功功率補(bǔ)償器

晶閘管投切選擇晶閘管投入時(shí)刻的原則：該時(shí)刻交流電源電壓和電容器預(yù)