電力電子技術(shù)第十六次課

第六章交流調(diào)壓電路1交流-交流變流電路

把一種形式的交流電變成另一種形式交流電的電路交流電壓控制器頻率不變，僅改變電壓大小交流調(diào)壓電路相位控制交流調(diào)功電路通斷控制變頻器實(shí)現(xiàn)頻率變換亦可改變電壓大小交交變頻直接交直交變頻間接采用晶閘管作開(kāi)關(guān)器件時(shí)，依靠交流電源瞬時(shí)值過(guò)零及反向來(lái)關(guān)斷晶閘管。晶閘管開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)通則可采用移相控制，改變控制角調(diào)控變換器輸出電壓的大小。單相電壓控制器常用于小功率單相電動(dòng)機(jī)、照明和電加熱控制，三相交流-交流電壓控制器的輸出是三相恒頻變壓交流電源，通常給三相交流異步電動(dòng)機(jī)供電，實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的變壓調(diào)速，或作為異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)器使用。

2（a）單相全控通態(tài)時(shí)：斷態(tài)時(shí)：兩個(gè)反并聯(lián)開(kāi)關(guān)器件負(fù)載電壓、負(fù)載功率的大小由控制角a確定單相全控

36.2.1電阻負(fù)載6.1單相交流調(diào)壓電路1電阻負(fù)載的工作情況在正負(fù)半周的相應(yīng)時(shí)刻觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通,可在負(fù)載上得到缺角的正弦波形4

輸出電壓有效值與a

的關(guān)系：

電流有效值

功率因數(shù)

電路的移相范圍為0~πa

＝0時(shí)，功率因數(shù)

＝1，a

增大，輸入電流滯后于電壓且畸變，

降低。5利用傅立葉級(jí)數(shù)可求出基波及各次諧波。6表6.1不同觸發(fā)角時(shí)基波和3~15次諧波電壓(電流)的相對(duì)值7

若晶閘管短接，穩(wěn)態(tài)時(shí)負(fù)載電流為正弦波，相位滯后于輸入電壓u2的角度為j。2.阻感負(fù)載時(shí)的工作情況負(fù)載阻抗角：

j

=arctan(wL

/R)

當(dāng)電源電壓反向過(guò)零時(shí),由于負(fù)載電感產(chǎn)生電勢(shì)阻止電流變化,故電流不能立即為0,此時(shí)晶閘管導(dǎo)通角θ的大小,不但與控制角α有關(guān),而且與負(fù)載阻抗角φ有關(guān).8當(dāng)VT1處于通態(tài)時(shí)，下式成立：VT1RLu2b)VT1處于導(dǎo)通狀態(tài)初始條件：ωt=

a

，i2=0。求解上式并將初始條件代入可得其中

穩(wěn)定分量iB自由分量iS9晶閘管導(dǎo)通角為θ,亦即：ωt=

θ+a

，i2=0。并該條件代入i2表達(dá)式可得據(jù)此可計(jì)算出晶閘管導(dǎo)通角θ101.α>φ時(shí)的情況

晶閘管的導(dǎo)通角θ

<180,正負(fù)半波電流斷續(xù),控制角α越大,導(dǎo)通角θ越小,波形斷續(xù)越嚴(yán)重112.α=φ時(shí)的情況電流自由分量為0,晶閘管的導(dǎo)通角θ

=180,正負(fù)半波電流連續(xù)123.α<φ時(shí)的情況若采用窄脈沖觸發(fā),則VT2觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí),因VT1上電流還未到0,故使得VT2承受反壓無(wú)法導(dǎo)通,故負(fù)載上只有正半周有輸出,電流有很大直流成分,電路無(wú)法正常工作.13當(dāng)阻感負(fù)載,a

<j時(shí)應(yīng)采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)VT1的導(dǎo)通時(shí)間超過(guò)π。觸發(fā)VT2時(shí)，

io尚未過(guò)零，VT1仍導(dǎo)通，VT2不會(huì)導(dǎo)通。io過(guò)零后，VT2才可開(kāi)通，VT2導(dǎo)通角小于π。衰減過(guò)程中，VT1導(dǎo)通時(shí)間漸短，VT2的導(dǎo)通時(shí)間漸長(zhǎng)。結(jié)論：阻感負(fù)載當(dāng)a

<j

時(shí)，其穩(wěn)態(tài)工作情況和a

＝j(luò)

時(shí)完全相同。14總結(jié):3.α

φ時(shí)輸出電流連續(xù),無(wú)法獲得可調(diào)的輸出電壓,晶閘管失去控制作用15（b）帶中線星形聯(lián)接時(shí)，中線電流約等于相電流三個(gè)單相交流電壓控制器可組合成帶中線的三相交流電壓控制器缺點(diǎn)中線電流大帶中線星形聯(lián)結(jié)

三相交流調(diào)壓電路分析:16（c）無(wú)中線的三相聯(lián)接輸入電流中沒(méi)有3次及3的倍數(shù)次諧波電流無(wú)中線的三相連接

17(d)Δ聯(lián)接的交流電壓控制器只適用于允許斷開(kāi)6根出線端子的三角形負(fù)載三角形聯(lián)結(jié)的交流電壓控制器

18三相交流調(diào)壓電路分析:三相三線，主要分析電阻負(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°。相電壓過(guò)零點(diǎn)定為a的起點(diǎn)，a角移相范圍是0°~150°。19三相全波星形無(wú)中線調(diào)壓電路α=0o時(shí)的波形

20②控制角α=30o各相電壓過(guò)零30o后觸發(fā)相應(yīng)晶閘管。以U相為例，uU過(guò)零變正30o后發(fā)出VT1的觸發(fā)脈沖ug1，uU過(guò)零變負(fù)30o后發(fā)出VT4的觸發(fā)脈沖ug2

。歸納α=30o時(shí)的導(dǎo)通特點(diǎn)如下：每管持續(xù)導(dǎo)通150o

；有的區(qū)間由兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通構(gòu)成兩相流通回路，也有的區(qū)間三個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通構(gòu)成三相流通回路。

21圖3-10三相全波星形無(wú)中線調(diào)壓電路α=30o時(shí)的波形

22③控制角α=60oα=60o情況下的具體分析與α=30o相似。這里給出α=60o時(shí)的脈沖分配圖、導(dǎo)通區(qū)間和U相負(fù)載電壓波形如圖3-11所示。歸納α=60o時(shí)的導(dǎo)通特點(diǎn)如下：每個(gè)晶閘管導(dǎo)通120o

；每個(gè)區(qū)間由兩個(gè)晶閘管構(gòu)成回路。

23圖3-11三相全波星形無(wú)中線調(diào)壓電路α=60o時(shí)的波形

24④觸發(fā)角α=90o認(rèn)為正半周或負(fù)半周結(jié)束就意味著相應(yīng)晶閘管的關(guān)斷是錯(cuò)誤的。首先假設(shè)觸發(fā)脈沖有大于60o的脈寬。則在觸發(fā)VT1時(shí)，VT6還有觸發(fā)脈沖，由于此時(shí)uu>uv，VT1和VT6承受正壓uUV而導(dǎo)通，電流流過(guò)：VT1、u相負(fù)載、v相負(fù)載、VT6，一直到uu<uv時(shí)刻，VT1、VT6才能同時(shí)關(guān)斷。同樣，當(dāng)Ug2到來(lái)時(shí)，VT1的觸發(fā)脈沖Ug1還存在，又由于uu>uw，使得VT2和VT1承受正壓uUW一起導(dǎo)通，構(gòu)成UW相回路，……歸納α=90o時(shí)的導(dǎo)通特點(diǎn)如下：每個(gè)晶閘管通120o

，各區(qū)間有兩個(gè)管子導(dǎo)通。

25⑤觸發(fā)角α=120o觸發(fā)脈沖脈寬大于60o

歸納α=120o時(shí)的導(dǎo)通特點(diǎn)如下：每個(gè)晶閘管觸發(fā)后通30o，斷30o，再觸發(fā)導(dǎo)通30o；各區(qū)間要么由兩個(gè)管子導(dǎo)通構(gòu)成回路，要么沒(méi)有管子導(dǎo)通。26圖3-13三相全波星形無(wú)中線調(diào)壓電路α=120o時(shí)的波形

27工作狀態(tài)小結(jié)：（1）a＜30°：處于第一類(lèi)工作狀態(tài)（三相同時(shí)導(dǎo)電）。（2）30°＜a＜60°：每隔30°交替地出現(xiàn)第一類(lèi)和第二類(lèi)工作狀態(tài)。（3）60°<a<90°：處于第二類(lèi)工作狀態(tài)（兩相同時(shí)導(dǎo)電）（4）90°<a<150°：交替處于第一類(lèi)工作狀態(tài)和斷流狀態(tài)。（5）a>150°：電路全斷流，不能工作。所以電阻負(fù)載控制角a

的調(diào)控范圍為：0°~150°,三相阻感性負(fù)載，分析方法與單相電路相同。

28知識(shí)點(diǎn):晶閘管交流調(diào)功器前面介紹移相觸發(fā)控制，使得電路中的正弦波形出現(xiàn)缺角，包含較大的高次諧波。為了克服這種缺點(diǎn)，可采用過(guò)零觸發(fā)的通斷控制方式。這種方式的開(kāi)關(guān)對(duì)外界的電磁干擾最小。控制方法如下：在設(shè)定的周期內(nèi)，使晶閘管開(kāi)關(guān)接通幾個(gè)周波然后斷開(kāi)幾個(gè)周波，改變通斷時(shí)間比，改變了負(fù)載上的交流平均電壓，可達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)載功率的目的。因此這種裝置也稱為交流調(diào)功器。

29交流調(diào)功電路與交流調(diào)壓電路的比較

相同點(diǎn)電路形式完全相同

不同點(diǎn)控制方式不同交流調(diào)壓電路在每個(gè)電源周期都對(duì)輸出電壓波形進(jìn)行控制。交流調(diào)功電路是將負(fù)載與交流電源接通幾個(gè)周期,再斷開(kāi)幾個(gè)周期,通過(guò)通斷周波數(shù)的比值來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的平均功率。30(a)單相交流調(diào)功器；(b)三相交流調(diào)功器31過(guò)零觸發(fā)通斷控制時(shí)的輸出電壓波形

32若設(shè)定周期Tc內(nèi)導(dǎo)通周波數(shù)為n，每個(gè)周波的周期為T(mén)，輸出電壓有效值是 則調(diào)功器的輸出功率是式中Pn—設(shè)定周期Tc內(nèi)全部周波導(dǎo)通時(shí)，裝置輸出功率Un—設(shè)定周期Tc內(nèi)全部周波導(dǎo)通時(shí)，輸出電壓有效值因此改變導(dǎo)通周波數(shù)n即可改變電壓和功率。33單相交流零觸發(fā)開(kāi)關(guān)電路的工作波形34由于晶閘管是在電源電壓過(guò)零的瞬時(shí)被觸發(fā)導(dǎo)通的，這就可以保證大大減小瞬態(tài)負(fù)載浪涌電流和觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)的電流變化率di/dt，從而使晶閘管由于di/dt過(guò)大而失效或換相失敗的幾率大大減少。過(guò)零觸發(fā)的優(yōu)點(diǎn):

可以在負(fù)載上得到完整的波形,克服了移相觸發(fā)產(chǎn)生諧波干擾的缺點(diǎn).35知識(shí)點(diǎn):

斬控式交流調(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)流通道在交流電源u1的正半周斬控式交流調(diào)