《電力電子技術(shù)（第二版） 》 課件 項(xiàng)目五 交流調(diào)壓電路-調(diào)試電風(fēng)扇無(wú)級(jí)調(diào)速器

項(xiàng)目五交流調(diào)壓電路—調(diào)試電風(fēng)扇無(wú)級(jí)調(diào)速器【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

知識(shí)目標(biāo)（1）能說(shuō)出雙向晶閘管工作原理及伏安特性。（2)能說(shuō)出單相交流調(diào)壓阻感負(fù)載電路以阻抗角為參變量的晶閘管導(dǎo)通角和觸發(fā)角的關(guān)系。能力目標(biāo)（1）能說(shuō)出單相交流調(diào)壓電路工作原理并能畫(huà)出輸出波形圖。（2）會(huì)用MATLAB分析并檢測(cè)單相交流調(diào)壓電阻負(fù)載電路和阻感負(fù)載電路輸出波形。素養(yǎng)目標(biāo)（1）培養(yǎng)細(xì)致分析，認(rèn)真解決問(wèn)題的能力。（2）培養(yǎng)有效利用信息化手段獲得有用信息的能力。【項(xiàng)目引入】

在工業(yè)生產(chǎn)及日用電器設(shè)備中，有不少交流供電的設(shè)備采用控制交流電壓來(lái)調(diào)節(jié)設(shè)備的工作狀態(tài)，交流調(diào)壓電路應(yīng)運(yùn)而生。交流調(diào)壓電路廣泛應(yīng)用于工業(yè)加熱、燈光控制、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速以及電解電鍍的交流調(diào)壓等場(chǎng)合。任務(wù)5.1認(rèn)識(shí)雙向晶閘管5.1.1了解雙向晶閘管的工作原理1.雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)

雙向晶閘管內(nèi)部是一種NPNPN的五層結(jié)構(gòu)引出三個(gè)端子的元件，三個(gè)端子分別是兩個(gè)主電極T1和T2，一個(gè)門(mén)極G。

雙向晶閘管相當(dāng)于具有公共門(mén)極的一對(duì)普通晶閘管反并聯(lián)，不過(guò)它只有一個(gè)門(mén)極G，且該門(mén)極相對(duì)于T1端無(wú)論是正的還是負(fù)的，都能觸發(fā)，而且T1相對(duì)于T2既可以是正的，也可以是負(fù)的。T1GT22圖5-2雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)及電氣圖形符號(hào)

2.伏安特性

其中，規(guī)定雙向晶閘管的T1極為正，T2極為負(fù)時(shí)的特性為第一象限特性；而T1極為負(fù)，T2極為正時(shí)的特性為第三象限特性。圖5-4雙向晶閘管伏安特性3.工作原理根據(jù)施加于T1和T2間的電壓極性與控制門(mén)極信號(hào)極性的不同，雙向晶閘管有四種工作模式，在不同的工作模式下，器件的觸發(fā)靈敏度不同。1)Ⅰ+觸發(fā)方式T1為正，T2為負(fù)；門(mén)極電壓是G為正，T2為負(fù)，特性曲線在第一象限。是一種常規(guī)觸發(fā)，因而靈敏度較高。2)Ⅰ-觸發(fā)方式T1為正，T2為負(fù)；門(mén)極電壓是G為負(fù)，T2為正，特性曲線在第一象限。觸發(fā)靈敏度近似于Ⅰ+觸發(fā)方式靈敏度的1/3。3)Ⅲ-觸發(fā)方式T1為負(fù)，T2為正；門(mén)極電壓是G為負(fù)，T2為正，特性曲線在第三象限。觸發(fā)靈敏度近似于Ⅰ+觸發(fā)方式靈敏度的1/3。4)Ⅲ+觸發(fā)方式T1為負(fù)，T2為正；門(mén)極電壓是G為正，T2為負(fù)，特性曲線在第三象限。觸發(fā)靈敏度近似于Ⅰ+觸發(fā)方式靈敏度的1/4。5.1.2了解雙向晶閘管的參數(shù)1)額定通態(tài)電流IT(RMS)標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，當(dāng)器件的單向?qū)ń谴笥?70°時(shí)，允許流過(guò)器件的最大交流正弦電流的有效值。2）斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM（額定電壓）實(shí)際應(yīng)用時(shí)電壓通常取兩倍的安全裕量。5.1.3了解雙向晶閘管的觸發(fā)電路

雙向晶閘管的控制方式常用的有兩種，第一種為移相觸發(fā)，與普通晶閘管一樣，是通過(guò)控制觸發(fā)脈沖的相位來(lái)達(dá)到調(diào)壓的目的；第二種是過(guò)零觸發(fā)，適用于調(diào)功電路及無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)電路。1.簡(jiǎn)易觸發(fā)電路VDQ123GT1T2R1C1RAC220VVTRL圖5-5雙向晶閘管簡(jiǎn)易觸發(fā)電路2.本相電壓強(qiáng)觸發(fā)電路~R3RLCVTRzRPR2R1V1C1VD4VD3VD2V2··VD1圖5-6采用本相電壓的觸發(fā)方式圖5-7用單結(jié)晶體管組成的觸發(fā)電路3.單結(jié)晶體管觸發(fā)4.用KC06控制芯片組成的雙向晶閘管移相交流調(diào)壓電路圖5-8KC06組成的雙向晶閘管移相交流調(diào)壓電路任務(wù)5.2認(rèn)識(shí)單相交流調(diào)壓電路5.2.1了解單相交流調(diào)壓電路1電阻性負(fù)載單相交流調(diào)壓電阻負(fù)載電路如圖所示，由一只雙向晶閘管組成主電路，接電阻性負(fù)載。圖5-9單相交流調(diào)壓電阻負(fù)載電路圖及波形2.計(jì)算單相交流調(diào)壓電阻負(fù)載電路相關(guān)參數(shù)（1）輸出交流電壓有效值（2）輸出交流電流有效值（3）電路功率因數(shù)為電路的移相范圍為0~π。2電感性負(fù)載圖5-10給出了單相交流調(diào)壓電感性負(fù)載電路圖及波形。由于電感性負(fù)載電路中電流的變化要滯后電壓的變化，因而在電源電壓由正向負(fù)過(guò)零時(shí)，由于負(fù)載電感中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)要阻止電流變化，電壓過(guò)零時(shí)電流還未到零，晶閘管關(guān)不斷，故還要繼續(xù)導(dǎo)通到負(fù)半周。圖5-10單相交流調(diào)壓電阻負(fù)載電路圖及波形

5.2.2完成單相交流調(diào)壓電路的MATLAB仿真分析1.參考電路圖建模元件名稱提取路徑脈沖觸發(fā)器Simulink/Sources/PulseGenerator交流電源SimPowerSystems/ElectricalSources/ACVoltagesource示波器Simulink/Sinks/Scope電壓表SimPowerSystems/Measurements/VoltageMeasurement電流表SimPowerSystems/Measurements/CurrentMeasurement負(fù)載RLCSimPowerSystems/Elements/SeriesRLCBranch晶閘管Simpowersystems/PowerElectronics/Thyristor用戶界面分析模塊Powergui表5-4仿真模塊提取路徑

3.仿真參數(shù)的設(shè)置由于電源頻率是50Hz，因此設(shè)置仿真的終止時(shí)間為0.1s，算法ode23tb。

圖5-15創(chuàng)建的Simulink單相交流調(diào)壓電路（阻感負(fù)載）由于電源頻率是50Hz，因此設(shè)置仿真的終止時(shí)間為0.1S，算法ode23tb，通過(guò)仿真，得到幾個(gè)特殊角度的波形圖

任務(wù)5.3認(rèn)識(shí)三相交流調(diào)壓電路3.1星形聯(lián)結(jié)的三相交流調(diào)壓電路

(a）三相四線

(b）三相三線

圖5-17星形聯(lián)結(jié)的三相交流調(diào)壓電路

1.電路結(jié)構(gòu)星形聯(lián)結(jié)的三相交流調(diào)壓電路分為三相四線和三相三線兩種情況，如圖5-17所示。三線四相帶電阻負(fù)載時(shí)的工作原理：該電路相當(dāng)于三個(gè)單相交流調(diào)壓電路的組合，工作原理與單相交流調(diào)壓完全相同，三相互相錯(cuò)開(kāi)120°工作；基波和3倍次以外的諧波在三相之間流動(dòng)，不流過(guò)零線，3的整數(shù)倍次諧波是同相位的，不能在各相之間流動(dòng)，全部流過(guò)零線；當(dāng)

=90°時(shí)，零線電流甚至和各相電流的有效值接近。三相三線帶電阻負(fù)載時(shí)的工作原理：該電路中的任一相導(dǎo)通須和另一相構(gòu)成回路，因此電流通路中至少有兩個(gè)雙向晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，應(yīng)采用雙脈沖或?qū)捗}沖觸發(fā)。

2.工作原理三相三線電路中，兩相間導(dǎo)通時(shí)是靠線電壓導(dǎo)通的，把相電壓過(guò)零點(diǎn)定為開(kāi)通角

的起點(diǎn)，而線電壓超前相電壓30°，因此

角的移相范圍是0°~150°。根據(jù)任一時(shí)刻導(dǎo)通晶閘管個(gè)數(shù)以及半個(gè)周波內(nèi)電流是否連續(xù)可將0°~150°的移相范圍分為如下三段。l）0°≤

<60°

在該范圍內(nèi)，電路處于三個(gè)晶閘管導(dǎo)通與兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通的交替狀態(tài)，每個(gè)晶閘管導(dǎo)通角度為180°-

。晶閘管導(dǎo)通情況及U相電壓負(fù)載波形如圖5-18所示。

圖5-18三相全波星形聯(lián)結(jié)調(diào)壓電路α=30°時(shí)的波形

2）60°≤

<90°在該范圍內(nèi)，任一時(shí)刻都是兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通，每個(gè)晶閘管的導(dǎo)通角度為120°。

圖5-19三相全波星形聯(lián)結(jié)調(diào)壓電路α=60°時(shí)的波形

圖5-20三相全波星形聯(lián)結(jié)調(diào)壓電路α=120°時(shí)的波形

3.結(jié)論以上分析表明：隨著α的增大，電流不連續(xù)程度增加，每相負(fù)載上的電壓已不是正弦波，但正、負(fù)周對(duì)稱。所以輸出電壓中只有奇次諧波，以三次諧波所占比重最大，但因?yàn)殡娐窡o(wú)零線，所以無(wú)三次諧波通路，減少了三次諧波對(duì)電網(wǎng)的影響。

5.3.2三角形接法的三相交流調(diào)壓電路

1.三角形聯(lián)結(jié)的三相交流調(diào)壓電路它實(shí)際上是三個(gè)單相交流調(diào)壓電路的組合，分別在不同的線電壓作用下工作。單相交流調(diào)壓電路的分析方法和結(jié)論完全適用，輸入線電流（即電源電流）為與該線相連的兩個(gè)負(fù)載相電流之和，無(wú)論是電阻負(fù)載還是感性負(fù)載，每一相都可看作單相交流調(diào)壓電路來(lái)分析，單相交流調(diào)壓電路的方法和結(jié)果都可沿用，注意把單相相電壓改成線電壓即可。圖5-21三角形聯(lián)結(jié)的三相交流調(diào)壓電路2.三相晶閘管接于星形負(fù)載中性點(diǎn)的三相交流調(diào)壓電路該電路如圖5-22所示，用三角形連接的三個(gè)晶閘管來(lái)代替星形連接負(fù)載的中性點(diǎn)。由于構(gòu)成中性點(diǎn)的晶閘管的單向?qū)щ娦裕虼嗽撾娐啡魏螘r(shí)間都有兩只晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，相當(dāng)于普通的三相平衡負(fù)載。這種電路使用元件少，觸發(fā)線路簡(jiǎn)單，但由于電流波形正、負(fù)半周不對(duì)稱，故存在偶次諧波，對(duì)電源影響與干擾較大。

圖5-22三相晶閘管接于星形負(fù)載中性點(diǎn)的三相交流調(diào)壓電路

5.3.3完成三相交流調(diào)壓電路的MATLAB仿真分析1.參考電路圖建模元件名稱提取路徑脈沖觸發(fā)器Simulink/Sources/PulseGenerator交流電源SimPowerSystems/ElectricalSources/ACVoltagesource示波器Simulink/Sinks/Scope接地端子SimPowerSystems/Elements/Ground電壓表SimPowerSystems/Measurements/VoltageMeasurement負(fù)載RLCSimPowerSystems/Elements/SeriesRLCBranch晶閘管Simpowersystems/PowerElectronics/DetailedThyristor用戶