交流-交流变流电路精.ppt

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1、交流-交流变流电路第1页，本讲稿共24页交流电力控制电路交流电力控制电路两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过控两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过控制晶闸管就可控制交流电力制晶闸管就可控制交流电力交流调压电路交流调压电路每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，调节每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，调节输出电压有效值输出电压有效值交流调功电路交流调功电路以交流电周期为单位控制晶闸管通断，改变通以交流电周期为单位控制晶闸管通断，改变通断周期数的比，调节输出功率的平均值断周期数的比，调节输出功率的平均值交流电力电子开关交流电力电子开关不调节输出平均功率，只接通或断开电路，串入电不调节输

2、出平均功率，只接通或断开电路，串入电路的晶闸管路的晶闸管 6.1 交流调压电路交流调压电路第2页，本讲稿共24页 6.1 交流调压电路交流调压电路原理原理 两个晶闸管反并联后串联在交两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制流电路中，通过对晶闸管的控制就可控制交流电力。就可控制交流电力。电路图电路图应用应用 1 1 灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制)。2 2 异步电动机软起动。异步电动机软起动。3 3 异步电动机调速。异步电动机调速。4 4 供用电系统对无功功率的连续调节。供用电系统对无功功率的连续调节。5 5 在高压小电流或低压大电流直流电源中

3、，在高压小电流或低压大电流直流电源中，用于调节变压器一次电压。用于调节变压器一次电压。第3页，本讲稿共24页 6.1.1单相交流调压电路单相交流调压电路 6.1.2三相交流调压电路三相交流调压电路 6.1 交流调压电路交流调压电路第4页，本讲稿共24页6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路1 1电阻负载电阻负载图6-1电阻负载单相交流调压电路及其波形在交流电源在交流电源 u u1 1的正半周和负半周，的正半周和负半周，分别对分别对VTVT1 1和和VTVT2 2的开通角的开通角 进行控制进行控制就可以调节输出电压。就可以调节输出电压。正负半周正负半周 起始时刻（起始时刻（=0=0）均为电

4、压）均为电压过零时刻，在稳态情况下，正负半周的过零时刻，在稳态情况下，正负半周的 相相等。等。负载电压波形是电源电压波形的一部分，负载电压波形是电源电压波形的一部分，负载电流和负载电压的波形相同。负载电流和负载电压的波形相同。ROu1uoioVT1VT2u1uoiouVTwtOwtOwtOwt第5页，本讲稿共24页电阻负载单相交流调压电路在开通角为电阻负载单相交流调压电路在开通角为 时，负载电压有效值时，负载电压有效值Uo、负载电流有负载电流有效值效值Io、晶闸管电流有效值晶闸管电流有效值IT和电路的功率因数和电路的功率因数分别为分别为第6页，本讲稿共24页 的移相范围为的移相范围为00 。=

5、0=0时，相当于晶闸管一直接通，输出电压时，相当于晶闸管一直接通，输出电压为最大值，为最大值，Uo=U1。随着。随着 的增大，的增大，Uo逐渐降低，逐渐降低，直到直到 =时，时，Uo=0=0。=0=0时，功率因数时，功率因数=1=1，随着随着 增增大，输入电流滞后于电压且发生畸变，大，输入电流滞后于电压且发生畸变，也逐渐降低。也逐渐降低。ROu1uoioVT1VT2u1uoiouVTwtOwtOwtOwt图6-1电阻负载单相交流调压电路及其波形第7页，本讲稿共24页 若晶闸管短接，稳态时负载电流为若晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，相位滞后于正弦波，相位滞后于u u1 1的角度为的角度为j

6、j，当用晶闸管控制时，只能进行滞后当用晶闸管控制时，只能进行滞后控制，使负载电流更为滞后。控制，使负载电流更为滞后。=0=0时刻仍定为时刻仍定为u u1 1过零的时过零的时刻，刻，的移相范围应为的移相范围应为j j 。2)阻感负载阻感负载 0.6Ou1 u1uoiouVTwtOwtOwtwtOuuG1 G1uG2OOwtwt图图6-2 阻感负载单相交流调压电路及其波形阻感负载单相交流调压电路及其波形 负载阻抗角：负载阻抗角：j j =arctan(arctan(w wL /R R)VT16.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路第8页，本讲稿共24页当阻感负载当阻感负载,=j j 时电时电路

7、路工作情况。工作情况。当当=j j时时，=电流连续电流连续,输出电压电流波形输出电压电流波形为完整的正弦波为完整的正弦波.图6-2 阻感负载单相交流调压电路第9页，本讲稿共24页图6-5 aj时阻感负载交流调压电路工作波形当阻感负载当阻感负载,j j 时电路工时电路工作情况。作情况。图6-2 阻感负载单相交流调压电路VT1的导通时间超过的导通时间超过 。触发触发VT2VT2时，时，i io o尚未过零，尚未过零，VT1VT1仍导通，仍导通，VT2VT2不会导不会导通。通。i io o过零后，过零后，VT2VT2才可才可开通，开通，VT2VT2导通角小于导通角小于。衰减过程中，衰减过程中，VT1

8、VT1导通时导通时间渐短，间渐短，VT2VT2的导通时间的导通时间渐长。渐长。6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路第10页，本讲稿共24页3)斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路在交流电源在交流电源u u1 1的正半周的正半周图6-7 斩控式交流调压电路6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路用用V V1 1进行斩波控制进行斩波控制用用V3V3给负载电流提给负载电流提供续流通道供续流通道第11页，本讲稿共24页用用V V2 2进行斩波控制进行斩波控制用用V V4 4给负载电流提供给负载电流提供续流通道续流通道图6-7 斩控式交流调压电路4)斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路在交流

9、电源在交流电源u u1 1的负半周的负半周6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路第12页，本讲稿共24页 特性特性图6-8 电阻负载斩控式交流调压电路波形6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路电源电流的基波分量和电源电源电流的基波分量和电源电压同相位，即位移因数为电压同相位，即位移因数为1 1。电源电流不含低次谐波，电源电流不含低次谐波，只含和开关周期只含和开关周期T T有关的有关的高次谐波。高次谐波。功率因数接近功率因数接近1 1。第13页，本讲稿共24页6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路根据三相联结形式的不同，三相交流调压电路具有多种形式根据三相联结形式的不同，三相交

10、流调压电路具有多种形式图6-9 三相交流调压电路a)星形联结b)线路控制三角形联结c)支路控制三角形联结d)中点控制三角形联结第14页，本讲稿共24页三相四线三相四线基本原理：相当于三个单相交基本原理：相当于三个单相交流调压电路的组合，三相互相流调压电路的组合，三相互相错开错开120120工作。基波和工作。基波和3 3倍倍次以外的谐波在三相之间流次以外的谐波在三相之间流动，不流过零线。动，不流过零线。问题：三相中问题：三相中3 3倍次谐波同相倍次谐波同相位，全部流过零线。零线有位，全部流过零线。零线有很大很大3 3倍次谐波电流。倍次谐波电流。=9090时，零线电流甚至和时，零线电流甚至和各相电

11、流的有效值接近。各相电流的有效值接近。1)星形联结电路星形联结电路 可分为三相三线和三相四线可分为三相三线和三相四线图6-9 三相交流调压电路a)星形联结6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路第15页，本讲稿共24页三相三线，主要分析阻负载时的情况三相三线，主要分析阻负载时的情况图6-9 三相交流调压电路a)星形联结6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路任一相导通须和另一相构成回路。任一相导通须和另一相构成回路。电流通路中至少有两个晶闸管，应采电流通路中至少有两个晶闸管，应采用双脉冲或宽脉用双脉冲或宽脉 冲触发。冲触发。触发脉冲顺序和三相桥式全控整流触发脉冲顺序和三相桥式全控整流电

12、路一样，为电路一样，为VTVT1 1 VT VT6 6,依次相差依次相差6060。相电压过零点定为相电压过零点定为 的起点，的起点，角角移相范围是移相范围是0 1500 150。第16页，本讲稿共24页6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路图图6-10 不同不同 角时负载相电压波形角时负载相电压波形a)=30 b)=60 把把相电压过零点相电压过零点定为开通角定为开通角 的起点，的起点，三相三线电路中，两相间导通时是靠线电压三相三线电路中，两相间导通时是靠线电压导通的，而线电压超前相电压导通的，而线电压超前相电压30，因此，因此 角的移相范围是角的移相范围是0150。根据任一时刻导通晶闸

13、管个数以及半根据任一时刻导通晶闸管个数以及半个周波内电流是否连续可将个周波内电流是否连续可将0150的移的移相范围分为如下三段相范围分为如下三段 0 60范围内，电路处于范围内，电路处于三个晶闸管导三个晶闸管导通与两个晶闸管导通的交替状态通与两个晶闸管导通的交替状态，每个晶闸，每个晶闸管导通角度为管导通角度为180-,但但=0时是一种特时是一种特殊情况，一直是三个晶闸管导通。殊情况，一直是三个晶闸管导通。60 90范围内，任一时刻都是范围内，任一时刻都是两两个晶闸管导通个晶闸管导通，每个晶闸管的导通角度为，每个晶闸管的导通角度为120。第17页，本讲稿共24页6.1.2 三相交流调压电路三相交

14、流调压电路图图6-10 不同不同 角时负载相电压波形角时负载相电压波形 c)=120 90 150范围内，电路处于范围内，电路处于两个两个晶闸管导通与无晶闸管导通的交替状晶闸管导通与无晶闸管导通的交替状态态，每个晶闸管导通角度为，每个晶闸管导通角度为300-2，而，而且这个导通角度被分割为不连续的两部分，且这个导通角度被分割为不连续的两部分，在半周波内形成两个断续的波头，各占在半周波内形成两个断续的波头，各占150-。谐波分析谐波分析 电流谐波次数为电流谐波次数为6k1(k=1，2，3，)。谐波次数越低，含量越大。谐波次数越低，含量越大。和单相交流调压电路相比，和单相交流调压电路相比，没有没有

15、3倍倍次谐波次谐波，因为三相对称时，它们不能流，因为三相对称时，它们不能流过三相三线电路。过三相三线电路。第18页，本讲稿共24页6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路图图6-9 三相交流调压电路三相交流调压电路 b)支路控制三角形联结支路控制三角形联结支路控制三角联结电路支路控制三角联结电路 由三个单相交流调压电路组成，分别在不同的由三个单相交流调压电路组成，分别在不同的线电压线电压作用下工作。作用下工作。单相交流调压电路的分析方法和结论完全单相交流调压电路的分析方法和结论完全适用，输入线电流（即电源电流）为与该线适用，输入线电流（即电源电流）为与该线相连的两个负载相电流之和。相连的两

16、个负载相电流之和。谐波分析谐波分析 3倍次谐波倍次谐波相位和大小相同，在三角相位和大小相同，在三角形回路中流动，而不出现在线电流中。形回路中流动，而不出现在线电流中。线电流中所谐波次数为线电流中所谐波次数为6k1(k为正整数为正整数)。在相同负载和在相同负载和 角时，线电流中谐波含量角时，线电流中谐波含量少于三相三线星形电路。少于三相三线星形电路。第19页，本讲稿共24页6.2 其他交流电力控制电路其他交流电力控制电路6.2.1交流调功电路交流调功电路6.2.2交流电力电子开关交流电力电子开关第20页，本讲稿共24页6.2.1 交流调功电路交流调功电路 交流调功电路与交流调压电路的异同比较交流

17、调功电路与交流调压电路的异同比较相同点相同点 电路形式完全相同完全相同不同点不同点 控制方式不同不同交流调压电路在每个电源周期周期都对输出电压波形进行控制。交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周期,在断开几个周期,通过通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。第21页，本讲稿共24页 电阻负载时的工作情况电阻负载时的工作情况2pNpM电源周期控制周期=M倍电源周期=2p4pMO导通段=M3pM2pMuou1uo,iowtU12图6-13 交流调功电路典型波形(M=3、N=2)图61电阻负载单相交流调压电路6.2.1 交流调功电路交流调功电路控制周期为M倍电源周期，晶闸管在前N个周期导通，后

18、MN个周期关断。负载电压和负载电流（也即电源电流）的重复周期为M倍电源周期。第22页，本讲稿共24页6.2.2 交流电力电子开关交流电力电子开关概念概念 把晶闸管反并联后串入交流电路中，代替电路中的机把晶闸管反并联后串入交流电路中，代替电路中的机械开关，起接通和断开电路的作用。械开关，起接通和断开电路的作用。优点优点 响应速度快，无触点，寿命长，可频繁控制通断。与交流调功电路的区别区别并不控制电路的平均输出功率。通常没有明确的控制周期，只是根据需要控制电路的接通和断开。控制频度通常比交流调功电路低得多。晶闸管投切电容晶闸管投切电容（Thyristor SwitchedCapacitorTSC）的原的原理将在第理将在第1010章介绍。章介绍。第23页，本讲稿共24页本章小结本章小结本章的要点如下本章的要点如下：(1)交流交流变流电路的分类及其基本概念；(2)单相交流调压电路的电路构成，在电阻负载和阻感负载时的工作原理和电路特性；(3)交流调功电路和交流电力电子开关的基本概念。第24页，本讲稿共24页