晶闸管交流变换电路.ppt

第四章晶闸管交流变换电路,4.1交交变频器,4.2交流调压电路,4.3其他交流电力控制电路,概述,交流-交流变流电路,一种形式的交流变成另一种形式交流的电路，可改变相关的电压、电流、频率和相数等,交流电力控制电路,变频电路,只改变电压、电流或控制电路的通断，不改变频率,改变频率，大多不改变相数，也有改变相数的,交流调压电路相位控制（或斩控式）交流调功电路及交流无触点开关通断控制，,交交变频电路交直交变频电路,1.晶闸管交交变频电路2.矩阵式变频电路，,先把交流整流成直流，再把直流逆变成另一种频率或可变频率的交流,间接变频电路。,4.1交交变频器,本节讲述：晶闸管交交变频电路，也称周波变流器交-交变频器实际上是由晶闸管全控整流电路组合而成的交流电路，通过对各全控整流电路输出电压大小和方向的组合控制，使负载得到一个电压和频率可控的交流电。广泛用于大功率交流电动机调速传动系统，实用的主要是三相输出交-交变频电路,单相交交变频电路原理图和输出电压波形,4.1.1单相交-交变频电路,一.电路构成和工作原理,1、电路构成,由P组和N组反并联的晶闸管变流电路构成。变流器P和N都是相控整流电路。,2、工作原理,P组工作时，负载电流io为正N组工作时，io为负,两组变流器按一定的频率交替工作，负载就得到该频率的交流电,改变两组变流器的切换频率，就可改变输出频率wo,改变变流电路的控制角a，就可以改变交流输出电压的幅值。,单相交交变频电路原理图和输出电压波形,单相交-交变频电路,为使uo波形接近正弦波，可按正弦规律对a角进行调制,在半个周期内让P组a角按正弦规律从90减到0或某个值，再增加到90，每个控制间隔内的平均输出电压就按正弦规律从零增至最高，再减到零。另外半个周期可对N组进行同样的控制。,uo由若干段电源电压拼接而成，在uo的一个周期内，包含的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波,2、工作原理,理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态,单相交交变频电路,二.变频器为阻感负载的工作状态,1、电路构成,以单相交交变频器为例，研究带有阻感负载的工作特点：把交交变频电路理想化，忽略变流电路换相时uo的脉动分量，就可把电路等效成图所示的正弦波交流电源和二极管的串联。设负载阻抗角为j，则输出电流滞后输出电压j角。两组变流电路采取无环流工作方式，即一组变流电路工作时，封锁另一组变流电路的触发脉冲。,理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态,变频器为阻感负载的工作状态,2、工作过程及波形分析,t1t3期间：io正半周，正组工作，反组被封锁,t1t2：uo和io均为正，正组整流，输出功率为正,t2t3：uo反向，io仍为正，正组逆变，输出功率为负,理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态,变频器为阻感负载的工作状态,2、工作过程及波形分析,t3t5期间：io负半周，反组工作，正组被封锁,t3t4：uo和io均为负，反组整流，输出功率为正,t4t5：uo反向，io仍为负，反组逆变，输出功率为负,小结：,哪一组工作由io方向决定，与uo极性无关,工作在整流还是逆变，则根据uo方向与io方向是否相同来确定。,单相交-交变频电路,单相交交变频电路输出电压和电流波形,三.实际工作波形,考虑无环流工作方式下io过零的死区时间，一周期可分为6段：,第1段io0，反组逆变,第2段电流过零，为无环流死区,第3段io0，uo0，正组整流,第4段io0，uo0，正组逆变,第5段电流过零又是无环流死区,第6段io0，uo0，为反组整流,单相交-交变频电路,单相交交变频电路输出电压和电流波形,当uo和io的相位差小于90时，一周期内电网向负载提供能量的平均值为正，电动机工作在电动状态；,当二者相位差大于90时，一周期内电网向负载提供能量的平均值为负，电网吸收能量，电动机为发电状态。,4.1.2三相交交变频电路,交交变频电路主要应用于大功率交流电机调速系统，通常使用的是三相交交变频电路。,三相交交变频电路由三组输出电压相位各差120的单相交交变频电路组成。,按照电路接线方式的不同，分为：,输出星形联结方式,公共交流母线进线方式,三相交交变频电路,公共交流母线进线三相交交变频电路（简图）,一.公共交流母线进线方式,由三组彼此独立的、输出电压相位相互错开120的单相交交变频电路构成。,电路特点：,电源进线通过进线电抗器接在公共的交流母线上,因为电源进线端公用，所以三组的输出端必须隔离。为此，交流电动机的三个绕组必须拆开。,主要用于中等容量的交流调速系统中,三相交-交变频电路,二.输出星形联结方式,输出星形联结方式三相交交变频电路,电路特点：,三组的输出端是星形联结，电动机的三个绕组也是星形联结。,电动机中点不和变频器中点接在一起，电动机只引出三根线即可。,因为三组的输出联接在一起，其电源进线必须隔离，因此分别用三个变压器供电。,由于输出端中点不和负载中点相联接，所以在构成三相变频电路的六组桥式电路中，至少要有不同输出相的两组桥中的四个晶闸管同时导通才能构成回路，形成电流。,和整流电路一样，同一组桥内的两个晶闸管靠双触发脉冲保证同时导通。,两组桥之间则是靠各自的触发脉冲有足够的宽度，以保证同时导通。,三相交交变频电路,交交变频电路的优点:,只用一次变流，效率较高;,可方便地实现四象限工作;,低频输出波形接近正弦波。,交交变频电路的缺点:,接线复杂，采用三相桥式电路的三相交交变频器至少要用36只晶闸管;,受电网频率和变流电路脉波数的限制，输出频率较低;一般不能超过电源频率的1/2；,输入功率因数较低;,输入电流谐波含量大，频谱复杂。,4.2交流调压电路,交流电力控制电路的结构,两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，控制晶闸管就可控制交流电力,交流电力控制电路的类型,交流调压电路:,交流调功电路:,交流电力电子开关:,每半个周波控制晶闸管开通相位，调节输出电压有效值,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,并不着意调节输出平均功率，而只是根据需要接通或断开电路。,4.2.1单相交流调压电路,一电阻负载,电阻负载单相交流调压电路及其波形,1、工作原理,单相交流调压电路,2、数量关系,负载电压有效值：,晶闸管电流有效值：,功率因数：,负载电流有效值：,单相交流调压电路,移相范围为0a。输出电压与a的关系:a=0时，输出电压为最大，Uo=U1。随a的增大，Uo降低，a=时，Uo=0。与a的关系:a=0时，功率因数=1，a增大，输入电流滞后于电压且畸变，降低,单相交流调压电路,二阻感负载,负载阻抗角：j=arctan(wL/R)若晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，相位滞后于u1的角度为j，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。a的移相范围应为ja,阻感负载,1.工作过程分析,在t=a时刻开通VT1，负载电流满足,利用边界条件：t=a+时io=0,可求得：,VT2导通时，上述关系相同，只是io极性相反，相位差180,1,2,阻感负载,时阻感负载交流调压电路工作波形,1,当时，导通角180,正负半波电流断续。越大，越小，波形断续愈严重。,1,阻感负载,aj时阻感负载交流调压电路工作波形,1,2,4.2.2三相交流调压电路,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,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,三相交流调压电路,三相四线,三相三线,根据星形联结电路不同,三相交流调压电路三相三线,三相三线，电阻负载时的情况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，应采用双脉冲或宽脉冲触发触发脉冲顺序和三相桥式全控整流电路一样，为VT1VT6,依次相差60相电压过零点定为a的起点，a角移相范围是0150,三相交流调压电路,三相交流调压电路三相四线,三相四线基本原理：相当于三个单相交流调压电路的组合，三相互相错开120工作。基波和3倍次以外的谐波在三相之间流动，不流过零线问题：三相中3倍次谐波同相位，全部流过零线。零线有很大3倍次谐波电流。a=90时，零线电流甚至和各相电流的有效值接近。,4.3其他交流电力控制电路,以交流电源周波数为控制单位交流调功电路对电路通断进行控制交流电力电子开关,4.3.1交流调功电路,异,同,与交流调压电路的,电路形式完全相同,控制方式不同：将负载与电源接通几个周波，再断开几个周波，改变通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率,应用,常用于电炉的温度控制,因其直接调节对象是电路的平均输出功率,所以称为交流调功电路,控制对象时间常数很大，以周波数为单位控制即可通常晶闸管导通时刻为电源电压过零的时刻，负载电压电流都是正弦波，不对电网电压电流造成通常意义的谐波污染,电阻负载时的工作情况控制周期为M倍电源周期，晶闸管在前N个周期导通，后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,交流调功电路典型波形(M=3、N=2),当M=3、N=2时的电路波形如图,交流调功电路,交流电力电子开关,作用：优点：与交流调功电路的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,代替机械开关