电力电子技术-交流变换电路VIP

第5章交流变换电路 交流 交流变流电路 把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路 5 1交流调压电路 原理 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就可控制交流电力 应用 灯光控制 如调光台灯和舞台灯光控制 异步电动机软起动 异步电动机调速 炉温控制 一 单相交流调压电路 电阻性负载 1 工作原理 2 数量关系 负载电压有效值 负载电流有效值 调压器的功率因数 移相范围 3 谐波分析 基波和各次谐波有效值 负载电流基波和各次谐波有效值 阻感性负载 负载阻抗角 j arctan wL R 1 工作原理 移相范围 j a 2 数量关系 负载电压有效值 晶闸管电流有效值 负载电流有效值 设晶闸管电流IVT的标值 3 谐波分析 随着次数的增加 谐波含量减少 和电阻负载时相比 阻感负载时的谐波电流含量少一些 谐波次数和电阻负载时相同 也只含3 5 7 等次谐波 a相同时 随着阻抗角j的增大 谐波含量有所减少 斩控式交流调压电路 电阻性负载 例 如图所示交流调压电路 电源电压U 2300V 1 若负载为电阻负载 阻值在1 15 2 3 间变化 预期最大的输出功率为2300kw 求晶闸管承受电压的最大值 以及输出最大功率时晶闸管电流的有效值 2 若负载为阻感负载 R 2 3 wL 2 3 求控制角范围 最大输出电流的有效值 二 三相交流调压电路 1 三相四线制调压电路 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 存在问题 零线有很大3倍次谐波电流 2 三相三线制调压电路 电路结构 N 工作过程 T6 T3 T2 T6 T3 T2 T3 T2 T3 T5 T2 T5 T2 T4 T5 T4 T5 T1 T4 T5 T1 T4 T1 T4 T6 T1 T6 T1 T3 T6 A相电压波形 T6 T3 T6 T3 T2 T3 T2 T3 T2 T5 T2 T5 T4 T5 T4 T5 T4 T1 T4 T1 T6 T1 T6 T1 总结 0 a 60 时 三个晶闸管导通与两个晶闸管导通交替 每管导通180 a 但a 0 时一直是三管导通 60 a 90 时 两管导通 每管导通120 90 a 150 时 两管导通与无晶闸管导通交替 导通角度为300 2a 5 2交流调功电路 1 与交流调压电路的异同比较 相同点 电路形式完全相同 不同点 控制方式不同 交流调压电路在每个电源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 再断开几个周期 通过通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率 2 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M N个周期关断 负载电压和负载电流的周期 为M倍电源周期 p M 电源周期 控制周期 M 倍电源周期 2 p 4 p M O 导通段 M 3 p M 2 p M u o u 1 w t U 1 2 M 3 N 2 2 p N 两种通断工作方式 如在设定周期Tc内导通的周波数为n 每个周波的周期为T Un 设定周期Tc内全部周波导通时输出的电压有效值 Pn 设定周期Tc内全部周波导通时输出的功率 输出电压有效值 输出功率 因此改变导通周波数n即可改变电压和功率 通常用于热惯性较大的电热负载 3 数量关系 5 3交流电力电子开关 1 概念 把晶闸管反并联后串入交流电路中 代替机械开关 起接通和断开电路的作用 2 优点 响应速度快 无触点 寿命长 可频繁控制通断 总是在电流过零时关断 不会造成过电压和电磁干扰 3 特点 与交流调功电路的区别 只控制通断 并不控制电路的平均输出功率 没有明确的控制周期 控制频度通常比交流调功电路低 4 应用 晶闸管投切电容 ThyristorSwitchedCapacitor TSC 作用 代替机械开关投切电容器 对电网无功进行控制 提高功率因数 稳定电网电压 改善用电质量 结构和原理 a 基本单元单相简图b 分组投切单相简图 晶闸管投切时间的选择 选择原则 投入时刻交流电源电压和电容器预充电电压相等 防止冲击电流 理想选择 电容器预充电电压为电源电压峰值 晶闸管和二极管反并联 由于二极管的作用 在电路不导通时 uC总会维持在电源电压峰值 成本稍低 但响应速度稍慢 5 4交 交变频电路 晶闸管交交变频电路 周波变流器 Cycloconvertor 把电网频率的交流电变成可调频率的交流电的变流电路 属于直接变频电路 广泛用于大功率交流电动机调速传动系统 实际使用的主要是三相输出交交变频电路 一 单相 输出 交 交变频电路 1 电路结构和工作原理 电路结构 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 工作原理 P组工作 负载上获得正向电压 N组工作 负载上获得负向电压 改变两组切换频率 就可改变输出频率 改变控制角a 就可以改变交流输出电压的幅值 a角固定 输出电压为矩形波 a角变化 输出电压接近正弦波 2 工作过程 阻感负载 无环流工作方式 工作状态 t1 t2 uo和io均为正 正组整流 t2 t3 uo反向 io仍为正 正组逆变 t3 t4 uo和io均为负 反组整流 t4 t5 uo反向 io仍为负 反组逆变 总结 io方向决定哪组工作 uo与io方向共同决定工作状态 考虑无环流死区 第1段io0 反组逆变 第2段电流过零 为无环流死区 第3段io 0 uo 0 正组整流 第4段io 0 uo 0 正组逆变 第5段又是无环流死区 第6段io 0 uo 0 为反组整流 3 输出正弦波电压的控制方法 余弦交点法 设Ud0为a 0时整流电路的理想空载电压 每次控制时a角不同 每个控制间隔输出的平均电压 设期望的正弦波输出电压 g称为输出电压比 余弦交点法基本公式 余弦交点法图解 不同g时 在uo一周期内 a随wot变化的情况 4 输出频率 低于交流电源频率 输出电压由若干段电网电压拼接而成 当输出频率升高时 输出电压一个周期内电网电压的段数减少 谐波分量增加 输出上限频率不高于电网频率的1 3 1 2 电网频率为50Hz时 交交变频电路的输出上限频率约为20Hz 二 三相 输出 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 交交变频电路主要应用于大功率交流电机调速系