交流变换电路.ppt

概述,交流变换电路：把交流电能的参数（幅值、频率、相数）加以转换的电路。,交流变换电路,第六章,交流调压电路,6.1,3、交流调压电路应用：,电炉的温度控制灯光调节（如舞台灯光控制）异步电机软起动异步电机调速调节整流变压器一次侧电压,2、交流调压的实现方法：通过控制晶闸管在每一个电源周期内的导通角的大小（相位控制）来调节输出电压的大小。,1、交流调压电路:是用来变换交流电压幅值（或有效值）的电路。,单相交流调压器主电路特点：,1）电源正半周：T1触发导通，电源的正半周施加到负载上；2）电源负半周：T2触发导通，电源负半周便加到负载上；3）电源过零：T1、T2交替触发导通，电源电压全部加到负载；4）关断T1、T2：电源电压不能加到负载上。,6.1.1,单相交流调压电路,图6.1.1单向交流调压器电路,T1、T2构成无触点交流开关。,单向交流电压电路的工作情况与它的负载性质有关,1）电源正半周：晶闸管T1承受正向电压，当t=时，触发T1使其导通，负载上得到缺角的正弦半波电压；2）电源电压过零：T1管电流下降为零而关断；3）电源电压负半周：晶闸管T2承受正向电压，当t=+时，触发T2使其导通，则负载上又得到了缺角的正弦负半波电压。持续这样控制，在负载电阻上便得到每半波缺角的正弦电压；,单相交流调压电路,6.1.1,图6.1.1电阻性负载时单向交流电压电路及输出电压波形,改变角的大小，便改变了输出电压有效值的大小。,1、电阻性负载工作原理：,6.1.1,单相交流调压电路,电阻性负载数量关系：,（6.1.1）,负载电压的有效值,负载电流的有效值,（6.1.2）,调压器的功率因数,（6.1.3）,图6.1.1电阻性负载时单向交流电压电路及输出电压波形,总结：随着角的增大，U0逐渐减小。当=时，U0=0。因此，单相交流电压器对于电阻性负载，其电压可调范围为0U，控制角的移相范围为0。,单相交流调压电路带电阻负载时，输出电压波形正负半波对称，所以不含直流分量和偶次谐波，故,6.1.1,单相交流调压电路,电阻性负载谐波分析：,基波和各次谐波有效值：,负载电流基波和各次谐波有效值：,在上面关于谐波的表达式中n=1为基波，n=3,5,7,为奇次谐波。随着谐波次数n的增加，谐波含量减少。,6.1.1,单相交流调压电路,感性负载（R-L负载）,图6.1.2带阻感负载单向交流调压电路及输出波形,单相交流电压器带阻感负载时，工作情况同可控整流电路带电感负载相似；当电源电压反向过零时，负载电感产生感应电动势阻止电流的变化，故电流不能立即为零；晶闸管的导通角的大小与控制角a、负载阻抗角都有关。,6.1.1,单相交流调压电路,阻感负载的工作情况分析：,晶闸管VT1导通时，负载电流Io满足：,(6.1.5),式中,利用边界条件：，i0=0可求得：,(6.1.6),（为晶闸管的导通角）,VT2导通时，上述关系完全相同，只是iO相差1800,图（6.1.3)单相交流调压器以为参变量时与a的关系曲线,6.1.1,1、，导通角1800，正负半波电流断续。愈大，愈小，波形断续愈严重。,负载电压的有效值UO、晶闸管电流平均值IdT、电流有效值IT以及负载电流有效值IO分别为：,(6.1.7),(6.1.8),(6.1.10),(6.1.9),单相交流调压电路,调压电路的工作情况（、=、=、）,(6.1.11),6.1.1,单相交流调压电路,图（6.1.4）窄脉冲触发时的工作波形,1800,1）如果采用窄脉冲触发，会出现先触发的一只晶闸管导通，而另一只管子在电流下降为零时，因其门极脉冲已经消失不能导通的失控现象。回路中将出现很大的直流电流分量，无法维持电路的正常工作。,2）采用宽脉冲或脉冲列触发，使第二个晶闸管的导通角。随后T1导通角逐渐减小，T2逐渐增大，最终使两个晶闸管的导通角=1800达到平衡。解决失控现象。,3、=、）,6.1.1,单相交流调压电路,图（6.1.4）窄脉冲触发时的工作波形,总结：当时，并采用宽脉冲触发，负载电压、电流总是完整的正弦波，改变控制角a,负载电压、电流的有效值不变，即电路失去交流调压的作用。在电感负载时，要实现交流调压的目的，则最小控制角（负载的功率因数角）。所以的移相范围为1800,6.1.1,单相交流调压电路,1）电流谐波次数和电阻负载时相同，也只含3、5、7等次谐波；2）随着次数的增加，谐波含量减少；3）和电阻负载时相比，阻感负载时的谐波电流含量少一些；4）a角相同时，随着阻抗角的增大，谐波含量有所减少；,单相交流电压器带阻感负载时电流谐波分析：,6.1.2,三相交流调压电路,1、三相四线制调压电路特点：,图6.1.5(a)三相四线制调压电路,1）相当于三个独立的单相交流调压电路组合而成的；2）存在中性线，但是3次谐波在中线中的电流大，故中线的导线截面要求与相线一致；3）晶闸管的门极触发脉冲信号，同相间两管的触发脉冲要互差180。4）各晶闸管导通顺序为T1T6，依次滞后间隔60；5）因存在中线，可采用窄脉冲触发；,6.1.2,三相交流调压电路,1、三相四线制调压电路特点：,图6.1.5(a)三相四线制调压电路,6）该电路工作时，零线上谐波电流较大，含有三次谐波，控制角a=90时，零线电流甚至和各相电流的有效值接近。若变压器采用三柱式结构，则三次谐波磁通不能在铁心中形成通路，产生较大的漏磁通，引起发热和噪音。7）该电路中晶闸管上承受的峰值电压为(为线电压)。,6.1.2,三相交流调压电路,2、三相三线制交流调压电路的特点：,图6.1.5(b)三相三线制交流调压电路,1）每相电路必须通过另一相形成回路；2）负载接线灵活，且不用中性线；3）晶闸管的触发电路必须是双脉冲，或者是宽度大于600的单脉冲；4）触发脉冲顺序和三相全控桥一样，为T1T6，依次间隔600；5）电压过零处定为控制角的起点，a角移相范围是0150；6)输出谐波含量低,无3倍次谐波；,6.1.2,三相交流调压电路,图6.1.6(a)a=30时负载相电压波形,(1)0a60时，三个晶闸管导通与两个晶闸管导通交替，每管导通180a。但a=0时一直是三管导通，,3、三相三线制交流调压电路改变a，电路中晶闸管的导电模式：,图6.1.6(a)所示a=30时的负载电压波形。,6.1.2,三相交流调压电路,图6.1.6(b)a=60时负载相电压波形,(2)60a90时，两管导通，每管导通120；,3、三相三线制交流调压电路改变a，电路中晶闸管的导电模式：,图5.1.6(b)所示为a=60时负载电压波形。,6.1.2,三相交流调压电路,图6.1.6(c)a=120时负载相电压波形,(3)90a0。正组整流器工作在整流状态，反组整流器被封锁。,6.4.1,单相输出交交变频电路,第四阶段：i00，u00。正组整流器工作有源逆变状态，反组整流器仍被封锁；,第五阶段：电流为零，为无环流死区；,第六阶段：i00,u00，反组整流器工作在整流状态，正组整流器被封锁；,图6.4.4交-交变频电路电感性负载时的输出电压和电流波形,图6.4.1单相输出交交变频电路,6.4.1,单相输出交交变频电路,小结：,1、哪组整流器电路工作是由输出电流决定，而与输出电压极性无关；2、变流电路是工作在整流状态还是逆变状态，则是由输出电压方向和输出电流方向的异同决定；,图6.4.4交-交变频电路电感性负载时的输出电压和电流波形,图6.4.1单相输出交交变频电路,6.4.1,单相输出交交变频电路,3、输出正弦波电压的控制方法（“余弦波交点法”）,设Ud0为a=0时整流电路的理想空载电压，则有：,（6.4.1）,希望输出的正弦波电压为,（6.4.2）,每次控制时a不同，u0为每个控制间隔输出的平均电压,比较式（6.4.1）与（6.4.2），则使,（6.4.4）,g称为输出电压比：,，,式（6.4.4）为余弦交点法求角的基本公式。,6.4.1,单相输出交交变频电路,图6.4.5余弦交点法原理,2）相邻两个线电压的交点对应于a=0；3）u1-u6所对应的同步信号分别用us1-us6表示；4）us1-us6比相应的u1-u6超前30，us1-us6的最大值和相应线电压a=0的时刻对应；,4、余弦交点法图解,6）各晶闸管触发时刻由相应的同步电压us1-us6的下降段和输出电压uo的交点来决定；,1）线电压uAB、uAC、uBC、uBA、uCA和uCB依次用u1-u6表示；,5）a=0为零时刻，则us1-us6为余弦信号；,6.4.1,单相输出交交变频电路,不同g时，在u0一周期内，a随变化的情况如图6.4.6，图中,图6.4.6不同g时a和w0t变化的情况,g较小，即输出电压较低时，a只在离90很近的范围内变化，电路的输入功率因数非常低；,6.4.2,三相输出交交变频电路,由三组输出电压相位各相差1200的单相交交变频电路组成。,电路接线形式主要：1）公共交流母线进线方式2）输出星形联结方式,交交变频器主要用于交流调速系统中，实际使用的主要是三相