电力电子技术模块6

1、1模块模块6 交交变换电路交交变换电路 n6.1 交流调压电路概述交流调压电路概述n6.2 单相交流调压电路单相交流调压电路n6.3 三相交流调压电路三相交流调压电路n6.4 其他交流电力控制电路其他交流电力控制电路n6.5任务实施任务实施-交流调压电路测试交流调压电路测试n6.6知识拓展知识拓展-交交变频电路交交变频电路n小结小结26.1 交流调压电路概述交流调压电路概述n交流调压电路采用两单向晶闸管反并联（图交流调压电路采用两单向晶闸管反并联（图6-1(a)）或双向晶闸）或双向晶闸（图（图6-1（b），实现对交流电正、负半周的对称控制，达到方），实现对交流电正、负半周的对称控制，达到方便调

2、节输出交流电压大小的目的，或实现交流电路的通、断控制。便调节输出交流电压大小的目的，或实现交流电路的通、断控制。 图6-1 交流调压电路3n交流调压电路一般有三种控制方式，其原理如图交流调压电路一般有三种控制方式，其原理如图6-2所示。所示。6.1 交流调压电路概述交流调压电路概述图6-2 交流调压电路控制方式4（1）通断控制）通断控制n通断控制是在交流电压过零时刻导通或关断晶闸管，使负载电路通断控制是在交流电压过零时刻导通或关断晶闸管，使负载电路与交流电源接通几个周波，然后再断开几个周波，通过改变导通与交流电源接通几个周波，然后再断开几个周波，通过改变导通周波数与关断周波数的比值，实现调节交

3、流电压大小的目的。周波数与关断周波数的比值，实现调节交流电压大小的目的。n通断控制时输出电压波形基本正弦，无低次谐波，但由于输出电通断控制时输出电压波形基本正弦，无低次谐波，但由于输出电压时有时无，电压调节不连续，会分解出分数次谐波。如用于异压时有时无，电压调节不连续，会分解出分数次谐波。如用于异步电机调压调速，会因电机经常处于重合闸过程而出现大电流冲步电机调压调速，会因电机经常处于重合闸过程而出现大电流冲击，因此很少采用。一般用于电炉调温等交流功率调节的场合。击，因此很少采用。一般用于电炉调温等交流功率调节的场合。6.1 交流调压电路概述交流调压电路概述5（2）相位控制）相位控制n与可控整流

4、的移相触发控制相似，在交流的正半周时触发导通正向晶闸与可控整流的移相触发控制相似，在交流的正半周时触发导通正向晶闸管、负半周时触发导通反向晶闸管，且保持两晶闸管的移相角相同，以管、负半周时触发导通反向晶闸管，且保持两晶闸管的移相角相同，以保证向负载输出正、负半周对称的交流电压波形。保证向负载输出正、负半周对称的交流电压波形。n相位控制方法简单，能连续调节输出电压大小。但输出电压波形非正弦，相位控制方法简单，能连续调节输出电压大小。但输出电压波形非正弦，含有丰富的低次谐波，在异步电机调压调速应用中会引起附加谐波损耗，含有丰富的低次谐波，在异步电机调压调速应用中会引起附加谐波损耗，产生脉动转矩等。

5、产生脉动转矩等。（3）斩波控制）斩波控制n斩波控制利用脉宽调制技术将交流电压波形分割成脉冲列，改变脉冲的斩波控制利用脉宽调制技术将交流电压波形分割成脉冲列，改变脉冲的占空比即可调节输出电压大小。占空比即可调节输出电压大小。6.1 交流调压电路概述交流调压电路概述66.2 单相交流调压电路单相交流调压电路n一、电阻负载一、电阻负载 :2sin21)()sin2(1222UtdtUUR2sin212RURUIR22sin)(2cosUUUIUSPRR图图6-3 单向交流调压电阻负载电路单向交流调压电阻负载电路 76.2 单相交流调压电路单相交流调压电路n可调光台灯的实用电路可调光台灯的实用电路 :

6、R2、C2阻容电路的作用阻容电路的作用: 在在角较大时，角较大时，RP阻值较大，阻值较大，C1充电缓慢。电源电压已过峰值并充电缓慢。电源电压已过峰值并降得很低，降得很低，uC1不足以击穿双向二不足以击穿双向二极管。增设极管。增设R2、C2阻容电路后阻容电路后，在，在大大角时角时, 电压电压uC2给电容给电容C1增加一增加一个充电个充电“电源电源”，以保证晶闸管，以保证晶闸管VT可靠触发导通，增大调压范围可靠触发导通，增大调压范围 图图6-4 双向晶闸管调压电路双向晶闸管调压电路 8二、电感性负载二、电感性负载 图图6-5 单相交流调压单相交流调压电感负载电路及波形电感负载电路及波形 9二、电感

7、性负载二、电感性负载n、n由图由图a可见，可见，,180，正负半波电流，正负半波电流断续。断续。愈大，愈大，愈小。即愈小。即的移相在（的移相在（180-）范围内，可以得到连续可调的交流电压。）范围内，可以得到连续可调的交流电压。n、=n由图由图b可见，当可见，当=时时,=180，即正负半，即正负半周电流临界连续。相当于晶闸管失去控制。周电流临界连续。相当于晶闸管失去控制。 10二、电感性负载二、电感性负载n、 n负载电流只有正半波部分，出现很大直负载电流只有正半波部分，出现很大直流分量，电路不能正常工作。流分量，电路不能正常工作。 n采用宽脉冲或脉冲列触发。这样即使采用宽脉冲或脉冲列触发。这样

8、即使，则在刚开始触发晶闸管的几个周波，则在刚开始触发晶闸管的几个周波内，两管的电流波形还是不对称的。但内，两管的电流波形还是不对称的。但经几周波后，负载电流即成为对称连续经几周波后，负载电流即成为对称连续的正弦波，电流滞后电压的正弦波，电流滞后电压角。角。 116.2 单相交流调压电路单相交流调压电路n单相交流调压有如下特点：单相交流调压有如下特点：n1) 电阻负载时，负载电流波形与单相桥式可控电阻负载时，负载电流波形与单相桥式可控整流交流侧电流一致。改变控制角整流交流侧电流一致。改变控制角可以连续改可以连续改变负载电压有效值，达到交流调压的目的。变负载电压有效值，达到交流调压的目的。n2)

9、电感性负载时，不能用窄脉冲触发。否则当电感性负载时，不能用窄脉冲触发。否则当时，会出现一个晶闸管无法导通，并产生时，会出现一个晶闸管无法导通，并产生很大直流分量电流，烧毁熔断器或晶闸管。很大直流分量电流，烧毁熔断器或晶闸管。n3）电感性负载时，最小控制角）电感性负载时，最小控制角min=（阻（阻抗角）。所以抗角）。所以的移相范围为的移相范围为180；电阻；电阻负载时移相范围为负载时移相范围为0180。126.3三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形式n负载acn负载abca)b)负载abcc)负载

10、bd) 图4-9abcuaubuciaUa0nuaubucianuaubucianuaubuciaVT1VT3VT4VT5VT6VT2星形联结星形联结线路控制三线路控制三角形联结角形联结支路控制三支路控制三角形联结角形联结中点控制三中点控制三角形联结角形联结13n1.交流调功电路交流调功电路 利用过零触发方式来控制晶闸管导通与关断，来实现在设定的周期范围利用过零触发方式来控制晶闸管导通与关断，来实现在设定的周期范围内，将电路接通几个周波，然后断开几个周波，通过改变晶闸管在设内，将电路接通几个周波，然后断开几个周波，通过改变晶闸管在设定周期内通断时间的比例，达到调节负载两端交流电压即负载功率的定

11、周期内通断时间的比例，达到调节负载两端交流电压即负载功率的目的。因而这种装置也称调功器或周波控制器。目的。因而这种装置也称调功器或周波控制器。n由过零触发开关电路组成的单相交流调功器由过零触发开关电路组成的单相交流调功器 过零触发：在电压过零时给晶闸管以触发脉冲，使晶闸管工作状态始终过零触发：在电压过零时给晶闸管以触发脉冲，使晶闸管工作状态始终处于全导通或全阻断。处于全导通或全阻断。 6.4 其他交流电力控制电路其他交流电力控制电路14n调功器的输出功率调功器的输出功率n调功器输出电压有效值调功器输出电压有效值n设定周期设定周期Tc内导通的周波数为内导通的周波数为n，每个，每个周波的周期为周波

12、的周期为T nCPTnTP nCUTnTU 图图6-6 过零触发调节周波电压的波形过零触发调节周波电压的波形1.交流调功电路交流调功电路15 交流开关可用两只普通晶闸管或者两只自关断电力电子交流开关可用两只普通晶闸管或者两只自关断电力电子器件反并联组成。由于出现了双向晶闸管，可以用一只器件反并联组成。由于出现了双向晶闸管，可以用一只双向晶闸管代替两只反并联器件，使电路大大简化。双向晶闸管代替两只反并联器件，使电路大大简化。 图图6-7 晶闸管开关的基本形式晶闸管开关的基本形式 晶闸管开关的基本形式晶闸管开关的基本形式 2. 交流无触点开关交流无触点开关16 采用采用THPDDTHPDD实训台、

13、双踪示波器、万用表、数字表等进行实训。实训台、双踪示波器、万用表、数字表等进行实训。 单相交流电源采用单相交流电源采用220V220V，触发电路采用，触发电路采用TCA785TCA785集成触发。集成触发。 绘制单相交流调压电路原理图。绘制单相交流调压电路原理图。 连接实际接线图。连接实际接线图。 TCA785 TCA785触发电路原理的学习与调试。触发电路原理的学习与调试。调节电位器调节电位器RP1 RP1 、RP2RP2观察触发角变化并记录。观察触发角变化并记录。 用示波器观察单相交流调压电路负载两端电压的波形随触发角变化的情用示波器观察单相交流调压电路负载两端电压的波形随触发角变化的情况

14、。况。 单相交流调压电路带电阻性负载时负载电压波形的测定。单相交流调压电路带电阻性负载时负载电压波形的测定。 单相交流调压电路带阻感负载时负载电压波形的测定。单相交流调压电路带阻感负载时负载电压波形的测定。 总结测试结论。总结测试结论。6.5 任务实施任务实施-交流调压电路测试交流调压电路测试17思考题思考题n交流调压在阻感负载时可能会出现什么现象？为什么？交流调压在阻感负载时可能会出现什么现象？为什么？如何解决？如何解决？n交流调压有哪些控制方式？有哪些应用场合？交流调压有哪些控制方式？有哪些应用场合？186.6 知识拓展知识拓展-交交变频电路交交变频电路n交交交变频电路是一种可直接将某固定

15、频率交流交换交变频电路是一种可直接将某固定频率交流交换成可调频率交流的频率变换电路，无需中间直流环节。成可调频率交流的频率变换电路，无需中间直流环节。与交与交直直交间接变频相比，提高了系统变换效率。交间接变频相比，提高了系统变换效率。又由于整个变频电路直接与电网相连接，各晶闸管元又由于整个变频电路直接与电网相连接，各晶闸管元件上承受的是交流电压，故可采用电网电压自然换流，件上承受的是交流电压，故可采用电网电压自然换流，无需强迫换流装置，简化了变频器主电路结构，提高无需强迫换流装置，简化了变频器主电路结构，提高了换流能力。了换流能力。19n基本工作原理基本工作原理6.6 知识拓展知识拓展-交交变

16、频电路交交变频电路当正组变流器工作在整流状态时、反组封锁，以实现无环流控制，负载Z上电压为上（+）、下（-）；反之当反组变流器处于整流状态而正组封锁时，负载电压为上（-）、下（+），负载电压交变。若以一定频率控制正、反两组变流器交替工作（切换），则向负载输出交流电压的频率就等于两组变流器的切换频率，而输出电压大小则决定于晶闸管的触发角206.6 知识拓展知识拓展-交交变频电路交交变频电路 交交交变频电路与交交变频电路与交直直交变频电路比较交变频电路比较 变频电路类变频电路类型型比较内容比较内容交交交型交型交交直直交型交型换能形式换能形式一次换能，效率高一次换能，效率高两次换能，效率较低两次换能

17、，效率较低换流方式换流方式电网电压自然换流电网电压自然换流强迫或负载换流，或自关断器件强迫或负载换流，或自关断器件使用器件数量使用器件数量多，利用率低多，利用率低较少，利用率高较少，利用率高调频范围调频范围电网频率电网频率无限制无限制输入功率因数输入功率因数较低较低一般相控调压时，低频低压时低；一般相控调压时，低频低压时低；不控整流时（不控整流时（PWMPWM逆变）较高逆变）较高适用场合适用场合低速、大功率交流电机拖低速、大功率交流电机拖动系统动系统各种交流电机拖动系统，稳压和不各种交流电机拖动系统，稳压和不停电电源停电电源21小结小结n（1）采用移相控制交流调压、交）采用移相控制交流调压、交

18、交变频与采用通断控制的交流调功、无触开交变频与采用通断控制的交流调功、无触开关在晶闸管触发控制上的区别。关在晶闸管触发控制上的区别。n（2）单相、三相交流调压电路的构成和基本工作原理。改变控制大小可获得大）单相、三相交流调压电路的构成和基本工作原理。改变控制大小可获得大小可调的交流电压输出，其波形为小可调的交流电压输出，其波形为“缺块缺块”正弦波。正因为电压波形有缺损，才正弦波。正因为电压波形有缺损，才改变了输出电压有效值，达到了调压的目的，但同时也带来了谐波问题。改变了输出电压有效值，达到了调压的目的，但同时也带来了谐波问题。n（3）感性负载时交流调压电路对触发脉冲的要求。交流调压器带电感）感性负载时交流调压电路对触发脉冲的要求。交流调压器带电感电阻负电阻负载时，为使电路工作正常，需保证：载时，为使电路工作正常，需保证：1）；）；2）采用宽度大于）采用宽度大于60的宽脉冲或后沿的宽脉冲或后沿固定、前沿可调、最大宽度可达固定、前沿可调、最大宽度可达180的脉冲列触发。的脉冲列触发。n（4）交流调功电路基本工作原理。采用交流调压电路，在交流电压过零时刻将）交流调功电路基本工作原理。采用交流调压电路，在交流电压过零时刻将负载与电源接通几个周波再断开几个周波，实现交流电压的整周波通断控制。通负载与电源接通几个周波再断开几个周波，实现交流电压的整周波通断控制。通