交流交流变流电路

1、第第4 4章章 交流交流变流电路交流交流变流电路 4.1 引言引言 4.2 交流调压电路交流调压电路 4.3 交流无触点开关交流无触点开关 4.4 交流调功电路交流调功电路 4.5 交交变频电路交交变频电路 本章小结本章小结2021-12-14电力电子技术电力电子技术2把一种形式的交流变成另一种形式的交流的把一种形式的交流变成另一种形式的交流的电路，可改变其电压、电流、频率和相数。电路，可改变其电压、电流、频率和相数。变频电路变频电路改变频率的电路改变频率的电路 交交变频交交变频 直接直接 交直交变频交直交变频 间接间接交流电力交流电力控制电路控制电路只改变电压只改变电压,电 流 或 控 制电

2、 流 或 控 制电路的通断电路的通断,而 不 改 变 频而 不 改 变 频率的电路率的电路交流调压电路交流调压电路 相位控制相位控制AC voltage controller Phase control交流调功电路交流调功电路 通断控制通断控制AC power controller Integral cycle control引言2021-12-14电力电子技术电力电子技术34.1 交流调压电路交流调压电路引言引言交流电力控制电路交流电力控制电路 交流调压电路交流调压电路：在每半个周波内通过对晶闸管：在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的电路。开通相位的控制，调节输出电

3、压有效值的电路。 交流调功电路交流调功电路：以交流电的周期为单位控制晶：以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断，改变通态周期数和断态周期数的闸管的通断，改变通态周期数和断态周期数的比，调节输出功率平均值的电路。比，调节输出功率平均值的电路。 交流电力电子开关交流电力电子开关：串入电路中根据需要接通：串入电路中根据需要接通或断开电路的晶闸管。或断开电路的晶闸管。2021-12-14电力电子技术电力电子技术44.1 交流调压电路交流调压电路引言引言应用应用 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)。 异步电动机软起动。异步电动机软起动。 异步电动机调速。异步电动机调速。

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。 在高压小电流或低压大电流直流电源中，用于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。调节变压器一次电压。2021-12-14电力电子技术电力电子技术54.1 交流调压电路交流调压电路引言引言把把两个晶闸管反并联两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可以控制交流输出，不改变交对晶闸管的控制就可以控制交流输出，不改变交流电的频率。流电的频率。 Ou1uoiouVTwtOwtOwtOwt2021-12-14电力电子技术电力电子技术64.1 交流调压电路交流调压电路引言引言把把

5、两个晶闸管反并联两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可以控制交流输出，不改变交对晶闸管的控制就可以控制交流输出，不改变交流电的频率。流电的频率。 Ou1uoiouVTwtOwtOwtOwt2021-12-14电力电子技术电力电子技术7 控制方式控制方式相位控制方式相位控制方式：在电源电压的正、负半周分别：在电源电压的正、负半周分别控制两个晶闸管和的导通时刻，改变晶闸管的控制两个晶闸管和的导通时刻，改变晶闸管的触发相位从而调节电路输出电压有效值。触发相位从而调节电路输出电压有效值。4.1 交流调压电路交流调压电路引言引言u1uoiOwtOwt2021-

6、12-14电力电子技术电力电子技术8 控制方式控制方式斩波控制方式斩波控制方式：电源电压的每个周期内开关元：电源电压的每个周期内开关元件多次通断，负载上的电压波形被斩成多个脉件多次通断，负载上的电压波形被斩成多个脉冲，而改变开关的导通比即可实现调压。主控冲，而改变开关的导通比即可实现调压。主控元件一般采用全控型器件，如果采用晶闸管，元件一般采用全控型器件，如果采用晶闸管，则需要增加强迫关断电路。则需要增加强迫关断电路。4.1 交流调压电路交流调压电路引言引言2021-12-14电力电子技术电力电子技术9控制方式控制方式整周波通断控制整周波通断控制：将晶闸管作交流开关用，以将晶闸管作交流开关用，

7、以交流电周期为单位来控制晶闸管的接通和断开。交流电周期为单位来控制晶闸管的接通和断开。如控制目的是控制电路输出功率平均值，则电如控制目的是控制电路输出功率平均值，则电路为路为交流调功电路交流调功电路；如晶闸管通断是为了接通；如晶闸管通断是为了接通和断开电路，不需调节输出平均功率，则称为和断开电路，不需调节输出平均功率，则称为交流电子开关交流电子开关。4.1 交流调压电路交流调压电路引言引言Ouou1uo,iowtU12第第4 4章章 交流交流变流电路交流交流变流电路 4.1 引言引言 4.2 交流调压电路交流调压电路 4.3 交流无触点开关交流无触点开关 4.4 交流调功电路交流调功电路 4.

8、5 交交变频电路交交变频电路 本章小结本章小结2021-12-14电力电子技术电力电子技术114.2 交流调压电路交流调压电路 4.2.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 4.2.2 三相交流调压电路三相交流调压电路2021-12-14电力电子技术电力电子技术124.2.1 单相交流调压电路单相交流调压电路Ou1uoiouVTwtOwtOwtOwt图图6-1 电阻负载单相交电阻负载单相交流调压电路及其波形流调压电路及其波形电阻负载电阻负载 Resistive load 时刻为电源电压过时刻为电源电压过零时刻。零时刻。在交流电源的正负半周，在交流电源的正负半周，分别控制两个晶闸管开通，分别控制

9、两个晶闸管开通，正负半周触发角相等。正负半周触发角相等。负载电压波形是电源电压负载电压波形是电源电压波形的一部分。波形的一部分。 02021-12-14电力电子技术电力电子技术134.2.1 单相交流调压电路单相交流调压电路Ou1uoiouVTwtOwtOwtOwt图图6-1 电阻负载单相交电阻负载单相交流调压电路及其波形流调压电路及其波形电阻负载电阻负载 （Resistive load） 移相范围移相范围（The phase shift range）0负载电压有效值负载电压有效值 （RMS value of output voltage） 负载电流有效值负载电流有效值（RMS value o

10、f output current）2o1112sind1sin22UUttUwwooUIR2021-12-14电力电子技术电力电子技术144.2.1 单相交流调压电路单相交流调压电路Ou1uoiouVTwtOwtOwtOwt图图6-1 电阻负载单相交电阻负载单相交流调压电路及其波形流调压电路及其波形电阻负载电阻负载 Resistive load晶闸管电流有效值晶闸管电流有效值 IVT 2112sin121sin2(1)22VTUtIdtRURww1max12VTUIR时晶闸管电流有效值最大：时晶闸管电流有效值最大： 02021-12-14电力电子技术电力电子技术154.2.1 单相交流调压电路

11、单相交流调压电路Ou1uoiouVTwtOwtOwtOwt图图6-1 电阻负载单相交电阻负载单相交流调压电路及其波形流调压电路及其波形电阻负载电阻负载 Resistive load此时应选择晶闸管的通态平此时应选择晶闸管的通态平均电流为均电流为 IVT(A V) max1()0.451.57VTVTIUIRAV2021-12-14电力电子技术电力电子技术164.2.1 单相交流调压电路单相交流调压电路Ou1uoiouVTwtOwtOwtOwt图图6-1 电阻负载单相交电阻负载单相交流调压电路及其波形流调压电路及其波形电阻负载电阻负载 Resistive load功率因数功率因数 ooo1 o1

12、1sin22U IUPSU IU 时，电路功率因数最时，电路功率因数最大；随着大；随着的增大，输入电流的增大，输入电流滞后于输入电压，且电压和滞后于输入电压，且电压和电流波形发生畸变，功率因电流波形发生畸变，功率因数逐渐降低。数逐渐降低。 02021-12-14电力电子技术电力电子技术174.2.1 单相交流调压电路单相交流调压电路Ou1uoiouVTwtOwtOwtOwt图图6-1 电阻负载单相交电阻负载单相交流调压电路及其波形流调压电路及其波形电阻负载电阻负载 Resistive load输出电压含有输出电压含有3、5、7、9等等奇次谐波，通过晶闸管实现奇次谐波，通过晶闸管实现的交流调压与

13、利用调压变压的交流调压与利用调压变压器进行交流调压输出的电压器进行交流调压输出的电压波形是正弦波的情况不同。波形是正弦波的情况不同。该交流调压电路只适用于对该交流调压电路只适用于对电压波形没有要求的场合。电压波形没有要求的场合。 2021-12-14电力电子技术电力电子技术184.2.1 单相交流调压电路单相交流调压电路VT1图图6-2 阻感负载单相交流阻感负载单相交流调压电路及其波形调压电路及其波形阻感负载阻感负载 Inductive Load 负载阻抗角负载阻抗角 若晶闸管短接，稳态时负载电若晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，相位滞后于流为正弦波，相位滞后于 u1 的角度为的角度为 ，当

14、用晶闸管控制，当用晶闸管控制时，只能进行时，只能进行滞后控制滞后控制，使负，使负载电流更为滞后。载电流更为滞后。）（RL/arctanw =0 时刻仍定为时刻仍定为 u1 过零的时刻，过零的时刻， 的移相范围应为的移相范围应为2021-12-14电力电子技术电力电子技术19 时刻开通晶闸管时刻开通晶闸管 VT1VT1，负载电流应满足，负载电流应满足wt0| sin21wwtoooitURidtdiLtan12sin()sin()toUiteZwwtw 利用边界条件利用边界条件 时时 可求得可求得 wt0oi4.2.1 单相交流调压电路单相交流调压电路tgsin()sin()e 22() ;ZR

15、Lw2021-12-14电力电子技术电力电子技术204.2.1 单相交流调压电路单相交流调压电路单相交流调压电路以单相交流调压电路以 为参变量的为参变量的 和和 关关系曲线系曲线 。以以 为参变量，利用上式可以把为参变量，利用上式可以把 和和 的关系用下图的的关系用下图的一簇曲线来表示。一簇曲线来表示。2021-12-14电力电子技术电力电子技术21 负载电压有效值负载电压有效值21111( 2sin)()sin2sin(22 )2oUUtdtU ww 流过晶闸管的电流有效值流过晶闸管的电流有效值2tan1121sin)sin()()2sincos(2)cos2 tVTUItedtZUZ w

16、ww 负载电流有效值负载电流有效值2oVTII4.2.1 单相交流调压电路单相交流调压电路2021-12-14电力电子技术电力电子技术221. 当当 时，时， ，负载电流连续。电路一开通，负载电流连续。电路一开通直接进入稳态，没有暂态过程，交流调压电路处于直接进入稳态，没有暂态过程，交流调压电路处于直通状态，不起调压作用，此时直通状态，不起调压作用，此时 。 2. 当当 时，时， ， 。直到。直到 时，时， ， 。 3. 移相范围移相范围 。10uu 01uu000u4.2.1 单相交流调压电路单相交流调压电路注意！注意！2021-12-14电力电子技术电力电子技术23只有只有VT1导通，导通

17、，VT2始终无法导通，电路工作过程始终无法导通，电路工作过程与单相半波整流电路情况相同。与单相半波整流电路情况相同。当阻感负载，当阻感负载， ，触发脉冲为窄脉冲。，触发脉冲为窄脉冲。VT2触发脉冲到来时，触发脉冲到来时，VT1仍导通，电路仍导通，电路电流仍为正，电流仍为正，VT2不能开通不能开通 。窄脉冲触发，当电路电流过零，窄脉冲触发，当电路电流过零，VT1关断关断时，时，VT2触发脉冲已消失，触发脉冲已消失，VT2仍不能开仍不能开通。通。下一个周期下一个周期VT1触发脉冲再次到来，触发脉冲再次到来，VT1重新开通，电路重复上述工作过程。重新开通，电路重复上述工作过程。4.2.1 单相交流调

18、压电路单相交流调压电路2021-12-14电力电子技术电力电子技术24稳态情况和稳态情况和 一样。一样。当阻感负载当阻感负载, ，触发脉冲，触发脉冲为宽脉冲时电路工作情况。为宽脉冲时电路工作情况。VT1的导通时间超过的导通时间超过 。 触发触发VT2时，时，io尚未过零，尚未过零， VT1仍导通，仍导通，VT2不会导通。不会导通。io过零后，过零后，VT2才可开通，才可开通，VT2导通角小于导通角小于 。衰减过程中，衰减过程中，VT1导通时间导通时间渐短，渐短，VT2的导通时间渐长。的导通时间渐长。4.2.1 单相交流调压电路单相交流调压电路2021-12-14电力电子技术电力电子技术25交流

19、调压电路带阻感负载在交流调压电路带阻感负载在 时，电路时，电路处于不正常工作状态。所以要求触发延迟角处于不正常工作状态。所以要求触发延迟角的变化范围是的变化范围是 ，输出电压有效值变化，输出电压有效值变化范围为范围为 Uo 0。4.2.1 单相交流调压电路单相交流调压电路2021-12-14电力电子技术电力电子技术26 电阻负载时，改变控制角电阻负载时，改变控制角 可调节负载电压有可调节负载电压有效值，达到交流调压的目的。负载电流波形与单效值，达到交流调压的目的。负载电流波形与单相桥式可控整流电路交流侧电流波形一致。相桥式可控整流电路交流侧电流波形一致。 阻感负载时，晶闸管需宽脉冲触发，否则阻

20、感负载时，晶闸管需宽脉冲触发，否则 时会发生一个晶闸管无法导通的现象，电路工作时会发生一个晶闸管无法导通的现象，电路工作在整流状态，负载电流出现很大的直流分量。在整流状态，负载电流出现很大的直流分量。 阻性负载时，移相范围为阻性负载时，移相范围为 ；带阻感负载时，；带阻感负载时，移相范围为移相范围为 。 总结总结04.2.1 单相交流调压电路单相交流调压电路2021-12-14电力电子技术电力电子技术274.2.1 单相交流调压电路单相交流调压电路例例 5-1 一单相交流调压器，输入交流电压为一单相交流调压器，输入交流电压为 220 V，50 Hz，负载为电阻电感，其中，负载为电阻电感，其中R

21、 = 8 ，XL=6 。试求。试求 = /6 时的输出电压、电流时的输出电压、电流有效值及输入功率和功率因数。有效值及输入功率和功率因数。 解：负载阻抗及负载阻抗角分别为：解：负载阻抗及负载阻抗角分别为： 6arctan()arctan( )0.643536.878LXradR1022LXRZ2021-12-14电力电子技术电力电子技术284.2.1 单相交流调压电路单相交流调压电路6435. 0因此开通角因此开通角 的变化范围为：的变化范围为： 即即当当 = /6 时，由于时，由于 60）或双窄脉冲触发。或双窄脉冲触发。 各晶闸管触发信号应与三相交流电源电压相序一各晶闸管触发信号应与三相交流

22、电源电压相序一致，并与电源同步。致，并与电源同步。 三相触发脉冲依次相差三相触发脉冲依次相差120，同一相的两个反并，同一相的两个反并联晶闸管相差联晶闸管相差180 。晶晶闸管触发脉冲顺序与三相闸管触发脉冲顺序与三相桥式全控整流电路相同。桥式全控整流电路相同。4.2.2 三相交流调压电路三相交流调压电路2021-12-14电力电子技术电力电子技术41三相三线星形联结电路阻性负载情况三相三线星形联结电路阻性负载情况三种可能的工作状态：三种可能的工作状态： 三相管子均不导通，电路开路，负载电压为零。三相管子均不导通，电路开路，负载电压为零。4.2.2 三相交流调压电路三相交流调压电路2021-12

23、-14电力电子技术电力电子技术42三相三线星形联结电路阻性负载情况三相三线星形联结电路阻性负载情况三种可能的工作状态：三种可能的工作状态： 三相管子均不导通，电路开路，负载电压为零。三相管子均不导通，电路开路，负载电压为零。 三相同时工作状态，即同一时刻，每相有一个晶闸管导电，三相同时工作状态，即同一时刻，每相有一个晶闸管导电，任一时刻同时有三个管子导电。负载电压为电源电压。任一时刻同时有三个管子导电。负载电压为电源电压。4.2.2 三相交流调压电路三相交流调压电路2021-12-14电力电子技术电力电子技术43三相三线星形联结电路阻性负载情况三相三线星形联结电路阻性负载情况三种可能的工作状态

24、：三种可能的工作状态： 三相管子均不导通，电路开路，负载电压为零。三相管子均不导通，电路开路，负载电压为零。 三相同时工作状态，即同一时刻，每相有一个晶闸管导电，三相同时工作状态，即同一时刻，每相有一个晶闸管导电，任一时刻同时有三个管子导电。负载电压为该相电源相电压。任一时刻同时有三个管子导电。负载电压为该相电源相电压。 两相同时工作状态，即同一时刻，仅两相各有一个管子导电，两相同时工作状态，即同一时刻，仅两相各有一个管子导电，第三相的两个管子都不导第三相的两个管子都不导电。电路等效为导通两相串联，电。电路等效为导通两相串联，共同承受导通两相之间的线电共同承受导通两相之间的线电压，非导通相负载

25、电压为零。压，非导通相负载电压为零。4.2.2 三相交流调压电路三相交流调压电路2021-12-14电力电子技术电力电子技术444.2.2 三相交流调压电路三相交流调压电路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，三相三线的起点，三相三线电路中，两相间导通时是靠线电压导通的，阻性电路中，两相间导通时是靠线电压导通的，阻性负载线电压过零点时负载电流为零，晶闸管关断。负载线电压过零点时负载电流为零，晶闸管关断。而线电压超前相电压而线电压超前相电压30，因此，因此 角的移相范围角的移相范围是是0150。2021-12-14电力电子技术电力电子技术45 =0时电路工作情况时电路工作情况

26、 各晶闸管均可看作二极管，各晶闸管均可看作二极管，承受正向电压管子导通，承受正向电压管子导通，电路为三相均导通的三管电路为三相均导通的三管工作状态。工作状态。 特点：特点：每管导通每管导通180，每，每隔隔 60有一个管子换流。有一个管子换流。4.2.2 三相交流调压电路三相交流调压电路2021-12-14电力电子技术电力电子技术460 30期间，期间，5和和6导导通，两管导通，通，两管导通，a相的相的管子均不通，管子均不通，a相负载相负载电压为电压为0，b、c负载电负载电压为压为b、c线电压的一半。线电压的一半。3060期间，期间，30时刻时刻a相相VT1触发导通，触发导通，b、c两相两相V

27、T5和和VT6继续继续导通，输出相电压。导通，输出相电压。 =30时电路工作情况时电路工作情况4.2.2 三相交流调压电路三相交流调压电路2021-12-14电力电子技术电力电子技术47 6090期间，期间，1和和6导导通，两管导通，通，两管导通，c相的管相的管子均不通，子均不通，a、b负载电压负载电压为为a、b线电压的一半。线电压的一半。 90120，VT2、VT6和和VT1导通。导通。 120150，VT1、VT2导通。导通。 =30时电路工作情况时电路工作情况4.2.2 三相交流调压电路三相交流调压电路2021-12-14电力电子技术电力电子技术48 150180期间，期间，1、2、3导

28、导通，负载电压为相电压。通，负载电压为相电压。 电路工作特点：一个周期中电电路工作特点：一个周期中电路有路有三管同时导通和两管同时三管同时导通和两管同时导通两种工作状态导通两种工作状态，每管一个，每管一个周期中导通角为周期中导通角为180- ，三，三管同时导通时负载电压为相电管同时导通时负载电压为相电压，两管同时导通时负载电压压，两管同时导通时负载电压为相关线电压的一半。为相关线电压的一半。 输出电流波形与电压波形相同，输出电流波形与电压波形相同，所以电流波形连续。所以电流波形连续。 =30时电路工作情况时电路工作情况4.2.2 三相交流调压电路三相交流调压电路a) =302021-12-14

29、电力电子技术电力电子技术494.2.2 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 0 60范围内，范围内，电路处于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通与两个晶闸管导通的交替状态交替状态，每个晶闸管，每个晶闸管导通角度为导通角度为180- ，但但 =0时是一种特殊情况，时是一种特殊情况，一直是三个晶闸管导通。一直是三个晶闸管导通。2021-12-14电力电子技术电力电子技术50 =60时时4.2.2 三相交流调压电路三相交流调压电路b) =60 2021-12-14电力电子技术电力电子技术51 =90

30、时时4.2.2 三相交流调压电路三相交流调压电路2021-12-14电力电子技术电力电子技术524.2.2 三相交流调压电路三相交流调压电路 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。 2021-12-14电力电子技术电力电子技术534.2.2 三相交流调压电路三相交流调压电路 =120时时2021-12-14电力电子技术电力电子技术544.2.2 三相交流调压电路三相交流调压电路 90 150范围内，电路处于范围内，电路处于两个晶两个晶闸管导通与无晶闸管导通的交替状态闸管导通与无晶闸管导通的交替状态，

31、每，每个晶闸管导通角度为个晶闸管导通角度为300-2 ，而且这个，而且这个导通角度被分割为不连续的两部分，在半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，各占周波内形成两个断续的波头，各占150- 。2021-12-14电力电子技术电力电子技术55 150150时时当触发角当触发角 后，由于晶闸管承受的线电压已后，由于晶闸管承受的线电压已经开始过零变负，所以，晶闸管不可能再导通，负载经开始过零变负，所以，晶闸管不可能再导通，负载电压为零。电压为零。1504.2.2 三相交流调压电路三相交流调压电路2021-12-14电力电子技术电力电子技术56谐波情况谐波情况电流谐波次数为电

32、流谐波次数为6k1(k=1，2，3，)，和三相，和三相桥式全控整流电路交流侧电流所含谐波的次数桥式全控整流电路交流侧电流所含谐波的次数完全相同。完全相同。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，没有和单相交流调压电路相比，没有3倍次谐波，因倍次谐波，因三相对称时，它们不能流过三相三线电路。三相对称时，它们不能流过三相三线电路。4.2.2 三相交流调压电路三相交流调压电路2021-12-14电力电子技术电力电子技术574.2.2 三相交流调压电路三相交流调压电路 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

33、三角联结电路 由三个单相交流调压电由三个单相交流调压电路组成，分别在不同的路组成，分别在不同的线电线电压压作用下工作。作用下工作。 单相交流调压电路的分单相交流调压电路的分析方法和结论完全适用，输析方法和结论完全适用，输入线电流（即电源电流）为入线电流（即电源电流）为与该线相连的两个负载相电与该线相连的两个负载相电流之和。流之和。2021-12-14电力电子技术电力电子技术584.2.2 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 谐波分析谐波分析 3倍次谐波倍次谐波相位和大小相

34、位和大小相同，在三角形回路中流动，相同，在三角形回路中流动，而不出现在线电流中。而不出现在线电流中。 线电流中所含谐波次线电流中所含谐波次数为数为6k1(k为正整数为正整数)。 在相同负载和在相同负载和 角时，角时，线电流中谐波含量少于三相线电流中谐波含量少于三相三线星形电路。三线星形电路。2021-12-14电力电子技术电力电子技术59典型应用典型应用 晶闸管控制电抗器晶闸管控制电抗器Thyristor Controlled Reactor, TCR 支路控制三角联结方式的晶闸管三相交流调压电路支路控制三角联结方式的晶闸管三相交流调压电路 通过对通过对 角的控制，可以连续调节流过电抗器的电流

35、，角的控制，可以连续调节流过电抗器的电流，从而调节电路从电网中吸收的无功功率，如配以固定电从而调节电路从电网中吸收的无功功率，如配以固定电容器，则可以在从容性到感性的范围内连续调节无功功容器，则可以在从容性到感性的范围内连续调节无功功率。率。晶闸管控制电抗器晶闸管控制电抗器(TCR)电路电路第第4 4章章 交流交流变流电路交流交流变流电路 4.1 引言引言 4.2 交流调压电路交流调压电路 4.3 交流无触点开关交流无触点开关 4.4 交流调功电路交流调功电路 4.5 交交变频电路交交变频电路 本章小结本章小结2021-12-14电力电子技术电力电子技术614.3.2 交流无触点开关交流无触点

36、开关又称交流电力电子开关：把又称交流电力电子开关：把晶闸管晶闸管反并联后串入交流电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路中，代替电路中的机械开关，起接通和断开电路的作用。用。优点：响应速度快，没有触点，寿命长，可以频繁控制优点：响应速度快，没有触点，寿命长，可以频繁控制通断。通断。 与交流调功电路的区别与交流调功电路的区别 并不控制电路的平均输出功率。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。接通和断开。 控制频度通常比交流调功电路低得多。控制频度通常比交流调功电路低得多。

37、 2021-12-14电力电子技术电力电子技术62作为开关工作时，当开关导通，即控制正反两个晶作为开关工作时，当开关导通，即控制正反两个晶闸管的控制角均为闸管的控制角均为0，也就是在电源电压的正半，也就是在电源电压的正半周，周， VT1导通，电源电压负半周，导通，电源电压负半周，VT2导通，则电导通，则电路中有正反两个方向的电流；当开关关断，则控制路中有正反两个方向的电流；当开关关断，则控制两个晶闸管均不导通。两个晶闸管均不导通。4.3.2 交流电力电子开关交流电力电子开关2021-12-14电力电子技术电力电子技术63应用举例应用举例 晶闸管投切电容器晶闸管投切电容器 交流电力电容器交流电力

38、电容器的投入与切断是控的投入与切断是控制无功功率的一种制无功功率的一种重要手段，重要手段，晶闸管晶闸管投切电容器投切电容器TSC是是一种性能优良的无一种性能优良的无功补偿方式。功补偿方式。Thyristor Switched Capacitor, TSC基本单元基本单元单相简图单相简图分组投切分组投切单相简图单相简图2021-12-14电力电子技术电力电子技术64晶闸管投切电容晶闸管投切电容（Thyristor Switched CapacitorTSC）作用作用对无功功率控制，可提高对无功功率控制，可提高功率因数，稳定电网电压，功率因数，稳定电网电压，改善供电质量。改善供电质量。性能优于机械

39、开关投切的性能优于机械开关投切的电容器。电容器。结构和原理结构和原理晶闸管反并联后串入交流晶闸管反并联后串入交流电路。电路。实际常用三相，可三角形实际常用三相，可三角形联结，也可星形联结。联结，也可星形联结。应用举例应用举例 晶闸管投切电容器晶闸管投切电容器2021-12-14电力电子技术电力电子技术65应用举例应用举例 晶闸管投切电容器晶闸管投切电容器 TSC的基本原理实际上是就是的基本原理实际上是就是用交流电力电子开关用交流电力电子开关来投如或者切除电容器来投如或者切除电容器，两个反并联的晶闸管起着把电，两个反并联的晶闸管起着把电容容C并入电网或从电网断开的作用，串联的电感很小，并入电网或

40、从电网断开的作用，串联的电感很小，只是用来抑制电容器投入电网时可能出现的冲击电流；只是用来抑制电容器投入电网时可能出现的冲击电流； 在实际工程中，为避免容量较大的电容器组同时投在实际工程中，为避免容量较大的电容器组同时投入或切断会对电网造成较大的冲击，一般把电容器分成入或切断会对电网造成较大的冲击，一般把电容器分成几组，根据电网对无功的需求而改变投入电容器的容量，几组，根据电网对无功的需求而改变投入电容器的容量，TSC实际上就成为断续可调的动态无功功率补偿器。实际上就成为断续可调的动态无功功率补偿器。 Thyristor Switched Capacitor, TSC2021-12-14电力电

41、子技术电力电子技术66晶闸管的投切晶闸管的投切选择晶闸管投入时刻的原则：该时刻交流电源电压和选择晶闸管投入时刻的原则：该时刻交流电源电压和电容器预充电电压相等，这样电容器电压不会产生跃电容器预充电电压相等，这样电容器电压不会产生跃变，就不会产生冲击电流。变，就不会产生冲击电流。理想情况下，希望电容器预充电电压为电源电压峰值，理想情况下，希望电容器预充电电压为电源电压峰值，这时电源电压的变化率为零，电容投入过程不但没有这时电源电压的变化率为零，电容投入过程不但没有冲击电流，电流也没有阶跃变化。冲击电流，电流也没有阶跃变化。应用举例应用举例 晶闸管投切电容器晶闸管投切电容器2021-12-14电力

42、电子技术电力电子技术67应用举例应用举例 静止无功补偿器静止无功补偿器Static Var Compensator, SVC 固定电容器固定电容器 + 晶闸管控制电抗器晶闸管控制电抗器 Fixed Capacitor + TCRTCRFCMSC or TSCS可以是机械断路可以是机械断路器，也可以是晶器，也可以是晶闸管开关闸管开关2021-12-14电力电子技术电力电子技术68全控型器件交流无触点开关全控型器件交流无触点开关第第4 4章章 交流交流变流电路交流交流变流电路 4.1 引言引言 4.2 交流调压电路交流调压电路 4.3 交流无触点开关交流无触点开关 4.4 交流调功电路交流调功电路

43、 4.5 交交变频电路交交变频电路 本章小结本章小结2021-12-14电力电子技术电力电子技术70 交流调功电路与交流调压电路的异同比较交流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：电路形式完全相同完全相同不同点不同点：控制方式：控制方式不同不同交流调压电路在交流调压电路在每个电源周期每个电源周期都对输出电压波形进都对输出电压波形进行控制。行控制。交流调功电路是交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周期将负载与交流电源接通几个周期, ,再断开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通过通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。载所消耗的平均功率。开关导通期间，

44、开关导通期间，电压和电流波形为正弦，装置功率电压和电流波形为正弦，装置功率因数较高，谐波较相控整流装置小因数较高，谐波较相控整流装置小。4.4.1 交流调功电路交流调功电路2021-12-14电力电子技术电力电子技术71 电阻负载时的工作情况电阻负载时的工作情况控制周期为控制周期为M倍电源倍电源周期，晶闸管在前周期，晶闸管在前N个周期导通，后个周期导通，后MN个周期关断。个周期关断。负载电压和负载电流负载电压和负载电流（也即电源电流）的（也即电源电流）的重复周期为重复周期为M倍电源倍电源周期。周期。4.4.1 交流调功电路交流调功电路2NM电源周期控制周期 =M倍电源周期 =24MO导通段 =

45、M3M2Muou1uo,iowtU12第第4 4章章 交流交流变流电路交流交流变流电路 4.1 引言引言 4.2 交流调压电路交流调压电路 4.3 交流无触点开关交流无触点开关 4.4 交流调功电路交流调功电路 4.5 交交变频电路交交变频电路 本章小结本章小结2021-12-14电力电子技术电力电子技术73晶闸管交交变频电路，也称周波变流器晶闸管交交变频电路，也称周波变流器(Cycloconvertor)u 把电网频率的交流电变成可调频率的交把电网频率的交流电变成可调频率的交流电的变流电路，流电的变流电路，属于属于直接变频电路。直接变频电路。u 广泛用于大功率交流电动机调速传动广泛用于大功率

46、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系统，实际使用的主要是三相输出交交变频电路。变频电路。4.5 交交变频电路交交变频电路2021-12-14电力电子技术电力电子技术74电路构成和基本工作原理电路构成和基本工作原理由由P组和组和N组反并联的晶闸管变流电路构成，和直组反并联的晶闸管变流电路构成，和直流电动机可逆调速用的四象限变流电路完全相同。流电动机可逆调速用的四象限变流电路完全相同。 变流器变流器P和和N都是相控整流电路。都是相控整流电路。4.5.1 单相交交变频电路单相交交变频电路2021-12-14电力电子技术电力电子技术754.5.1 单相交交变频电路单相交交变频电路ZP

47、N输出电压平均输出电压OuouoP=0P=2P=2wt单相交交变频电路原单相交交变频电路原理图和输出电压波形理图和输出电压波形 工作原理工作原理 P组工作时，负载电流组工作时，负载电流io为为正正， N组工作时，组工作时，io为为负负。 两组变流器按一定的频两组变流器按一定的频率交替工作，负载就得到该频率交替工作，负载就得到该频率的交流电。率的交流电。 改变两组变流器的改变两组变流器的切换频切换频率率，就可以改变输出频率，就可以改变输出频率w w0。 改变变流电路工作时的改变变流电路工作时的控控制角制角 ，就可以改变交流输出，就可以改变交流输出电压的电压的幅值幅值。 2021-12-14电力电

48、子技术电力电子技术764.5.1 单相交交变频电路单相交交变频电路单相交交变频电路原单相交交变频电路原理图和输出电压波形理图和输出电压波形 为使为使uo波形接近正弦波，可按波形接近正弦波，可按正弦规律对正弦规律对 角进行调制。角进行调制。 在半个周期内让在半个周期内让P组组 角按正角按正弦规律从弦规律从90减到减到0或某个值或某个值，再增加到再增加到90，每个控制间隔内，每个控制间隔内的的平均输出电压平均输出电压就按正弦规律从就按正弦规律从零增至最高，再减到零；另外半零增至最高，再减到零；另外半个周期可对个周期可对N组进行同样的控制。组进行同样的控制。 uo由若干段电源电压拼接而由若干段电源电

49、压拼接而成，在成，在uo的一个周期内，包含的的一个周期内，包含的电源电压段数越多，其波形就越电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波。接近正弦波。2021-12-14电力电子技术电力电子技术77为使为使uo波形接近正弦波，可按正弦规律对波形接近正弦波，可按正弦规律对a 角进行调制角进行调制4.5.1 单相交交变频电路单相交交变频电路2021-12-14电力电子技术电力电子技术784.5.2 三相交交变频电路三相交交变频电路公共交流母线进线三相公共交流母线进线三相交交变频电路（简图）交交变频电路（简图）交交变频电路主要应用于大交交变频电路主要应用于大功率交流电机调速系统，这种功率交流电机调速系统，

50、这种系统使用的是三相交交变频电系统使用的是三相交交变频电路，三相交交变频电路是由路，三相交交变频电路是由三三组输出电压相位各差组输出电压相位各差120的的单相交交变频电路组成的单相交交变频电路组成的。公共交流母线进线方式公共交流母线进线方式输出星形联结方式输出星形联结方式电路接线方式电路接线方式2021-12-14电力电子技术电力电子技术794.5.2 三相交交变频电路三相交交变频电路 公共交流母线进线三相交公共交流母线进线三相交交变频电路（简图）交变频电路（简图） 公共交流母线进线方式公共交流母线进线方式 由三组彼此独立的、输由三组彼此独立的、输出电压相位相互错开出电压相位相互错开120的的单相交交变频电路构成。单相交交变频电路构成。 电源进线通过进线电抗电源进线通过进线电抗器接在器接在公共的交流母线公共的交流母线上。上。 因