电力电子技术课件06

1、1，简介6.1交流电压调节电路6.2其他交流功率控制电路6.3交流/交流转换器电路本章重点介绍第6章交流-交流转换器电路，2/53，简介，交流-交流转换器电路：将一种交流转换成另一种交流的电路。交流-交流转换器电路可分为直接模式(即没有中间DC链路)和间接模式(有中间DC链路)。直接模式交流电源控制电路：仅改变电压和电流或控制电路开/关而不改变频率的电路。变频电路：变频电路。3/53，6.1交流调压电路简介两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，交流输出可通过控制晶闸管来控制。交流电源控制电路交流调压电路：通过每半个周期控制晶闸管的导通相位来调节输出电压有效值的电路。交流功率调节电路：以交流周期为

2、单位控制晶闸管的导通和关断，改变导通状态周期数与关断状态周期数之比，调节输出功率平均值的电路。交流电力电子开关：根据需要串联或断开电路的晶闸管。应用灯光控制(如调光台灯和舞台灯光控制)。异步电机软启动。异步电机的调速。供电和用电系统连续调节无功功率。用于调节高压小电流或低压大电流DC电源中变压器的一次电压。4，6.1.1单相交流调压电路(重点)6.1.2三相交流调压电路，6.1交流调压电路，回路，5/53、6.1.1单相交流调压电路，图6-1电阻负载单相交流调压电路及其波形，电阻负载工作过程在交流电源u1的正半周和负半周，输出电压可通过分别控制VT1和VT2的开度来调节。基本量关系负载电压有效

3、值Uo、负载电流有效值Io、晶闸管电流有效值IT、功率因数、(6-1)、(6-2)、(6-3)、(6-4)、6/53、6.1.1单相交流调压电路、VT1、图6-2阻性负载单相交流调压电路及其波形、阻性负载如果晶闸管在工作过程中短路，负载电流在稳态下为正弦波，相位滞后u1角。当由晶闸管控制时，只能进行滞后控制，使负载电流更加滞后。假设负载的阻抗角为，稳态时的相移范围应。在时间t=时导通晶闸管VT1，可以得到导通角，即的相移范围为0 ,随着时间的增加，Uo逐渐减小，逐渐减小。(6-7)、7/53、6.1.1单相交流调压电路，图6-3单相交流调压电路以参数的和关系曲线为参数，和的关系可用图6-3中的

4、一组曲线用方程(6-7)表示。基本量与负载电压有效值Uo、晶闸管电流有效值ivt、(6-8)、(6-9)、8/53、6.1.1单相交流调压电路、负载电流有效值Io、晶闸管电流IVT的额定值有关，其中，图6-4单相交流调压电路为参考变量IVTN与关系曲线、(6-10)、(6-11)、9/53、6.1.1单相交流调压电路，工况VT1的导通时间超过。当VT2被触发时，io未过零，VT1仍在导通，VT2不导通，只有io过零，且VT2导通角小于时，VT2才能打开。木卫一有指数衰减成分。在指数分量的衰减过程中，VT1的导通时间逐渐变短，VT2的导通时间逐渐变长。图6-5示出了电阻感应负载交流调压电路的工作

5、波形，10/53，6.1.1单相交流调压电路，例6-1输入交流电压为220伏和50赫兹，负载为电阻电感的单相交流调压器，其中R=8W和XL=6 W。试着在=/6和/3处找出输出电压和电流、输入功率和功率因数的有效值。解决方案：负载阻抗和负载阻抗角分别为：因此开度角的变化范围为：即(1)当=/6时，晶闸管调压器全开，输出电压为完整的正弦波，负载电流最大。此时，输出功率最大，(2)首先计算晶闸管的导通角，该导通角由等式(6-7)获得。通过求解上述方程，可以得到晶闸管的导通角如下：12/53，6.1.1单相交流调压电路，13/53，6.1.1单相交流调压电路，单相交流调压电路的谐波分析负载电压uo与

6、电阻负载的谐波分析，其中、(n=3，5，7，)，(n=3，5，7，(6-12)，14/53，6.1.1单相交流调压电路，图6-7斩波交流调压电路，斩波交流调压电路与V1和V2一起用于斩波控制，V3和V4用于为负载电流提供续流通道。如果斩波装置(V1、V2)的导通时间为吨，开关周期为吨，则导通比=吨/吨，通过改变来调整输出电压。图6-8电阻负载斩波交流调压器电路的波形，15、6.1.2三相交流调压器电路。根据三相连接的不同类型，三相交流调压电路有多种形式。回路，16/53，6.1.2三相交流调压器电路，星形连接电路分为三相三线和三相四线。三线四相相当于三个单相交流调压电路的组合。三个相位错开12

7、0。基波和三阶以外的谐波在三相之间流动，不流经零线。三阶整数次谐波同相，不能在相间流动，所有谐波都通过零线。当=90时，零线电流甚至接近每个相电流的有效值。三相三线带阻负载的工作原理：任何一相导电都必须与另一相形成回路，因此电流通路中至少有两个晶闸管，应由双脉冲或宽脉冲触发。触发脉冲序列为VT1 VT6，与三相桥式全控整流电路相同，顺序相差60。图6-9 a)星形连接，17/53，6.1.2三相交流调压电路，图6-9三相交流调压电路b)分支控制三角形连接，分支控制三角形连接电路由三个单相交流调压电路组成，它们在不同的线电压下工作。单相交流调压电路的分析方法和结论完全适用。输入线路电流(即电源电

8、流)是连接到线路的两个负载相电流的总和。谐波分析中三次谐波的相位和幅值相同，在三角形回路中流动，不出现在在线电流中。线路电流中的谐波数为6k1(k为正整数)。在相同负载和角度下，线路电流的谐波含量小于三相三线星形电路。18、6.2其他交流功率控制电路、6.2.1交流功率调节电路、6.2.2交流功率电子开关、回路、19、6.2.1交流功率调节电路、交流功率调节电路与交流电压调节电路异同比较、相同点电路形式、相同点控制方法、不同交流电压调节电路控制每个功率周期的输出电压波形。交流功率调节电路将负载与交流电源连接几个周期，并通过开关周期与关断周期的比值来调节负载消耗的平均功率。返回，20，电阻性负载

9、下的工作状态，2，p，N，图6-1电阻性负载下的单相交流调压电路，6.2.1交流功率调节电路，控制周期为m倍功率周期，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(即电源电流)的重复周期是电源周期的m倍。返回，21，谐波条件，0，12，14，谐波数，相对于电源频率的倍数，图6-14中交流功率调节电路的电流频谱图(M=3，n=2)，2，4，6，10，8，0.6，0.5，0.4，0.3，0.2，0.1，0，5，1，2，3，4，IIn是n次谐波的有效值，Io是导通时电路的电流幅度。基于功率循环，电流不包含整数倍频率的谐波，但包含非整数倍频率的谐波。此外，非整数倍频谐波的含量在附近较

10、大通常没有明确的控制周期，只根据需要控制电路的通断。控制频率通常比交流电源调节电路的频率低得多。23、晶闸管投切电容器 TSC，图6-15 TSC基本原理图a)基本单元单相图b)分组投切单相图，6.2.2交流电力电子开关，其作用于无功功率控制，可提高功率因数，稳定电网电压，改善供电质量。其性能优于机械开关切换的电容器。晶闸管的结构和原理反并联后串联到交流电路。在实践中，通常使用三相，三角形连接或星形连接。24、晶闸管投切原理选择晶闸管投切时间：此时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跳变，也不会产生冲击电流。理想地，希望电容器的预充电电压将是电源电压的峰值。此时，电源电压的变

11、化率将为零，并且在电容器输入过程中不会有冲击电流和电流阶跃变化。图6-16说明了晶闸管理想开关时间的原理。6.2.2交流电源电子开关，回路，25。TSC电路也可以采用晶闸管和二极管反并联方式。6.2.2交流电力电子开关，由于二极管的作用，当电路不导通时，uC将始终保持电源电压的峰值。成本稍低，但响应速度稍慢。开关电容的最大时间延迟是一个周期。图6-16说明了TSC理想开关时间的原理。回路，26，6.3交流变频电路，6.3.1单相交流变频器，6.3.2三相交流变频器，回路，27，6.3.1单相交流变频器，晶闸管交流变频电路，也称交变频器。本发明涉及一种将电网频率的交流电转换成频率可调的交流电的转

12、换电路，属于直接变频电路。广泛应用于大功率交流电机调速传动系统，实际使用的主要是三相输出交流变频电路。28、1)回路结构和基本工作原理，图6-18单交叉交流变频电路原理图和输出电压波形，图6.3.1单交叉交流变频器，电路结构如图6-18所示，由p组和n组反并联晶闸管组成的变频器电路，与DC电机可逆调速的四象限变频器电路完全相同。转换器p和n都是相控整流电路。当p组工作时，负载电流io为正。当n组工作时，Io为负。两组转换器以某一频率交替工作，负载获得该频率的交流电。改变两组转换器的开关频率可以改变输出频率wo。改变转换器电路的控制角度可以改变交流输出电压的幅度。图6-18单交叉交流逆变器和输出

13、电压波形示意图，6.3.1单交叉交流逆变器，回路，30。为了使uo波形接近正弦波，可以根据正弦规律调制角度。6.3.1、单交交交变频器，在半个周期内让P组A的角度按正弦规律从90变为0或某一值，然后增加到90，每个控制区间内的平均输出电压按正弦规律从零变为最高，然后降低到零。另一半周期可以用同样的方法控制N组。Uo由几段电源电压拼接而成。一个周期中包含的电源电压段越多，uo波形越接近正弦波。返回，31/53，交流/交流转换电路是直接转换电路。与交流-DC-交流变频电路相比，它具有一次转换、效率高的优点。可以方便地实现四象限工作。低频输出波形接近正弦波。缺点是布线复杂。例如，带有三相桥式电路的三相交流逆变器至少需要36个晶闸管。受电网频率和变换器电路脉冲数的限制，输出频率相对较低。输入功率因数低。输入电流