交流交流变换器第10讲

1、教学目的,掌握交流调压器的基本类型、用途和电路，分析单、三相交流调压电路. 理解交流调功电路和交流电力电子开关原理 了解交交变频电路（周波变换器）的原理及电路，分析其优缺点。,学习重点和难点,单、三相交流调压电路分析,第3章 交流交流变换器,2,只改变电压,电流或控制电路的通断,而不改变频率的电路。,交交变频 直接 交直交变频 间接,本章主要讲述 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（可改变电压、电流、频率、相数等）,交流电力控制电路,变频电路,改变频率的电路,交流调压电路 相位控制 交流调功电路 通断控制,3.1 引言,3,3.2 相控交流调压电路,原理 两个晶闸管反

2、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。,电路图,4,应用 1 灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制)。 2 异步电动机软起动。 3 异步电动机调速。 4 供用电系统对无功功率的连续调节。 5 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。,5,3.2.1 单相交流调压电路,图4-1 电阻负载单相交流调压电路及其波形,一、 电阻负载 1、工作原理,与a 的关系： a 0时，功率因数 1， a 增大，输入电流滞后于电压且畸变，降低。,输出电压与 a 的关系： 移相范围为0 a 。 a 0时，输出电压为最大。 U0U1，随a的增大，U0降低， a 时，U00。,2

3、、数量关系 负载电压有效值 负载电流有效值： 晶闸管电流有效值： 功率因数：,电阻负载单相交流调压电路及其波形,作业： 一调光台灯（电阻负载）由单相交流调压电路供电，U1=220V,=90 要求： 画ug 、uo 、io 波形； 计算Uo 、Io 、IVT的值。,8,若晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，电流相位滞后于u1的角度为j ，当用晶闸管控制时，只能进行滞后控制，使负载电流更为滞后。,设a =0时刻仍定为u1过零的时刻，阻感负载稳态时a 的移相范围应为j a 。,负载阻抗角： j = arctan(wL/R),设a =j时，负载上获得最大功率，电流临界连续。,二、阻感负载 1、工作原理

4、,9,当阻感负载, a 时电路工作情况动态过程 正负半波不会连续。 导通角180。 a越大， 越小，即晶闸管导通的时间越短，波形不连续越严重。,图4-5 aj时阻感负载交流调压电路工作波形,当阻感负载, a 时电路工作情况动态过程 VT1的导通时间超过。 触发VT2时， io尚未过零， VT1仍导通， VT2不会导通。io过零后， VT2的触发脉冲有足够的宽度而尚未消失，VT2才可开通，VT2导通角小于。 衰减过程中， VT1导通时间渐短， VT2的导通时间渐长。 结论：阻感负载当a 时，其稳态工作情况和a 时完全相同。,11,3.2.2 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

5、电路具有多种形式,三相交流调压电路,12,三相四线 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。基波和3倍次以外的谐波在三相之间流动，不流过零线。 问题：三相中3倍次谐波同相位，全部流过零线。零线有很大3倍次谐波电流。 应用：一般大容量设备不采用这种电路。 导通次序：1,2,3,4,5,6.,一、 星形联结电路 可分为三相三线和三相四线,13,1、三相三线，主要分析电阻负载时 的情况 任一相导通须和另一相构成回路。 电流通路中至少有两个晶闸管， 应采用双脉冲或宽脉冲触发。 触发脉冲顺序和三相桥式全控整 流电路一样，为VT1 VT6,依次 相差60。 相电压过零点定为a

6、的起点。 (注意和以前的区别，见下图),三相交流调压电路 a) 星形联结,二、 三对反并联晶闸管接成三相三线交流调压,14,回顾： 三相桥式全控整流电路带阻感负载a= 0 时的波形,15,简单介绍无中线连接的星形三相交流调压器 随着控制角的变化，电路有两种工作模式。 模式一：三相同时工作状态，即每相有一个晶闸管导通，三相同时有三个晶闸管导通，在导通区间，各相负载电压等于电源相电压。 模式二：三相中只有两相工作，即同一时刻三相中只有两相有晶闸管导通，这时，导通两相的负载是串接在这两相电源上，因此，导通两相负载上的电压（相电压）为该两相电源线电压的二分之一。,=0时的波形, 控制角=0 由于各相在

7、整个正半周正向晶闸管导通，而负半周反向晶闸管导通，所以负载上获得的调压电压仍为完整的正弦波。=0时如果忽略晶闸管的管降压，此时调压电路相当于一般的三相交流电路，加到其负载上的电压是额定电源电压。图3-9(d)为U相负载电压波形。 归纳=0时的导通特点如下：每管持续导通180 ；每60区间有三个晶闸管同时导通。,=30时的波形, 控制角=30 各相电压过零30后触发相应晶闸管。以U相为例，uu过零变正30后发出VT1的触发脉冲ug1，uu过零变负30后发出VT4的触发脉冲ug2 。 归纳=30时的导通特点如下：每管持续导通150 ；有的区间由两个晶闸管同时导通构成两相流通回路，也有的区间三个晶闸

8、管同时导通构成三相流通回路。,=60时的波形, 控制角=60 =60情况下的具体分析与=30相似。这里给出=60时的脉冲分配图、导通区间和U相负载电压波形如右下图所示。 归纳=60时的导通特点如下：每个晶闸管导通120；每个区间由两个晶闸管构成回路。,=90时的波形, 触发角=90 在触发VT1时，VT6还有触发脉冲，由于此时uuuv， VT1和VT6承受正压uuv而导通，电流流过 VT1、u相负载、v相负载、 VT6，一直到uuuw，使得VT2和VT1承受正压uuw一起导通，构成UW相回路， 归纳=90时的导通特点如下：每个晶闸管通120 ，各区间有两个管子导通。,=120时的波形, 触发角

9、=120 触发脉冲脉宽大于60 归纳=120时的导通特点如下：每个晶闸管触发后通30，断30，再触发导通30；各区间要么由两个管子导通构成回路，要么没有管子导通。, 控制角 150时 150以后，负载上没有交流电压输出。当Ug1触发VT1时，尽管VT6的触发脉冲仍存在，但由于uuuv，即，VT1、VT6承受反向电压，不可能导通，因此输出电压为零。,输出电压表达式 由于输出电压的波形在不同触发角范围内的组成不同，因此输出电压表达式也不同。 0 60 60 90 90 150 因此， = 0时输出全电压， 增大则输出电压减小， = 150时输出电压为零。 每相负载上的电压已不是正弦波，但正、负半周

10、对称。因此，输出电压中只有奇次谐波，以三次谐波所占比重最大。但由于这种线路没有零线，故无三次谐波通路，减少了三次谐波对电源的影响。,对触发脉冲电路的要求是： 三相正(或负)触发脉冲依次间隔120，而每一相正、负触发脉冲间隔180。 为了保证电路起始工作时能两相同时导通，以及在感性负载和控制角较大时，仍能保持两相同时导通，与三相全控整流桥一样，要求采用双窄脉冲或宽脉冲（60）触发。 为了保证输出电压对称可调，应保持触发脉冲与电源电压同步。,总结 因为没有零线，要构成回路,任一相导通须和另一相构成回路。 电流通路中至少有两个晶闸管，应采用双脉冲或宽脉冲触发。 触发脉冲顺序和三相桥式全控整流电路一样

11、，同一相上两个反并联晶闸管触发脉冲相180 ,三相上同向的晶闸管触发脉冲彼此相差120 ,触发脉冲顺序为VT1 VT6,依次相差60。 相电压过零点定为a 的起点， a角移相范围是0 150。 和单相交流调压电路相比，没有3倍次谐波，因三相对称时，它们不能流过三相三线电路。,2、三相调压电路在电感性负载时的工作情况 三相交流调压电路在电感性负载下的情况要比单相电路复杂得多，很难用数学表达式进行描述。从实验可知，当三相交流调压电路带电感性负载时，同样要求触发脉冲为宽脉冲，而脉冲移相范围为： 150 。随着增大则输出电压减小。,作业： 画三相三线星形联结，=90时的波形。,25,3.3.1 晶闸管

12、交流调功器,交流调功电路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。,3.3 晶闸管交流调功器和交流开关,通常控制晶闸管的导通时刻都是在电源电压过零的时刻，这样，在交流电源接通期间，负载电压为正弦波，不会对电网电压造成谐波污染。,过零触发通断控制时的两种控制方式,电阻负载单相交流调压电路,27,设定周期Tc内导通的周波数为n， 每个周波的周期为T， 输出电压有效值是 则调功器的输出功率是 式中 ： Pn

13、设定周期Tc内全部周波导通时，装置输出的功率 Un设定周期Tc内全部周波导通时，装置输出的电压有效值 n在设定周期Tc内导通的周波数 因此改变导通周波数n即可改变电压和功率。,前面介绍移相触发控制，使得电路中的正弦波形出现缺角，包含较大的高次谐波。为了克服这种缺点，可采用过零触发的通断控制方式。这种方式的开关对外界的电磁干扰最小。 控制方法如下：在设定的周期内，使晶闸管开关接通几个周波然后断开几个周波，改变通断时间比，改变了负载上的交流平均电压，可达到调节负载功率的目的。因此这种装置也称为交流调功器。 过零触发虽然没有移相触发时的高次谐波干扰，但其通断频率比电源频率低，特别当通断比太小时，会出

14、现低频干扰，使照明出现人眼能察觉到的闪烁、电表指针出现摇摆等。所以调功器通常用于热惯性较大的电热负载。,晶闸管交流调功器的特点及应用,29,3.3.2 交流电力电子开关,概念 把晶闸管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用。 优点 响应速度快，无触点，寿命长，可频繁控制通断。 与交流调功电路的区别 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接通和断开。 控制频度通常比交流调功电路低得多。,应用：晶闸管投切电容（Thyristor Switched CapacitorTSC）,作用 对无功功率控制，可提高功率因数，稳定电网电压，改善供电质量。 性能优于机械开关投切的电容器。,30,改善电网稳定性