电力电子技术 第十六次课

第六章交流调压电路交流-交流变流电路把一种形式的交流电变成另一种形式交流电的电路交流电压控制器频率不变，仅改变电压大小交流调压电路相位控制交流调功电路通断控制变频器实现频率变换亦可改变电压大小交交变频直接交直交变频间接采用晶闸管作开关器件时，依靠交流电源瞬时值过零及反向来关断晶闸管。晶闸管开关器件的开通则可采用移相控制，改变控制角调控变换器输出电压的大小。单相电压控制器常用于小功率单相电动机、照明和电加热控制，三相交流-交流电压控制器的输出是三相恒频变压交流电源，通常给三相交流异步电动机供电，实现异步电动机的变压调速，或作为异步电动机的启动器使用。sitVvsssin2Roiov1T4T（a）单相全控通态时：)()(tvtvSO断态时：0)(tvO两个反并联开关器件负载电压、负载功率的大小由控制角a确定单相全控6.2.1电阻负载6.1单相交流调压电路1电阻负载的工作情况在正负半周的相应时刻触发晶闸管导通,可在负载上得到缺角的正弦波形输出电压有效值与a的关系：电流有效值功率因数电路的移相范围为0~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。利用傅立叶级数可求出基波及各次谐波。sitVvsssin2RoiOv1T4T1gi4gi4Ti1TiRUIIT2/2/0tVvsssin202taaRvio00ta2aABCDaaovovoioi表6.1不同触发角a时基波mV1和3~15次谐波电压(电流)的相对值若晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，相位滞后于输入电压u2的角度为j。2.阻感负载时的工作情况负载阻抗角：j=arctan(L/R)当电源电压反向过零时,由于负载电感产生电势阻止电流变化,故电流不能立即为0,此时晶闸管导通角θ的大小,不但与控制角α有关,而且与负载阻抗角φ有关.当VT1处于通态时，下式成立：VT1RLu2b)VT1处于导通状态tURitiLsin2dd222初始条件：ωt=a，i2=0。求解上式并将初始条件代入可得)sin(2)sin(22)(22jjaatZUeZUitLR22)(LRZRLjarctan其中稳定分量iB自由分量iSjjajatan/)sin()sin(e晶闸管导通角为θ,亦即：ωt=θ+a，i2=0。并该条件代入i2表达式可得据此可计算出晶闸管导通角θ1.时的情况晶闸管的导通角θ180,正负半波电流断续,控制角α越大,导通角θ越小,波形断续越严重2.时的情况电流自由分量为0,晶闸管的导通角θ180,正负半波电流连续3.时的情况若采用窄脉冲触发,则VT2触发脉冲到来时,因VT1上电流还未到0,故使得VT2承受反压无法导通,故负载上只有正半周有输出,电流有很大直流成分,电路无法正常工作.0uaa＋t0ug1t0ug2t0iottttt图4-5aaaOOOOu1iG1iG2iojiT1iT2当阻感负载,aj时应采用宽脉冲或脉冲列触发VT1的导通时间超过π。触发VT2时，io尚未过零，VT1仍导通，VT2不会导通。io过零后，VT2才可开通，VT2导通角小于π。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aj时，其稳态工作情况和a＝j时完全相同。总结:3.时输出电流连续,无法获得可调的输出电压,晶闸管失去控制作用siV1T4T3T6T5T2T（b）带中线星形联接90a时，中线电流约等于相电流三个单相交流电压控制器可组合成带中线的三相交流电压控制器缺点中线电流大带中线星形联结三相交流调压电路分析:si'V（c）无中线的三相联接输入电流中没有3次及3的倍数次谐波电流无中线的三相连接NvANvBNvCNiAiBiCBACZLZLT1T4T6T3ZLT2T5(d)Δ联接的交流电压控制器只适用于允许断开6根出线端子的三角形负载三角形联结的交流电压控制器三相交流调压电路分析: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的起点，a角移相范围是0°~150°。ANVBNVCNVNRRR1T2T3T4T5T6T三相全波星形无中线调压电路α=0º时的波形②控制角α=30º各相电压过零30º后触发相应晶闸管。以U相为例，uU过零变正30º后发出VT1的触发脉冲ug1，uU过零变负30º后发出VT4的触发脉冲ug2。归纳α=30º时的导通特点如下：每管持续导通150º；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管同时导通构成三相流通回路。图3-10三相全波星形无中线调压电路α=30º时的波形③控制角α=60ºα=60º情况下的具体分析与α=30º相似。这里给出α=60º时的脉冲分配图、导通区间和U相负载电压波形如图3-11所示。归纳α=60º时的导通特点如下：每个晶闸管导通120º；每个区间由两个晶闸管构成回路。图3-11三相全波星形无中线调压电路α=60º时的波形④触发角α=90º认为正半周或负半周结束就意味着相应晶闸管的关断是错误的。首先假设触发脉冲有大于60º的脉宽。则在触发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uuuv时刻，VT1、VT6才能同时关断。同样，当Ug2到来时，VT1的触发脉冲Ug1还存在，又由于uuuw，使得VT2和VT1承受正压uUW一起导通，构成UW相回路，……归纳α=90º时的导通特点如下：每个晶闸管通120º，各区间有两个管子导通。⑤触发角α=120º触发脉冲脉宽大于60º归纳α=120º时的导通特点如下：每个晶闸管触发后通30º，断30º，再触发导通30º；各区间要么由两个管子导通构成回路，要么没有管子导通。图3-13三相全波星形无中线调压电路α=120º时的波形工作状态小结：（1）a＜30°：处于第一类工作状态（三相同时导电）。（2）30°＜a＜60°：每隔30°交替地出现第一类和第二类工作状态。（3）60°a90°：处于第二类工作状态（两相同时导电）（4）90°a150°：交替处于第一类工作状态和断流状态。（5）a150°：电路全断流，不能工作。所以电阻负载控制角a的调控范围为：0°~150°,三相阻感性负载，分析方法与单相电路相同。知识点:晶闸管交流调功器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。交流调功电路与交流调压电路的比较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。(a)单相交流调功器；(b)三相交流调功器过零触发通断控制时的输出电压波形若设定周期Tc内导通周波数为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—设定周期Tc内全部周波导通时，装置输出功率Un—设定周期Tc内全部周波导通时，输出电压有效值因此改变导通周波数n即可改变电压和功率。ncUTnTUncPTnTP单相交流零触发开关电路的工作波形0ut0ug1tug20t0uot由于晶闸管是在电源电压过零的瞬时被触发导通的，这就可以保证大大减小瞬态负载浪涌电流和触发导通时的电流变化率di/dt，从而使晶闸管由于di/dt过大而失效或换相失败的几率大大减少。过零触发的优点:可以在负载上得到完整的波形,克服了移相触发产生谐波干扰的缺点.知识点:斩控式交流调压电路RL图4-7u1i1uoV1V2VD1VD2V3V4VD4VD3用V1进行斩波控制用V3给负载电流提供续流通道在交流电源u1的正半周斩控式交流调压电路工作原理与直流斩波电路相似。RL图4-7u1i1uoV1V2VD1VD2V3V4VD4VD3用V2进行斩波控制用V4给负载电流提供续流通道斩控式交流调压电路在交流电源u1的负半周右图给出了电阻负载时斩控式交流调压电路的负载电压Uo和电源电流i1波形。电源电流的基波分量和电源电压同相位，即位移因数为1。电源电流不含低次谐波，只含和开关周期T有关的高次谐波。功率因数接近1。电阻负载斩控式交流调压电路波形