第6章晶闸管变流装置

1、信息科学技术学院电工自动化系信息科学技术学院电工自动化系第六章第六章 晶闸管变流装置晶闸管变流装置 6.1 晶闸管交流变换器晶闸管交流变换器 交流调功器工作原理交流调功器工作原理 *6.2 晶闸管相控调速系统晶闸管相控调速系统*6.3 交流净化型稳压电源交流净化型稳压电源 交流净化型稳压电源工作原理交流净化型稳压电源工作原理 6.4 晶闸管谐振型逆变器晶闸管谐振型逆变器 谐振逆变器主电路结构谐振逆变器主电路结构 一个一个400Hz谐振逆变器实例谐振逆变器实例 26.1 晶闸管交流晶闸管交流变换器变换器q交流调功器概述交流调功器概述 3l功能：功能：调节输出功率调节输出功率（对电压、电流波形（对

2、电压、电流波形没有严格要求）没有严格要求）l应用：应用：主要用于以镍主要用于以镍铬或铁铬铝材料为发铬或铁铬铝材料为发热元件的电热装置的热元件的电热装置的温度自动控制温度自动控制l控制模式：控制模式：过零触发过零触发半周波控制（定周期半周波控制（定周期/变周期）、移相触发变周期）、移相触发控制。控制。t tt tt tt tt t0 00 00 00 0T Tc c1 1T Tc c2 2t tt tt tt tt t0 00 00 00 0T Tc c1 1T Tc c2 2电源电压电源电压过零脉冲过零脉冲控制信号控制信号触发脉冲触发脉冲负载电压负载电压定周期过零触发定周期过零触发变周期过零触

3、发变周期过零触发q过零触发半周波控制型调功器过零触发半周波控制型调功器46.1 晶闸管交流变换器晶闸管交流变换器（续）（续）l将交流电源每将交流电源每N个电压个电压半周定为一个调节周期半周定为一个调节周期T，在该调节周期内调，在该调节周期内调节导通电压半周的个数节导通电压半周的个数M来调节输出功率。来调节输出功率。l调相触发调功器特点：调相触发调功器特点：负载得到的电压负载得到的电压(电流电流)波形波形总是完整的正弦波，避免了电流的瞬时冲击，功总是完整的正弦波，避免了电流的瞬时冲击，功率因数高，但调节周期较长。率因数高，但调节周期较长。0inMUUN=q调相触发型调功器调相触发型调功器56.1

4、 晶闸管交流变换器晶闸管交流变换器（续）（续）l以每个交流电压半周为以每个交流电压半周为调节周期，通过调节晶调节周期，通过调节晶闸管的导通相位角进行闸管的导通相位角进行调功。调功。l调节周期仅为调节周期仅为0.01s，对于热惯性小的加热系对于热惯性小的加热系统也适应。统也适应。l调相触发调功器特点：调相触发调功器特点：负载的电压负载的电压(电流电流)是缺角正是缺角正弦波，功率因数差，且存在高次谐波，对电网和弦波，功率因数差，且存在高次谐波，对电网和无线电波会产生射频干扰。无线电波会产生射频干扰。q调功器基本原理框图调功器基本原理框图66.1 晶闸管交流变换器晶闸管交流变换器（续）（续）l零脉冲

5、电路零脉冲电路l导通比电路导通比电路l过流截止电路过流截止电路 l“与与”门电路门电路l脉冲变压器脉冲变压器q调功器主电路基本连接型式调功器主电路基本连接型式76.1 晶闸管交流变换器晶闸管交流变换器（续）（续）l图中双相晶闸管图中双相晶闸管可用两反并联普可用两反并联普通晶闸管代替通晶闸管代替l注意双向晶闸管注意双向晶闸管和普通晶闸管额和普通晶闸管额定电流的定义有定电流的定义有所不同所不同*6.2 晶闸管相控调速系统晶闸管相控调速系统 无论直流电机还是交流电机，在改变它们的输入电压时，电机无论直流电机还是交流电机，在改变它们的输入电压时，电机的转速将随之改变，调节电机的输入电压控制电机转速，称

6、为调的转速将随之改变，调节电机的输入电压控制电机转速，称为调压调速。压调速。q晶闸管相控整流直流电动机调速系统晶闸管相控整流直流电动机调速系统q晶闸管相控交流调压调速系统晶闸管相控交流调压调速系统 异步电动机定子供电频率不变时，其电磁转矩与输入电压有效异步电动机定子供电频率不变时，其电磁转矩与输入电压有效值的平方成正比，利用交流调压电路，可以达到调速目的。值的平方成正比，利用交流调压电路，可以达到调速目的。q线饶式异步电动机串级调速线饶式异步电动机串级调速 采用相控有源逆变调节逆变角，改变了回馈至电网的转差功率采用相控有源逆变调节逆变角，改变了回馈至电网的转差功率从而实现调速，调速装置的功率远

7、小于电动机的功率，特别从而实现调速，调速装置的功率远小于电动机的功率，特别适合适合大功率应用（几千千瓦）。大功率应用（几千千瓦）。 8q基本工作原理基本工作原理9*6.3 交流稳压净化电源交流稳压净化电源l对双向晶闸管对双向晶闸管T进行相控，可改变等效电感进行相控，可改变等效电感L2，从而改变，从而改变L2、C2并联的等效电抗的大小及性质（感性或容性），也就改变并联的等效电抗的大小及性质（感性或容性），也就改变了补偿电压了补偿电压U2的大小和相位，从而达到稳定输出电压目的。的大小和相位，从而达到稳定输出电压目的。6.4 晶闸管谐振型逆变器晶闸管谐振型逆变器q谐振逆变器主电路结构谐振逆变器主电路

8、结构l串联谐振逆变电路串联谐振逆变电路l电容分压电路电容分压电路l移相调压移相调压q一个一个400Hz400Hz谐振逆变器实例谐振逆变器实例l主电路主电路l控制电路控制电路 106.4.1 谐振逆变器主电路谐振逆变器主电路q基本串联谐振逆变电路基本串联谐振逆变电路15l谐振频率与工作频率之比为谐振频率与工作频率之比为1.35左右时，在谐振电容左右时，在谐振电容C1上能得到失真上能得到失真系数小于系数小于5%的正弦波。的正弦波。l在负载变化时，谐振频率会变化，正弦波的正弦度降低，如果负载过在负载变化时，谐振频率会变化，正弦波的正弦度降低，如果负载过重，谐振频率进一步降低，自然换流点后移，有可能造

9、成桥臂直通。重，谐振频率进一步降低，自然换流点后移，有可能造成桥臂直通。6.4.1 谐振逆变器主电路（续）谐振逆变器主电路（续）q电容分压电路电容分压电路16l当负载使得输出等效电当负载使得输出等效电容容C1* 减小，谐振频率增减小，谐振频率增加，输出电压降低，但加，输出电压降低，但输出电压在等效电容输出电压在等效电容C1*上的分压比增加，使输上的分压比增加，使输出电压基本不变。出电压基本不变。 lC2=2C1时，无论是电阻时，无论是电阻性、电感性或电容性负性、电感性或电容性负载，当系统开环工作时，载，当系统开环工作时，从空载到满载，电压变从空载到满载，电压变化不超过化不超过3。 6.4.1

10、谐振逆变器主电路（续）谐振逆变器主电路（续）q移相调压移相调压17l为了使逆变电压能随输入电为了使逆变电压能随输入电压变化时而被调控，可以采压变化时而被调控，可以采用移相调压的方法实现。用移相调压的方法实现。 lT1和和T2由一对间隔由一对间隔1800的的脉冲交替触发，脉冲交替触发，T3和和T4由由另一对间隔另一对间隔1800的脉冲交替的脉冲交替触发，触发周期相同。触发，触发周期相同。lT4触发脉冲比触发脉冲比T1触发脉冲触发脉冲滞后一个时间上的相位角滞后一个时间上的相位角 (t)，改变，改变t就改变了两就改变了两个逆变电压的相位个逆变电压的相位 ，从而，从而可以调节和控制负载电压的可以调节和

11、控制负载电压的大小。大小。 6.4.2 一个一个400Hz谐振逆变器实例谐振逆变器实例18TitleNumberRevisionSizeBDate:2-Aug-2005SheetofFile:H:35KW逆变器.ddbDrawnBy:C93R93Q3LCC4C3C1C2C91C94CFCEDFQFQ4RFR94LDL1R91Q1L2B2C92Q2R92B1QERE1.3DEC04R04C02R02L01C03R03C01R01L01R9710232829CT4CT3CT1CT22122222483411121214981310270717274168285353666

12、9541414342404342Rf1KDLA2LA3LA1+A1A25406809057353835367274R96VfRv1K接触器控制盒工作指示故障指示电源指示电压调节频率调节电源开关遥控盒JCJC10JC30JCr主电路图主电路图6.4.2 一个一个400Hz谐振逆变器实例谐振逆变器实例q主电路图（续）主电路图（续） 19l遥控盒：电压、频率、故障指示；起停按钮；电遥控盒：电压、频率、故障指示；起停按钮；电压调节、频率调节。压调节、频率调节。l浪涌抑制电路浪涌抑制电路l输入滤波电路输入滤波电路l移相全桥电路移相全桥电路l主电压器、反馈变压器主电压器、反馈变压器l桥臂直通保护电路桥臂直

13、通保护电路6.4.2 一个一个400Hz谐振逆变器实例谐振逆变器实例q控制电路控制电路 20R1R4R2R3D3D1L1C3C4G1R5R6R9C5T1T2R7R8D2C6R10B3R11R12D4D7R13D5G2G3R15R17R14R16R18C7C8C9C107812D6W1R19R20C11T3C12R21-22P1R23C13D9R24R26R25D8C24R85R86C41D43D44B4D42R65R66T6R87R88C40D?D452928191810D25R60C15C16R27R28D10D11R29R30C171410D12D13R31R32C1816D14D15R3

14、3R34C1924D16D17R35R36C2026Y1R37Y2R38Y3R39Y4R40C23D20D19R48R45C22R46R47R51R50R49C24D21D23D22D24W2W3C25C26R52R53C27C28R54R55R56+12V+12V+12V+12V+12V+12V+12VR57R59C29C30R58T11C31R83R84C39D40D411013D69R69R70T7+12VT12+12VD26R61C323538Rv90U?R21D18+12VR42T4R81R82C38D37D381023D36R71R72T8+12VT13+12VD27R62C33R

15、79R80C37D34D351211D33R73R74T9+12VT14+12VD28R63C34R77R78C36D31D322221D30R75R76T10+12VT15+12VD29R64C354043B8B7B5B6R67R68+12VC42C21QQ1122334455667788991010111112121313141415151616U3524PKGR43T580L3+12V191029J57q控制电路之控制电路之辅助电源辅助电源 21R1R4R2R3D3D1L1C3C4G1R5R6R9C5T1T2R7R8D2C6R10B3R11R12D4D7R13D5G2G3R15R17R1

16、4R16R18C7C8C9C107812D6W1R19R20C11T3C12R21-22P1R23C13D9R24R26R25D8C24R85R86C41D43D44B4D42R65R66T6R87R88C40D?D452928191810D25R60C15C16R27R28D10D11R29R30C171410D12D13R31R32C1816D14D15R33R34C1924D16D17R35R36C2026Y1R37Y2R38Y3R39Y4R40C23D20D19R48R45C22R46R47R51R50R49C24D21D23D22D24W2W3C25C26R52R53C27C28R5

17、4R55R56+12V+12V+12V+12V+12V+12V+12VR57R59C29C30R58T11C31R83R84C39D40D411013D69R69R70T7+12VT12+12VD26R61C323538Rv90U?R21D18+12VR42T4R81R82C38D37D381023D36R71R72T8+12VT13+12VD27R62C33R79R80C37D34D351211D33R73R74T9+12VT14+12VD28R63C34R77R78C36D31D322221D30R75R76T10+12VT15+12VD29R64C354043B8B7B5B6R67R68

18、+12VC42C21QQ1122334455667788991010111112121313141415151616U3524PKGR43T580L3+12V191029J57q控制电路之控制电路之控制芯片控制芯片 22lUC3524内部结构内部结构q控制电路之控制电路之控制芯片（续）控制芯片（续） 24lUC3524外部电路外部电路R1R4R2R3D3D1L1C3C4G1R5R6R9C5T1T2R7R8D2C6R10B3R11R12D4D7R13D5G2G3R15R17R14R16R18C7C8C9C107812D6W1R19R20C11T3C12R21-22P1R23C13D9R24R26

19、R25D8C24R85R86C41D43D44B4D42R65R66T6R87R88C40D?D452928191810D25R60C15C16R27R28D10D11R29R30C171410D12D13R31R32C1816D14D15R33R34C1924D16D17R35R36C2026Y1R37Y2R38Y3R39Y4R40C23D20D19R48R45C22R46R47R51R50R49C24D21D23D22D24W2W3C25C26R52R53C27C28R54R55R56+12V+12V+12V+12V+12V+12V+12VR57R59C29C30R58T11C31R83R

20、84C39D40D411013D69R69R70T7+12VT12+12VD26R61C323538Rv90U?R21D18+12VR42T4R81R82C38D37D381023D36R71R72T8+12VT13+12VD27R62C33R79R80C37D34D351211D33R73R74T9+12VT14+12VD28R63C34R77R78C36D31D322221D30R75R76T10+12VT15+12VD29R64C354043B8B7B5B6R67R68+12VC42C21QQ1122334455667788991010111112121313141415151616U3

21、524PKGR43T580L3+12V191029J57q控制电路之控制电路之控制芯片（续）控制芯片（续） 25lUC3524实现移相调压实现移相调压Q1Q2Q4tt0180ABQ3AABB2t00B1t UC3524的输出的输出A的上升沿触发的上升沿触发Q1管下降沿触发管下降沿触发Q3管，管，输出输出B的上升沿触发的上升沿触发Q2管下降沿触发管下降沿触发Q4管，脉宽越宽，管，脉宽越宽，Q1、Q4之间的触发时间差越大，电压就减少。之间的触发时间差越大，电压就减少。q控制电路之控制电路之脉冲形成及驱动脉冲形成及驱动 26q控制电路之控制电路之脉冲形成及驱动（续）脉冲形成及驱动（续） Q1Q2Q4

22、tt0180ABQ3AABB2t 00B1t 27R1R4R2R3D3D1L1C3C4G1R5R6R9C5T1T2R7R8D2C6R10B3R11R12D4D7R13D5G2G3R15R17R14R16R18C7C8C9C107812D6W1R19R20C11T3C12R21-22P1R23C13D9R24R26R25D8C24R85R86C41D43D44B4D42R65R66T6R87R88C40D?D452928191810D25R60C15C16R27R28D10D11R29R30C171410D12D13R31R32C1816D14D15R33R34C1924D16D17R35R36

23、C2026Y1R37Y2R38Y3R39Y4R40C23D20D19R48R45C22R46R47R51R50R49C24D21D23D22D24W2W3C25C26R52R53C27C28R54R55R56+12V+12V+12V+12V+12V+12V+12VR57R59C29C30R58T11C31R83R84C39D40D411013D69R69R70T7+12VT12+12VD26R61C323538Rv90U?R21D18+12VR42T4R81R82C38D37D381023D36R71R72T8+12VT13+12VD27R62C33R79R80C37D34D351211D33

24、R73R74T9+12VT14+12VD28R63C34R77R78C36D31D322221D30R75R76T10+12VT15+12VD29R64C354043B8B7B5B6R67R68+12VC42C21QQ1122334455667788991010111112121313141415151616U3524PKGR43T580L3+12V191029J57Q2Q4Q1Q3BAq控制电路之控制电路之过流保护过流保护 28q控制电路之控制电路之面板调整面板调整( (电压、频率调整）电压、频率调整） 29R1R4R2R3D3D1L1C3C4G1R5R6R9C5T1T2R7R8D2C6R10B3R11R12D4D7R13D5G2G3R15R17R14R16R18C7C8C