CH交流调压和变频电路PPT课件

1、第1页/共57页交流调压电路交流调压电路交流无触点开关交流无触点开关交流调功电路交流调功电路交交变频电路交交变频电路第2页/共57页第3页/共57页 把一种形式的交流变成另一种形式的交流的电路，可改变相关的电压，电流，频率和把一种形式的交流变成另一种形式的交流的电路，可改变相关的电压，电流，频率和相数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 v

2、oltage 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第4页/共57页第5页/共57页 原理原理Principle 两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可控制两个晶闸管反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，不改变交流电频率。交流电力，不改变交流电频率。 单相交流调压电路图单相交流调压电路图第6页/共57页Lighting controlSoft-start of asynchronous motorsAdjustabl

3、e speed drive of asynchronous motorsReactive power control第7页/共57页 第8页/共57页第9页/共57页 阻性负载阻性负载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。第10页/共57页 电阻负载电阻负载Resistive load 移相范围移相范围(The phase shift range)为为

4、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 of output current 第11页/共57页 电阻负载电阻负载Resistive load 随着随着的增大，输入电流滞的增大，输入电流滞后于输入电压，且电压和电流后于输入电压，且电压和电流波形发生畸变，功率因数逐渐波形发生畸变，功率因数逐渐降低。降低。 电路功率因数电路功率因数 Power factor of the circuit第12页/共57页 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

5、管实现的奇次谐波，通过晶闸管实现的交流调压与利用调压变压器进交流调压与利用调压变压器进行交流调压输出的电压波形是行交流调压输出的电压波形是正弦波的情况不同。所以，这正弦波的情况不同。所以，这种交流调压电路只适用于对电种交流调压电路只适用于对电压波形没有要求的场合。压波形没有要求的场合。 第13页/共57页 电阻负载电阻负载Resistive load 流过晶闸管的电流有效值流过晶闸管的电流有效值 RMS value of thyristor current晶闸管最大电流晶闸管最大电流第14页/共57页 电阻负载电阻负载Resistive load晶闸管通态平均电流晶闸管通态平均电流第15页/共

6、57页 若将晶闸管短接，稳态时负载若将晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，相位滞后于电流为正弦波，相位滞后于u u1 1的的角度为角度为 ，当用晶闸管控制时，当用晶闸管控制时，只能进行滞后控制，使负载电流只能进行滞后控制，使负载电流更为滞后更为滞后 a a =0=0时刻仍定为时刻仍定为u u1 1过零过零的时刻，的时刻，a a 的移相范围应的移相范围应为为 。 阻感负载阻感负载Inductive load 负载阻抗角：负载阻抗角：第16页/共57页 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 利用边界条件利用边界条件 时时 可求得可求得 第17页/共57页第18页

7、/共57页 负载电压有效值负载电压有效值 流过晶闸管的电流有效值流过晶闸管的电流有效值 负载电流有效值负载电流有效值第19页/共57页 结论：结论： 时，时， ，负载电流连续。电路，负载电流连续。电路一开通直接进入稳态，没有暂态过程，交流调压电路一开通直接进入稳态，没有暂态过程，交流调压电路处于直通状态，不起调压作用，此时处于直通状态，不起调压作用，此时 。 ， ， , , 移相范围第20页/共57页稳态情况和稳态情况和 一样一样当阻感负载当阻感负载, , 时电路工时电路工作情况。作情况。VT1VT1的导通时间超过的导通时间超过。 触发触发VT2VT2时，时， i io o尚未过尚未过零，零，

8、 VT1VT1仍导通，仍导通， VT2VT2不会导通。不会导通。i io o过零后，过零后，VT2VT2才可开通，才可开通，VT2VT2导通导通角小于角小于。衰减过程中，衰减过程中， VT1VT1导通导通时间渐短，时间渐短， VT2VT2的导通的导通时间渐长。时间渐长。第21页/共57页 电阻负载时，负载电流波形与单相桥式可控整流电阻负载时，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，改变控制角电路交流侧电流波形一致，改变控制角可调节负可调节负载电压有效值，达到交流调压的目的。单相交流载电压有效值，达到交流调压的目的。单相交流调压电路的触发电路可采用整流电路的触发电路。调压电路的触发

9、电路可采用整流电路的触发电路。 阻感负载时，晶闸管需宽脉冲触发，否则阻感负载时，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 。 总结总结第22页/共57页l 交流斩波调压电路交流斩波调压电路在交流电源在交流电源u u1 1的正半周的正半周用用V V1 1进行斩波控制进行斩波控制用用V V3 3给负载电流给负载电流提供续流通道提供续流通道第23页/共5

10、7页在交流电源在交流电源u u1 1的负半周的负半周用用V V2 2进行斩波控制进行斩波控制用用V V4 4给负载电流给负载电流提供续流通道提供续流通道l 交流斩波调压电路交流斩波调压电路第24页/共57页 特性特性电源电流的基波分量电源电流的基波分量和电源电压同相位，和电源电压同相位，即位移因数为即位移因数为1 1。电源电流不含低次谐电源电流不含低次谐波，只含和开关周期波，只含和开关周期T T有关的高次谐波。有关的高次谐波。功率因数接近功率因数接近1 1。第25页/共57页 根据三相联结形式的不同，三相交流调压电路具根据三相联结形式的不同，三相交流调压电路具有多种形式有多种形式第26页/共5

11、7页三相四线星形联结电路三相四线星形联结电路基本原理：基本原理：相当于三个单相交流调压电路的组合，三相互相错开相当于三个单相交流调压电路的组合，三相互相错开120120工作。工作。基波和基波和3 3倍次以外的谐波在三相之间流动，不流过零线。倍次以外的谐波在三相之间流动，不流过零线。问题：问题：三相中三相中3 3倍次谐波同相位，全部流过零线。零线有很大倍次谐波同相位，全部流过零线。零线有很大3 3倍次谐波电流。倍次谐波电流。 a a =90 =90时，零线电流甚至和各相电流的有效值接近，在选择线径和变压器时，零线电流甚至和各相电流的有效值接近，在选择线径和变压器时一定要注意。时一定要注意。第27

12、页/共57页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 电路无中线，负载上要有电流，至少有不同相的两电路无中线，负载上要有电流，至少有不同相的两个管子同时导通。个管子同时导通。 为保证电路在开始工作时，两个晶闸管能同时导通，为保证电路在开始工作时，两个晶闸管能同时导通，且在感性负载和控制角较大时，也能使不同相的正、且在感性负载和控制角较大时，也能使不同相的正、反两个晶闸管同时导通，应采用宽脉冲（宽度反两个晶闸管同时导通，应采用宽脉冲（宽度6060）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致，各晶闸管触发信号应与三相交流电源电压相序一致，

13、并与电源同步。三相触发脉冲依并与电源同步。三相触发脉冲依次相差次相差120120，同一相的两个反，同一相的两个反并联晶闸管相差并联晶闸管相差180180 。晶闸管。晶闸管触发脉冲顺序与三相桥式全控整触发脉冲顺序与三相桥式全控整流电路相同。流电路相同。第28页/共57页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。负载电压管导电，任一

14、时刻同时有三个管子导电。负载电压为电源电压。为电源电压。 两相同时工作状态，即同一时刻，仅两相各有一个两相同时工作状态，即同一时刻，仅两相各有一个管子导电，第三相的两个管子管子导电，第三相的两个管子 都不导电。电路等效为导通两都不导电。电路等效为导通两 相串联，共同承受导通两相之相串联，共同承受导通两相之 间的线电压，非导通相负载电间的线电压，非导通相负载电 压为零。压为零。第29页/共57页a a =0 =0时电路工作情况时电路工作情况 各晶闸管均可看作各晶闸管均可看作二极管，承受正向电压管二极管，承受正向电压管子导通，电路为三相均导子导通，电路为三相均导通的三管工作状态。通的三管工作状态。

15、特点：每管导通特点：每管导通180180，每，每隔隔6060有一个管子换流。有一个管子换流。第30页/共57页稳态时：稳态时：30306060期间，之前期间，之前5 5和和6 6导通，导通， 30 30时刻触发时刻触发1 1号管，三管导通，号管，三管导通，a a相负相负载电压为载电压为a a相相电压。相相电压。60609090期间，期间，5 5号管号管关断，关断，1 1和和6 6导通，两管导导通，两管导通，通，c c相的管子均不通，相的管子均不通，a a、b b负载电压为负载电压为a a、b b线电压线电压的一半。的一半。a a =30 =30时电路工作情况时电路工作情况第31页/共57页90

16、90120120期间，期间，6 6、1 1、2 2导通，负载电压为相电导通，负载电压为相电压。压。120120150150期间，期间，1 1、2 2导通，导通，b b相负载电压为零，相负载电压为零，a a、c c相负载电压为线电压相负载电压为线电压一半。一半。a a =30 =30时电路工作情况时电路工作情况第32页/共57页150180期间，期间，1、2、3导通，负载电压为相电导通，负载电压为相电压。压。电路工作特点：一个周期中电路工作特点：一个周期中电路有三管同时导通和两管电路有三管同时导通和两管同时导通两种工作状态，每同时导通两种工作状态，每管一个周期中导通角为管一个周期中导通角为150

17、150 ，三管同时导通时负，三管同时导通时负载电压为相电压，两管同时载电压为相电压，两管同时导通时负载电压为相关线电导通时负载电压为相关线电压的一半。压的一半。输出电流波形与电压波形相输出电流波形与电压波形相同，所以电流波形连续。同，所以电流波形连续。 a a =30 =30时电路工作情况时电路工作情况第33页/共57页a a =60 =60时时第34页/共57页a a =90 =90时时第35页/共57页a a =120 =120时时第36页/共57页a a 150 150时时 当触发角当触发角 后，由于晶闸管承受的线电压后，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，

18、负已经开始过零变负，所以，晶闸管不可能再导通，负载电压为零。载电压为零。第37页/共57页谐波情况谐波情况电流谐波次数为电流谐波次数为6 6k k1(1(k k=1=1，2 2，3 3，) )，和三，和三相桥式全控整流电路交流侧电流所含谐波的次相桥式全控整流电路交流侧电流所含谐波的次数完全相同。数完全相同。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 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。第38页/共57页概念概念 把晶闸管反并联后串入交流电路中，代替把晶闸管反并联后串

19、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。电路中的机械开关，起接通和断开电路的作用。优点优点 响应速度快，无触点，寿命长，可频繁控制响应速度快，无触点，寿命长，可频繁控制通断。通断。第39页/共57页作为开关工作时，当开关导通，即控制正反两个作为开关工作时，当开关导通，即控制正反两个晶闸管的控制角均为晶闸管的控制角均为0 0，也就是在电源电压的，也就是在电源电压的正半周，正半周， VT1VT1导通，电源电压负半周，导通，电源电压负半周，VT2VT2导通，导通，则电路中有正反两个方向的电流；当开关关断，则电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。若采用双

20、向晶闸管，则控制两个晶闸管均不导通。若采用双向晶闸管，因其承受因其承受du/dtdu/dt的能力较差，所以一般只用在电的能力较差，所以一般只用在电阻性负载电路中作交流开关用。阻性负载电路中作交流开关用。第40页/共57页晶闸管投切电容晶闸管投切电容（Thyristor SwitchedCapacitorTSC）第41页/共57页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变，就不会产生冲击电流压不会产生跃变，就不会产生冲击电流理想情况下，希望电

21、容器预充电电压为电源电理想情况下，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冲击电流，电流也没有阶跃变入过程不但没有冲击电流，电流也没有阶跃变化化第42页/共57页第43页/共57页 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每个电源交流调压电路在每个电源周期周期都对输出电压都对输出电压波形进行控制。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交流调功电路是将负载与交流电源接通

22、几个周期周期, ,再断开几个周期再断开几个周期, ,通过通断周波数的比值通过通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。来调节负载所消耗的平均功率。开关导通期间，电压和电流波形为正弦，装开关导通期间，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。置功率因数较高，谐波较相控整流装置小。第44页/共57页 电阻负载时的工作情况电阻负载时的工作情况第45页/共57页单相交交变频器单相交交变频器三相交交变频器三相交交变频器第46页/共57页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流电的变流

23、电路，把电网频率的交流电变成可调频率的交流电的变流电路，属于直接变频电属于直接变频电路路u 广泛用于大功率交流电动机调速传动系统，实际使用的主要是三相输出交广泛用于大功率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变频电路交变频电路第47页/共57页 电路构成和基本工作原理电路构成和基本工作原理第48页/共57页工作原理工作原理P P组工作时，负载电流组工作时，负载电流i io o为正。为正。N N组工作时，组工作时，i io o为负。为负。两组变流器按一定的频率交替工作，负载就得到该频率的交流电。两组变流器按一定的频率交替工作，负载就得到该频率的交流电。改变两组变流器的切换频率，就可

24、改变输出频改变两组变流器的切换频率，就可改变输出频率率w w。改变变流电路的控制角改变变流电路的控制角a a，就可以改变交流输，就可以改变交流输出电压的幅值。出电压的幅值。第49页/共57页为使为使u uo o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 a 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 P组组 a a 角按正弦规律从角按正弦规律从9090减到减到0 0或某个值，再增加到或某个值，再增加到9090，每个控制间隔内的，每个控制间隔内的平均输出电压就按正弦规律从零增至最高，再减到平均输出电压就按正弦规律从零增至最高，再减到零。另外半个周期可对零。另外半个

25、周期可对N N组进行同样的控制。组进行同样的控制。u uo o由若干段电源电压拼接而成，在由若干段电源电压拼接而成，在u uo o的一个周期内，的一个周期内，包含的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波。包含的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波。第50页/共57页为使为使u uo o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 a 角进行调制。角进行调制。第51页/共57页交流母线进线方式交流母线进线方式输出星形联结方式输出星形联结方式第52页/共57页电路特点：电路特点：由三个彼此独立的单相交交变频电路组由三个彼此独立的单相交交变频电路组成，三个电路电源进线通过进线电抗器接在公共的交成，三个电路电源进线通过进线电抗器接在公共的交流母线上。由于电源进线端公用，所以三个单相变频流母线上。由于电源进线端公用，所以三个单相变频电路的输出端必须隔离。所以，变频电路所带的电动电路的输出端必须隔离。所以，变频电路所带的电动机的三个绕组必须拆开，同时引出六根引线。机的三个绕组必须拆开，同时引出六根引线。第53页/共57页电路特点：变频电路的输出端接成星形，电动机的电路特点：变频电路的输出端接成星形，电动机的三相绕组也接成星形