交流调压和交交变频电路

1、交流调压和交交变频电路第1页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日本章内容9.1概述9.2单相交流调压电路9.3三相交流调压电路9.4 三相交交变频电路第2页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日9 . 1概述 交交变换电路分为：交流电力控制电路：只改变输出电压、输出电流、输出功率或对电路的通断进行控制，不改变输出频率交交变频电路：输出电压、输出电流和输出频率都改变1、交流电力控制电路基本类型基本电路单元：反并联的功率开关基本类型按控制方式分为： 交流调压电路、交流调功电路、交流电力电子开关和交流斩波调压电路第3页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日

2、（1）交流调压电路：采用相位控制方式，以控制交流输出电压的有效值为目的 主要应用：灯光控制 异步电动机软起动器 无功调节（补偿）电路晶闸管控制电抗器型无功补偿装置单线原理图第4页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日（2）交流调功电路： 采用周期控制方式，以控制交流输出功率的平均值为目的 主要应用：导通比 D = n / m 交流调功电路输出电压波形（a）固定周期控制（b）可变周期控制炉温控制、电加热等大惯性场合第5页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日（3）交流电力电子开关：采用通断控制方式 其作用相当于无触点的交流接触器 主要应用：无功补偿 无触点开关 TSC

3、基本原理图（a）基本电路单元（b）分组投切简图TSC运行特性曲线第6页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日（4）交流斩波调压电路：采用斩波控制方式，以控制交流输出电压的有效值为目的 第7页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日2、交交变频电路基本类型及其应用交交变频电路主要用于大功率、低转速三相交流电机调速，因此其电路一般采用三相输入、三相输出的电路形式，简称为三相交交变频电路 三相交交变频电路的基本类型按整流单元形式分：三相零式、三相桥式电路 按工作方式分：有环流、无环流电路 其它类型的相交交变频电路：如三倍倍频电路、负载换流的倍频电路、矩阵式交交变频电路等第8

4、页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日9 . 2单相交流调压电路一、单相交流调压电路的基本形式1、反并联电路 输出波形对称，负载 电流无直流分量 适用范围广 ，应用最 广泛此电路应重点掌握第9页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日2、混合反并联电路 控制电路相对简单 输出波形不对称，存在直流分量只适用于无变压器的小容量交流系统第10页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日3、二极管桥式电路 4、 混合桥式电路 输出波形对称，晶闸管不承受反向电压，但 使用元件数量较多 第11页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日二、电阻负载工况分析（

5、以反并联电路为例）单相交流调压电路（电阻负载）第12页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日1、工作原理正半周控制T1导通，负半周控制T2导通，在电源电压的过零点T1 （或T2 ）自然关断。输出电流与输出电压同相位调节触发角（控制角） 便可控制输出电压移相范围：0 单相交流调压电路（电阻负载）波形第13页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日二、电阻负载工况分析（续）2、基本电量关系（各电量参数与的关系）交流输出电压有效值 负载电流有效值 晶闸管电流平均值第14页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日晶闸管电流有效值 晶闸管通态平均电流电源侧功率因数第

6、15页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日三、感性负载工况分析（以反并联电路为例）负载阻抗角=arctan(L / R )（一） 工况分析1、工作原理及特点输出电流滞后输出电压，且不连续导通角 、 输出电压、输出电流波形与、有关调节触发角（控制角） 便可控制输出电压单相交流调压电路（电感负载）和波形图（ 工况）第16页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日2、以 为参变量，与的关系曲线 当=0（电阻性负载）时： =180- 当 0（感性负载）时： 当时，=180 当时，随着的的增加而减小第17页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日3、基本电量关系（

7、各电量参数与的关系）输出电压有效值 负载电流有效值 第18页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日其中：I0max为在=0 ，=时，负载电流的最大有效值IT*为晶闸管电流有效值的标幺值第19页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日晶闸管电流有效值第20页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日4、以 为参变量， IT* 与的关系曲线 当、已知时，可由该曲线查出晶闸管电流标幺值，进而求出负载电流有效值I0及晶闸管电流有效值IT 第21页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日（二） =工况分析特点导通角=180，负载电流i0连续 ，无调压作用

8、第22页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日（三） 180电路不能正常工作宽脉冲触发：=180电路达到稳态时，相当于=工况，无调压作用 带感性负载时，要求1800并采用宽脉冲触发 第23页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日9 . 3三相交流调压电路一、三相交流调压电路的基本形式1、反并联电路 输出波形对称负载电流中不包含三次及 三的倍数次谐波 负载连接形式可以是形 或形适用范围广 ，应用最广泛 此电路应重点掌握第24页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日2、混合反并联电路负载电流中不包含三次及三的倍数次谐波 负载连接形式可以是形 或形输出波形不

9、对称，负载电流中存在偶次谐波分量第25页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日3、 形负载内接反并联电路 相当于由三个单相反并联交流调压电路组合而成 输出波形对称晶闸管承受电源线电压，对器件的耐压要求较高 只适用于形负载第26页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日4、 形负载内接 形反并联电路 输出波形对称晶闸管承受电源线电压，对器件的耐压要求较高 晶闸管接在负载后面 ，受电源浪涌电压的影响较小只适用于Y形负载第27页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日5、 形负载内接三个可控元件电路 输出波形不对称，负载电流中存在偶次谐波分量只适用于Y形负载电路

10、较简单，在小容量三相负载中有一定的应用第28页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日二、三相反并联交流调压电路的分析（一）控制原则（or对触发系统的要求） 相电压过零点定为的起点， 角移相范围是0 150 触发脉冲顺序和三相桥式全控整流电路一样，为T1 T6,依次相差60 相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第29页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日（二）电阻负载下典型波形分析波形分析要点 三相导通时，电路处于平衡工作状态，负载上的相电压波形等于电源相电压，各相晶闸管在该相相电压过零点时关断 两相导通时，导通相的负载相电压等于两相之间电源线电压

11、的一半，未导通相的负载电压为零，导通的晶闸管在线电压的过零点时关断 应将每半个周期分成若干个区间来分析负载电压波形，区间分隔点一般取电压过零点和脉冲触发时刻第30页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日1、=0工况 电路处于自然工作状态 ，任何时刻都有三个晶闸管同时导通 晶闸管的导通角为180 输出电压始终等于电源相电压，即： uao = uA 此工况三相导通！特例！第31页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日2、=30工况 t =0时，uA过零，T4关断， B、C相导通 ，uao = 0 t =30时，T1触发导通，A、 B、C三相导通，uao = uA t =

12、60时， uC过零，T5关断， A、B相导通 ， uao = uAB /2 t =90时，T2触发导通，A、 B、C三相导通，uao = uA t =120时， uB过零，T6关断， A、 C相导通， uao = uAC /2 t =150时，T3触发导通，A、 B、C三相导通，uao = uA t =180时，uA过零，T1关断，B、C相导通 ，uao = 0 ，正半周期结束 此工况两相、三相交替导通第32页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日3、=60工况t =0时， uA过零， T4关断，同时T6触发，B、C相导通 ，uao = 0 t =60时， uC过零， T5关断，

13、同时T1触发，A、B相导通，uao = uAB /2 t =120时， uB过零， T6关断，同时T2触发，A、C相导通， uao = uAC /2 t =180时， uA过零， T1关断，同时T3触发，B、C相导通 ，uao = 0，正半周期结束此工况只有两相导通！ 第33页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日4、=90工况 t =0时， T4、T5延续导通，A、C相导通工作 ，uao = uAC /2 t =30时，uAC过零， T4关断； T6触发，同时T5仍然触发， B、C相导通，uao = 0t =90时，uBC过零 ， T5关断；T1触发，同时T6仍然触发， A、B

14、相导通，uao = uAB /2 t =150时，uAB过零 ， T6关断； T2触发，同时T1仍然触发， A、C相导通，uao = uAC /2 t =210时，uAC过零 ，T1关断，uao = 0此工况也只有两相导通第34页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日5、=120 工况t =0时，T5触发，同时T4仍然触发， A、C相导通 ，uao = uAC /2 t =30时，uAC过零， T4 、T5同时关断， 无SCR导通 ，uao = 0t =60时，T6触发，同时T5仍然触发， B、C相导通 ， uao = 0t =90时，uBC过零 ， T5 、T6同时关断，无SC

15、R导通 ， uao = 0t =120时，T1触发，同时T6仍然触发， A、B相导通，uao = uAB /2 t =150时，uAB过零 ， T1 、T6同时关断， 无SCR导通 ，uao = 0t =180时，T2触发，同时T1仍然触发， A、C相导通，uao = uAC /2 ，正半周期结束t =210时，uAC过零 ， T1 、T2同时关断 ，无SCR导通 ，uao = 0此工况两相导通状态和无SCR导通状态交替出现第35页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日电阻负载下波形分析总结移相范围： 0 1500 60范围内电路处于两相、三相交替工作状态每个晶闸管导通角度为18

16、0 - 6090范围内任一时刻都是两相工作每个晶闸管导通角度为120 90 0；负组工作时，i0 0。正、负组变流器交替工作输出交流电改变正、负组变流电路的交替切换频率：可改变交流输出电压的频率、工作原理：改变正、负组变流电路的控制角：可改变交流输出电压的幅值第43页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日为使uo波形接近正弦波，可按正弦规律对角进行调制：在半个周期内让P组角按一定规律从90减到0或某个值，再增加到90，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，再减到零。另外半个周期可对N组进行同样的控制uo由若干段电源电压拼接而成，在uo的一个周期内，包含的电源电压段

17、数越多，其波形就越接近正弦波第44页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日三、输出电压的控制余弦交点法控制 交交变频器的每相输出电压波形是由各段整流电压拼接而成的，各段整流电压 ：若让各段整流电压在时间上按正弦分布，交交变频器的每相输出电压便接近正弦，即式中：U0m所要求的交流输出电压的幅值 0所要求的交流输出 电压的频率第45页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日余弦交点法：将具有所要求的交流输出电压频率和幅值的调制信号(Msin 0 t ) 与一组余弦信号相比较，在两者的处产生各晶闸管的触发脉冲改变调制信号的频率和幅值，可控制输出电压的频率和大小第46页，共5

18、5页，2022年，5月20日，9点6分，星期日四、输入功率因数 交交变频电路的基本组成单元是可控整流电路，其输入侧相位移因数与控制角之间的关系为： 在一个输出周期中，控制角在1800之间变化，因此各段电压所对应的瞬时相位移因数在之间变化，平均相位移因数比较低 输出电压越低，则平均相位移因数也越低 输出频率越高，输出电压中所包含的电压段数则越少，畸变越严重第47页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日f0 / fi = 1/2 时，半周期内有 6 脉波，谐波大f0 / fi = 1/3 时，半周期内有 9 脉波，谐波较小f0 / fi = 1/6 时，半周期内有 18 脉波，谐波小

19、为了减小谐波含量， 降低负载转矩脉动， 应保证 f0 / fi 1 / 3 ， 即 f0 16.7 Hz 输入功率因数低是交交变频器的一个主要缺点输出频率与电源频率不同时的电压波形第48页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日五、交交变频器的特点（与交直交变频器相比）1、优点：无中间直流环节，损耗小，效率高采用电源自然换相，不需强迫换流电路，开关器件采用晶闸管，以利于大功率应用可以实现能量反馈，使电机作四象限运行低频运行时，谐波含量小，负载转矩脉动低 因此，适用于大功率、低速交流传动领域第49页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日2、交交变频器的缺点：晶闸管元件数

20、量多，成本高，控制复杂最高输出频率受限制， f0 / fi 1 / 3 输入侧功率因数低，特别是当输出电压较低时，功率因数很低第50页，共55页，2022年，5月20日，9点6分，星期日下列说法是否正确？、交流电力控制电路可以改变输出电压、电流和频率。、交流调压电路用于对电路的通断进行控制。、在交流电力控制电路中，交流调功电路最适合于用作调光台灯电路。、交流电力控制电路包括交流调压、交流调功和交交变频等电路。、单相晶闸管交流调压电路接电感性负载： 晶闸管通常采用宽脉冲触发 控制角的移相范围是：0180 随着控制角增大，功率因数减小 随着控制角增大，输出电压增大 课 堂 思 考 第51页，共55页，2022年