交流电力控制电路和交-交变频电路.ppt

1、电力电子技术电力电子技术v 引言引言引言引言v 4.1 4.1 交流调压电路交流调压电路交流调压电路交流调压电路v 4.2 4.2 其他交流电力控制电路其他交流电力控制电路其他交流电力控制电路其他交流电力控制电路v 4.3 4.3 交交变频电路交交变频电路交交变频电路交交变频电路v 4.4 4.4 矩阵式变频电路矩阵式变频电路矩阵式变频电路矩阵式变频电路v 本章要点本章要点本章要点本章要点第第4 4章章 交流电力控制电路和交交变频电路交流电力控制电路和交交变频电路电力电子技术电力电子技术本章学习目标与要求本章学习目标与要求了解交流变流电路的分类及其基本概念。理解单相交流调压电路的电路构成，两种

2、负载时的工作原理和电路特性；掌握三相交流调压电路的基本构成和基本工作原理；理解交流调功电路和交流电力电子开关的基本概念；掌握晶闸管相位控制交交变频电路的电路构成、工作原理和输入输出特性。掌握各种交流交流变流电路的主要应用。电力电子技术电力电子技术本章重点与难点本章重点与难点J重点：重点：交流调压电路、交流调功电路、交交变频电路的电路结构、工作原理、波形分析。J难点：难点：交交变频电路的工作原理与波形分析。电力电子技术电力电子技术 本章主要讲述 交流交流-交流变流电路交流变流电路 把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路变频电路改变频率的电路 交交变频 直接 交直交变频 间接交流电力控制电路只改

3、变电压,电流或控制电路的通断,而不改变频率的电路。交流调压电路 相位控制交流调功电路 通断控制第第4 4章章 交流电力控制电路和交交变频电路交流电力控制电路和交交变频电路电力电子技术电力电子技术 4.1 交流调压电路交流调压电路 原理原理 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。电路图电力电子技术电力电子技术 应用应用 1 灯光控制（如灯光控制（如调光台灯调光台灯和和舞台灯光舞台灯光控制控制)。2 异步异步电动机电动机软起动软起动。3 异步电动机调速。异步电动机调速。4 供用电系统对无功功率的连续调节。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

4、直流电源中，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。用于调节变压器一次电压。4.1 交流调压电路交流调压电路电力电子技术电力电子技术 4.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 4.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路 4.1 交流调压电路交流调压电路电力电子技术电力电子技术Ou1uoiouVTwtOwtOwtOwt4.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路1)电阻负载电阻负载 输出电压与输出电压与 的关系的关系:移相范围为0 a。a=0时，输出电压为最大。Uo=U1;随 a 的增大，Uo降低，a=时，Uo=0。与与 a 的关系的关系:a=0时，功率因数=1，a 增

5、大，输入电流滞后于电压且畸变，降低。电力电子技术电力电子技术 若晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，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。a=0时刻仍定为u1过零的时刻，a 的移相范围应为j a 。2)阻感负载阻感负载 0.6Ou1 u1uoiouVTwtOwtOwtwtOuuG1 G1uG2OOwtwt 负载阻抗角：j=arctan(wL/R)VT14.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路电力电子技术电力电子技术q 020100601401802010060/()180140a/()j=9075604530150图4-3 单相交流调压电路以a为

6、参变量的和a关系曲线 wt=t=a 时刻开通晶闸管VT1，可求得 当 a=j 时 =当 a j 时 以j 为参变量，利用（47)可把a 和 的关系表示成右图。4.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路电力电子技术电力电子技术图4-4 单相交流调压电路为参变量时I VTN和a关系曲线j=900.10.20.30.40.516018004012080 75 6045j=0a/()IVTN负载电流有效值 (4-10)IVT的标么值 (4-11)4.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路电力电子技术电力电子技术图4-5 aj时阻感负载交流调压电路工作波形当阻感负载,a j 时电路工作情况。图4-2

7、 阻感负载单相交流调压电路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。最后达到相当于a =的情况，所以 a 是一过渡过程。4.1.1 单相交流调压电路电力电子技术电力电子技术3)单相交流调压电路的谐波分析电阻负载由于波形正负半波对称，所以不含直流分量和偶次谐波。基波和各次谐波有效值 负载电流基波和各次谐波有效值 电流基波和各次谐波标么值随 a变化的曲线（基准电流为a=0时的有效值）如图4-6所示。图4-6 电阻负载单相交流调压电路基波和谐波电流含量4.1.1

8、单相交流调压电路单相交流调压电路电力电子技术电力电子技术电流谐波次数和电阻负载时相同，也只含3、5、7等次谐波。随着次数的增加，谐波含量减少。和电阻负载时相比，阻感负载时的谐波电流含量少一些。当a 角相同时，随着阻抗角j 的增大，谐波含量有所减少。阻感负载的谐波分析4.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路电力电子技术电力电子技术4)斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路在交流电源u1的正半周图4-7 斩控式交流调压电路4.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路用V1进行斩波控制用V3给负载电流提供续流通道电力电子技术电力电子技术用V2进行斩波控制用V4给负载电流提供续流通道图4-7 斩控式

9、交流调压电路4)斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路在交流电源u1的负半周4.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路电力电子技术电力电子技术 特性特性图4-8 电阻负载斩控式交流调压电路波形4.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路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。电力电子技术电力电子技术4.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路根据三相联结形式的不同，三相交流调压电路具有多种形式图4-9 三相交流调压电路a)星形联结b)线路控制三角形联结c)支路控制三角形联结d)中点控制三角形联结电力电子技术电力电

10、子技术三相四线基本原理：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。a=90时，零线电流甚至和各相电流的有效值接近。1)星形联结电路 可分为可分为三相三相三线和三三线和三相相四四线线图4-9 三相交流调压电路a)星形联结4.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路电力电子技术电力电子技术三相三线，主要分析电阻负载时的情况图4-9 三相交流调压电路a)星形联结4.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电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

11、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。电力电子技术电力电子技术l(1)0 a 60：三管导通与两管导通交替，每管导通180a。但a=0时一直是三管导通。图4-10 不同a角时负载相电压波形a)a=304.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路电力电子技术电力电子技术60 a 90：两管导 通，每管导通120。(2)图4-10 不同a角时负载相电压波形b)a=604.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路电力电子技术电力电子技术l(3)90 a 150：两管导通与无晶闸管导通交替，导

12、通角度为 3002 a。图4-10 不同a角时负载相电压波形 c)a=1204.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路电力电子技术电力电子技术谐波情况谐波情况4.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路电流谐波次数为6k1(k=1，2，3，)，和三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。谐波次数越低，含量越大。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。电力电子技术电力电子技术2）支路控制三角联结电路支路控制三角联结电路 图49三相交流调压电路c)支路控制三角形联结4.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路由三个单相交流调压电路组由三个单相交

13、流调压电路组成，分别在不同的线电压作成，分别在不同的线电压作用下工作用下工作。单相交流调压电路的分析方法和结论完全适用。输入线电流（即电源电流）为与该线相连的两个负载相电流之和。电力电子技术电力电子技术 谐波情况谐波情况c)支路控制三角形联结图49三相交流调压电路4.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路 3倍次谐波相位和大小相同，在三角形回路中流动，而不出现在线电流中。线电流中所谐波次数为6k1(k为正整数)。在相同负载和a 角时，线电流中谐波含量少于三相三线星形电路。电力电子技术电力电子技术典型用例晶闸管控制电抗器（Thyristor Controlled ReactorTCR）配以固定

14、电容器，就可在从容性到感性的范围内连续调节无功功率，称为静止无功补偿装置(Static Var CampensatorSVC），用来对无功功率进行动态补偿，以补偿电压波动或闪变。图4-11 晶闸管控制电抗器(TCR)电路4.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路a 移相范围为90 180。控制a 角可连续调节流过电抗器的电流，从而调节无功功率。电力电子技术电力电子技术图4-11 晶闸管控制电抗器(TCR)电路a)b)c)图4-12 TCR电路负载相电流和输入线电流波形 a)=120 b)=135 c)=160 4.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路电力电子技术电力电子技术4.2 其他交

15、流电力控制电路其他交流电力控制电路4.2.1 交流调功电路交流调功电路4.2.2 交流电力电子开关交流电力电子开关电力电子技术电力电子技术4.2.1 交流调功电路交流调功电路 交流调功电路与交流调压电路的异同比较相同点相同点 电路形式完全相同完全相同不同点不同点 控制方式不同不同交流调压电路在每个电源周期周期都对输出电压波形进行控制。（灯光控制）交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周期,在断开几个周期,通过通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率，也叫做周波控制器。（温度控制）电力电子技术电力电子技术 电阻负载时的工作情况2pNpM电源周期控制周期=M倍电源周期=2p4pMO导通段=M3p

16、M2pMuou1uo,iowtU12图4-13 交流调功电路典型波形(M=3、N=2)图41电阻负载单相交流调压电路4.2.1 交流调功电路交流调功电路控制周期为M倍电源周期，晶闸管在前N个周期导通，后MN个周期关断。负载电压和负载电流（也即电源电流）的重复周期为M倍电源周期。电力电子技术电力电子技术 谐波情况012 14谐波次数相对于电源频率的倍数图4-14交流调功电路的电流频谱图(M=3、N=2)2 4 61080.60.50.40.30.20.1051234In/I0m4.2.1 交流调功电路交流调功电路图4-14的频谱图（以控制周期为基准）。In为n次谐波有效值，Io为导通时电路电流幅值。以电源周期为基准，电流中不含整数倍频率的谐波，但含有非整数倍频率的谐波。而且在电源频率附近，非整数倍频率谐波的含量较大。电力电子技术电力电子技术4.2.2 交流电力电子开关交流电力电子开关概念概念 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区别并不控制电路的平均输出功率。通常没有明确的