交流交流变流电路.ppt

1、第第6 6章章 交流交流变流电路交流交流变流电路 6.1 交流调压电路交流调压电路 6.2 其他交流电力控制电路其他交流电力控制电路 6.3 交交变频电路交交变频电路 本章小结本章小结引言交流交流-交流变流电路：把一种形式的交流变流电路：把一种形式的交流交流变成另一种形式变成另一种形式交流交流的电路。的电路。交流交流-交流变换电路可以分为交流变换电路可以分为直接方式（即无中间直流环直接方式（即无中间直流环节）节）和和间接方式（有中间直流环节）间接方式（有中间直流环节）两种。两种。直接方式直接方式 交流电力控制电路：只改变电压、电流或对电路的通断交流电力控制电路：只改变电压、电流或对电路的通断进

2、行控制，而不改变频率的电路。进行控制，而不改变频率的电路。变频电路：改变频率的电路。变频电路：改变频率的电路。26.1 交流调压电路交流调压电路 6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 36.1 交流调压电路交流调压电路引言引言把把两个晶闸管反并联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后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可以控制交流输出。以控制交流输出。交流电力控制电路交流电力控制电路 交流调压电路交流调压电路：在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，调：在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，调节输出电压有效值的电路。节输出电压有效值的电路。交流调功电路交流

3、调功电路：以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断，改变通：以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断，改变通态周期数和断态周期数的比，调节输出功率平均值的电路。态周期数和断态周期数的比，调节输出功率平均值的电路。交流电力电子开关交流电力电子开关：串入电路中根据需要接通或断开电路的晶闸管。：串入电路中根据需要接通或断开电路的晶闸管。应用应用 灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制)。异步电动机软起动。异步电动机软起动。异步电动机调速。异步电动机调速。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。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。在

4、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。46.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路Ou1uoiouVTwtOwtOwtOwt图图6-1 电阻负载单相交流电阻负载单相交流调压电路及其波形调压电路及其波形电阻负载电阻负载 工作过程工作过程 在交流电源在交流电源u1的正半周和负半周，分别对的正半周和负半周，分别对VT1和和VT2的开通角的开通角 进行控制就可以调节输出电压。进行控制就可以调节输出电压。基本的数量关系基本的数量关系 负载电压有效值负载电压有效值Uo 负载电流有效值负载电流有效值Io 晶闸管电流有效值晶闸管电流有效值IT 功率因数功率因数(6-1)(6-2)(6-3

5、)(6-4)56.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路VT1图图6-2 阻感负载单相交流阻感负载单相交流调压电路及其波形调压电路及其波形阻感负载阻感负载 工作过程工作过程 若晶闸管短接，稳态时负载电流为正若晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，相位滞后于弦波，相位滞后于u1的角度为的角度为，当用晶闸管，当用晶闸管控制时，只能进行控制时，只能进行滞后控制滞后控制，使负载电流更，使负载电流更为滞后。为滞后。设负载的阻抗角为设负载的阻抗角为 ，稳态，稳态时时 的移相范围应为的移相范围应为 。在在 t=时刻开通晶闸管时刻开通晶闸管VT1，可求得，可求得导导通角通角，即，即 的移相范围为的移相范围为0

6、 ，随着，随着 的增大，的增大，Uo逐渐降低，逐渐降低，逐渐降低。逐渐降低。(6-7)66.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路图图6-3 单相交流调压电路以单相交流调压电路以 为为参变量的参变量的 和和 关系曲线关系曲线 以以 为参变量，利用式为参变量，利用式(6-7)可以把可以把 和和 的关系用图的关系用图6-3的一簇曲线来表示。的一簇曲线来表示。基本的数量关系基本的数量关系 负载电压有效值负载电压有效值Uo 晶闸管电流有效值晶闸管电流有效值IVT(6-8)(6-9)76.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路负载电流有效值负载电流有效值Io 晶闸管电流晶闸管电流IVT的标么值的标么

7、值 式中式中图图6-4 单相交流调压电路单相交流调压电路 为参变量时为参变量时IVTN和和 关系曲线关系曲线(6-10)(6-11)86.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 时的工作情况时的工作情况 VT1的导通时间的导通时间超过超过。触发触发VT2时，时，io尚未过零，尚未过零，VT1仍导通，仍导通，VT2不会导通，不会导通，io过零后，过零后，VT2才可才可开通，开通，VT2导通角导通角小于小于。io有有指数衰减分量指数衰减分量，在指数分量，在指数分量衰减过程中，衰减过程中，VT1导通时间渐短，导通时间渐短，VT2的导的导通时间渐长。通时间渐长。图图6-5 时阻感负载交流调压电路工作

8、波形时阻感负载交流调压电路工作波形96.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路例例6-1 一单相交流调压器，输入交流电压为一单相交流调压器，输入交流电压为220V，50Hz，负载为电阻电感，负载为电阻电感，其中其中R=8，XL=6。试求。试求=/6、/3时的输出电压、电流有效值及输入功率时的输出电压、电流有效值及输入功率和功率因数。和功率因数。解：负载阻抗及负载阻抗角分别为：解：负载阻抗及负载阻抗角分别为：因此开通角因此开通角 的变化范围为：的变化范围为：即即当当=/6时，由于时，由于 ,因此晶闸管调压器全开放，输出电压为完整因此晶闸管调压器全开放，输出电压为完整的正弦波，负载电流也为最大，

9、此时输出功率最大，为的正弦波，负载电流也为最大，此时输出功率最大，为 106.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路功率因数为功率因数为实际上，此时的功率因数也就是负载阻抗角的余弦。实际上，此时的功率因数也就是负载阻抗角的余弦。时，先计算晶闸管的导通角，由式（时，先计算晶闸管的导通角，由式（6-7）得）得 解上式可得晶闸管导通角为：解上式可得晶闸管导通角为：116.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路126.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路单相交流调压电路的谐波分析单相交流调压电路的谐波分析 带电阻负载时，对负载电压带电阻负载时，对负载电压uo进行谐波分析进行谐波分析 式中式中(

10、n=3,5,7,)(n=3,5,7,)(6-12)136.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路基波和各次谐波的有效值可按下式求出基波和各次谐波的有效值可按下式求出负载电流基波和各次谐波的有效值为负载电流基波和各次谐波的有效值为图图6-6 电阻负载单相交流调电阻负载单相交流调压电路基波和谐波电流含量压电路基波和谐波电流含量(n=1,3,5,7,)(6-13)(6-14)电流基波和各次谐波标么值随电流基波和各次谐波标么值随 变化的曲线，如图变化的曲线，如图6-6所示，其中所示，其中基准电流为基准电流为=0时的电流有效值时的电流有效值。阻感负载时阻感负载时 电流谐波次数和电阻负载时相同，也只含电

11、流谐波次数和电阻负载时相同，也只含3、5、7等次谐波。等次谐波。随着次数的增加，谐波含量减少。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和电阻负载时相比，阻感负载时的谐波电流含量少一些。量少一些。当当 角相同时，随着阻抗角角相同时，随着阻抗角 的增大，谐波含量的增大，谐波含量有所减少。有所减少。146.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路图图6-7 斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路 工作原理工作原理 用用V1，V2进行进行斩波控制斩波控制，用，用V3，V4给负载电流提供给负载电流提供续流续流通道。通道。设斩波器件（设斩波器

12、件（V1，V2）导通时）导通时间为间为ton，开关周期为，开关周期为T，则导通比，则导通比 =ton/T，通过改变，通过改变 来调节输出电压。来调节输出电压。电源电流的基波分量是和电源电电源电流的基波分量是和电源电压同相位的，即压同相位的，即位移因数为位移因数为1，电源电，电源电流中不含低次谐波，只含和开关周期流中不含低次谐波，只含和开关周期T有关的高次谐波，这些高次谐波用很有关的高次谐波，这些高次谐波用很小的滤波器即可滤除，这时电路的功小的滤波器即可滤除，这时电路的功率因数接近率因数接近1。图图6-8 电阻负载斩控式交电阻负载斩控式交流调压电路波形流调压电路波形156.2 其他交流电力控制电

13、路其他交流电力控制电路 6.2.1 交流调功电路交流调功电路 6.2.2 交流电力电子开关交流电力电子开关166.2.1 交流调功电路交流调功电路2pNpM电源周期控制周期=M倍电源周期=2p4pMO导通段=M3pM2pMuou1uo,iowtU12012 14谐波次数相对于电源频率的倍数2 4 61080.60.50.40.30.20.1051234In/I0m图图6-11 交流调功电路典型波形交流调功电路典型波形(M=3、N=2)图图6-12 交流调功电路的电流频谱图交流调功电路的电流频谱图(M=3、N=2)交流调功电路交流调功电路 工作原理工作原理 和交流调压电路的电路形式完全相同，只是

14、和交流调压电路的电路形式完全相同，只是控制方式不同控制方式不同。通过改变通过改变接通周波数接通周波数与与断开周波数断开周波数的比值来调节负载所消耗的的比值来调节负载所消耗的平均功率。平均功率。176.2.1 交流调功电路交流调功电路 谐波分析谐波分析 在交流电源接通期间，负载电压电流都是在交流电源接通期间，负载电压电流都是正弦波正弦波，不对电网电压电流造，不对电网电压电流造成通常意义的谐波污染。成通常意义的谐波污染。如果以电源周期为基准，电流中不含整数倍频率的谐波，但含有如果以电源周期为基准，电流中不含整数倍频率的谐波，但含有非整数非整数倍频率的谐波倍频率的谐波，而且在电源频率附近，非整数倍频

15、率谐波的含量较大。，而且在电源频率附近，非整数倍频率谐波的含量较大。2pNpM电源周期控制周期=M倍电源周期=2p4pMO导通段=M3pM2pMuou1uo,iowtU12012 14谐波次数相对于电源频率的倍数2 4 61080.60.50.40.30.20.1051234In/I0m图图6-11 交流调功电路典型波形交流调功电路典型波形(M=3、N=2)图图6-12 交流调功电路的电流频谱图交流调功电路的电流频谱图(M=3、N=2)186.2.2 交流电力电子开关交流电力电子开关交流电力电子开关：把交流电力电子开关：把晶闸管晶闸管反并联后串入交流反并联后串入交流电路中，代替电路中的机械开关

16、，起接通和断开电路中，代替电路中的机械开关，起接通和断开电路的作用。电路的作用。优点：响应速度快，没有触点，寿命长，可以频优点：响应速度快，没有触点，寿命长，可以频繁控制通断。繁控制通断。与交流调功电路的区别与交流调功电路的区别 并不控制电路的平均输出功率。并不控制电路的平均输出功率。通常没有明确的控制周期，只是根据需要控制通常没有明确的控制周期，只是根据需要控制电路的接通和断开。电路的接通和断开。控制频度通常比交流调功电路低得多。控制频度通常比交流调功电路低得多。196.3 交交变频电路交交变频电路 6.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路 206.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路图图6-13 单相交交变频电路原单相交交变频电路原理图和输出电压波形理图和输出电压波形 交交变频电路是把电网频率的交流电交交变频电路是把电网频率的交流电直接变换成可调频率的交流电的变流电直接变换成可调频率的交流电的变流电路，因为没有中间直流环节，因此属于路，因为没有中间直流环节，因此属于直接变频电路直接变频电路。电路构成和基本工作原理电路构成和基本工作原理 由由P组和组和N组反并联的晶闸管相控组