第六章交流變換電路

1、l概述概述l6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路 6.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 6.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路l6.2 交流調(diào)功電路交流調(diào)功電路 l6.3 交流電力電子開關(guān)交流電力電子開關(guān) 6.4 交交變頻電路交交變頻電路 6.4.1 單相輸出交交變頻電路單相輸出交交變頻電路 6.4.2 三相輸出交交變頻電路三相輸出交交變頻電路 6.4.3 交交變頻電路輸出頻率上限的限制交交變頻電路輸出頻率上限的限制交流變換電路：交流變換電路：把交流電能的參數(shù)（幅值、頻率、相數(shù)）把交流電能的參數(shù)（幅值、頻率、相數(shù)）加以轉(zhuǎn)換的電路。加以轉(zhuǎn)換的電路。第六章交流電力控制電路交流電力控制電路

2、 交一交變頻電路交一交變頻電路 （直接變頻電路）（直接變頻電路）維持頻率不變維持頻率不變 改變輸出電壓的幅值。改變輸出電壓的幅值。 將電網(wǎng)頻率的交流電直接變換成較低頻率的交流電將電網(wǎng)頻率的交流電直接變換成較低頻率的交流電 直接變頻的同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)電壓變換。直接變頻的同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)電壓變換。 分分類類 6.1 3 3、交流調(diào)壓電路應(yīng)用：、交流調(diào)壓電路應(yīng)用： 電爐的溫度控制電爐的溫度控制 燈光調(diào)節(jié)燈光調(diào)節(jié) （如舞臺(tái)燈光控制）（如舞臺(tái)燈光控制） 異步電機(jī)軟起動(dòng)異步電機(jī)軟起動(dòng) 異步電機(jī)調(diào)速異步電機(jī)調(diào)速 調(diào)節(jié)整流變壓器一次側(cè)電壓調(diào)節(jié)整流變壓器一次側(cè)電壓 2 2、交流調(diào)壓的實(shí)現(xiàn)方法：、交流調(diào)壓的實(shí)現(xiàn)方法：通過

3、控制晶閘管在每一個(gè)電源通過控制晶閘管在每一個(gè)電源周期內(nèi)的導(dǎo)通角的大?。ㄏ辔豢刂疲﹣碚{(diào)節(jié)輸出電壓的大小。周期內(nèi)的導(dǎo)通角的大小（相位控制）來調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。 1 1、交流調(diào)壓電路、交流調(diào)壓電路: :是用來變換交流電壓幅值（或有效值）是用來變換交流電壓幅值（或有效值）的電路。的電路。 1）電源正半周：）電源正半周：T1觸發(fā)觸發(fā) 導(dǎo)通，導(dǎo)通，電源的正半周施加到負(fù)載上；電源的正半周施加到負(fù)載上； 2）電源負(fù)半周：）電源負(fù)半周：T2觸發(fā)導(dǎo)通，觸發(fā)導(dǎo)通，電源負(fù)半周便加到負(fù)載上；電源負(fù)半周便加到負(fù)載上； 3）電源過零：）電源過零：T1、T2交替觸發(fā)交替觸發(fā)導(dǎo)通導(dǎo)通，電源電壓全部加到負(fù)載；電源電壓全部加到負(fù)

4、載； 4）關(guān)斷）關(guān)斷T1、T2：電源電壓不能電源電壓不能加到負(fù)載上。加到負(fù)載上。6.1.1圖圖6.1.1 單向交流調(diào)壓器電路單向交流調(diào)壓器電路 T1 、T2 構(gòu)成無觸點(diǎn)交流開關(guān)。構(gòu)成無觸點(diǎn)交流開關(guān)。單向交流電壓電路的工作情況與它的負(fù)載性質(zhì)有關(guān)單向交流電壓電路的工作情況與它的負(fù)載性質(zhì)有關(guān) l1）電源正半周：）電源正半周：晶閘管晶閘管T1承受正向電承受正向電壓，當(dāng)壓，當(dāng)t=時(shí)，觸發(fā)時(shí)，觸發(fā)T1使其導(dǎo)通，負(fù)載使其導(dǎo)通，負(fù)載上得到缺上得到缺角的正弦半波電壓；角的正弦半波電壓；l2）電源電壓過零：）電源電壓過零：T1管電流下降為零管電流下降為零而關(guān)斷；而關(guān)斷；l3）電源電壓負(fù)半周：）電源電壓負(fù)半周：晶閘

5、管晶閘管T2承受正承受正向電壓，當(dāng)向電壓，當(dāng)t=+時(shí)，觸發(fā)時(shí)，觸發(fā)T2使其導(dǎo)使其導(dǎo)通，則負(fù)載上又得到了缺通，則負(fù)載上又得到了缺角的正弦負(fù)角的正弦負(fù)半波電壓。持續(xù)這樣控制，在負(fù)載電阻半波電壓。持續(xù)這樣控制，在負(fù)載電阻上便得到每半波缺上便得到每半波缺角的正弦電壓；角的正弦電壓；6.1.1圖圖6.1.1 電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載時(shí)單向交流電壓電路時(shí)單向交流電壓電路及輸出電壓波形及輸出電壓波形 改變改變角的大小，便改變了輸出電壓有角的大小，便改變了輸出電壓有效值的大小。效值的大小。1 1、電阻性負(fù)載、電阻性負(fù)載工作原理：工作原理： 6.1.1 電阻性負(fù)載數(shù)量關(guān)系：電阻性負(fù)載數(shù)量關(guān)系：（6.1.1） v 負(fù)

6、載電壓的有效值負(fù)載電壓的有效值 v 負(fù)載電流的有效值負(fù)載電流的有效值 2sin2100RURUI（6.1.2） v 調(diào)壓器的功率因數(shù)調(diào)壓器的功率因數(shù) （6.1.3） 圖圖6.1.16.1.1電阻性負(fù)載時(shí)單電阻性負(fù)載時(shí)單向交流電壓電路及輸出向交流電壓電路及輸出電壓波形電壓波形 總結(jié)：總結(jié)：隨著隨著角的增大，角的增大，U0逐漸減小。當(dāng)逐漸減小。當(dāng) =時(shí)，時(shí)，U0=0。 因此，單相交流電壓器對(duì)于電阻性負(fù)載，其電因此，單相交流電壓器對(duì)于電阻性負(fù)載，其電壓可調(diào)范圍為壓可調(diào)范圍為 0U，控制角，控制角的移相范圍為的移相范圍為0。 tdtUU 20)sin2(1 aaU2sin21 2sin21UUUIIU

7、PFOOOO單相交流調(diào)壓電路帶電阻負(fù)載時(shí)，輸出電壓波形正負(fù)半波對(duì)稱，所以不單相交流調(diào)壓電路帶電阻負(fù)載時(shí)，輸出電壓波形正負(fù)半波對(duì)稱，所以不含直流分量和偶次諧波，故含直流分量和偶次諧波，故6.1.1 電阻性負(fù)載諧波分析：電阻性負(fù)載諧波分析：基波和各次諧波有效值：基波和各次諧波有效值：負(fù)載電流基波和各次諧波有效值：負(fù)載電流基波和各次諧波有效值：在上面關(guān)于諧波的表達(dá)式中在上面關(guān)于諧波的表達(dá)式中 n=1為基波，為基波，n=3,5,7,為奇次諧波。隨著為奇次諧波。隨著諧波次數(shù)諧波次數(shù)n的增加，諧波含量減少。的增加，諧波含量減少。 22on21nnbaURUI/onon, 5 , 3 , 1o)sincos

8、()(nnntnbtnatu) 12(cos2211Ua)(22sin2211Ub1) 1cos(111) 1cos(1121nnnnUan) 1sin(11) 1sin(1121nnnnUbn(6.1.4)(n=3,5,7,)6.1.1感性負(fù)載感性負(fù)載 （R-L負(fù)載）負(fù)載）RL0.6圖4 -2Ou1uoioVT1VT2u1uoiouVTtOtOttOuG1uG2OOtt圖圖6.1.2 帶阻感負(fù)載單向帶阻感負(fù)載單向交流調(diào)壓電路及輸出波形交流調(diào)壓電路及輸出波形 v 單相交流電壓器帶阻感負(fù)載時(shí)，單相交流電壓器帶阻感負(fù)載時(shí)，工作情況同可控整流電路帶電感負(fù)工作情況同可控整流電路帶電感負(fù)載相似；載相似；

9、 v 當(dāng)電源電壓反向過零時(shí)，負(fù)載當(dāng)電源電壓反向過零時(shí)，負(fù)載電感產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻止電流的變電感產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)阻止電流的變化，故電流不能立即為零；化，故電流不能立即為零；v 晶閘管的導(dǎo)通角晶閘管的導(dǎo)通角的大小與控的大小與控制角制角 、負(fù)載阻抗角、負(fù)載阻抗角都有關(guān)。都有關(guān)。6.1.1 阻感負(fù)載的工作情況分析：阻感負(fù)載的工作情況分析： v 晶閘管晶閘管VTVT1 1導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電流導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電流IoIo滿足：滿足： (6.1.5) 式中式中 利用邊界條件：利用邊界條件： ，i i0 0=0=0 可求得可求得：(6.1.6) （為晶閘管的導(dǎo)通角）為晶閘管的導(dǎo)通角）v VT VT2 2導(dǎo)通時(shí)，上述關(guān)系完

10、全相同，只是導(dǎo)通時(shí)，上述關(guān)系完全相同，只是i iO O相差相差1801800 0 圖（圖（6.1.3)6.1.3)單相交流調(diào)壓?jiǎn)蜗嘟涣髡{(diào)壓器以器以為參變量時(shí)為參變量時(shí)與與 的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線 )sin()sin(2 tgtoetZUi t2122)(LRZ RLtg 1 tge)sin()sin( t6.1.1 1 1、 ，導(dǎo)通角，導(dǎo)通角 1801800 0，正負(fù)半波電流斷續(xù)。，正負(fù)半波電流斷續(xù)。 愈大，愈大，愈小，波形斷續(xù)愈嚴(yán)重。愈小，波形斷續(xù)愈嚴(yán)重。 負(fù)載電壓的有效值負(fù)載電壓的有效值UO、晶閘管電流平均值、晶閘管電流平均值IdT、電流有效值、電流有效值IT以及以及負(fù)載電流有效值負(fù)載電流有

11、效值IO分別為：分別為：(6.1.7) (6.1.8) (6.1.10) (6.1.9) 調(diào)壓電路的工作情況調(diào)壓電路的工作情況（ 、 =、 、 =、 ）(6.1.11)(6.1.11) 6.1.1 圖圖（6.1.4）窄脈沖觸發(fā)時(shí)的工作波形窄脈沖觸發(fā)時(shí)的工作波形 18001 1） 如果采用窄脈沖觸發(fā)，會(huì)出現(xiàn)先如果采用窄脈沖觸發(fā)，會(huì)出現(xiàn)先觸發(fā)的一只晶閘管導(dǎo)通，而另一只管觸發(fā)的一只晶閘管導(dǎo)通，而另一只管子在電流下降為零時(shí)，因其門極脈沖子在電流下降為零時(shí)，因其門極脈沖已經(jīng)消失不能導(dǎo)通的失控現(xiàn)象。回路已經(jīng)消失不能導(dǎo)通的失控現(xiàn)象。回路中將出現(xiàn)很大的直流電流分量，無法中將出現(xiàn)很大的直流電流分量，無法維持電路

12、的正常工作。維持電路的正常工作。2 2） 采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)，使第采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)，使第二個(gè)晶閘管的導(dǎo)通角二個(gè)晶閘管的導(dǎo)通角 。隨后。隨后T T1 1導(dǎo)通角逐漸減小，導(dǎo)通角逐漸減小，T T2 2逐漸增大，最終逐漸增大，最終使使兩個(gè)晶閘管的兩個(gè)晶閘管的導(dǎo)通角導(dǎo)通角=1800達(dá)到平達(dá)到平衡。衡。解決失控現(xiàn)象。解決失控現(xiàn)象。 3、 、 =、 ）6.1.1 圖（圖（6.1.46.1.4）窄脈沖觸發(fā)時(shí)的工作波形窄脈沖觸發(fā)時(shí)的工作波形 v 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，并采用寬脈沖觸時(shí)，并采用寬脈沖觸發(fā)，負(fù)載電壓、電流總是完整的發(fā)，負(fù)載電壓、電流總是完整的正弦波，改變控制角正弦波，改變控制角 , ,負(fù)載電壓、負(fù)載電

13、壓、電流的有效值不變，即電路失去電流的有效值不變，即電路失去交流調(diào)壓的作用。交流調(diào)壓的作用。v 在電感負(fù)載時(shí)，要實(shí)現(xiàn)交流調(diào)在電感負(fù)載時(shí)，要實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓的目的，則最小控制角壓的目的，則最小控制角 （負(fù)載的功率因數(shù)角）。所以（負(fù)載的功率因數(shù)角）。所以 的移相范圍為的移相范圍為1801800 0 6.1.1 1 1） 電流諧波次數(shù)和電阻負(fù)載時(shí)相同，也只含電流諧波次數(shù)和電阻負(fù)載時(shí)相同，也只含3 3、5 5、77 等次諧波；等次諧波； 2 2） 隨著次數(shù)的增加，諧波含量減少；隨著次數(shù)的增加，諧波含量減少； 3 3） 和電阻負(fù)載時(shí)相比，阻感負(fù)載時(shí)的諧波電流含和電阻負(fù)載時(shí)相比，阻感負(fù)載時(shí)的諧波電流含 量少一

14、些量少一些； 4 4） 角相同時(shí)，隨著阻抗角的增大，諧波含量有所角相同時(shí)，隨著阻抗角的增大，諧波含量有所 減少；減少；單相交流電壓器帶阻感負(fù)載時(shí)電流諧波單相交流電壓器帶阻感負(fù)載時(shí)電流諧波分析：分析： 6.1.2 1 1、三相四線制調(diào)壓電路特點(diǎn)：、三相四線制調(diào)壓電路特點(diǎn)： 圖圖6.1.5(a) 6.1.5(a) 三相四線制調(diào)壓電路三相四線制調(diào)壓電路 v 1）相當(dāng)于三個(gè)獨(dú)立的單相交流調(diào)壓相當(dāng)于三個(gè)獨(dú)立的單相交流調(diào)壓電路組合而成的；電路組合而成的；v 2 2）存在中性線，但是）存在中性線，但是3 3次諧波在中次諧波在中線中的電流大，故中線的導(dǎo)線截面要求線中的電流大，故中線的導(dǎo)線截面要求與相線一致；與

15、相線一致；v 3 3）晶閘管的門極觸發(fā)脈沖信號(hào)，同）晶閘管的門極觸發(fā)脈沖信號(hào)，同相間兩管的觸發(fā)脈沖要互差相間兩管的觸發(fā)脈沖要互差180180。v 4）各晶閘管導(dǎo)通順序?yàn)楦骶чl管導(dǎo)通順序?yàn)門 T1 1T T6 6，依，依次滯后間隔次滯后間隔6060；v 5 5）因存在中線，可采用窄脈沖觸發(fā)；）因存在中線，可采用窄脈沖觸發(fā)； 6.1.2 1 1、三相四線制調(diào)壓電路特點(diǎn)：、三相四線制調(diào)壓電路特點(diǎn)： 圖圖6.1.5(a) 6.1.5(a) 三相四線制調(diào)壓電路三相四線制調(diào)壓電路 v 6 6）該電路工作時(shí)，零線上諧波電流）該電路工作時(shí)，零線上諧波電流較大，含有三次諧波，控制角較大，含有三次諧波，控制角a=

16、90a=90時(shí)，時(shí)，零線電流甚至和各相電流的有效值接近。零線電流甚至和各相電流的有效值接近。若變壓器采用三柱式結(jié)構(gòu)，則三次諧波若變壓器采用三柱式結(jié)構(gòu)，則三次諧波磁通不能在鐵心中形成通路，產(chǎn)生較大磁通不能在鐵心中形成通路，產(chǎn)生較大的漏磁通，引起發(fā)熱和噪音。的漏磁通，引起發(fā)熱和噪音。v 7 7）該電路中晶閘管上承受的峰該電路中晶閘管上承受的峰 值電壓為值電壓為 ( ( 為線電壓為線電壓) )。lU32lU6.1.2 2 2、三相三線制交流調(diào)壓電路、三相三線制交流調(diào)壓電路 的特點(diǎn)：的特點(diǎn)： 圖圖6.1.5 (b)6.1.5 (b)三相三線制交流調(diào)壓電路三相三線制交流調(diào)壓電路v 1）每相電路必須通過另

17、一相形成回路；每相電路必須通過另一相形成回路；v 2 2）負(fù)載接線靈活，且不用中性線；）負(fù)載接線靈活，且不用中性線； v 3 3）晶閘管的觸發(fā)電路必須是雙脈沖，）晶閘管的觸發(fā)電路必須是雙脈沖，或者是寬度大于或者是寬度大于60600 0的單脈沖；的單脈沖； v 4 4）觸發(fā)脈沖順序和三相全控橋一樣，）觸發(fā)脈沖順序和三相全控橋一樣，為為T T1 1T T6 6，依次間隔，依次間隔60600 0； v 5 5）電壓過零處定為控制角的起點(diǎn)，）電壓過零處定為控制角的起點(diǎn)， 角角移相范圍是移相范圍是0 0150150；v 6)6)輸出諧波含量低輸出諧波含量低, ,無無3 3倍次諧波；倍次諧波； 6.1.2

18、 圖圖6.1.6 (a) a=30 時(shí)負(fù)載相電壓波形時(shí)負(fù)載相電壓波形 v (1) 0 60 時(shí)，三個(gè)時(shí)，三個(gè)晶閘管導(dǎo)通與兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通晶閘管導(dǎo)通與兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通交替，每管導(dǎo)通交替，每管導(dǎo)通180 。但。但 =0時(shí)一直是三管導(dǎo)通，時(shí)一直是三管導(dǎo)通，3 3、三相三線制交流調(diào)壓電路、三相三線制交流調(diào)壓電路改變改變 a a ，電路中晶閘管的導(dǎo)電模式：，電路中晶閘管的導(dǎo)電模式：v 圖圖6.1.6(a)所示所示 =30時(shí)時(shí) 的負(fù)載電壓波形。的負(fù)載電壓波形。6.1.2 圖圖6.1.6 (b) a=60 時(shí)負(fù)載相電壓波形時(shí)負(fù)載相電壓波形 v (2) 60 90時(shí)，兩管時(shí)，兩管導(dǎo)通，每管導(dǎo)通導(dǎo)通，每管導(dǎo)通120

19、；3 3、三相三線制交流調(diào)壓電路、三相三線制交流調(diào)壓電路改變改變 a a ，電路中晶閘管的導(dǎo)，電路中晶閘管的導(dǎo)電模式：電模式：v 圖圖5.1.6(b)所示為所示為 =60時(shí)時(shí) 負(fù)載電壓波形。負(fù)載電壓波形。6.1.2 圖圖6.1.6 (c) a=120 時(shí)負(fù)載相電壓波形時(shí)負(fù)載相電壓波形 v (3) 90 150時(shí)，兩管時(shí)，兩管導(dǎo)通與無晶閘管導(dǎo)通交替，導(dǎo)導(dǎo)通與無晶閘管導(dǎo)通交替，導(dǎo)通角度為通角度為3002 ，3 3、三相三線制交流調(diào)壓電路、三相三線制交流調(diào)壓電路改變改變 a a ，電路中晶閘管的導(dǎo)，電路中晶閘管的導(dǎo)電模式：電模式：v圖圖6.1.6(c)所示為所示為 =120時(shí)時(shí) 的負(fù)載電壓波形。的負(fù)

20、載電壓波形。6.2 1 1、與調(diào)壓電路的比較：與調(diào)壓電路的比較：同同電路電路形式形式完全相同完全相同 異異控制方式不同控制方式不同：以交流電源周波數(shù)為控制單位：以交流電源周波數(shù)為控制單位, 對(duì)電路通斷對(duì)電路通斷進(jìn)行控制，改變通斷周波數(shù)的比值來調(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的平均進(jìn)行控制，改變通斷周波數(shù)的比值來調(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的平均功率。功率。 應(yīng)用應(yīng)用 電爐的溫度控制電爐的溫度控制 v 交流調(diào)功電路直接調(diào)節(jié)對(duì)象是電路的平均輸出功率；交流調(diào)功電路直接調(diào)節(jié)對(duì)象是電路的平均輸出功率；v 控制對(duì)象時(shí)間常數(shù)很大，以周波數(shù)為單位控制；控制對(duì)象時(shí)間常數(shù)很大，以周波數(shù)為單位控制； v 晶閘管導(dǎo)通時(shí)刻為電源電壓過零的時(shí)刻，負(fù)載電

21、壓電流都晶閘管導(dǎo)通時(shí)刻為電源電壓過零的時(shí)刻，負(fù)載電壓電流都是正弦波，不對(duì)電網(wǎng)電壓電流造成通常意義的諧波污染。是正弦波，不對(duì)電網(wǎng)電壓電流造成通常意義的諧波污染。6.2 2 2、電阻負(fù)載時(shí)的工作情況：、電阻負(fù)載時(shí)的工作情況：v 控制周期為控制周期為M M倍電源周期，倍電源周期，晶閘管在前晶閘管在前N N個(gè)周期導(dǎo)通，后個(gè)周期導(dǎo)通，后M MN N個(gè)周期關(guān)斷個(gè)周期關(guān)斷； v 負(fù)載電壓和負(fù)載電流（也即負(fù)載電壓和負(fù)載電流（也即電源電流）的重復(fù)周期為電源電流）的重復(fù)周期為M M倍電倍電源周期；源周期； M=3、N=2時(shí)的電路波形。 圖圖6.2.16.2.1交流調(diào)功交流調(diào)功 電路典型波形電路典型波形6.2 3

22、3、諧波分析：、諧波分析：v 圖圖6.2.2為以控制周期為基準(zhǔn)為以控制周期為基準(zhǔn)的交流調(diào)功電路的頻譜圖，的交流調(diào)功電路的頻譜圖，In為為n次諧波有效值，次諧波有效值， Io為導(dǎo)通時(shí)電為導(dǎo)通時(shí)電路電流幅值；路電流幅值； 圖圖6.2.2 6.2.2 交流調(diào)功電路的電流頻交流調(diào)功電路的電流頻譜圖譜圖( (M M =3=3、N N =2)=2) v 電流中不含整數(shù)倍頻率的諧電流中不含整數(shù)倍頻率的諧波，但含有非整數(shù)倍頻率的諧波，但含有非整數(shù)倍頻率的諧波，而且在電源頻率附近，非波，而且在電源頻率附近，非整數(shù)倍頻率諧波的含量較大。整數(shù)倍頻率諧波的含量較大。6.3 1 1）作用）作用將晶閘管反并聯(lián)后串入交流電

23、路代替機(jī)械開關(guān)，將晶閘管反并聯(lián)后串入交流電路代替機(jī)械開關(guān)，起接通和斷開電路的作用；起接通和斷開電路的作用； 2 2）優(yōu)點(diǎn)）優(yōu)點(diǎn) 3 3）特點(diǎn)）特點(diǎn)（與交流調(diào)功電路的區(qū)別）（與交流調(diào)功電路的區(qū)別）v 只控制通斷，并不控制電路的平均輸出功率只控制通斷，并不控制電路的平均輸出功率v 沒有明確的控制周期，只是根據(jù)需要控制電路的接通和斷開沒有明確的控制周期，只是根據(jù)需要控制電路的接通和斷開v 控制頻度通常比交流調(diào)功電路低控制頻度通常比交流調(diào)功電路低1）響應(yīng)速度快、無觸點(diǎn)壽命長(zhǎng)、可頻繁控制通斷；）響應(yīng)速度快、無觸點(diǎn)壽命長(zhǎng)、可頻繁控制通斷；2）控制晶閘管總是在電流過零時(shí)關(guān)斷，在關(guān)斷時(shí)不會(huì)因負(fù)載）控制晶閘管總

24、是在電流過零時(shí)關(guān)斷，在關(guān)斷時(shí)不會(huì)因負(fù)載或線路電感存儲(chǔ)能量而造成過電壓和電磁干擾；或線路電感存儲(chǔ)能量而造成過電壓和電磁干擾； 6.3 晶閘管投切電容器（晶閘管投切電容器（Thyristor Thyristor Switched CapacitorTSCSwitched CapacitorTSC） 圖圖6.3.1 TSC基本原理圖基本原理圖 v 1 1）代替機(jī)械開關(guān)投切電容器，）代替機(jī)械開關(guān)投切電容器，對(duì)電網(wǎng)無功進(jìn)行控制對(duì)電網(wǎng)無功進(jìn)行控制v 2 2）提高功率因數(shù)、穩(wěn)定電網(wǎng)電提高功率因數(shù)、穩(wěn)定電網(wǎng)電壓、改善用電質(zhì)量壓、改善用電質(zhì)量v 3 3）是一種很好的無功補(bǔ)償方式是一種很好的無功補(bǔ)償方式 特點(diǎn)：特

25、點(diǎn)：6.3 1 1、電路結(jié)構(gòu)和工作原理（、電路結(jié)構(gòu)和工作原理（晶閘管反并聯(lián)晶閘管反并聯(lián)） 圖圖6.3.1 TSC基本原理圖基本原理圖 v 2 2）反并聯(lián)的晶閘管控制）反并聯(lián)的晶閘管控制C C并入電網(wǎng)并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開，如圖或從電網(wǎng)斷開，如圖6.3.16.3.1（a a）。）。 v 1 1）實(shí)際）實(shí)際常用三相常用三相TSCTSC，可三角形聯(lián)，可三角形聯(lián)結(jié)，也可星形聯(lián)結(jié)結(jié)，也可星形聯(lián)結(jié)。 v 3 3）串聯(lián)電感很小，用來抑制電容串聯(lián)電感很小，用來抑制電容器投入電網(wǎng)時(shí)的沖擊電流器投入電網(wǎng)時(shí)的沖擊電流。 v 4 4）為避免電容器組投切造成較大電）為避免電容器組投切造成較大電流沖擊，一般把電容器分成幾組

26、，如圖流沖擊，一般把電容器分成幾組，如圖6.3.1(b)6.3.1(b)所示所示，可根據(jù)電網(wǎng)對(duì)無功的需，可根據(jù)電網(wǎng)對(duì)無功的需求而改變投入電容器的容量。求而改變投入電容器的容量。電路特點(diǎn)：電路特點(diǎn)：6.3圖圖6.3.3 晶閘管和二極管反并聯(lián)方式的晶閘管和二極管反并聯(lián)方式的TSC 1 1）由于二極管的作用，在電路不導(dǎo)通時(shí)由于二極管的作用，在電路不導(dǎo)通時(shí)u uC C總會(huì)維持在電總會(huì)維持在電源電壓峰值源電壓峰值； 2 2）二極管不可控，響應(yīng)速度要慢一些，投切電容器的最二極管不可控，響應(yīng)速度要慢一些，投切電容器的最大時(shí)間滯后為一個(gè)周波。大時(shí)間滯后為一個(gè)周波。 1 1、電路結(jié)構(gòu)和工作原理（、電路結(jié)構(gòu)和工作

27、原理（晶閘管和二極管反并聯(lián)晶閘管和二極管反并聯(lián)）電路特點(diǎn)：電路特點(diǎn)：6.3 2 2、晶閘管投切時(shí)間的選擇、晶閘管投切時(shí)間的選擇 v 1）選擇原則：）選擇原則： 投入投入時(shí)刻交流電源電壓和電容器預(yù)充電電壓相等，時(shí)刻交流電源電壓和電容器預(yù)充電電壓相等，防止沖擊電流。防止沖擊電流。v 2）理想選擇：）理想選擇：理想情況下，希望電容器預(yù)充電電理想情況下，希望電容器預(yù)充電電壓為電源電壓峰值，這時(shí)電源電壓的變化率為零，電容壓為電源電壓峰值，這時(shí)電源電壓的變化率為零，電容投入過程不但沒有沖擊電流，電流也沒有階躍變化。投入過程不但沒有沖擊電流，電流也沒有階躍變化。 圖圖6.3.3 TSC理想投切時(shí)刻原理說明理

28、想投切時(shí)刻原理說明 6.4 v 交交變頻電路是不通過中交交變頻電路是不通過中間直流環(huán)節(jié)而把電網(wǎng)頻率的交間直流環(huán)節(jié)而把電網(wǎng)頻率的交流電直接變換成不同頻率（低流電直接變換成不同頻率（低于交流電源頻率）交流電的變于交流電源頻率）交流電的變流電路。流電路。v 主要用于大功率交流電動(dòng)主要用于大功率交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。 1 1）定義）定義 2 2）應(yīng)用）應(yīng)用圖圖6.4.26.4.2 單相交流輸入時(shí)單相交流輸入時(shí)交交變頻電路的波形圖交交變頻電路的波形圖 6.4.1 1 1、電路結(jié)構(gòu)和工作原理、電路結(jié)構(gòu)和工作原理 1 1）電路結(jié)構(gòu)）電路結(jié)構(gòu)v 由具有相同特征的兩組晶閘管整流電路由具有相同特征的兩組

29、晶閘管整流電路（正組整流器和反組整流器（正組整流器和反組整流器 ）反并聯(lián)構(gòu)成；）反并聯(lián)構(gòu)成； 圖圖6.4.16.4.1 單相輸出交交變頻電路單相輸出交交變頻電路 2 2）工作原理）工作原理 圖圖6.4.26.4.2 單相交流輸入時(shí)單相交流輸入時(shí)交交變頻電路的波形圖交交變頻電路的波形圖 v 正組整流器工作，反組整流器被封鎖，負(fù)正組整流器工作，反組整流器被封鎖，負(fù)載端輸出電壓為上正下負(fù)；載端輸出電壓為上正下負(fù)； v 負(fù)組整流器工作，正組整流器被封鎖，負(fù)負(fù)組整流器工作，正組整流器被封鎖，負(fù)載端得到輸出電壓上負(fù)下正；載端得到輸出電壓上負(fù)下正； v 以低于電源的頻率切換正反組整流器的工以低于電源的頻率切

30、換正反組整流器的工作狀態(tài)作狀態(tài), ,在負(fù)載端就可獲得交變的輸出電壓；在負(fù)載端就可獲得交變的輸出電壓；（如圖（如圖6.4.26.4.2 ）v 晶閘管的開通與關(guān)斷必須采用無環(huán)流控制晶閘管的開通與關(guān)斷必須采用無環(huán)流控制方式，防止兩組晶閘管橋同時(shí)導(dǎo)通；方式，防止兩組晶閘管橋同時(shí)導(dǎo)通；6.4.1 3 3）電路控制特點(diǎn)：）電路控制特點(diǎn)：v （1 1）一個(gè)周期內(nèi)控制角一個(gè)周期內(nèi)控制角 固定不變時(shí)，固定不變時(shí)，輸出電壓為含有大量的諧波矩形波輸出電壓為含有大量的諧波矩形波,(,(如圖如圖6.4.2) 6.4.2) 對(duì)電機(jī)的工作很不利對(duì)電機(jī)的工作很不利圖圖6.4.26.4.2 單相交流輸入時(shí)單相交流輸入時(shí)交交變頻

31、電路的波形圖交交變頻電路的波形圖 圖圖6.4.36.4.3交交變頻電路交交變頻電路 的波形圖（的波形圖（ 變化）變化） v （2 2）為了讓輸出電壓波形接近正弦波，為了讓輸出電壓波形接近正弦波，可按正弦規(guī)律對(duì)可按正弦規(guī)律對(duì)a a進(jìn)行調(diào)制。進(jìn)行調(diào)制。 正組工作的半個(gè)周期內(nèi)讓控制角正組工作的半個(gè)周期內(nèi)讓控制角a按正按正弦規(guī)律從弦規(guī)律從90逐漸減小到逐漸減小到0，然后逐漸增，然后逐漸增加到加到90 。正組整流電流的輸出電壓的平。正組整流電流的輸出電壓的平均值就按正弦規(guī)律變化，從零增大到最大均值就按正弦規(guī)律變化，從零增大到最大,然后從最大減小到零。然后從最大減小到零。 反組工作的半個(gè)周期內(nèi)采用上述同樣

32、的反組工作的半個(gè)周期內(nèi)采用上述同樣的控制方法，控制方法， 就可以得到接近正弦波的輸出就可以得到接近正弦波的輸出電壓。如圖電壓。如圖6.4.36.4.1 2 2、變頻電路的工作過程（、變頻電路的工作過程（電感性負(fù)載電感性負(fù)載）v 對(duì)于電感性負(fù)載，輸出電壓超前電流。對(duì)于電感性負(fù)載，輸出電壓超前電流。v 一個(gè)周期可以分為六個(gè)階段一個(gè)周期可以分為六個(gè)階段 第一階段：第一階段：輸出電壓過零，輸出電壓過零， u0為正，為正，i000，u u0 000。正組整流器工作在整流狀態(tài)，反。正組整流器工作在整流狀態(tài)，反組整流器被封鎖。組整流器被封鎖。6.4.1 第四階段：第四階段：i i0 000，u u0 000

33、。正組整流器工作有源逆變狀態(tài)，。正組整流器工作有源逆變狀態(tài)，反組整流器仍被封鎖；反組整流器仍被封鎖； 第五階段：第五階段：電流為零，為無環(huán)流死區(qū)；電流為零，為無環(huán)流死區(qū)； 第六階段：第六階段：i i0 00,0,u u0 000，反組整流器工作在整流狀態(tài)，正，反組整流器工作在整流狀態(tài)，正組整流器被封鎖；組整流器被封鎖；圖圖6.4.4 6.4.4 交交- -交變頻電路電感性負(fù)載時(shí)的輸出電壓和電流波形交變頻電路電感性負(fù)載時(shí)的輸出電壓和電流波形 圖圖6.4.16.4.1 單相輸出單相輸出交交變頻電路交交變頻電路 6.4.1 小結(jié)：小結(jié)： 1 1、哪組整流器電路工作是由輸出電流決定，而與、哪組整流器電

34、路工作是由輸出電流決定，而與輸出電壓極性無關(guān)；輸出電壓極性無關(guān)；2 2、變流電路是工作在整流狀態(tài)還是逆變狀態(tài)，則、變流電路是工作在整流狀態(tài)還是逆變狀態(tài)，則是由輸出電壓方向和輸出電流方向的異同決定；是由輸出電壓方向和輸出電流方向的異同決定； 圖圖6.4.4 6.4.4 交交- -交變頻電路電感性負(fù)載時(shí)的輸出電壓和電流波形交變頻電路電感性負(fù)載時(shí)的輸出電壓和電流波形 圖圖6.4.16.4.1 單相輸出單相輸出交交變頻電路交交變頻電路 6.4.1 3 3、輸出正弦波電壓的控制方法、輸出正弦波電壓的控制方法（“余弦波交點(diǎn)法余弦波交點(diǎn)法”） 設(shè)設(shè)U Ud0d0為為 = 0 = 0時(shí)整流電路的理想空載電壓時(shí)

35、整流電路的理想空載電壓，則有：，則有： （6.4.1） 希望輸出的正弦波電壓為希望輸出的正弦波電壓為 （6.4.2） 每次控制時(shí)每次控制時(shí) 不同，不同，u u0 0為每個(gè)控制間隔輸出的平均電壓為每個(gè)控制間隔輸出的平均電壓 比較式（比較式（6.4.16.4.1）與（）與（6.4.26.4.2），則使），則使 （6.4.4） g g 稱為輸出電壓比稱為輸出電壓比： cos0doUu tUuomo sin0 ttUUodoom0sinsincos g g )sin(cos1to g g ，doomUU g g)10( g g式（式（6.4.46.4.4）為余弦交點(diǎn)法求）為余弦交點(diǎn)法求 角的基本公式。

36、角的基本公式。 6.4.1 圖圖6.4.56.4.5余弦交點(diǎn)法原理余弦交點(diǎn)法原理 2）相鄰兩個(gè)線電壓的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)于）相鄰兩個(gè)線電壓的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)于a=0； 3）u1-u6所對(duì)應(yīng)的同步信號(hào)分別用所對(duì)應(yīng)的同步信號(hào)分別用us1-us6表示表示 ；4）us1-us6比相應(yīng)的比相應(yīng)的u1-u6超前超前30，us1-us6的最大值和相應(yīng)線電壓的最大值和相應(yīng)線電壓a=0的的時(shí)刻對(duì)應(yīng)；時(shí)刻對(duì)應(yīng)； 4 4、余弦交點(diǎn)法圖解、余弦交點(diǎn)法圖解 6）各晶閘管觸發(fā)時(shí)刻由相應(yīng)的同步電壓）各晶閘管觸發(fā)時(shí)刻由相應(yīng)的同步電壓us1-us6的下降段的下降段和輸出電壓和輸出電壓uo的交點(diǎn)來決定；的交點(diǎn)來決定； 1）線電壓）線電壓uAB、

37、uAC 、 uBC 、 uBA 、 uCA和和uCB依次用依次用u1-u6表示；表示；5） a =0為零時(shí)刻，則為零時(shí)刻，則us1-us6為余弦信號(hào)；為余弦信號(hào)；6.4.1 不同不同g g 時(shí)，在時(shí)，在u u0 0一周期內(nèi)一周期內(nèi)， 隨變化的情況如圖隨變化的情況如圖6.4.66.4.6，圖中圖中 圖圖6.4.6 6.4.6 不同不同g g 時(shí)時(shí) 和和w w0 0t t 變化的情況變化的情況 g g 較小，即輸出電壓較低時(shí)，較小，即輸出電壓較低時(shí)， 只在離只在離9090很近的范圍內(nèi)變化，很近的范圍內(nèi)變化，電路的輸入功率因數(shù)非常低電路的輸入功率因數(shù)非常低； )sin(sin2/)sin(coso1

38、o1tt g g g g 6.4.2 由三組輸出電壓相位各相差由三組輸出電壓相位各相差1201200 0的單相的單相交交變頻電路組成。交交變頻電路組成。 電路接線形式主要：電路接線形式主要： 1 1）公共交流母線進(jìn)線方式）公共交流母線進(jìn)線方式 2 2）輸出星形聯(lián)結(jié)方式）輸出星形聯(lián)結(jié)方式 交交變頻器主要用于交流調(diào)速系統(tǒng)中，交交變頻器主要用于交流調(diào)速系統(tǒng)中， 實(shí)際使用的主要是三相交交變頻器。實(shí)際使用的主要是三相交交變頻器。 6.4.2 v 1、公共交流母線進(jìn)線方式、公共交流母線進(jìn)線方式圖圖6.4.76.4.7公共交流母線進(jìn)線方式公共交流母線進(jìn)線方式 的三相交交變頻電路原理圖的三相交交變頻電路原理圖 由三組彼此獨(dú)立的，輸出電由三組彼此獨(dú)立的，輸出電壓相位相互錯(cuò)開壓相位相互錯(cuò)開120120 0 0的單相交的單相交- -交變頻電路組成。交變頻電路組成。 電源進(jìn)線通過進(jìn)線電抗器電源進(jìn)線通過進(jìn)線電抗器接在公共的交流母線上。接在公共的交流母線上。 電源進(jìn)線端公用電源進(jìn)線端公用, ,故三相單故三相單相變頻電路的輸出端必須隔離，相變頻電路的輸出端必須隔離，為此，交流電動(dòng)機(jī)的三個(gè)繞組為此，交流電動(dòng)機(jī)的三個(gè)繞組必須拆開，同時(shí)引出六根