晶閘管交流變換電路

1、第四章 晶閘管交流變換電路第一節(jié) 交交變頻器第二節(jié) 交流調(diào)壓電路4.1 交交變頻器u本節(jié)講述：晶閘管交交變頻電路，也稱周波變流器u交交變頻器實際上是由晶閘管全控整流電路組合而成的交流電路，通過對各全控整流電路輸出電壓大小和方向的組合控制，使負(fù)載得到一個電壓和頻率可控的交流電。u廣泛用于大功率交流電動機(jī)調(diào)速傳動系統(tǒng)，實用的主要是三相輸出交交變頻電路圖4-1 單相交交變頻電路原理圖和輸出電壓波形4.1.1單相交交變頻電路一.電路構(gòu)成和工作原理1、電路構(gòu)成由P組和N組反并聯(lián)的晶閘管 變流電路構(gòu)成。變流器P和N都是相控整流電路。2、工作原理兩組變流器按一定的頻率交替工 作，負(fù)載就得到該頻率的交流電為使

2、uo波形接近正弦波，可按正弦 規(guī)律對a角進(jìn)行調(diào)制在半個周期內(nèi)讓P組a 角按正弦規(guī)律從 90減到0或某個值，再增加到90，每個控制間隔內(nèi)的平均輸出 電壓就按正弦規(guī)律從零增至最高，再減到零。另外半個周期可對N組 進(jìn)行同樣的控制。 uo由若干段電源電壓拼接而成，在uo的 一個周期內(nèi)，包含的電源電壓段數(shù)越多， 其波形就越接近正弦波a)整流 逆變阻斷圖4-19b)PNttttt整流 逆變阻斷OOOOOuo,iouoiot1t2t3t4t5uouPuNuoiPiNuPuNuoioiNiP圖4-19 理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài)4.1.1單相交交變頻電路二.變頻器為阻感負(fù)載的工作狀態(tài)1、電路構(gòu)成以

3、單相交交變頻器為例，研究帶有阻感負(fù)載的工作特點(diǎn)：把交交變頻電路理想化，忽略變流電路換相時uo的脈動分量，就可把電路等效成圖4-19a所示的正弦波交流電源和二極管的串聯(lián)。設(shè)負(fù)載阻抗角為j，則輸出電流滯后輸出電壓j 角。兩組變流電路采取無環(huán)流工作方式，即一組變流電路工作時，封鎖另一組變流電路的觸發(fā)脈沖。2、工作過程及波形分析t1t3期間：io正半周，正組工作，反組被封鎖t1 t2： uo和io均為正，正組整流，輸出功率為正 t2 t3 ： uo反向， io仍為正，正組逆變，輸出功率為負(fù) t3 t5期間： io負(fù)半周，反組工作，正組被封鎖t3 t4 ：uo和io均為負(fù)，反組整流，輸出功率為正t4 t

4、5 ： uo反向， io仍為負(fù)，反組逆變，輸出功率為負(fù)小結(jié)：哪一組工作由io方向決定，與uo極性無關(guān)工作在整流還是逆變，則根據(jù)uo方向與io方向是否相同 來確定。4.1.1單相交交變頻電路1OO23456圖4-20uoiott圖4-20 單相交交變頻電路輸出電壓和電流波形三.實際工作波形考慮無環(huán)流工作方式下io過零 的死區(qū)時間，一周期可分為6段：第1段io 0，反組逆變第2段電流過零，為無環(huán)流死區(qū)第3段io 0， uo 0，正組整流第4段io 0， uo 0，正組逆變第5段又是無環(huán)流死區(qū)第6段io 0， uo 0，為反組整流當(dāng)uo和io的相位差小于90時， 一周期內(nèi)電網(wǎng)向負(fù)載提供能量 的平均值

5、為正，電動機(jī)工作在 電動狀態(tài)；當(dāng)二者相位差大于90時，一 周期內(nèi)電網(wǎng)向負(fù)載提供能量的 平均值為負(fù)，電網(wǎng)吸收能量， 電動機(jī)為發(fā)電狀態(tài)。4.1.2三相交交變頻電路按照電路接線方式的不同，分為：輸出星形聯(lián)結(jié)方式公共交流母線進(jìn)線方式4.1.2三相交交變頻電路圖4-24圖4-24 公共交流母線進(jìn)線三相交交變頻電路（簡圖）一.公共交流母線進(jìn)線方式由三組彼此獨(dú)立的、輸出電壓相位相互 錯開120的單相交交變頻電路構(gòu)成。電路特點(diǎn)：電源進(jìn)線通過進(jìn)線電抗器接在公共的 交流母線上因為電源進(jìn)線端公用，所以三組的 輸出端必須隔離。為此，交流電動機(jī) 的三個繞組必須拆開。主要用于中等容量的交流調(diào)速系統(tǒng)中4.1.2三相交交變頻

6、電路二.輸出星形聯(lián)結(jié)方式a)b)圖4-25 輸出星形聯(lián)結(jié)方式三相交交變頻電路 a）簡圖 b）詳圖電路特點(diǎn)：三組的輸出端是星形聯(lián)結(jié)，電動機(jī)的三個繞組 也是星形聯(lián)結(jié)。電動機(jī)中點(diǎn)不和變頻器中點(diǎn)接在一起，電動機(jī) 只引出三根線即可。因為三組的輸出聯(lián)接在一起，其電源進(jìn)線必須 隔離，因此分別用三個變壓器供電。由于輸出端中點(diǎn)不和負(fù)載中點(diǎn)相聯(lián)接，所以在 構(gòu)成三相變頻電路的六組橋式電路中，至少要 有不同輸出相的兩組橋中的四個晶閘管同時導(dǎo) 通才能構(gòu)成回路，形成電流。和整流電路一樣，同一組橋內(nèi)的兩個晶閘管 靠雙觸發(fā)脈沖保證同時導(dǎo)通。兩組橋之間則是靠各自的觸發(fā)脈沖有足夠的 寬度，以保證同時導(dǎo)通。4.1.2三相交交變頻電

7、路交交變頻和交直交變頻的比較和交直交變頻電路比較，交交變頻電路的優(yōu)點(diǎn):只用一次變流，效率較高;可方便地實現(xiàn)四象限工作;低頻輸出波形接近正弦波;缺點(diǎn)是:接線復(fù)雜，采用三相橋式電路的三相交交變頻器至少要用36只晶閘管;受電網(wǎng)頻率和變流電路脈波數(shù)的限制，輸出頻率較低;輸入功率因數(shù)較低;輸入電流諧波含量大，頻譜復(fù)雜。4.2 交流調(diào)壓電路u交流電力控制電路的結(jié)構(gòu) 兩個晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，控制晶閘管 就可控制交流電力u交流電力控制電路的類型交流調(diào)壓電路:交流調(diào)功電路:交流電力電子開關(guān):每半個周波控制晶閘管開通相位，調(diào)節(jié)輸出電壓有效值以交流電周期為單位控制晶閘管通斷，改變通斷周期數(shù)的比，調(diào)節(jié)輸出

8、功率的平均值并不著意調(diào)節(jié)輸出平均功率，而只是根據(jù)需要接通或斷開電路。4.2.1單相交流調(diào)壓電路一電阻負(fù)載ROu1uoioVT1VT2u1uoiouVTtOtOtOtROu1uoioVT1VT2u1uoiouVTtOtOtOt圖 電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及其波形1、工作原理0, 0,211011VTVTuuuuVTVTt導(dǎo)通，時，觸發(fā)當(dāng)a自然關(guān)斷，時，當(dāng)110VTitVT1211021, 0uuuuuVTVTtVTVT均關(guān)斷和時，當(dāng)a0, 0,211022VTVTuuuuVTVTt導(dǎo)通，時，觸發(fā)當(dāng)a自然關(guān)斷，時，當(dāng)2202VTitVT1211021, 022uuuuuVTVTtVTVT均關(guān)斷和時

9、，當(dāng)a4.2.1單相交流調(diào)壓電路2、數(shù)量關(guān)系負(fù)載電壓有效值：晶閘管電流有效值：功率因數(shù)：負(fù)載電流有效值：aaa2sin21dsin21121oUttUURUIoo)22sin1 (21sin221121aaaRUtdRtUITaa2sin211oo1ooUUIUIUSP輸出電壓與a的關(guān)系: 移相范圍為0 a 。 a =0時，輸出電壓為最大， Uo=U1。隨a的增大，Uo降低， a =時， Uo =0。與a的關(guān)系: a =0時，功率因數(shù)=1， a增大，輸入電流滯后于電壓且畸變，降低4.2.1單相交流調(diào)壓電路二阻感負(fù)載RL0.6圖4-2Ou1uoioVT1VT2u1uoiouVTtOtOttOuG

10、1uG2OOtt負(fù)載阻抗角：j = arctan(L / R) 若晶閘管短接，穩(wěn)態(tài)時負(fù)載電流為正弦波，相位滯后于u1的角度為j，當(dāng)用晶閘管控制時，只能進(jìn)行滯后控制，使負(fù)載電流更為滯后。a=0時刻仍定為u1過零的時刻，a的移相范圍應(yīng)為j a 工作過程分析在t = a時刻開通VT1，負(fù)載電流滿足0sin2ddo1ooatitURitiL解方程得：aajajjatetZUittg1o)sin()sin(2利用邊界條件：t = a +時 io =0,可求得：jjajatg)sin()sin(eVT2導(dǎo)通時，上述關(guān)系相同，只是io極性相反，相位差1804.2.1單相交流調(diào)壓電路的情形。以上討論的是ja)

11、sin(20jjatZUi此時，閘管被觸發(fā)導(dǎo)通。零關(guān)斷時，恰好一個晶，此時導(dǎo)通的晶閘管過時，當(dāng)tttt圖4-5aaaOOOOu1iG1iG2iojiT1iT2aj時阻感負(fù)載交流調(diào)壓電路工作波形調(diào)制脈沖列進(jìn)行觸發(fā)。應(yīng)采用寬脈沖或阻感負(fù)載的交流調(diào)壓器的狀態(tài)。所以的電路相當(dāng)工作在時此，實際上才可以被觸發(fā)導(dǎo)通。因承受正向電壓，下降到零，此時到一直加脈沖，等通的機(jī)會了。只有給就沒有導(dǎo)周期不能導(dǎo)通，剩下的半個沖的話，此時被觸發(fā)導(dǎo)通。若加窄脈時不會在沒有下降為零，則并時，。所以當(dāng)期間，導(dǎo)通關(guān)斷，即原已導(dǎo)通的晶閘管尚未觸發(fā)晶閘管時，時，則按控制角當(dāng)jajaaaaja2022220210VTiVTVTVTtVT

12、ituVTVT4.2.2三相交流調(diào)壓電路根據(jù)三相聯(lián)結(jié)形式的不同，三相交流調(diào)壓電路具有多種形式n負(fù)載acn負(fù)載abca)b)負(fù)載abcc)負(fù)載bd) 圖4-9abcuaubuciaUa0nuaubucianuaubucianuaubuciaVT1VT3VT4VT5VT6VT2 圖 三相交流調(diào)壓電路a) 星形聯(lián)結(jié) b) 線路控制三角形聯(lián)結(jié)c) 支路控制三角形聯(lián)結(jié) d) 中點(diǎn)控制三角形聯(lián)結(jié)4.2.2三相交流調(diào)壓電路三相四線三相四線三相三線三相三線根據(jù)根據(jù)星形聯(lián)結(jié)電路星形聯(lián)結(jié)電路不同不同nn 負(fù)載abca)uaubuciaUa0VT1VT3VT4VT5VT6VT2三相交流調(diào)壓電路 三相三線 三相三線，

13、電阻負(fù)載時的情況n 任一相導(dǎo)通須和另一相構(gòu)成回路n 電流通路中至少有兩個晶閘管，應(yīng)采 用雙脈沖或?qū)捗}沖觸發(fā)n 觸發(fā)脈沖順序和三相橋式全控整流電 路一樣，為VT1 VT6,依次相差60n 相電壓過零點(diǎn)定為a的起點(diǎn)， a角移 相范圍是0 1504.2.2三相交流調(diào)壓電路nn 負(fù)載abcb)uaubuciaUa0VT1VT3VT4VT5VT6VT2三相交流調(diào)壓電路 三相四線4.2.1單相交流調(diào)壓電路一電阻負(fù)載ROu1uoioVT1VT2u1uoiouVTtOtOtOtROu1uoioVT1VT2u1uoiouVTtOtOtOt圖 電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及其波形1、工作原理0, 0,211011VT

14、VTuuuuVTVTt導(dǎo)通，時，觸發(fā)當(dāng)a自然關(guān)斷，時，當(dāng)110VTitVT1211021, 0uuuuuVTVTtVTVT均關(guān)斷和時，當(dāng)a0, 0,211022VTVTuuuuVTVTt導(dǎo)通，時，觸發(fā)當(dāng)a自然關(guān)斷，時，當(dāng)2202VTitVT1211021, 022uuuuuVTVTtVTVT均關(guān)斷和時，當(dāng)a4.2.1單相交流調(diào)壓電路二阻感負(fù)載RL0.6圖4-2Ou1uoioVT1VT2u1uoiouVTtOtOttOuG1uG2OOtt負(fù)載阻抗角：j = arctan(L / R) 若晶閘管短接，穩(wěn)態(tài)時負(fù)載電流為正弦波，相位滯后于u1的角度為j，當(dāng)用晶閘管控制時，只能進(jìn)行滯后控制，使負(fù)載電流更為滯后。a=0時刻仍定為u1過零的時刻，a的移相范圍應(yīng)為j