電力電子技術(shù)第七章-交流電力控制電路課件

1、第七章交流電力控制電路 主編第一節(jié)交流開關(guān)及其應(yīng)用一、晶閘管交流開關(guān)及應(yīng)用晶閘管開關(guān)的基本形式如圖71所示。它以毫安級觸發(fā)電流控制流過晶閘管及負載的幾安至幾百安級大電流的通斷。晶閘管在承受正半周電壓時可被觸發(fā)導(dǎo)通，在電源電壓過零或負半周時管子承受反向電壓，在電流過零時自然關(guān)斷。因此在晶閘管關(guān)斷時不會因負載或線路中電感儲能而造成暫態(tài)電壓的現(xiàn)象。圖7-1晶閘管開關(guān)的基本形式第一節(jié)交流開關(guān)及其應(yīng)用圖7-2光電耦合交流開關(guān)第一節(jié)交流開關(guān)及其應(yīng)用圖7-3電熱爐溫控電路第一節(jié)交流開關(guān)及其應(yīng)用二、由過零觸發(fā)開關(guān)電路組成的單相交流調(diào)功器在電壓過零時給晶閘管以觸發(fā)脈沖，使晶閘管的工作狀態(tài)始終處于全導(dǎo)通或全阻斷，

2、這種工作方式稱為過零觸發(fā)。交流零觸發(fā)開關(guān)電路就是利用零觸發(fā)方式來控制晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷，來實現(xiàn)在設(shè)定的周期范圍內(nèi)，將電路接通幾個周期，然后斷開幾個周期，通過改變晶閘管在設(shè)定周期內(nèi)通斷時間的比例，達到調(diào)節(jié)負載兩端交流電壓即負載功率的目的。因而這種裝置也稱為調(diào)功器或周波(波形個數(shù))控制器。圖7-4過零觸發(fā)調(diào)節(jié)周波電壓的波形第一節(jié)交流開關(guān)及其應(yīng)用圖7-5過零觸發(fā)電路第一節(jié)交流開關(guān)及其應(yīng)用1)鋸齒波是由單結(jié)晶體管和、和組成的張弛振蕩器產(chǎn)生，經(jīng)射極跟隨器(V、)輸出。2)控制電壓()與鋸齒波電壓進行電流疊加后，得到合成電壓u送至的基極。3)由、及、組成一直流開關(guān)。當(dāng)be207V時，截止，由、和組成的分壓

3、電路使導(dǎo)通，直流開關(guān)導(dǎo)通，輸出24V直流電壓。為基極提供一閾值電壓，使導(dǎo)通時，更可靠地截止。4)過零脈沖輸出。第一節(jié)交流開關(guān)及其應(yīng)用三、固態(tài)開關(guān)固態(tài)繼電器是一種無觸點電子開關(guān)。它是一種四端有源器件，其中兩個端子為輸入控制端，另外兩個端子為輸出受控端。為實現(xiàn)輸入與輸出之間的電氣隔離，器件采用了高耐壓的專用光耦合器。當(dāng)施加輸入信號后，其主電路是導(dǎo)通狀態(tài)，無信號時呈阻斷狀態(tài)。整個器件無可動部件及觸點，實現(xiàn)了相當(dāng)于電磁繼電器一樣的功能。圖7-6固態(tài)開關(guān)電路圖第一節(jié)交流開關(guān)及其應(yīng)用四、全控器件組成的交流開關(guān)圖77a所示由兩個MOS晶閘管MCT和兩個二極管組成的交流開關(guān)。其中采用一個驅(qū)動電路來驅(qū)動兩個MC

4、T。如果要檢測通過開關(guān)的電流，電路中的將提供電流信號，用來顯示開關(guān)的與、或邏輯控制關(guān)系。圖7-7MCT組成的交流開關(guān)a)串聯(lián)式交流開關(guān)b)推挽式交流開關(guān)c)MCT與IGBT組合的直流橋臂第二節(jié)單相交流調(diào)壓電路一、電阻負載電路如圖78a所示，由一只雙向晶閘管組成主電路，接電阻負載。當(dāng)電源電壓為正半波時，在時晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，便有電流流過負載電阻，其上有電壓u。當(dāng)t時，電源電壓過零，i=0，VT自行關(guān)斷，uR0。在電源的負半波t+時，再次觸發(fā)導(dǎo)通，負載電阻得電，uR變?yōu)樨撝?。在t2時，i=0，又自行關(guān)斷，。下個周期重復(fù)上述過程，在負載電阻上就得到缺角的交流電壓波形，如圖78b所示。圖7-8單向交流

5、調(diào)壓電阻負載電路a)電路圖b)波形圖第二節(jié)單相交流調(diào)壓電路通過改變可得到不同的輸出電壓的有效值，從而達到交流調(diào)壓的目的。若由兩只單向晶閘管反并連組成的電路，則需要兩組獨立的觸發(fā)電路分別控制兩只晶閘管，在正負半周對稱的相應(yīng)時刻(t，t)給觸發(fā)脈沖，便與雙向晶閘管電路一樣，負載上可得到同樣的可調(diào)交流電壓。1.輸出交流電壓有效值和電流有效值(71)2.流過晶閘管的電流有效值該有效值與式(72)相同。3.功率因數(shù)cos/(73)圖7-9雙向晶閘管調(diào)壓電路第二節(jié)單相交流調(diào)壓電路二、電感性負載圖710所示為單向晶閘管反并聯(lián)接電感負載的單相交流調(diào)壓電路。由于電感性負載電路中電流的變化要滯后電壓的變化，因而和

6、電阻負載相比就有一些新的特點。當(dāng)電源電壓由正半波過零反向時，由于負載電感中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢要阻止電流變化，電壓過零時電流還未到零，晶閘管無法關(guān)斷，故還要繼續(xù)導(dǎo)通到負半周。晶閘管導(dǎo)通角的大小，不但與控制角有關(guān)，而且與負載功率因數(shù)角arctg()有關(guān)?？刂平窃叫t導(dǎo)通角越大,負載功率因數(shù)角越大，表明負載感抗大，自感電動勢使電流過零的時間越長，因而導(dǎo)通角越大。第二節(jié)單相交流調(diào)壓電路1.如圖710a所示，180，正負半波電流斷續(xù)。愈大，愈小。即的移相在180-的范圍內(nèi)，可以得到連續(xù)可調(diào)的交流電壓。電流電壓波形如圖710a所示。圖7-10單相交流調(diào)壓電感負載電路及波形第二節(jié)單相交流調(diào)壓電路2. 如圖71

7、0b所示，時，即正負半周電流臨界連續(xù)。相當(dāng)于晶閘管失去控制。3. 如圖710c所示，,180,在這種情況下若管先被觸發(fā)導(dǎo)通，而且180。如果采用窄脈沖觸發(fā)，當(dāng)ug2脈沖出現(xiàn)時，管的電流還未到零，管關(guān)不斷，管不能導(dǎo)通。等到管中流過的電流為零并關(guān)斷時，ug2脈沖已經(jīng)消失，此時管雖受正壓，但也無法導(dǎo)通。到第三個半波時，ug1又觸發(fā)導(dǎo)通。第二節(jié)單相交流調(diào)壓電路這樣負載電流只有正半波部分，出現(xiàn)很大直流分量，電路不能正常工作。因而在電感性負載的電路中，晶閘管不能用窄脈沖觸發(fā)，可采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)。這樣即使，則在剛開始觸發(fā)晶閘管的幾個周波內(nèi)，兩管的電流波形還是不對稱的，但經(jīng)過幾周波后，負載電流即成為對稱

8、連續(xù)的正弦波，電流滯后電壓角。1)電阻負載時，負載電流波形與單相橋式可控整流交流側(cè)電流一致。2)電感性負載時，不能用窄脈沖觸發(fā)。3)電感性負載時，最小控制角min(阻抗角)。第二節(jié)單相交流調(diào)壓電路三、晶閘管交流穩(wěn)壓電路圖711所示為一個簡單的單相交流穩(wěn)壓電路。帶抽頭的自耦變壓器1、0端為輸入端；變壓器高電壓的3端接雙向晶閘管；低電壓的抽頭2端接雙向晶閘管；4、0為接負載的輸出端。當(dāng)輸入電壓u10在10%變化時，適當(dāng)設(shè)計13、12間的匝數(shù)，u可穩(wěn)定在220V附近。其穩(wěn)壓原理如下：圖7-11單相交流穩(wěn)壓電路第三節(jié)相位控制器圖7-12相位控制器及其波形第三節(jié)相位控制器圖7-13其他自關(guān)斷元件組成的相

9、控器a)由GTR組成b)由GTO組成第四節(jié)三相交流調(diào)壓電路一、星形聯(lián)結(jié)帶中線的三相交流調(diào)壓電路帶中線的三相交流調(diào)壓電路，實際上就是三個單相交流調(diào)壓電路的組合，如圖714所示。工作原理和波形分析與單相交流調(diào)壓相同。由于雙向晶閘管可看成是兩只普通晶閘管的反并聯(lián)，因而同普通晶閘管反并聯(lián)組成的星形帶中線的三相交流調(diào)壓電路的性能、工作原理及使用場合等均一樣。圖7-14負載星形聯(lián)結(jié)帶中線的三相交流調(diào)壓電路第四節(jié)三相交流調(diào)壓電路二、晶閘管與負載連接成內(nèi)三角形的三相交流調(diào)壓電路接線如圖715所示，客觀存在實際上也是三個單相交流調(diào)壓電路的組合，其優(yōu)點是由于晶閘管串接在三角形內(nèi)部，流過晶閘管的電流是相電流，故在同

10、樣線電流的情況下，晶閘管電流容量可以降低。另外，線電流中無三的倍數(shù)諧波分量。缺點是負載必須能拆成三個部分才能接成此種電路。7Z15.tif第四節(jié)三相交流調(diào)壓電路三、用三對反并聯(lián)晶閘管連接成三相三線交流調(diào)壓電路電路如圖716所示，負載可以連接成星形，也可以連接成三角形。觸發(fā)電路和三相全控橋式整流電路一樣，需采用寬脈沖或雙窄脈沖。1.控制角圖7-16三相三線交流調(diào)壓電路第四節(jié)三相交流調(diào)壓電路即在每相電壓過零處給相應(yīng)晶閘管觸發(fā)脈沖，這就相當(dāng)于將只晶閘管換成只整流二極管，因而三相正反向電流都暢通，相當(dāng)于一般的三相交流電路。當(dāng)每相的負載電阻為時，各相的電流為iu2。晶閘管的導(dǎo)通順序為、。觸發(fā)電路的脈沖間

11、隔為60；每管的導(dǎo)通角為，除換流點外，每時刻均有三只晶閘管導(dǎo)通。第四節(jié)三相交流調(diào)壓電路2.控制角 U相晶閘管導(dǎo)通情況與電流波形如圖717所示，t1時刻觸發(fā)管導(dǎo)通，與原導(dǎo)通的管構(gòu)成電流回路，此時在線電壓uUV的作用下U相電流為圖7-17時的波形圖7-18時的波形第四節(jié)三相交流調(diào)壓電路圖7-19三只晶閘管控制負載中點的三相交流調(diào)壓第四節(jié)三相交流調(diào)壓電路四、三個晶閘管連接于星形負載中點的三相交流調(diào)壓電路1.控制角此時每個晶閘管的導(dǎo)通角，任何瞬間均有兩只管子導(dǎo)通(除過零點外)。當(dāng)忽略晶閘管正向壓降時，u、v、w可看成一點，相當(dāng)于普通的三相電阻平衡負載電路，各相線電流分別為iUuU，iVuV，iWu。因此當(dāng)時，各相線電流波形與各相相電壓波形相同。第四節(jié)三相交流調(diào)壓電路2.控制角晶閘管、導(dǎo)通的起始點相對于時后移60，