第三章器件應(yīng)用

第三章電力電子器件的實(shí)際應(yīng)用與開(kāi)發(fā)3.1小功率電力電子器件的應(yīng)用電力電子技術(shù)是電工技術(shù)的主要分支，隨著科技迅速發(fā)展，它已經(jīng)深入到工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)生活的各個(gè)方面。小功率電力電子器件的應(yīng)用更為廣泛，它體現(xiàn)出體積小、重量輕，功耗小，應(yīng)用時(shí)可靠性高，在整流、逆變、電源、電子開(kāi)關(guān)及交直流傳動(dòng)等領(lǐng)域得到推廣。下面介紹一些以晶閘管為核心器件以及小功率派生器件的實(shí)際應(yīng)用。3.1.1晶閘管調(diào)光電路在電工電子中，小功率晶閘管應(yīng)用比較普遍，這和晶閘管變流特點(diǎn)有關(guān)，應(yīng)用時(shí)電流不太大，負(fù)載功率比較小。體現(xiàn)其應(yīng)用靈活性、和實(shí)用性。

3.1.2固態(tài)交流開(kāi)關(guān)電路非零壓固態(tài)交流開(kāi)關(guān)原理圖VT2VT1R6R1R2R4R3R5VIN4N25R8C1R7VD1~VD4V1零壓型開(kāi)關(guān)VT2V1VT1R5R1R3VIN4N25R7C1R6VD1~VD4R2R4V2交流調(diào)壓器提要異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速電路異步電動(dòng)機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性閉環(huán)控制的變壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)差功率損耗分析變壓控制在軟起動(dòng)器和輕載降壓節(jié)能運(yùn)行中的應(yīng)用3.2異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速電路

變壓調(diào)速是異步電機(jī)調(diào)速方法中比較簡(jiǎn)便的一種。由電力拖動(dòng)原理可知，當(dāng)異步電機(jī)等效電路的參數(shù)不變時(shí)，在相同的轉(zhuǎn)速下，電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比，因此，改變定子外加電壓就可以改變機(jī)械特性的函數(shù)關(guān)系，從而改變電機(jī)在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速。

過(guò)去改變交流電壓的方法多用自耦變壓器或帶直流磁化繞組的飽和電抗器，自從電力電子技術(shù)興起以后，這類比較笨重的電磁裝置就被晶閘管交流調(diào)壓器取代了。目前，交流調(diào)壓器一般用三對(duì)晶閘管反并聯(lián)或三個(gè)雙向晶閘管分別串接在三相電路中，主電路接法有多種方案，用相位控制改變輸出電壓。Y型接法0負(fù)載abca)uaubuciaUa0VT1VT2VT3型接法負(fù)載b)abcuaubucia

交流變壓調(diào)速系統(tǒng)可控電源M3~~TVC利用晶閘管交流調(diào)壓器變壓調(diào)速TVC——雙向晶閘管交流調(diào)壓器

圖5-1利用晶閘管交流調(diào)壓器變壓調(diào)速

控制方式TVC的變壓控制方式電路結(jié)構(gòu)：

采用晶閘管反并聯(lián)供電方式，實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)可逆和制動(dòng)。圖5-2采用晶閘管反并聯(lián)的異步電動(dòng)機(jī)可逆和制動(dòng)電路

可逆和制動(dòng)控制

反向運(yùn)行方式

圖5-2所示為采用晶閘管反并聯(lián)的異步電動(dòng)機(jī)可逆和制動(dòng)電路，其中，晶閘管1~6控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行，反轉(zhuǎn)時(shí)，可由晶閘管1，4和7~10提供逆相序電源，同時(shí)也可用于反接制動(dòng)。制動(dòng)運(yùn)行方式當(dāng)需要能耗制動(dòng)時(shí)，可以根據(jù)制動(dòng)電路的要求選擇某幾個(gè)晶閘管不對(duì)稱地工作，例如讓1，2，6三個(gè)器件導(dǎo)通，其余均關(guān)斷，就可使定子繞組中流過(guò)半波直流電流，對(duì)旋轉(zhuǎn)著的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生制動(dòng)作用。必要時(shí)，還可以在制動(dòng)電路中串入電阻以限制制動(dòng)電流。返回目錄異步電機(jī)在次同步電動(dòng)狀態(tài)下的雙饋系統(tǒng)——串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理

串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的其他類型

交直流調(diào)速系統(tǒng)學(xué)習(xí)要點(diǎn)：

串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)性能的一般性討論：（1）起動(dòng)（2）調(diào)速

（3）停止。

重點(diǎn)、難點(diǎn)：

逆變器的控制作用。

基本思路

在異步電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中附加交流電動(dòng)勢(shì)調(diào)速的關(guān)鍵就是在轉(zhuǎn)子側(cè)串入一個(gè)可變頻、可變幅的電壓。怎樣才能獲得這樣的電壓呢？對(duì)于只用于次同步電動(dòng)狀態(tài)的情況來(lái)說(shuō)，比較方便的辦法是將轉(zhuǎn)子電壓先整流成直流電壓，然后再引入一個(gè)附加的直流電動(dòng)勢(shì)，控制此直流附加電動(dòng)勢(shì)的幅值，就可以調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理

對(duì)直流附加電動(dòng)勢(shì)的技術(shù)要求首先，它應(yīng)該是可平滑調(diào)節(jié)的，以滿足對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速平滑調(diào)節(jié)的要求；其次，從節(jié)能的角度看，希望產(chǎn)生附加直流電動(dòng)勢(shì)的裝置能夠吸收從異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)傳遞來(lái)的轉(zhuǎn)差功率并加以利用。

系統(tǒng)方案

根據(jù)以上兩點(diǎn)要求，較好的方案是采用工作在有源逆變狀態(tài)的晶閘管可控整流裝置作為產(chǎn)生附加直流電動(dòng)勢(shì)的電源，這就形成了圖中所示的功率變換單元CU2。按照上述原理組成的異步電機(jī)在低于同步轉(zhuǎn)速下作電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行的雙饋調(diào)速系統(tǒng)如下圖所示，習(xí)慣上稱之為電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。

電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)原理圖

系統(tǒng)組成

功率變換單元UR—

三相不可控整流裝置，將異步電機(jī)轉(zhuǎn)子相電動(dòng)勢(shì)sEr0

整流為直流電壓Ud

。UI—

三相可控整流裝置，工作在有源逆變狀態(tài)：可提供可調(diào)的直流電壓Ui

，作為電機(jī)調(diào)速所需的附加直流電動(dòng)勢(shì)；可將轉(zhuǎn)差功率變換成交流功率，回饋到交流電網(wǎng)。式Id和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子交流電流Ir之間有固定的比例關(guān)系，它近似地反映了電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的大小，β是控制變量

工作原理（1）起動(dòng)起動(dòng)條件對(duì)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)而言，起動(dòng)應(yīng)有足夠大的轉(zhuǎn)子電流Ir

或足夠大的整流后直流電流Id

。轉(zhuǎn)子整流電壓Ud

與逆變電壓Ui

間應(yīng)有較大的差值。

起動(dòng)控制控制逆變角，使在起動(dòng)開(kāi)始的瞬間，Ud與Ui

的差值能產(chǎn)生足夠大的Id

，以滿足所需的電磁轉(zhuǎn)矩，但又不超過(guò)允許的電流值，這樣電動(dòng)機(jī)就可在一定的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩下加速起動(dòng)。隨著轉(zhuǎn)速的增高，其轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)減少，必須相應(yīng)地增大角以減小Ui

，從而維持加速過(guò)程中動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩基本恒定。工作原理（續(xù)）（2）調(diào)速調(diào)速原理：通過(guò)改變角的大小調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。調(diào)速過(guò)程：UiIdK1sEr0nTeTe=TLId工作原理（續(xù)）（3）停車(chē)

串級(jí)調(diào)