電力電子技術(shù) kPE課件6專業(yè)課教材

第6章交流電力控制電路§6.1單相交流調(diào)壓電路§6.2三相交流調(diào)壓電路§6.3交流調(diào)功電路§6.4電力電容器的投切控制

§6.1單相交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路的主要應(yīng)用：交流調(diào)功(電加熱)、燈光控制、異步電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)、調(diào)速節(jié)能運(yùn)行等。1.電阻負(fù)載

雙向交流開關(guān)：VT1與VT2反并聯(lián)，可用一只雙向晶閘管（KS）代替。正負(fù)半周

的起始點(diǎn)均為相電壓的過零點(diǎn)。在正半周

處VT1觸通，uo=u1，在u1過零變負(fù)時(shí)，

VT1反偏自行關(guān)斷。電路波形

Goback在u1負(fù)半周，VT2正偏而VT1承受反壓，在

角處VT2觸通，負(fù)載電流反向。負(fù)載電壓波形正負(fù)半周均為電源電壓波形的一個(gè)片段。正負(fù)半周對(duì)稱平均值為0（純交流輸出）。由于純電阻負(fù)載，io與uo波形相同。負(fù)載電壓有效值：

負(fù)載電流有效值：Io=Uo/R電路波形每只SCR電流有效值：（面積差一半）移相范圍：

=0~功率因數(shù)：當(dāng)

=0時(shí)，Uo=U1最大，pf=1。隨

的增大，輸入電流滯后于電壓且發(fā)生畸變，pf降低。VT1、VT2需要兩路觸發(fā)脈沖uG1、uG2分別觸發(fā)。電路波形采用雙向晶閘管時(shí)的觸發(fā)情況：在正負(fù)半周都需要對(duì)同一個(gè)門極施加觸發(fā)脈沖2.阻感負(fù)載負(fù)載阻抗角

=tg-1(L/R)。在交流開關(guān)完全導(dǎo)通時(shí)（相當(dāng)于用導(dǎo)線連通）穩(wěn)態(tài)時(shí)負(fù)載電流應(yīng)為正弦波。并且相位比電源電壓u1滯后

角。SCR只能進(jìn)行滯后控制，使負(fù)載電流更為滯后。阻感負(fù)載

=的情況：輸出效果與交流開關(guān)完全短路開通的情況相同。相當(dāng)于SCR失去開關(guān)控制調(diào)壓作用。

>的情況:正半周

處VT1觸通，工作情況與單相半波可控整流類似；在正半周過零變負(fù)時(shí)電感L使VT1延續(xù)導(dǎo)通，延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短與負(fù)載的電感性強(qiáng)弱有關(guān)。穩(wěn)態(tài)下電流正負(fù)半周波形對(duì)稱，各管導(dǎo)通角

小于180o。

較大時(shí)的情況：

Uo

（正負(fù)半周面積均減?。┯行е涤?jì)算：（此積分考慮了半周

內(nèi)的兩部分面積）較大阻感負(fù)載

Goback

IVT有效值計(jì)算涉及到較復(fù)雜的io表達(dá)式（略）。

Goback結(jié)論：當(dāng)

>時(shí)，<180O，正負(fù)半波電流斷續(xù)。愈大，

越小，波形斷續(xù)愈嚴(yán)重，但交流電壓可調(diào)。

~

（）的關(guān)系曲線：Goback

<的情況:若采用窄脈沖觸發(fā)：剛上電時(shí)，由于VT1觸發(fā)早，電流io從零上升，其導(dǎo)通角將超過180o（因?yàn)殡姼须妷鹤饔妹娣e大，過充電，放能時(shí)間延長(zhǎng)）。當(dāng)負(fù)半周uG2脈沖出現(xiàn)時(shí)，VT1的電流尚未減到0，VT2受反壓不能觸通；待VT1中電流降到零關(guān)斷，VT2開始正偏時(shí)，uG2脈沖已消失，故VT2無法導(dǎo)通。轉(zhuǎn)波形圖下一個(gè)正半周uG1又觸通VT1，使負(fù)載電流只有正半周，出現(xiàn)很大的直流分量，電路不能正常工作（通常負(fù)載電阻分量很小，直流電流會(huì)很大）。轉(zhuǎn)波形圖

Goback在<時(shí)，若觸發(fā)脈沖足夠?qū)捇蛎}沖列觸發(fā)，更容易滿足上述穩(wěn)態(tài)下電流自然交變的開關(guān)要求：

io比u1滯后角（穩(wěn)態(tài)），VT1已在角處提前觸發(fā)，并且在io過零變正時(shí)一直保持觸發(fā)。在io過零變負(fù)時(shí)同樣保證VT2及時(shí)導(dǎo)通?？傊?，在交流開關(guān)完全短路的情況下io正弦波所要求的雙向電流路徑，在≤時(shí)，由VT1、2完全可以提供。因此，作用效果與交流開關(guān)短路時(shí)相同。

~()的關(guān)系曲線分析轉(zhuǎn)曲線脈沖波形工作波形

GobackGoback

結(jié)論：（阻感負(fù)載）能使輸出電壓可調(diào)的正常移相范圍：

=~。正負(fù)半波電流斷續(xù)（<180o），非正弦，

越大，則越小，電流波形斷續(xù)加重，并且功率因數(shù)越低。當(dāng)≤時(shí)，若采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)，則作用效果與交流開關(guān)完全短路情況相同，不具備可控調(diào)壓作用，uo=u1，io為連續(xù)正弦波。在電感性負(fù)載下，不能用窄脈沖觸發(fā)，否則當(dāng)

<時(shí)會(huì)發(fā)生一只SCR無法導(dǎo)通現(xiàn)象，輸出電流出現(xiàn)很大的直流分量，會(huì)燒毀熔斷器或晶閘管?！?.2三相交流調(diào)壓電路三相負(fù)載星形連接方式最常用，每相各由一個(gè)雙向交流開關(guān)控制。VT1、3、5使三相電流正向流通，

VT4、6、2使三相交流反向流通。三相四線制Y接（Y0）：相當(dāng)于三個(gè)單相交流調(diào)壓電路的組合，三相互差120o相位，分析方法與單相相同。各相中的3整倍次諧波電流是同相位的，全部流過中線，會(huì)形成很大的3次諧波電流（零序電流）?；ê推渌C波在三相之間流動(dòng)，不流過中線。三相三線制Y接：三相正半周對(duì)應(yīng)的VT1、3、5觸發(fā)脈沖依次相差120o；每相的正負(fù)半周分別由反并聯(lián)的2只SCR觸發(fā)控制，

角相同，互差180o觸發(fā)。Goback觸發(fā)順序與三相全控橋一樣：VT1~VT6依次相差60o。任1相在導(dǎo)通時(shí)必須和另1或2相構(gòu)成回路（無中線），電流流通路徑中，須有至少兩相SCR同時(shí)導(dǎo)通，故應(yīng)采用雙脈沖或?qū)捗}沖（列）觸發(fā)。兩種工作情況：有時(shí)可能是三相中各有一只SCR導(dǎo)通，每相負(fù)載電壓等于電源相電壓；也可能兩相中各有一只SCR導(dǎo)通，另一相不通，這時(shí)導(dǎo)通相的負(fù)載電壓等于電源線電壓的一半（三相對(duì)稱負(fù)載）?？刂平?/p>

的起點(diǎn)為相電壓過零點(diǎn)（∵若換為二極管，在相電壓過零時(shí)即開始導(dǎo)通）。三相電阻負(fù)載（無中線）時(shí)

移相范圍：0~150o。三相阻感負(fù)載時(shí)無論有無中線，

移相范圍：~150o。轉(zhuǎn)Y接圖三相電阻負(fù)載（無中線）時(shí)的波形圖：

=0o，30o，6

0o，90o，120o，觀察每相負(fù)載的uRA波形。VT1VT2VT3VT4VT5VT6uAuBuC

=0ouRAuABuAC轉(zhuǎn)Y接圖

uACuABVT1VT2VT3VT4VT5VT6uAuBuC

=30ouRAt1t2t3t4t5轉(zhuǎn)Y接圖

VT1VT2VT3VT4VT5VT6uAuBuCuABuACuRA

=60ot1t2t3t4t5轉(zhuǎn)Y接圖

VT1VT2VT3VT4VT5VT6uAuBuC

=90ouABuACuRAt1t2t3t4t5轉(zhuǎn)Y接圖

VT1VT2VT3VT4VT5VT6uAuBuC

=120ouABuACuRAt1t2t3t4t5轉(zhuǎn)Y接圖支路控制三角形聯(lián)接電路

典型用例：晶閘管控制電抗器（ThyristorControlledReactor—TCR）。近似純電感負(fù)載，a

的移相范圍為90°~180°。通過對(duì)a角的控制，可以連續(xù)調(diào)節(jié)電抗器電流，從而調(diào)節(jié)電路從電網(wǎng)中吸收的無功功率。如配接固定電容器，就可以在從容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率，被稱為靜止無功補(bǔ)償裝置（StaticVar

Campensator—SVC）。在電力系統(tǒng)中廣泛用來對(duì)無功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，以補(bǔ)償電壓波動(dòng)或閃變。轉(zhuǎn)

接圖三相對(duì)稱負(fù)載相電流中3的整倍次諧波的相位和大小都相同，它們?cè)谌切位芈分辛鲃?dòng)，而不出現(xiàn)在線電流中。因此，和三相三線星形電路相同，線電流中所含諧波的次數(shù)也是6k±1(k為正整數(shù))。三個(gè)單相電路分別在不同的線電壓的作用下單獨(dú)工作。因此，單相交流調(diào)壓電路的分析方法和結(jié)論完全適用。

轉(zhuǎn)

接圖

圖6-18晶閘管控制電抗器(TCR)電路Goback§6.3交流調(diào)功電路間歇式通斷控制：交流調(diào)功主電路形式與交流調(diào)壓完全相同，只是控制方式不同。不是對(duì)交流電源的每個(gè)周期電壓波形進(jìn)行控制，而是將負(fù)載與交流電源接通幾個(gè)整周波，再斷開幾個(gè)整周波。調(diào)節(jié)平均功率：改變接通周波數(shù)與斷開周波數(shù)之比。典型應(yīng)用：溫度控制（不能用于交流電機(jī)）。SCR在電源電壓過零時(shí)觸通，在電流過零時(shí)自行關(guān)斷。在接通期間，負(fù)載電壓、電流均為正弦波，不存在諧波污染。

Goback§6.4電力電容器的投切控制把晶閘管反并聯(lián)后串入交流電路中，代替電路中的機(jī)械開關(guān)，起接通和斷開電路的作用，稱作交流電力電子開關(guān)。和機(jī)械開關(guān)相比，這種開關(guān)響應(yīng)速度快，沒有觸點(diǎn)，壽命長(zhǎng)，可以頻繁控制通斷。交流電力電子開關(guān)并不去控制電路的平均輸出功率，通常也沒有明確的控制周期，而只是根據(jù)需要控制電路的接通和斷開?？刂祁l度通常比交流調(diào)功電路低得多。轉(zhuǎn)電容組在公用電網(wǎng)中，交流電力電容器的投入與切斷是控制無功功率的重要手段。通過對(duì)無功功率的控制，可以提高功率因數(shù)，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，改善供電質(zhì)量。和用機(jī)械開關(guān)投切電容器的方式相比，晶閘管投切電容器（ThyristorSwitchedCapacitor—TSC）是一種性能優(yōu)良的無功補(bǔ)償方式。串聯(lián)的電感很小，用來抑制電容器投入電網(wǎng)時(shí)可能出現(xiàn)的沖擊電流。轉(zhuǎn)電容組

Goback把電容器分成幾組：避免容量較大的電容器組同