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1、第第6 6章章 交流交流-交流变流电路交流变流电路1第6章-交流交流变流电路交流交流-交流变流电路交流变流电路:把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路,可以改变相关的电压、频率和相数。可以改变相关的电压、频率和相数。变频电路变频电路改变频率的电路改变频率的电路 交交变频交交变频 直接直接 交直交变频交直交变频 间接间接交流电力交流电力控制电路控制电路只改变电压只改变电压,电电流或控制电路的流或控制电路的通断通断,而不改变而不改变频率的电路。频率的电路。交流调压电路交流调压电路 相位控制相位控制交流调功电路交流调功电路 通断控制通断控制2第6章-交流交流
2、变流电路 6.1 6.1 交流调压电路交流调压电路 交流电力控制电路交流电力控制电路q交流电力电子开关交流电力电子开关根据需要接通或断开电路。根据需要接通或断开电路。q交流调功电路交流调功电路以交流电周期为单位控制晶闸管以交流电周期为单位控制晶闸管通断，改变通断周期数的比，调节输出功率的平均通断，改变通断周期数的比，调节输出功率的平均值。值。q交流调压电路交流调压电路每半个周波控制晶闸管开通相位，每半个周波控制晶闸管开通相位，调节输出电压有效值。调节输出电压有效值。3第6章-交流交流变流电路 应用应用 1 1 灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制)。2 2 异步
3、电动机软起动。异步电动机软起动。3 3 异步电动机调速。异步电动机调速。4 4 供用电系统对无功功率的连续调节。供用电系统对无功功率的连续调节。5 5 调节变压器一次电压。调节变压器一次电压。6.1 6.1 交流调压电路交流调压电路4第6章-交流交流变流电路 电力电子开关电力电子开关6.1.1 6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路5第6章-交流交流变流电路 电阻负载电阻负载 工作原理：工作原理：在在 u u1 1的正半周和负半周，分的正半周和负半周，分别对别对VTVT1 1和和VTVT2 2的开通角的开通角a a进进行控制就可以调节输出电压行控制就可以调节输出电压正负半周正负半周a a
4、 起始时刻（起始时刻（a a=0=0）均为电压过零时刻，稳态时，均为电压过零时刻，稳态时，正负半周的正负半周的a a 相等相等负载电压波形是电源电压波负载电压波形是电源电压波形的一部分，负载电流（也形的一部分，负载电流（也即电源电流）和负载电压的即电源电流）和负载电压的波形相同波形相同6.1.1 6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路6第6章-交流交流变流电路2sin21dsin21121oUttUURUIoo)22sin1(21sin221121RUtdRtUIT2sin211oo1ooUUIUIUSP数量关系数量关系n负载电压有效值负载电压有效值n负载电流有效值负载电流有效值n晶闸管
5、电流有效值晶闸管电流有效值n电路的功率因数电路的功率因数7第6章-交流交流变流电路 输出电压与输出电压与a a的关系的关系:移相范围为移相范围为0 0 a a 。a a=0=0时，输出电压为时，输出电压为最大，最大，U Uo o=U U1 1。随。随a a的增大，的增大，U Uo o降低，降低，a a=时，时，U Uo o=0=0。与与a a的关系：的关系：a a=0=0时，功率因数时，功率因数=1=1，a a增大，输入电流滞增大，输入电流滞后于电压且畸变，后于电压且畸变，降低降低8第6章-交流交流变流电路6.1.1 6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 阻感负载阻感负载q负载阻抗角：
6、负载阻抗角：=arctan(arctan(wLwL/R R)，阻抗角，阻抗角反映了负载电感作用的反映了负载电感作用的大小，根据控制角大小，根据控制角a a和阻和阻抗角抗角 的关系电路的工的关系电路的工作情况不同。作情况不同。qa a=时，正弦电压作用时，正弦电压作用于于R R、L L负载负载9第6章-交流交流变流电路 阻感负载阻感负载qa a 时，达到稳态时时，达到稳态时的工作情况和的工作情况和a a=时时相同，失去调压作用。相同，失去调压作用。10第6章-交流交流变流电路 阻感负载阻感负载qa a 时，负载电流断续时，负载电流断续11第6章-交流交流变流电路cos)2cos(sin21ZU)
7、d()sin()sin(2212tg1VTtetZUIttdtUUo21)sin2(122sin2sin11 U数量关系数量关系（a 时时）负载电压有效值：负载电压有效值：晶闸管电流有效值：晶闸管电流有效值：负载电流有效值负载电流有效值 ：TII2012第6章-交流交流变流电路单相交流调压电路的谐波分析单相交流调压电路的谐波分析 负载电压和负载电流均不是正弦波，波形正负半波对称，所负载电压和负载电流均不是正弦波，波形正负半波对称，所以不含直流分量和偶次谐波。以不含直流分量和偶次谐波。谐波次数为谐波次数为3 3、5 5、77等次谐波。等次谐波。随着次数的增加，谐波含量减少。随着次数的增加，谐波含
8、量减少。和电阻负载时相比，阻感负载时的谐波电流含量少一些。和电阻负载时相比，阻感负载时的谐波电流含量少一些。a a 角相同时，随着阻抗角角相同时，随着阻抗角的增大，谐波含量有所减少。的增大，谐波含量有所减少。13第6章-交流交流变流电路斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路在交流电源在交流电源u u1 1的正半周的正半周RL图4-7u1i1uoV1V2VD1VD2V3V4VD4VD3用用V V1 1进行斩波控制进行斩波控制用用V3V3给负载电流提供续流通道给负载电流提供续流通道14第6章-交流交流变流电路RL图4-7u1i1uoV1V2VD1VD2V3V4VD4VD3用用V2V2进行斩波控制进行
9、斩波控制用用V4V4给负载电流提供续流给负载电流提供续流通道通道在交流电源u1的负半周15第6章-交流交流变流电路斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路电阻负载电阻负载电源电流的基波分量和电源电流的基波分量和电源电压同相位，即位电源电压同相位，即位移因数为移因数为1 1。通过调解开关的导通时通过调解开关的导通时间，来控制输出电压的间，来控制输出电压的波形及其基波数值。波形及其基波数值。电源电流不含低次谐波，电源电流不含低次谐波，只含和开关周期只含和开关周期T T有关有关的高次谐波。的高次谐波。功率因数接近功率因数接近1 1。16第6章-交流交流变流电路阻感负载阻感负载17第6章-交流交流变流电路
10、6.1.2 6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路根据联结形式的不同，三相交流调压电路具有多种形式根据联结形式的不同，三相交流调压电路具有多种形式18第6章-交流交流变流电路 三线四相三线四相 基本原理：相当于三个单相交流基本原理：相当于三个单相交流调压电路的组合，三相互调压电路的组合，三相互相错开相错开120120工作。工作。问题：三相中问题：三相中3 3倍次谐波同相位，倍次谐波同相位，全部流过零线。零线有很全部流过零线。零线有很大大3 3倍次谐波电流。倍次谐波电流。星形联结电路星形联结电路 （可分为三线三相和三线四相）（可分为三线三相和三线四相）19第6章-交流交流变流电路三相三线三
11、相三线任一相导通时必须和另一任一相导通时必须和另一相构成回路，电流流通路相构成回路，电流流通路径中有两个晶闸管，晶闸径中有两个晶闸管，晶闸管的触发顺序为管的触发顺序为VT1VT6 VT1VT6，依次相，依次相差差60600 0，开通角开通角a a的起点的起点从相电压的过零点开始。从相电压的过零点开始。且且a a的移相范围是的移相范围是0 00 0 1501500 020第6章-交流交流变流电路工作模式一工作模式一 三相同时工作状态，即每相有一三相同时工作状态，即每相有一个晶闸管导通，三相同时有三个个晶闸管导通，三相同时有三个晶闸管导通，在导通区间，各相晶闸管导通，在导通区间，各相负载电压等于电
12、源相电压。负载电压等于电源相电压。工作模式二工作模式二 三相中只有两相工作，即同一时刻三相中只有两相有晶闸管三相中只有两相工作，即同一时刻三相中只有两相有晶闸管导通。这时，导通两相的负载是串联接在这两相电源上，因导通。这时，导通两相的负载是串联接在这两相电源上，因此导通两相负载上的电压（相电压）为该两相电源线电压的此导通两相负载上的电压（相电压）为该两相电源线电压的二分之一。二分之一。工作模式三工作模式三 三相晶闸管均不导通，负载电压为零。三相晶闸管均不导通，负载电压为零。21第6章-交流交流变流电路a a=0=0：三管导通与两管导通三管导通与两管导通交替，每管导通交替，每管导通180180a
13、 a 。但。但a a =0=0时一直是三时一直是三管导通。管导通。22第6章-交流交流变流电路 =60：两管导通两管导通23第6章-交流交流变流电路a=120：两管导通与无晶两管导通与无晶闸管导通交替闸管导通交替.24第6章-交流交流变流电路三相感性负载：三相感性负载：控制角控制角a a 时，则三相开关器件导电角为时，则三相开关器件导电角为1801800 0，交流电源电压直接全部加到负载上，不能调控电，交流电源电压直接全部加到负载上，不能调控电压输出，压输出，a a 时类似于单相电路的分析方法时类似于单相电路的分析方法25第6章-交流交流变流电路谐波情况谐波情况电流谐波次数为电流谐波次数为6
14、6k k1(1(k k=1=1，2 2，3 3，)，和，和三相桥式全控整流电路交流侧电流所含谐波的三相桥式全控整流电路交流侧电流所含谐波的次数完全相同。次数完全相同。谐波次数越低，含量越大。谐波次数越低，含量越大。和单相交流调压电路相比，没有和单相交流调压电路相比，没有3 3倍次谐波。倍次谐波。26第6章-交流交流变流电路6.2 6.2 其他交流电力控制电路其他交流电力控制电路27第6章-交流交流变流电路电路结构电路结构6.2.1 6.2.1 交流调功电路交流调功电路控制周期为控制周期为MM倍电源倍电源周期，晶闸管在前周期，晶闸管在前N N个个周期导通，后周期导通，后MMN N个个周期关断。周
15、期关断。晶闸管导通的时刻都晶闸管导通的时刻都是在电源电压过零的是在电源电压过零的时刻。时刻。28第6章-交流交流变流电路6.2.1 6.2.1 交流调功电路交流调功电路交流调功电路交流调功电路:是将负载与交流电源接通几个周期是将负载与交流电源接通几个周期,再断开再断开几个周期几个周期,通过通断周波数的比值来调节负载所消耗的通过通断周波数的比值来调节负载所消耗的平平均功率均功率。交流调功电路与交流调压电路的异同比较交流调功电路与交流调压电路的异同比较相同点相同点:电路形式电路形式完全相同完全相同 不同点不同点:控制方式控制方式不同不同交流调压电路在每个电源交流调压电路在每个电源周期周期都对输出电
16、压波形进行控制。都对输出电压波形进行控制。29第6章-交流交流变流电路6.2.2 6.2.2 交流电力电子开关交流电力电子开关概念概念:把晶闸管或其它可控性电力电子器件反并联后串入交流电路把晶闸管或其它可控性电力电子器件反并联后串入交流电路中，代替电路中的机械开关，起接通和断开电路的作用。中，代替电路中的机械开关，起接通和断开电路的作用。优点优点:响应速度快，无触点，寿命长，可频繁控制通断。响应速度快，无触点，寿命长，可频繁控制通断。缺点缺点:开关损耗较大。开关损耗较大。与交流调压、调功电路的区别与交流调压、调功电路的区别通常没有明确的控制周期，只是根据需要控制电路的接通和通常没有明确的控制周期，只是根据需要控制电路的接通和 断开。断开。控制频度通常比交流调功电路低得多。控制频度通常比交流调功电路低得多。30第6章-交流交流变流电路应用：晶闸管投切电容应用：晶闸管投切电容6.2.2 6.2.2 交流电力电子开关交流电力电子开关结构和原理结构和原理晶闸管反并联后串入交流电路。晶闸管反并联后串入交流电路。实际常用三相，可三角形联结，实际常用三相，可三角形联结，也可星形联结。也可星形联结。作
