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1、第第6 6章章 交流交流变流电路交流交流变流电路 6.1 交流调压电路交流调压电路 6.2 其他交流电力控制电路其他交流电力控制电路 本章小结本章小结1第6章-交流交流变流电路引言交流交流-交流变流电路：把一种形式的交流变流电路：把一种形式的交流交流变成另一种形式变成另一种形式交流交流的电路。的电路。交流交流-交流变换电路可以分为交流变换电路可以分为直接方式（即无中间直流环直接方式（即无中间直流环节）节）和和间接方式（有中间直流环节）间接方式（有中间直流环节）两种。两种。直接方式直接方式 交流电力控制电路：只改变电压、电流或对电路的通断交流电力控制电路：只改变电压、电流或对电路的通断进行控制，
2、而不改变频率的电路。进行控制，而不改变频率的电路。变频电路：改变频率的电路。变频电路：改变频率的电路。2第6章-交流交流变流电路6.1 交流调压电路交流调压电路 6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路3第6章-交流交流变流电路6.1 交流调压电路交流调压电路引言引言把把两个晶闸管反并联两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可以控制交流输出。可以控制交流输出。交流电力控制电路交流电力控制电路 交流调压电路交流调压电路：在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，：在每半个周波内通过对晶闸管
3、开通相位的控制，调节输出电压有效值的电路。调节输出电压有效值的电路。交流调功电路交流调功电路：以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断，改变：以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断，改变通态周期数和断态周期数的比，调节输出功率平均值的电路。通态周期数和断态周期数的比，调节输出功率平均值的电路。交流电力电子开关交流电力电子开关：串入电路中根据需要接通或断开电路的晶闸：串入电路中根据需要接通或断开电路的晶闸管。管。应用应用 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)。异步电动机软起动。异步电动机软起动。异步电动机调速。异步电动机调速。供用电系统对无功功率的连续调节。供用电系统
4、对无功功率的连续调节。在高压小电流或低压大电流直流电源中，用于调节变压器一次电在高压小电流或低压大电流直流电源中，用于调节变压器一次电压。压。4第6章-交流交流变流电路6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路Ou1uoiouVTwtOwtOwtOwt图图6-1 电阻负载单相交电阻负载单相交流调压电路及其波形流调压电路及其波形电阻负载电阻负载 工作过程工作过程 在交流电源在交流电源u u1 1的正半周和负半周，分别对的正半周和负半周，分别对VTVT1 1和和VTVT2 2的开通角的开通角 进行控制就可以调节输出电压。进行控制就可以调节输出电压。基本的数量关系基本的数量关系 负载电压有效值负载
5、电压有效值U Uo o ww2sin21dsin21121oUttUU负载电流有效值负载电流有效值Io RUIoo晶闸管电流有效值晶闸管电流有效值IT)22sin1(21sin221121wwRUtdRtUIT功率因数功率因数 2sin211oo1ooUUIUIUSP(6-1)(6-2)(6-3)(6-4)5第6章-交流交流变流电路6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路VT1图图6-2 阻感负载单相交流阻感负载单相交流调压电路及其波形调压电路及其波形阻感负载阻感负载 工作过程工作过程 若晶闸管短接，稳态时负载电流为正若晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，相位滞后于弦波，相位滞后于u u1
6、 1的角度为的角度为，当用晶闸管，当用晶闸管控制时，只能进行控制时，只能进行滞后控制滞后控制，使负载电流更，使负载电流更为滞后。为滞后。设负载的阻抗角为设负载的阻抗角为 ，稳，稳态时态时 的移相范围应为的移相范围应为 。在在w wt=t=时刻开通晶闸管时刻开通晶闸管VTVT1 1，可求得，可求得导通角导通角，即，即 的移相范围为的移相范围为00 ，随着，随着 的增大，的增大，U Uo o逐渐降低，逐渐降低，逐渐降低。逐渐降低。)/(tg1RLwtg)sin()sin(e(6-7)6第6章-交流交流变流电路6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 时的工作情况时的工作情况 VTVT1 1的导
7、通时间的导通时间超过超过。触发触发VTVT2 2时，时，i io o尚未过零，尚未过零，VTVT1 1仍导通，仍导通，VTVT2 2不会导通，不会导通，i io o过零后，过零后，VTVT2 2才可开才可开通，通，VTVT2 2导通角导通角小于小于。i io o有有指数衰减分量指数衰减分量，在指数分量衰减过程中，在指数分量衰减过程中，VTVT1 1导通时间渐短，导通时间渐短，VTVT2 2的导的导通时间渐长。通时间渐长。wtwtwtwt图4-5OOOOu1iG1iG2ioiT1iT2图图6-5 6-5 时阻感负载交流调压电路工作波形时阻感负载交流调压电路工作波形7第6章-交流交流变流电路6.1
8、.2 三相交流调压电路三相交流调压电路根据三相联结形式的不同，三相交流调压电路具有多种形式。根据三相联结形式的不同，三相交流调压电路具有多种形式。图图6-9 三相交流调压电路三相交流调压电路a)星形联结星形联结 b)支路控制三角形联结支路控制三角形联结 c)中点控制三角形联结中点控制三角形联结 8第6章-交流交流变流电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路星形联结电路星形联结电路 分为分为三相三线三相三线和和三相四线三相四线两种情况。两种情况。三相四线三相四线 相当于三个单相交流调压电路的组合，相当于三个单相交流调压电路的组合，三相互相错开三相互相错开120120工作。工作。基波和基波
9、和3 3倍次以外倍次以外的谐波在三相之间流的谐波在三相之间流动，不流过零线，动，不流过零线，3 3的整数倍次的整数倍次谐波是同相位谐波是同相位的，不能在各相之间流动，全部流过零线。的，不能在各相之间流动，全部流过零线。当当=90=90时，零线电流甚至和各相电时，零线电流甚至和各相电流的有效值接近。流的有效值接近。三相三线带电阻负载时的工作原理三相三线带电阻负载时的工作原理 任一相导通须和另一相构成回路，因此任一相导通须和另一相构成回路，因此电流通路中电流通路中至少有两个晶闸管至少有两个晶闸管，应采用双脉冲，应采用双脉冲或宽脉冲触发。或宽脉冲触发。触发脉冲顺序和三相桥式全控整流电路触发脉冲顺序和
10、三相桥式全控整流电路一样，为一样，为VTVT1 1 VT VT6 6,依次相差依次相差6060。图图6-9 a)星形联结星形联结9第6章-交流交流变流电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路图图6-10 6-10 不同不同 角时负载相电压波形角时负载相电压波形a)a)=30=30 b)b)=60=60 把把相电压过零点相电压过零点定为开通角定为开通角 的起的起点，三相三线电路中，两相间导通时点，三相三线电路中，两相间导通时是靠线电压导通的，而线电压超前相是靠线电压导通的，而线电压超前相电压电压3030，因此，因此 角的移相范围是角的移相范围是0 0150150。根据任一时刻导通晶闸管个
11、数以及根据任一时刻导通晶闸管个数以及半个周波内电流是否连续可将半个周波内电流是否连续可将0 0150150的移相范围分为如下三段的移相范围分为如下三段 0 0 6060范围内，电路处于范围内，电路处于三个晶闸管导通与两个晶闸管导通的三个晶闸管导通与两个晶闸管导通的交替状态交替状态，每个晶闸管导通角度为，每个晶闸管导通角度为180180-,但但=0=0时是一种特殊情况，时是一种特殊情况，一直是三个晶闸管导通。一直是三个晶闸管导通。6060 9090范围内，任一时刻范围内，任一时刻都是都是两个晶闸管导通两个晶闸管导通，每个晶闸管的，每个晶闸管的导通角度为导通角度为120120。10第6章-交流交流
12、变流电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路图图6-10 6-10 不同不同 角时负载相电压波形角时负载相电压波形 c)c)=120=120 9090 150150范围内，电路处范围内，电路处于于两个晶闸管导通与无晶闸管导通的两个晶闸管导通与无晶闸管导通的交替状态交替状态，每个晶闸管导通角度为，每个晶闸管导通角度为300300-2-2，而且这个导通角度被分，而且这个导通角度被分割为不连续的两部分，在半周波内形割为不连续的两部分，在半周波内形成两个断续的波头，各占成两个断续的波头，各占150150-。谐波分析谐波分析 电流谐波次数为电流谐波次数为6k6k1 1(k k=1=1，2 2，3
13、 3，)。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，和单相交流调压电路相比，没没有有3 3倍次谐波倍次谐波，因为三相对称时，它，因为三相对称时，它们不能流过三相三线电路。们不能流过三相三线电路。11第6章-交流交流变流电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路图图6-9 三相交流调压电路三相交流调压电路 b)支路控制三角形联结支路控制三角形联结支路控制三角联结电路支路控制三角联结电路 由三个单相交流调压电路组成，分由三个单相交流调压电路组成，分别在不同的别在不同的线电压线电压作用下工作。作用下工作。单相交流调压电路的分析方法和结单相交流调压电路的分析方法和结
14、论完全适用，输入线电流（即电源电流）论完全适用，输入线电流（即电源电流）为与该线相连的两个负载相电流之和。为与该线相连的两个负载相电流之和。谐波分析谐波分析 3 3倍次谐波倍次谐波相位和大小相同，在三相位和大小相同，在三角形回路中流动，而不出现在线电流中。角形回路中流动，而不出现在线电流中。线电流中所谐波次数为线电流中所谐波次数为6k6k1 1(k k为为正整数正整数)。在相同负载和在相同负载和 角时，线电流中谐角时，线电流中谐波含量少于三相三线星形电路。波含量少于三相三线星形电路。12第6章-交流交流变流电路6.2 其他交流电力控制电路其他交流电力控制电路 6.2.1 交流调功电路交流调功电
15、路 6.2.2 交流电力电子开关交流电力电子开关13第6章-交流交流变流电路6.2.1 交流调功电路交流调功电路2NM电源周期控制周期=M倍电源周期=24MO导通段=M3M2Muou1uo,iowtU12012 14谐波次数相对于电源频率的倍数2 4 61080.60.50.40.30.20.1051234In/I0m图图6-11 交流调功电路典型波形交流调功电路典型波形(M=3、N=2)图图6-12 交流调功电路的电流频谱图交流调功电路的电流频谱图(M=3、N=2)交流调功电路交流调功电路 工作原理工作原理 和交流调压电路的电路形式完全相同，只是和交流调压电路的电路形式完全相同，只是控制方式
16、不同控制方式不同。通过改变通过改变接通周波数接通周波数与与断开周波数断开周波数的比值来调节负载所消耗的的比值来调节负载所消耗的平均功率。平均功率。14第6章-交流交流变流电路6.2.1 交流调功电路交流调功电路 谐波分析谐波分析 在交流电源接通期间，负载电压电流都是在交流电源接通期间，负载电压电流都是正弦波正弦波，不对电网电压电流造，不对电网电压电流造成通常意义的谐波污染。成通常意义的谐波污染。如果以电源周期为基准，电流中不含整数倍频率的谐波，但含有如果以电源周期为基准，电流中不含整数倍频率的谐波，但含有非整数非整数倍频率的谐波倍频率的谐波，而且在电源频率附近，非整数倍频率谐波的含量较大。，而且在电源频率附近，非整数倍频率谐波的含量较大。2NM电源周期控制周期=M倍电源周期=24MO导通段=M3M2Muou1uo,iowtU12012 14谐波次数相对于电源频率的倍数2 4 61080.60.50.40.30.20.1051234In/I0m图图6-11 交流调功电路典型波形交流调功电路典型波形(M=3、N=2)图图6-12 交流调功电路的电流频谱图交流调功电路的电流频谱图(M=3、N
