第5章交流变换电路.ppt

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1、5-1第第5章章 交流变换电路交流变换电路 概述概述 5.1 交流调压电路交流调压电路 5.2 交流调功电路交流调功电路 5.3 交流电力电子开关交流电力电子开关 5.4 交交变频电路交交变频电路 5-2 概述概述 交流变换电路：把交流电能的参数（幅值、频率、相数）加交流变换电路：把交流电能的参数（幅值、频率、相数）加以转换的电路。以转换的电路。第第5章章 交流变换电路交流变换电路引言引言交流电力控制电路交流电力控制电路 交一交变频电路交一交变频电路（直接变频电路）（直接变频电路）维持频率不变维持频率不变 改变输出电压的幅值。改变输出电压的幅值。将电网频率的交流电直接变换成较低频率的交流电将电

2、网频率的交流电直接变换成较低频率的交流电 直接变频的同时也可实现电压变换。直接变频的同时也可实现电压变换。分分类类5-35.1 3 3、交流调压电路应用：、交流调压电路应用：电炉的温度控制电炉的温度控制 灯光调节灯光调节（如舞台灯光控制）（如舞台灯光控制）异步电机软起动异步电机软起动 异步电机调速异步电机调速 调节整流变压器一次侧电压调节整流变压器一次侧电压 2 2、交流调压的实现方法：、交流调压的实现方法：通过控制晶闸管在每一个电源通过控制晶闸管在每一个电源周期内的导通角的大小（相位控制）来调节输出电压的大小。周期内的导通角的大小（相位控制）来调节输出电压的大小。1 1、交流调压电路、交流调

3、压电路:是用来变换交流电压幅值（或有效值）是用来变换交流电压幅值（或有效值）的电路。的电路。5-4单相交流调压器主电路特点：单相交流调压器主电路特点：1）电源正半周：）电源正半周：T1触发导通，电触发导通，电源的正半周施加到负载上；源的正半周施加到负载上；2）电源负半周：）电源负半周：T2触发导通，电触发导通，电源负半周便加到负载上；源负半周便加到负载上；3）电源电压过零：）电源电压过零：T1、T2交替交替触发导通，电源电压全部加到负触发导通，电源电压全部加到负载；载；4）关断）关断T1、T2：电源电压不能：电源电压不能加到负载上。加到负载上。5.1.1 图图5.1.1 单相交流调压器电路单相

4、交流调压器电路 T1、T2 构成无触点交流开关。构成无触点交流开关。单向交流电压电路的工作情况与它的负载性质有关单向交流电压电路的工作情况与它的负载性质有关 5-5 1）电源电压正半周：）电源电压正半周：晶闸管晶闸管T1承受正向承受正向电压，当电压，当t=时，触发时，触发T1使其导通，负使其导通，负载上得到缺载上得到缺角正弦半波电压；角正弦半波电压；2）电源电压过零：）电源电压过零：T1管电流下降为零管电流下降为零而关断；而关断；3）电源电压负半周：）电源电压负半周：晶闸管晶闸管T2承受正向承受正向电压，当电压，当t=+t=+时，触发时，触发T2使其导通，使其导通，则负载上又得到了缺则负载上又

5、得到了缺角的正弦负半波角的正弦负半波电压。持续这样控制，在负载电阻上便电压。持续这样控制，在负载电阻上便得到每半波缺得到每半波缺角的正弦电压；角的正弦电压；图图5.1.15.1.1 电阻性负载时电阻性负载时单向交流电压电路及输单向交流电压电路及输出电压波形出电压波形 改变改变角的大小，便改变了输出电压有角的大小，便改变了输出电压有效值的大小。效值的大小。1 1、电阻性负载、电阻性负载工作原理：工作原理：5.1.1 Ou1uoiouVTwtOwtOwtOwt5-6电阻性负载数量关系：电阻性负载数量关系：（5.1.1）v 负载电压的有效值负载电压的有效值 v 负载电流的有效值负载电流的有效值 2s

6、in2100RURUI（5.1.2）v 调压器的功率因数调压器的功率因数（5.1.3）图图5.1.15.1.1电阻性负载时电阻性负载时单向交流电压电路及输单向交流电压电路及输出电压波形出电压波形 总结：随着总结：随着角的增大，角的增大，U U0 0逐渐减小。当逐渐减小。当=时，时，U U0 0=0=0。因此，单相交流电压器对于电阻性负载，其电因此，单相交流电压器对于电阻性负载，其电压可调范围为压可调范围为 0 0U U，控制角，控制角的移相范围为的移相范围为0 0。tdtUUw ww w 20)sin2(1 )2sin(21 aaU 2sin21UUUIIUPFOOOO5.1.1 Ou1uoi

7、ouVTwtOwtOwtOwt5-7 单相交流调压电路带电阻负载时，输出电压波形正负半波对称，所以不单相交流调压电路带电阻负载时，输出电压波形正负半波对称，所以不含直流分量和偶次谐波，故含直流分量和偶次谐波，故电阻性负载谐波分析：电阻性负载谐波分析：基波和各次谐波有效值：基波和各次谐波有效值：22on21nnbaU负载电流基波和各次谐波有效值：负载电流基波和各次谐波有效值：RUI/onon在上面关于谐波的表达式中在上面关于谐波的表达式中 n=1为基波，为基波，n=3,5,7,为奇次谐波。随着为奇次谐波。随着谐波次数谐波次数n的增加，谐波含量减少。的增加，谐波含量减少。,5,3,1o)sinco

8、s()(nnntnbtnatuwww)12(cos2211Ua)(22sin2211Ub1)1cos(111)1cos(1121nnnnUan)1sin(11)1sin(1121nnnnUbn(5.1.4)(5.1.4)(n=3,5,7,)5.1.1 5-8感性负载感性负载 （R-LR-L负载）负载）图图5.1.2 5.1.2 带阻感负载单向带阻感负载单向交流调压电路及输出波形交流调压电路及输出波形 v 单相交流电压器带阻感负载时，单相交流电压器带阻感负载时，工作情况同可控整流电路带电感负工作情况同可控整流电路带电感负载相似；载相似；v 当电源电压反向过零时，负载当电源电压反向过零时，负载电感

9、产生感应电动势阻止电流的变电感产生感应电动势阻止电流的变化，故电流不能立即为零；化，故电流不能立即为零；v 晶闸管的导通角晶闸管的导通角的大小与控制的大小与控制角角 、负载阻抗角、负载阻抗角都有关。都有关。5.1.1 0.6Ou1 u1uoiouVTwtOwtOwtwtOuuG1 G1uG2OOwtwtVT15-9 阻感负载的工作情况分析：阻感负载的工作情况分析：v 晶闸管晶闸管T T1 1导通时，负载电流导通时，负载电流I IO O满足：满足：(5.1.7)式中式中 利用边界条件：利用边界条件：，i i0 0=0=0 可求得可求得：(5.1.8)(5.1.8)（为晶闸管的导通角）为晶闸管的导

10、通角）v T T2 2导通时，上述关系完全相同，只是导通时，上述关系完全相同，只是i iO O相差相差1801800 0 图图5.1.3 5.1.3 单相交流调压器以单相交流调压器以为参变量时为参变量时与与 的关系的关系曲线曲线 )sin()sin(2 w w w wtgtoetZUi w w t2122)(LRZw w RLtgw w 1 tge )sin()sin(w w t5.1.1 5-10 1 1、，导通角，导通角 1801800 0，正负半波电流断续。，正负半波电流断续。愈大，愈大，愈小，波形断续愈严重。愈小，波形断续愈严重。负载电压的有效值负载电压的有效值UO、晶闸管电流平均值、

11、晶闸管电流平均值IdT、电流有效值、电流有效值IT以及以及负载电流有效值负载电流有效值IO分别为：分别为：(5.1.9)(5.1.10)(5.1.12)(5.1.11)调压电路的工作情况调压电路的工作情况（、）w ww w )(2sin2sin)sin2(120 UtdtUUtdetItdTw w w w w w)sin()sin(21tan w ww w w w tdetZUItT2tan2)sin()sin()2(21 cos)2cos(sin ZUTOII2 5.1.1 5-11 2 2、可得：可得：=180=1800 0 此时，晶闸管轮流导通，相当于晶闸管被短接。此时，晶闸管轮流导通，

12、相当于晶闸管被短接。负载电流处于连续状态，为完全的正弦波。负载电流处于连续状态，为完全的正弦波。tge )sin()sin(由由0)sin(5.1.8)(5.1.8)5.1.1 5-121 1）如果采用窄脉冲触发，会出现先触发的一只晶闸管导通，如果采用窄脉冲触发，会出现先触发的一只晶闸管导通，而另一只管子在电流下降为零时，因其门极脉冲已经消失不能而另一只管子在电流下降为零时，因其门极脉冲已经消失不能导通的失控现象。回路中将出现很大的直流电流分量，无法维导通的失控现象。回路中将出现很大的直流电流分量，无法维持电路的正常工作。持电路的正常工作。2 2）采用宽脉冲或脉冲列采用宽脉冲或脉冲列触发，使第

13、二个晶闸管的触发，使第二个晶闸管的导通角导通角 。即。即可使可使两两个晶闸管的个晶闸管的导通角导通角=1800达到平衡。达到平衡。解决失控现象。解决失控现象。3 3、18005.1.1 j时阻感负载交流调压电路工作波形wtwtwtwt图4-5OOOOu1iG1iG2iojiT1iT25-13 图图5.1.45.1.4窄脉冲触发时的工作波形窄脉冲触发时的工作波形 v 当当 时，并采用宽脉冲触时，并采用宽脉冲触发，负载电压、电流总是完整的发，负载电压、电流总是完整的正弦波，改变控制角正弦波，改变控制角 ,负载电压、负载电压、电流的有效值不变，即电路失去电流的有效值不变，即电路失去交流调压的作用。交

14、流调压的作用。v 在电感负载时，要实现交流调在电感负载时，要实现交流调压的目的，则最小控制角压的目的，则最小控制角 （负载的功率因数角）。所以（负载的功率因数角）。所以 的移相范围为的移相范围为1801800 0 5.1.1 5-14 1 1）电流谐波次数和电阻负载时相同，也只含电流谐波次数和电阻负载时相同，也只含3 3、5 5、7 7 等次谐波；等次谐波；2 2）随着次数的增加，谐波含量减少；随着次数的增加，谐波含量减少；3 3）和电阻负载时相比，阻感负载时的谐波电流含和电阻负载时相比，阻感负载时的谐波电流含 量少一些量少一些；4 4）角相同时，随着阻抗角的增大，谐波含量有所角相同时，随着阻

15、抗角的增大，谐波含量有所 减少；减少；单相交流电压器带阻感负载时电流谐波分析：单相交流电压器带阻感负载时电流谐波分析：5.1.1 5-15 1 1、三相四线制调压电路特点：、三相四线制调压电路特点：图图5.1.5(a)5.1.5(a)三相四线制调压电路三相四线制调压电路 v 1）相当于三个独立的单相交流调压相当于三个独立的单相交流调压电路组合而成的；电路组合而成的；v 2 2）存在中性线，但是）存在中性线，但是3 3次谐波在中线次谐波在中线中的电流大，故中线的导线截面要求与中的电流大，故中线的导线截面要求与相线一致；相线一致；v 3 3）晶闸管的门极触发脉冲信号，同）晶闸管的门极触发脉冲信号，

16、同相间两管的触发脉冲要互差相间两管的触发脉冲要互差180180。v 4）各晶闸管导通顺序为各晶闸管导通顺序为T T1 1T T6 6，依，依次滞后间隔次滞后间隔6060；v 5 5）因存在中线，可采用窄脉冲触发；）因存在中线，可采用窄脉冲触发；5-16 图图5.1.5(a)5.1.5(a)三相四线制调压电路三相四线制调压电路 v 6 6）该电路工作时，零线上谐波电流）该电路工作时，零线上谐波电流较大，含有三次谐波，控制角较大，含有三次谐波，控制角=90=90时，时，零线电流甚至和各相电流的有效值接近。零线电流甚至和各相电流的有效值接近。若变压器采用三柱式结构，则三次谐波若变压器采用三柱式结构，则三次谐波磁通不能在铁心中形成通路，产生较大磁通不能在铁心中形成通路，产生较大的漏磁通，引起发热和噪音。的漏磁通，引起发热和噪音。v 7 7）该电路中晶闸管上承受的峰该电路中晶闸管上承受的峰 值电压为值电压为 (为线电压为线电压)。lU32lU 5-17 2 2、三相三线制交流调压电路、三相三线制交流调压电路 的特点：的特点：图图5.1.5(b)5.1.5(b)三相三线制交流调压电路三相三线制交流