4- 1,引言 4.1 交流调压电路 4.2 其他交流电力控制电路 4.3 交交变频电路 本章要点,第4章 交流电力控制电路和交交变频电路,4- 2,本章主要讲述 交流-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,第4章 交流电力控制电路和交交变频电路,4- 3,4.1 交流调压电路,基本原理 两个晶闸管反并 联后串联在交流电路 中，通过对晶闸管的 控制就可控制交流电 力。,电路图,4- 4,应用 1 灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制)。 2 异步电动机软起动。 3 异步电动机调速。 4 供用电系统对无功功率的连续调节。 5 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。,4.1 交流调压电路,4- 5,4.1.1 单相交流调压电路 4.1.2 三相交流调压电路,4.1 交流调压电路,4- 6,4.1.1 单相交流调压电路,1) 电阻负载,图4-1 电阻负载单相交流调压电路及其波形,输出电压与 的关系: 移相范围为0 a 。 a =0时，输出电压为最大 。 Uo=U1, 随 a 的增大，Uo降低， a =时， Uo =0。,与 a 的关系: a =0时，功率因数 =1，a 增大，输入电流滞后于电压且畸变，降低。,4- 7,若晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，相位滞后于u1的角度为j ，当用晶闸管控制时，只能进行滞后控制，使负载电流更为滞后。,a =0时刻仍定为u1过零的时刻，a 的移相范围应为j a 。,2) 阻感负载,图4-2 电阻负载单相交流调压电路及其波形,负载阻抗角： j = arctan(wL / R),VT1,4.1.1 单相交流调压电路,4- 8,q,0,20,100,60,140,180,20,100,60,/,(,),180,140,a,/,(,),j,= 90,75,60,45,30,15,0,图4-3 单相交流调压电路以为参变量的和a关系曲线,wt = a 时刻开通晶闸管VT1，可求得 （47）,当 a = j 时 = 当 a j 时 ,以j 为参变量，利用（47)可把a 和 的关系表示成右图。,4.1.1 单相交流调压电路,4- 9,图4-5 aj时阻感负载交流调压电路工作波形,当阻感负载, a j 时电路工作情况。,图4-2 阻感负载单相交流调压电路,VT1的导通时间超过 。 触发VT2时， io尚未过零， VT1仍导通， VT2不会导通。io过零后，VT2才可开通，VT2导通角小于。 衰减过程中， VT1导通时间渐短， VT2的导通时间渐长。,4.1.1 单相交流调压电路,4- 10,4.1.2 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,4- 11,三线四相 基本原理：相当于三个单相交流调压电路的组合，三相互相错开120工作。基波和3倍次以外的谐波在三相之间流动，不流过零线。 问题：三相中3倍次谐波同相位，全部流过零线。零线有很大3倍次谐波电流。 a =90时，零线电流甚至和各相电流的有效值接近。,1) 星形联结电路 可分为三线三相和三线四相,图4-9 三相交流调压电路 a) 星形联结,4.1.2 三相交流调压电路,4- 12,三相三线，主要分析阻负载时的情况,图4-9 三相交流调压电路 a) 星形联结,4.1.2 三相交流调压电路,任一相导通须和另一相构成回路。 电流通路中至少有两个晶闸管，应采用双脉冲或宽脉 冲触发。 触发脉冲顺序和三相桥式全控整流电路一样，为VT1 VT6,依次相差60。 相电压过零点定为a 的起点， a角移相范围是0 150。,4- 13,(1)0 a 60：三管导通与两管导通交替，每管导通180a 。但a =0时一直是三管导通。,图4-10 不同a角时负载相电压波形 a) a =30,4.1.2 三相交流调压电路,4- 14,图4-10 不同a角时负载相电压波形 b) a =60,4.1.2 三相交流调压电路,4- 15,(3)90 a 150：两管导通与无晶闸管导通交替，导通角度为 3002 a。,图4-10 不同a角时负载相电压波形 c) a =120,4.1.2 三相交流调压电路,4- 16,谐波情况,4.1.2 三相交流调压电路,电流谐波次数为6k1(k=1，2，3，)，和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。 谐波次数越低，含量越大。 和单相交流调压电路相比，没有3倍次谐波，因三相对称时，它们不能流过三相三线电路。,4- 17,2） 支路控制三角联结电路,图49三相交流调压电路,c)支路控制三角形联结,4.1.2 三相交流调压电路,由三个单相交流调压电路组成，分别在不同的线电压作用下工作。 单相交流调压电路的分析方法和结论完全适用。 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。,4- 18,谐波情况,c)支路控制三角形联结,图49三相交流调压电路,4.1.2 三相交流调压电路,3倍次谐波相位和大小相同，在三角形回路中流动，而不出现在线电流中。 线电流中所谐波次数为6k1(k为正整数)。 在相同负载和a 角时，线电流中谐波含量少于三相三线星形电路。,4- 19,典型用例晶闸管控制电抗器（Thyristor Controlled ReactorTCR）,图4-11 晶闸管控制电抗器(TCR)电路,4.1.2 三相交流调压电路,a 移相范围：90 180。 控制a 角可连续调节流过电抗器的电流，从而调节无功功率。,配以固定电容器，就可在从容性到感性的范围内连续调节无功功率，称为静止无功补偿装置(Static Var CampensatorSVC），用来对无功功率进行动态补偿，以补偿电压波动或闪变。,4- 20,4.2 其他交流电力控制电路,4.2.1 交流调功电路,4- 21,4.2.1 交流调功电路,交流调功电路与交流调压电路的异同比较,相同点 电路形式完全相同 不同点 控制方式不同 交流调压电路在每个电源周期都对输出电压波形进行控制。 交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周期,再断开几个周期,通过通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。,4- 22,电阻负载时的工作情况,2,p,N,图41电阻负载单相交流调压电路,4.2.1 交流调功电路,控制周期为M倍电源周期，晶闸管在前N个周期导通，后MN个周期关断。 负载电压和负载电流（也即电源电流）的重复周期为M倍电源周期。,4- 23,4.3 交交变频电路,4.3.1 单相交交变频器 4.3.2 三相交交变频器,4- 24,4.3.1 单相交交变频器,晶闸管交交变频电路，也称周波变流器(Cycloconvertor) 把电网频率的交流电变成可调频率的交流电的变流电路，属于直接变频电路。 广泛用于大功率交流电动机调速传动系统，实际使用的主要是三相输出交交变频电路。 而单相输出交交变频电路是三相输出交交变频电路的基础。,4- 25,1) 电路构成和基本工作原理,图4-18 单相交交变频电路原理图和输出电压波形,4.3.1 单相交交变频器,电路构成 如图4-18，由P组和N组反并联的晶闸管变流电路构成，和直流电动机可逆调速用的四象限变流电路完全相同。 变流器P和N都是相控整流电路。,4- 26,工作原理 P组工作时，负载电流io为正。 N组工作时，io为负。 两组变流器按一定的频率交替工作，负载就得到该频率的交流电。 改变两组变流器的切换频率，就可改变输出频率wo 。 改变变流电路的控制角a，就可以改变交流输出电压的幅值。,图4-18 单相交交变频电路原理图和输出电压波形,4.3.1 单相交交变频器,4- 27,为使uo波形接近正弦波，可按正弦规律对a 角进行调制。,4.3.1 单相交交变频器,在半个周期内让P组 a 角按正弦规律从90减到0或某个值，再增加到90，每个控制间隔内的平均输出电压就按正弦规律从零增至最高，再减到零。另外半个周期可对N组进行同样的控制。 uo由若干段电源电压拼接而成，在uo的一个周期内，包含的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波。,4- 28,2) 整流与逆变工作状态,图4-19 理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态,4.3.1 单相交交变频器,阻感负载为例，也适用于交流电动机负载。 把交交变频电路理想化，忽略变流电路换相时uo的脉动分量，就可把电路等效成图4-19a所示的正弦波交流电源和二极管的串联。,4- 29,设负载阻抗角为j ，则输出电流滞后输出电压j 角。 两组变流电路采取无环流工作方式，即一组变流电路工作时，封锁另一组变流电路的触发脉冲。,图4-19 理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态,4.3.1 单相交交变频器,4- 30,工作状态,图4-19 理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态,图4-19 理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态,4.3.1 单相交交变频器,t1t3期间：io正半周，正组工作，反组被封锁。 t1 t2： uo和io均为正，正组整流，输出功率为正。 t2 t3 ： uo反向， io仍为正，正组逆变，输出功率为负。,4- 31,t3 t5期间： io负半周，反组工作，正组被封锁。 t3 t4 ：uo和io均为负，反组整流，输出功率为正。 t4 t5 ： uo反向， io仍为负，反组逆变，输出功率为负。,图4-19 理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态,4.3.1 单相交交变频器,小结： 哪一组工作由io方向决定，与uo极性无关。 工作在整流还是逆变，则根据uo方向与io方向是否相同确定。,4- 32,当uo和io的相位差小于90时，一周期内电网向负载提供能量的平均值为正，电动机工作在电动状态。 当二者相位差大于90时，一周期内电网向负载提供能量的平均值为负，电网吸收能量，电动机为发电状态。 考虑无环流工作方式下io过零的死区时间，一周期可分为6段。,图4-20 单相交交变频电路输出电压和电流波形,第1段 io 0，反组逆变,第2段 电流过零，为无环流死区,第3段 io 0， uo 0，正组整流,第4段 io 0， uo 0，正组逆变,第5段 又是无环流死区,第6段 io 0， uo 0，为反组整流,4.3.1 单相交交变频器,4- 33,4.3.1 单相交交变频器,3) 输出正弦波电压的调制方法,介绍最基本的、广泛使用的余弦交点法。 设Ud0为a = 0时整流电路的理想空载电压，则有 (4-15) 每次控制时a角不同， 表示每次控制间隔内uo的平均值。,图4-21 余弦交点法原理,4- 34,设期望的正弦波输出电压为 (4-16） 比较式(4-15)和(4-16)，应使 (4-17) g 称为输出电压比：,图4-21 余弦交点法原理,4.3.1 单相交交变频器,4- 35,图4-21 余弦交点法原理,4.3.1 单相交交变频器,余弦交点法基本公式 (4-18),一般，输出上限频率不高于电网频率的1/31/2。,4- 36,4.3.2 三相交交变频电路,由三组输出电压相位各差120的单相交交变频电路组成。,交交变频电路主要应用于大功率交流电机 调速系统，使用的是三相交交变频电路。,4- 37,(1)公共交流母线进线方式,图4-24 公共交流母线进线三相交交变频电路（简图）,4.3.2 三相交交变频电路,由三组彼此独立的、输出电压相位相互错开120的单相交交变频电路构成。 电源进线通过进线电抗器接在公共的交流母线上。 因为电源进线端公用，所以三组的输出端必须隔离。为此，交流电动机的三个绕组必须拆开。 主要用于中等。容量的交流调速系统。,4- 38,(2) 输出星形联结方式 三组的输出端是星形联结，电动机的三个绕组也是星形联结 电动机中点不和变频器中点接在一起，电动机只引