第4章交流调压与交交变频.ppt
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1、1,引言 4.1 交流调压电路 4.2 交交变频电路,第4章 交流调压和交交变频,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 交流调压和交交变频,3,4.1 交流调压电路,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,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,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
2、压电路,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。,7,负载上交流电压有效值U与控制角的关系为电流有效值电路功率因数 电路的移相范围为0。,8,2 电感性负载的工作情况当电源电压反向过零时,由于负载电感产生感应电动势阻止电流变化,故电流不能立即为零,此时晶闸管导通角的大小,不但与控制角有关,而且与负载阻抗角有关。两只晶闸管门极的起始控制点分别定
3、在电源电压每个半周的起始点,的最大范围是。,9,单相交流调压器电感性负载时的主电路和输出波形,10,当控制角为时,Ug1 触发VT1导通,流过VT1管的电流i2有两个分量,即强制分量iB与自由分量iS,其强制分量为式中其自由分量为式中 自由分量衰减时间常数,,11,流过晶闸管的电流即负载电流为当 时,电压、电流波形如上图所示。随着电源电流下降过零进入负半周,电路中的电感储藏的能量释放完毕,电流到零,VT1管才关断。在t=0时触发管子,t=时管子关断,将t=代入式(3-5)可得,12,当取不同的角时,=f()的曲线如图所示,,13,(1)当 时稳定分量iB与自由分量is如图3-2(b)所示,叠加
4、后电流波形i2的导通角 180,正负半波电流断续,愈大愈小,波形断续愈严重。(2)当=时电流自由分量is=0,i2=iB;=180。正负半周电流处于临界连续状态,相当于晶闸管失去控制,负载上获得最大功率,此时电流波形滞后电压角。(3)当 时 如果触发脉冲为窄脉冲,则当Ug2出现时,VT1的电流还未到零,VT2管受反压不能触发导通;待VT1中电流变到零关断,VT2承受正压时,脉冲已消失,无法导通。这样使负载只有正半波,电流出现很大的直流分量,电路不能正常工作。带电感性负载时,晶闸管应当采用宽脉冲列,这样在 时,虽然在刚开始触发晶闸管的几个周期内,两管的电流波形是不对称的,但当负载电流中的自由分量
5、衰减后,负载电流即能得到完全对称连续的波形,电流滞后电源电压角,但实际是晶闸管是不可控的。所以晶闸管的移相范围。,14,综上所述,单相交流调压可归纳为以下三点:带电阻性负载时,负载电流波形与单相桥式可控整流交流侧电流波形一致,改变控制角可以改变负载电压有效值。带电感性负载时,不能用窄脉冲触发,否则当 时会发生有一个晶闸管无法导通的现象,电流出现很大的直流分量。带电感性负载时,的移相范围为 180,带电阻性负载时移相范围为0 180。,15,图4-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-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
6、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,16,4.1.1 单相交流调压电路,a=,17,4.1.2 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,18,三线四相 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。,1)星形联结电路 可分为三线三相和三线四相,图4-8 三相交流调压电路a)星形联结,4.1.2 三相交流调压电路,19,三相三线,主要分析阻负载时的情况,图4-8 三相交流调压电路a)星形联结,4.1.2 三相交流
7、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。,20,(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4-9 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,21,图4-9 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,22,(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4-9 不同a角时负载相电压波形
8、c)a=120,4.1.2 三相交流调压电路,23,2)支路控制三角联结电路,图48三相交流调压电路,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。,24,典型用例晶闸管控制电抗器(Thyristor Controlled ReactorTCR),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。
9、,图4-10 晶闸管控制电抗器(TCR)电路,4.1.2 三相交流调压电路,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。,25,4.1.4 其他交流电力控制电路,1 交流调功电路2 交流电力电子开关,26,4.1.4 交流调功电路,1、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,在断开几个周期,通过通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。,27,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,4.1.4 交流调功电路,控制周期为
10、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。,28,4.1.4 交流调功电路,29,2 交流电力电子开关,概念 把晶闸管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。,优点 响应速度快,无触点,寿命长,可频繁控制通断。,与交流调功电路的区别,并不控制电路的平均输出功率。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。控制频度通常比交流调功电路低得多。,30,晶闸管投切电容(Thyristor SwitchedCapacitorTSC),图4-15 TSC基本原理图a)基本单元单相简图 b)
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