第一节：交流调压电路.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,四,章 交流电力控制电路和交交变频电路,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,4.4,矩阵式变频电路,本章小结,概 述,一交流,交流变流电路,将一种形式的交流电转换成另一种形式交流电的电路，用于,改变相关的,电压,、,电流,、,频率,或,相数,;,二,交流电力控制电路,只改变电压、电流或控制电路的通断，,不改变频率；,三,交流调压电路,只改变电压，采用,相位控制或斩波控式；,（,4.,1 节,）,四,交流调功电路及交流无触点开关,控制电路的通断；,（,4.,2 节）,有关交流调压和变频的基本概念,有关交流调压和变频的基本概念,五变频电路,主要,用于,改变输出电压的频率，多不改变相数,；,变频电路又分为,交交变频电路,和,交直交变频电路,；,交交变频电路,直接把一种频率的交流变换成另一种频率或可变频率的交流电，,直接变频电路从电路的结构上分为两种：,晶闸管交交变频电路；,（4.3 节）,矩阵式变频电路；,（4.4 节）,交直交变频电路,先把交流整流变换成直流，再将直流逆变成另一种频率或可变,频率的交流电，也称间接变频电路；,（8.1 节）,4.1,交流调压电路,一交流电力控制电路的结构及类型,1交流电力控制电路包括了,交流调压电路,、,交流调功电路,及,交流,电力电子开关电路；,其结构为,：,两个晶闸管反并联后（或双向晶闸管）串联在交流,电路中，通过控制晶闸管的通、断达到控制交流电力的目的；,2,交流调压电路,每半个周波控制晶闸管开通相位（导通时的电角度），以调节,输出电压有效值；,3,交流调功电路,以交流电的周期为单位控制晶闸管通断，通过改变通、断周期,数的比例，以调节输出功率的平均值；,二交流调压电路的应用,1,灯光调节控制；（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,交流电力电子开关,而只是根据需要接通或断开电路，起到开关的作用。,4.1.1,单相交流调压电路,一电阻负载,1,工作原理,在,u,1,的正半周和负半周，分别,对,VT,1,和,V,T,2,的,开通,角,a,进行控制，,通过调节输出电压波形的面积以,达到调节输出电压的目的；,开通角,a,=,0,的位置为：,电压,过,零点,，,正负,半周,的,a,相等；,负载电压波形为：,u,1,波形的一部分，负载电流即电,源电流和负载电压的波形相同；,图4-1 电阻负载单相交流调压电路及其波形,4.1.1,单相交流调压电路,2,相关参数的计算,负载电压有效值,U,0,负载电流有效值,I,0,（,4,3,）,（,4,4,）,（,4,1,）,（,4,2,）,晶闸管电流有效值,I,VT,功率因数,3,输出电压,U,0,与,a,的关系,4,与,a,的关系,当：,a,0，,U,o,U,1,，,输出电压最大,；,随,a,的增大，,U,o,降低，,a,，,U,o,0,移相范围为,0,a,；,a,0，,功率因数,1；,随,a,增大，输入电流滞后输入电压且，,也逐渐降低；,O,u,1,u,o,i,o,u,VT,w,t,O,w,t,O,w,t,O,w,t,二,单相交流调压电路,阻感负载,1,阻感负载时,a,的移相范围,负载阻抗角,j,=,arctan,(,w,L,/,R,),如晶闸管短接，稳态时负载电流为,正弦波，相位滞后,u,1,的角度为,j；,当采用晶闸管控制时，,只能做滞后,控制，,负载电流更为滞后，而无法,使其超前；,a,0,时刻仍定为,u,1,过零的时刻：,其移相范围应为,j,a,图4-1 阻感负载单相交流调压电路及其波形,2,阻感负载时的工作过程分析,（,a,j,）,在,t,=,a,时刻触发,VT,1,，,负载电流满足下式：,（4-5,）,（4-6,）,解方程得：,0,o,=,=,a,w,t,i,d,t,sin,2,d,1,o,o,=,+,w,t,U,Ri,i,L,式中 ；,为晶闸管导通角；,j,a,j,w,j,w,a,-,-,-,=,-,e,t,Z,U,i,t,tg,1,o,),sin(,),sin(,2,利用边界条件,t,=,a,+,时，,i,o,=0，,可求得,为：,（4-7,）,与,和 的关系,式（,4-7,）是一超越方程,以,为参变量，利用上式,可以把 和 的关系用,右图的一簇曲线来表示；,（,4-7,）,当,VT,2,导通时，上述关系,完全相同，只是,i,o,极性,相反，相位差,180,；,图,4-3,单相交流调压电路以,a,为参变量的,和,a,关系曲线,3,阻感负载时,相关参数的计算,（开通角为,）,负载电流有效值,I,0,（4-8,）,晶闸管电流有效值,I,VT,（4-9,）,负载电压有效值,U,0,（4-10,）,（4-11,）,晶闸管电流的标么值,I,VTN,4.1.1,单相交流调压电路,单相交流调压电路,为参变量时,I,VTN,和,a,关系曲线图,I,VTN,晶闸管的标么值,j,=90,0,0,.,1,0,.,2,0,.,3,0,.,4,0,.,5,160,180,0,40,120,80,75,0,60,0,45,0,j,=,0,a,/,(,),I,VTN,4,阻感负载,a,j,时的工作情况,VT,1,提前通，,L,被过充电，放电时间延长，,VT,1,的导通角超过,；,触发,VT,2,时，,i,o,未,过零，,VT,1,仍导通，,VT,2,不通；,i,o,过零后，,VT,2,开通，,VT,2,导通角小于,；,方程式（45）和（46）所得,i,o,表达式仍适用，只是,a,t,；,i,o,由,两个分量组成：,正弦稳态分量,、,指数衰减分量,；,衰减过程中，,VT,1,导通时间渐短，,VT,2,的导通时间渐长；,当,电路处于稳态时，其工作情况 和,a,j,时完全相同；,图4-5,a,j,时阻感负载,交流调压电路工作波形,4.1.1,单相交流调压电路,三单相交流调压电路的谐波分析,1电阻负载波形正负半波对称，所以不含直流分量和偶次谐波,（4-12）,式中：,n1,3,5,7,基波和各次谐波电压有效值,式中：,a,1,、b,1,、a,n,、,b,n,见教材,115,页,负载电流基波和各次谐波有效值,（4-14）,（4-13）,三单相交流调压电路的谐波分析,图4-6,电阻负载单相交流调压电路基波和谐波电流含量,根据上述分析和式（4-14）可得：,基波电流,和各次谐波标么值随,a,变化的曲线，如图 46 所示,（电流基准为,a,=0,时的有效值）,2阻感负载的情况,电流谐波次数和电阻负载时相同，,也只含,3、5、7,等奇次谐波；,随谐波次数增加，谐波含量减少；,和电阻负载时相比，阻感负载时,的谐波电流含量少一些；,a,相同时，随着阻抗角,j,的增大，,谐波含量有所减少；,四斩控式交流调压电路,在,u,1,正半周，对,V,1,进行斩波控制，,由,V,3,提供续流通道；,在,u,1,负半周，对,V,2,进行斩波控制，,由,V,4,提供续流通道；,设,V,1,或,V,2,的导通时间为,t,on,，,开关周期为,T,，,导通比,a,=,t,on,/,T,，,通过改变,a,可调节输出电压；,图4-8,电阻负载斩控式交流调压电路波形,2,特性,电源电流的基波分量和电源电压同,相位，即位移因数为1；,电源电流不含低次谐波，只含和开关,周期,T,有关的高次谐波；,功率因数,接近1,；,1一般采用全控型器件作为开关器件，基本原理同直流斩波电路类似,4.1.2,三相交流调压电路,一、电路联结形式：,一不同的三相联结形式,（三相交流调压电路具有多种形式）,图4-9,三相交流调压电路的联结形式,星形,联结,线路控制,三角形,联结,中点控制,三角形,联结,支路控制,三角形,联结,二星形联结电路,（分为,三相三线,和,三相四线,两种联结）,1,三相四线联结：,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,次以外的谐波电流在三相之间流动，不流过零线；,n,n,负载,u,a,u,b,u,c,i,a,u,an,VT,1,VT,3,VT,4,VT,5,VT,6,VT,2,三相中,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；,二星形联结电路,（分为,三相三线,和,三相四线,两种联结）,任一相导通须和另一相构成回路,；,至少有两个晶闸管导通才能,构成电流通路，因此应采用,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,VT,1,至,VT,6,依次相差,60,相电压过零点定为,a,的起点，,a,角移相范围是,:0150,；,n,O,负载,u,a,u,b,u,c,i,a,u,a,O,VT,1,VT,3,VT,4,VT,5,VT,6,VT,2,2三相三线联结电阻负载时的情况,三相三线,星形联结原理图,3,三相三线电阻负载时输出电压波形,分三段分析输出电压波形,0,a,6 0,时,三管导通与两管导通交替，,每管导通角,180,a,，,a,=0,时一直是三管导通；,60,a,90,时,任意时刻只有两管导通；,每管导通角,120,90,a,150,时,两管与无晶闸管导通交替，,每管导通角,300,2,a,4.1.2,三相交流调压电路,4,三相三线电阻负载时谐波的基本情况,电流谐波次数为 6,k,1（,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，,没有三倍次谐波,，,因三相对称时，它们不能流过三相三线电路；,5有关其它电路连接形式的工作原理,单相交流调压电路的分析方法和结论完全适用；,线路控制三角形、支路控制三角形和中点控制三角形联结；,以上有关电路，请大家自行分析。,本节习题,131,页 习题,1,、习题,2,