第四章交流调压

,*,电力电子技术,交 流 控 制 电 路,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,变频电路,改变频率的电路,交交变频,直接,交直交变频,间接,交流电力控制电路,只改变电压、电流或控制电路的通断,而不改变频率的电路。,交流调压电路,相位控制,交流调功电路,通断控制,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,交流调压电路的调压方式,：,通断控制：,改变晶闸管通断时间比值达到调压的目的。,相位控制：,使晶闸管在电源电压每一周期中，选定的时刻内将负载与电源接通，改变选定的时刻可达到调压的目的。,斩波控制：一般用于全控型器件。,交流调压的应用：,调温的工频加热和感应加热,灯光调节,泵及风机的感应电动机调速,变压器的初级调压,4.1.1,单相交流调压电路,一.电阻性负载,正负半周,a,起始时刻,（,a,=0,）,均为电压过零时刻，稳态时，正负半周的,a,相等，负载电压波形是电源电压波形的一部分，负载电流（也即电源电流）和负载电压的波形相同。,移相范围为：0,a,。,a,=0,时，,U,o,=,U,1,。,a,=,时，,U,o,=0。,O,u,1,u,o,i,o,u,VT,w,t,O,w,t,O,w,t,O,w,t,二.电感性负载,负载阻抗角：,j,=,arctan,(,w,L,/,R,),时,i,0,的导通角,180,正负半波电流间断,且,越大,越小,波形间断越严重。,=,时,波形为正弦波，且导通角,=180,正负半周电流处于临界连续状态,负载上获得最大功率,电流滞后电压,角。,180,，,窄脉冲时,:,当,u,G2,出现时,VT,1,的电流还未到零,VT,2,不能导通,出现很大的直流分量。,晶闸管短接时，稳态时负载电流为正弦波，相位滞后于,u,1,的角度为,j,。,在用晶闸管控制时，只能进行滞后控制，使负载电流更为滞后，而无法使其超前。,当阻感负载,a,j,时电路,工作情况。,VT,1,的导通时间超过,。,触发,VT,2,时，,i,o,尚未过零,，,VT,1,仍导通，,VT,2,不会导通。,i,o,过零后，,VT,2,才可,开通，,VT,2,导通角小于,。,衰减过程中，,VT,1,导通时间渐短，,VT,2,的导通时间渐长。,宽脉冲触发：,带电感负载时,最小控制角,=,此时,U,O,最大,所以,的移相范围为,180,。,电路达到稳态时相当于,=,的状态,。,三、斩控式交流调压电路,在交流电源,u,1,的正半周,斩控式交流调压电路,用,V,1,进行斩波控制,用,V,3,给负载电流提供续流通道,用,V,2,进行斩波控制,用,V,4,给负载电流提供续流通道,在交流电源,u,1,的负半周,设斩波器件（,V,1,或,V,2,）,导通时间为,t,on,，,开关周期为,T,，,则导通比,a,=,t,on,/,T,，,和直流斩波电路一样，通过改变,a,可调节输出电压。,特性,电阻负载斩控式交流调压电路波形,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。,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。,4.2 其他交流电力控制电路,4.2.1交流调功电路:,以交流电源周波数为控制单位。,电阻负载时的工作情况,2,p,N,p,M,电源周期,控制周期,=,M,倍电源周期,=,2,p,4,p,M,O,导通段,=,M,3,p,M,2,p,M,u,o,u,1,u,o,i,o,w,t,U,1,2,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。,应用：常用于电炉的温度控制；,因其直接调节对象是电路的平均输出功率，所以称为交流调功电路。,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。,4.2.2交流电力电子开关,对电路通断进行控制,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。,4.3 交交变频电路,1),电路构成和基本工作原理,电路构成,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。,4.3.1单相交交变频电路,工作原理,P,组工作时，负载电流,i,o,为,正,。,N,组工作时，,i,o,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,o,。,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,。,2,整流与逆变工作状态,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。,t,1,t,3,期间：,i,o,正半周,，正组工作，反组被封锁。,t,1,t,2,：,u,o,和,i,o,均为正，正组整流，输出功率为正,t,2,t,3,：,u,o,反向，,i,o,仍为正，正组逆变，输出功率为负。,t,3,t,5,期间：,i,o,负半周，反组工作，正组被封锁。,t,3,t,4,：,u,o,和,i,o,均为负，反组整流，输出功率为正。,t,4,t,5,：,u,o,反向，,i,o,仍为负，反组逆变，输出功率为负,小结,：,哪一组工作由,i,o,方向决定，与,u,o,极性无关。,工作在整流还是逆变，则根据,u,o,方向与,i,o,方向是否相同确定。,当,u,o,和,i,o,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,i,o,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,i,o,0,，,反组逆变,第2段,电流过零，为无环流死区,第,3,段,i,o,0,，,u,o,0,，,正组整流,第4段,i,o,0，,u,o,0，,正组逆变,第5段,又是无环流死区,第6段,i,o,0，,u,o,0,时正组工作，封锁负组，,i,0,0,时负组工作，封锁正组,优点：,无组间环流，成本低，损耗小。,缺点：,需要检测电流过零点，控制复杂，控制失败时，造成组间电源短路，输出电流存在死区，波形畸变。,交交变频器控制方法：,余弦交点法：,给定输出曲线与一余弦曲线相交，在交点处产生各晶闸管的触发脉冲。,改变给定曲线的频率和幅值，可控制输出电压的频率和大小。,每次控制间隔内输出电压的平均值：,要得到的正弦波输出电压为：,输出电压比,交交变频器输出频率：,f,0,/,f,i,=1/2,时，半周期内有 6 脉波，谐波大,f,0,/,f,i,=1/3,时，半周期内有 9 脉波，谐波较小,f,0,/,f,i,=1/6,时，半周期内有 18 脉波，谐波小,为了减小谐波含量，,降低负载转矩脉动，,应保证,f,0,/,f,i,1/3,，,即,f,0,16.7 Hz,。,对三相桥式电路而言，输出上限频率不高于电网频率的1213，约为20,Hz。,交交变频器的优点：,无中间直流环节，损耗小，效率高。,开关器件采用晶闸管，以利于大功率应用，采用电源自然换相，不需强迫换流电路。可以实现能量反馈，使电机作四象限运行。输出低频时，谐波含量小，负载转矩脉动低。,因此适用于大功率、低速交流传动领域。,交交变频器的缺点：,晶闸管元件数量多，成本高，控制复杂。,最高输出频率受限制，,f,0,/,f,i,1/3,。,输入侧功率因数低，当输出电压较低时，功率因数更低。,