交流-交流变流电路

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6.2 其他交流电力控制电路

6.2.1 交流调功电路 6.2.2 交流电力电子开关
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6.2.1 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,在断
阻感负载单相交流调压电路及其波形
9
6.1.1 单相交流调压电路
以j 为参变量，得a 和θ 的关系如图。◆基本的数量关系
180 140 100 60
☞负载电压有效值Uo
Uo
a
1
a
( 2U1 sin wt ) 2 d (wt )
/(° )
U1
1 [sin 2a sin(2a 2 )] 2
☞ 90°≤ a <150°
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6.1.2 三相交流调压电路
■星形联结电路
◆0°≤ a <60° 电路处于三个晶闸管导 通与两个晶闸管导通的 交替 状态，每个晶闸管导通角度
两个SCR导通： 输出线电压的平均值
为180°- a 。
理解：电阻负载
a =0°时是一种特殊情况，
一直是三个晶闸管导通。
第六章 交流-交流变流电路
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交流-交流变流电路 • 引言
■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。
电压、频率、相数
■交流-交流变换电路可以分为直接方式（即无中间直流环节）
和间接方式（有中间直流环节）两种。
只改变电压,电流或 本章学习
交流电力 控制电路
交流调压电路 相位控制
控制电路的通断,而 不改变频率的电路。 交流调功电路 通断控制
交交变频
直接 间接
2
变频电路
改变频率的电路
交直交变频
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交流-交流变流电路 • 内容

6.1 交流调压电路 6.2 其他交流电力控制电路 6.3 交交变频电路 6.4 矩阵式变频电路
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3
6.1 交流调压电路 • 引言
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6.1.2 三相交流调压电路
■星形联结电路
◆ 谐波情况 ☞电流谐波次数为6k±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3倍次谐波，因三相对称时，它们不
能流过三相三线电路。
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■星形联结电路
◆分为三相三线和三相四线两种情况。 ◆三相四线 ☞相当于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。 ☞三相中3倍次谐波同相位，全部流过零
三相交流调压电路
a) 星形联结
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。
触发延迟角a/( ° ) 图4-6 电阻负载单相交流调压电路 基波和谐波电流含量
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6.1.1 单相交流调压电路
■4.斩控式交流调压电路
用V1进行斩波控制 用V2进行斩波控制
i1 V2 VD2 V3 VD3 VD4 uo V4 R L VD1 V1
在交流电源u1的正半周
在交流电源u1的负半周
a) 星形联结
三相三线电路中，两相间导通是靠线电压导
通的，而线电压超前相电压30°，因此a 角 的移相范围是0°~150°。
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6.1.2 三相交流调压电路
■星形联结电路
◆根据任一时刻导通晶闸管个数以及半个周波内电流是否连续可将 0°~150°的移相范围分为如下三段： ☞ 0°≤ a <60° ☞ 60°≤ a <90°
☞晶闸管电流有效值IVT
IVT
20 0 20 60 100 a /(° ) 140 180
U1 sin cos(2 a j ) cos j 2 Z
负载电流有效值： I 0 2 IVT
IVT的标么值：
单相交流调压电路以a为参变 量的θ和a关系曲线 2016/2/16
IVTN IVT
P Uo Io Uo 1 a sin 2a S U1I o U1 2
输出电压与 α 的关系:
移相范围为0≤ a ≤π。 a =0时，输出电压为最大 。 Uo=U1, 随 a 的增大，Uo 降低， a =π时， Uo =0。 λ 与 a 的关系:
a =0时，功率因数λ =1，a 增大，输入电流滞后于电压且畸变，λ 降低。
O 0.6wk.baidu.com
wt
uG1 G1
O
G2
wt
j ≤ a ≤ π。
☞w t = a 时刻开通晶闸管VT1，可求得导通角θ
O u
wt
o
O i
o
wt
sin(a j ) sin(a j )e
☞当 a = j 时
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tan j
O u
VT
wt
O
wt
θ = π；当 a > j 时
θ <π
◆基本的数量关系
☞负载电压有效值Uo ☞负载电流有效值Io
Uo
Io Uo R
1

a

( 2U1 sin wt )2 d (wt ) U1
1 a sin 2a 2
☞晶闸管电流有效值IVT I VT ☞功率因数

1 2
a

(
2U1 sin wt 2 U 1 a sin 2a ) d (wt ) 1 (1 ) R R 2 2
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6.1.1 单相交流调压电路
■2.阻感负载
◆工作过程
☞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。 ☞负载阻抗角：j = arctan(wL / R)，a 的移相范围应为：
u u
VT1
u1 u
1
■支路控制三角联结电路
◆谐波分析 ☞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。 ☞线电流中谐波次数为6k±1(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。
三相交流调压电路
c) 支路控制的三角形连接
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6.1.2 三相交流调压电路
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6.1.1 单相交流调压电路
■1.电阻负载
◆工作过程
☞在交流电源u1 的正半周和负半周，分别对
u1 O
VT1 和VT2 的开通角a 进行控制就可以调节输出电
wt
压。
uo
O i
o
wt
u
O
V T
wt
O
wt
电阻负载单相交流调压电路及其波形
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6.1.1 单相交流调压电路
u1
图4-7
用V3给负载电流提供续流通道
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用V4给负载电流提供续流通道
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6.1.1 单相交流调压电路
■斩控式交流调压电路特点
◆电源电流的基波分量是和电源电压同相位 的，即位移因数为1； ◆电源电流中不含低次谐波，只含和开关周 期T 有关的高次谐波，这些高次谐波用很小 的滤波器即可滤除，这时电路的功 率因数
■把两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的 控制就可以控制交流输出。
■交流电力控制电路
◆交流调压电路：在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，调节输
出电压有效值的电路。
◆交流调功电路：以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断，改变通态周 期数和断态周期数的比，调节输出功率平均值的电路。 ◆交流电力电子开关：串入电路中根据需要接通或断开电路的晶闸管。
可开通，VT2 导通角小于π 。 ☞ io 有指数衰减分量，在指数分量衰减过程中，VT1 导通时间渐短，VT2 的
u1 O
导通时间渐长。
iG1 iG2
wt

O a
wt wt wt
图4-5
O io
a iT1
j
O a
iT2
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a<j时阻感负载交流调压电路工作波形
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6.1.1 单相交流调压电路
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6.1.2 三相交流调压电路
■支路控制三角联结电路
◆由三个单相交流调压电路组成，分别在不 同的线电压作用下单独工作。 ◆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。
三相交流调压电路
c) 支路控制的三角形连接
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6.1.2 三相交流调压电路
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6.1.2 三相交流调压电路
■星形联结电路
◆三相三线 ☞ 任一相导通须和另一相构成回路，因 此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° ☞把相电压过零点定为开通角a的起点，
三相交流调压电路
Z 2U1
10
6.1.1 单相交流调压电路
0.5
0.4
j =0
IVTN
0.3 0.2
0.1 0 40 80
a / (° )
120
160 180
单相交流调压电路a为参变量时I VTN和a关系曲线
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6.1.1 单相交流调压电路
◆a<j时的工作情况
☞ VT1 的导通时间超过π 。
☞ 触发VT2 时，io 尚未过零，VT1 仍导通，VT2 不会导通，io 过零后，VT2 才
接近1。
电阻负载斩控式交流 调压电路波形
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6.1.2 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。
a) 星形联结
b) 线路控制三角形联结
c) 支路控制三角形联结
d) 中点控制三角形联结
三相交流调压电路
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6.1.2 三相交流调压电路
不同a角时负载相电压波形 a) a =30°
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三个SCR导通： 输出各相相电压 2016/2/16
6.1.2 三相交流调压电路
■星形联结电路
◆ 60°≤ a <90° 任一时刻都是两个晶闸管导 通，每个晶闸管的导通角度为 120°。
两个SCR导通： 输出线电压的平均值
不同a角时负载相电压波形 b) a =60°
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6.1.2 三相交流调压电路
■星形联结电路
◆ 90°≤ a <150° 电路处于两个晶闸管导通 与无晶闸管导通的交替状态， 每个晶闸管导通角度为300° －2 a ，而且这个导通角度被 分割为不连续的两部分，在 半周波内形成 两个断续的波 头，各占150°- a 。
不同a角时负载相电压波形 c) a =120°
电源周期 控制周期=M倍电源周期=2
－N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
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6.1 交流调压电路 • 引言
■应用
◆灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制)。 ◆异步电动机软起动。 ◆异步电动机调速。 ◆供用电系统对无功功率的连续调节。
◆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。
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6.1 交流调压电路

6.1.1 单相交流调压电路 6.1.2 三相交流调压电路
■支路控制三角联结电路
◆典型应用：晶闸管控制电抗器（Thyristor Controlled Reactor—TCR）
a)
b)
c)
内阻很小 晶闸管控制电抗器(TCR)电路 TCR电路负载相电流和输入线电流波形 a) α=120° b) α=135° c) α=160°
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6.1.2 三相交流调压电路
■支路控制三角联结电路
◆典型应用：晶闸管控制电抗器（Thyristor Controlled Reactor—TCR）
☞ a 移相范围为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 Campensator—SVC），用来对无功功率 进行动态补偿，以补偿电压波动或闪变。
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。
适用于时间常数较大的系统：温度控制等
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6.2.1 交流调功电路
■电阻负载时的工作情况
◆ 控制周期为M倍电源周期， 晶闸管在前N个周期导通，后M
电阻负载单相交流调压电路 uo 2 U1 2 N 导通段 = M u1 uo,io 2 M 3 4 M M M
■3.单相交流调压电路的谐波分析
☞ 电流只含3、5、7…等次谐波。 ☞ 随着次数的增加，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。 ☞ 当a 角相同时，随着阻抗角j 的增大，谐 波含量有所减少。
100 80 基波
In/I*/%
60 40 20 3次 5次 7次
0
60
120 180