第6章 交-交变流电路

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线电流中所谐波次数
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。
c)支路控制三角形联结
图4-9三相交流调压电路
4- 24
6.1.2 三相交流调压电路
典型用例——晶闸管控制 电抗器(Thyristor Controlled
Reactor—TCR)
a 移相范围为90°~
a)
b)
c)
图4-12 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°
4- 27
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
4- 28
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
图4-15 TSC基本原理图 a) 基本单元单相简图 b) 分组投切单相简图
4- 33
6.2.2 交流电力电子开关
晶闸管的投切
选择晶闸管投入时刻的原则: 该时刻交流电源电压和电容 器预充电电压相等,这样电 容器电压不会产生跃变,就 不会产生冲击电流。
理想情况下,希望电容器预 充电电压为电源电压峰值, 这时电源电压的变化率为零, 电容投入过程不但没有冲击 电流,电流也没有阶跃变化。
u VT1
iC
uC
VT1
us
C VT2
us
t
uC
t
uVT1
t
VT1
iC VT2t1
t t2
图4-16 TSC理想投切时刻原理说明
4- 34
6.2.2 交流电力电子开关
TSC电路也可采用晶闸管和 二极管反并联的方式
由于二极管的作用,在
电路不导通时uC总会维
持在电源电压峰值。
成本稍低,但响应速度 稍慢,投切电容器的最 大时间滞后为一个周波。
wt
VT2导通角小于π。
衰减过程中, VT1导 通时间渐短, VT2的 导通时间渐长。
Oa iG2
O io
iT1a
wt wt j
Oa q
wt
iT2
图4-5 a<j时阻感负图载4-交5 流调压电路工作波形
4- 10
6.1.1 单相交流调压电路
3) 单相交流调压电路的谐波分析
电阻负载
由于波形正负半波对称,所以不含直流分
4- 31
6.2.2 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。
4- 19
6.1.2 三相交流调压电路
(2)60°≤ a <90°:
两管导 通,每 管导通120°。
图4-10 不同a角时负载相电压波形 b) a =60°
4- 20
6.1.2 三相交流调压电路
(3)90°≤ a <150°: 两管导通与无 晶闸管导通交 替,导通角度
为300°-2 a。
图4-10 不同a角时负载相电压波形 c) a =120°
相电压过零点定为a 的起 点, a角移相范围是
0°~ 150°。
图4-9 三相交流调压电路 a) 星形联结
4- 18
6.1.2 三相交流调压电路
(1)0°≤ a <60°:
三管导通与两 管导通交替, 每管导通180°
-a 。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°
2) 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。
c)支路控制三角形联结
图4-9三相交流调压电路
4- 23
6.1.2 三相交流调压电路
谐波情况
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。
用于调节变压器一次电压。
4- 4
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
4- 5
4- 6
6.1.1 单相交流调压电路
VT1
1) 阻感负载
负载阻抗角:
j = arctan(wL / R)
u11 u
O
若晶闸管短接,稳态时负载
电流为正弦波,相位滞后于u1
u
uG1 G1
u VT1
iC
uC
VT1
us
C VT2
us
t
uC
t
uVT1
t
VT1
iC VT2t1
t t2
图4-16 TSC理想投切时刻原理说明
4- 35
6.3 交交变频电路
6.3.1 单相交交变频器 6.3.2 三相交交变频器
图4-4 单相交流调压电路a为参变量时I VTN和a关系曲线
4- 9
6.1.1 单相交流调压电路
当阻感负载, a < j 时电
路工作情况。
VT1的导通时间超过π 。
触发VT2时, io尚未
过零, VT1仍导通,
u1 图4-2 阻感负载单相交流调压电路
VT2不会导通。io过零
后,VT2才可开通,
O iG1
当a 角相同时,随着阻抗角j 的增大,谐波含量有所
减少。
4- 12
6.1.1 单相交流调压电路
4) 斩控式交流调压电路
在交流电源u1的正半周
VD1 V1 i1
用V3给负载电流 提供续流通道
u1
V2 VD2
用V1进行斩波控制
V3 VD4 R uo
VD3 V4 L
图4-7 斩控图式交4-流7调压电路
4- 13
6.1.2 三相交流调压电路
图4-11 晶闸管控制 电抗器(TCR)电路
a)
b)
c)
图4-12 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°
4- 26
6.1.2 三相交流调压电路
仿真波形
仿真工具为PECS 2.0(本课题组教师独立开发的 仿真软件)
4- 21
6.1.2 三相交流调压电路
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。
4- 22
6.1.2 三相交流调压电路
wt = a 时刻开通晶闸管
180
VT1,可求得θ
q
sin(a q j ) sin(a j )e tgj 140
(4-7) 100
q/(°)
当a=j时 θ =π 当a>j时 θ <π
以j 为参变量,利用(4 -7)可把a 和θ 的关系表
示成右图。
60
20
0 20 60 100 140 180
O u
的角度为j ,当用晶闸管控制时, G2
O
只能进行滞后控制,使负载电
u o
流更为滞后。
O
i o
a =0时刻仍定为u1过零的
O
时刻,a 的移相范围应为j ≤
u VT
a ≤ π。 O
wt 0.6
wt wt wt
wt
wt
图4-2 电阻负载单相交流调压电路及其波形 4- 7
6.1.1 单相交流调压电路
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。
图4-11 晶闸管控制电抗器(TCR)电路
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。
4- 25
重复周期为M倍电源
周期。
图4-1电阻负载单相交流调压电路
uo
导通段=
2N M
2 U1
2 uo,iou1源自MO3 4
wt
M
MM
电源周期
控制周期=M倍电源周期=2
图4-13 交流调功电路典 型波形(M =3、N =2)
4- 30
6.2.1 交流调功电路
谐波情况
图4-14的频谱图(以控制
周期为基准)。In为n次谐波 有效值, Io为导通时电路电
6.1.1 单相交流调压电路
4) 斩控式交流调压电路
在交流电源u1的负半周
VD1 V1 i1
用V4给负载电流 提供续流通道
u1
V2 VD2
用V2进行斩波控制
V3 VD4 R uo
VD3 V4 L
图4-7 斩控图式交4-流7调压电路
4- 14
6.1.1 单相交流调压电路
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。
In/I*/%
100
80
基波
60
40
3次
20
5次
7次
0 60 120 180
触发延迟角a/( °)
图4-6 电阻图负4载-单6 相交流调
压电路基波和谐波电流含量
4- 11
6.1.1 单相交流调压电路
阻感负载
电流谐波次数和电阻负载时相同,也只含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。
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。
图4-8 电阻负载斩控 式交流调压电路波形
4- 15
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
图4-9 三相交流调压电路
4- 32
6.2.2 交流电力电子开关
晶闸管投切电容(Thyristor Switched——Capacitor——TSC)
作用
对无功功率控制,可提 高功率因数,稳定电网 电压,改善供电质量。
性能优于机械开关投切 的电容器。
结构和原理
晶闸管反并联后串入交 流电路。
实际常用三相,可三角 形联结,也可星形联结。
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- 29
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- N个周期关断。
负载电压和负载电流 (也即电源电流)的
量和偶次谐波。
uo
(wt )
(an
n 1,3,5,
cos
nw
t
bn
sin
nw t) (4-12)
基波和各次谐波有效值
Uon
1 2
an2 bn2
负载电流基波和各次谐波有效值
(4-13)
Ion Uon / R
(4-14)
电流基波和各次谐波标么值随 a变化
的曲线(基准电流为a =0时的有效值)
如图4-6所示。
a /(°)
图4-3 单相交流调压电路以a 为参变量的θ和a关系曲线
4- 8
6.1.1 单相交流调压电路
IVTN
负载电流有效值 IVT的标么值
I 0 2IVT IVTN IVT Z
2U1
(4-10) (4-11)
0.5
0.4 j = 0
0.3
0.2 0.1
0
40
80
120
160 180
a /(°)
流甚至和各相电流的有效 值接近。
图4-9 三相交流调压电路 a) 星形联结
4- 17
6.1.2 三相交流调压电路
三相三线,主要分析阻负载时的情况
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°。
交流调压电路 相位控制
的通断,而不改 变频率的电路。
交流调功电路
通断控制
变频电路
交交变频 直接
改变频率的电路 交直交变频 间接
4- 2
6.1 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- 3
6.1 交流调压电路
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,
流幅值。
以电源周期为基准,电流 中不含整数倍频率的谐波, 但含有非整数倍频率的谐波。
而且在电源频率附近,非 整数倍频率谐波的含量较大。
In/I0m
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2
0.1
0 2 4 6 8 10 12 14
谐波次数
0 12 3 45
相对于电源频率的倍数
图4-14交流调功电路的
电流频谱图(M =3、N =2)
4- 16
6.1.2 三相交流调压电路
1) 星形联结电路 可分为三线三相和三线四相
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
第6章 交流电力控制电路和交交变频电路
引言 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 本章要点
4- 1
第4章 交流电力控制电路和交交变频电路
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
交流电力 控制电路
只改变电压,电 流或控制电路
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