电力电子技术-第6章 交流电压电路

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6.1 单相交流调压电路 单相交流调压电路采用移相控制，即在电压的 每一个周期中控制晶闸管的导通时刻，以达到控制
输出电压的目的。
电路如图所示，采用相控调 压，即通过改变晶闸管触发脉冲 的控制角α来控制交流电压的输 出幅值。
图6-1 单相交流调压器主电路
第六讲 交流-交流变换电路 7
6.1.1 电阻性负载

于两个晶闸管轮流被短接，负载电流处于连续状态，输
出完整的正弦波.

3.当α< j 时，电源接通后，在电源的正半周，如果先触 发VT1 ，则根据式（6-6）可判断出其导通角θ>180°。
第六讲 交流-交流变换电路 13
分析α< j 时触发情况：
窄脉冲触发（0<a< j时） VT1持续导通时，VT2不通; VT1关断后，ug2消失，VT2 仍不通。 输出电压不对称，含直流分量
u1 O iG1 O a
wt wt wt wt
第六讲 交流-交流变换电路
iG2
O io
a iT1
j
O a
iT2
图4-5
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α> j时

负载电压有效值
Uo U1 1
1 [sin 2a sin 2a 2
a
a
( 2U1 sin wt ) 2 d wt
第六讲 交流-交流变换电路
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6.1.2 电感性负载
VT1
阻感负载时a的移相范围
负载阻抗角：
u1 u
1
j = arctan(wL / R)


O u 0.6
w t
稳态时负载电流为正弦波， 相位滞后于u1的角度为j
uG1
O
G2
G1
u
w t
a =0时刻仍定为u1过零的时
刻
≤ a ≤π
u
O u
w t
o
O i
o
w t
a的移相范围应为j
O
VT
w t
O
w t
第六讲 交流-交流变换电路
11
☞在wt=a时刻开通晶闸管VT1，可求得导通角，即
sin(a j ) sin(a j )e
tgj
以j为参变量，利用上
式可以把a 和 的关系
用图6-3的一簇曲线来
表示。
（ < 180 )
25
第六讲 交流-交流变换电路
6.2.2 晶闸管与负载连接成内三角形的三相交流调压电路 实际上也是三个单相交流调压
电路的组合。 优点:由于晶闸管串接在三角 形内部，流过晶闸管的电流 是相电流，故在同样线电流 情况下，晶闸管电流容量可 以降低。其线电流三次谐波 分量为零，触发移相范围为 180°。
第六讲 交流-交流变换电路
4
交流电力控制电路的结构
两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，控制晶闸管 就可控制交流电力
交流电力控制电路的类型
交流调压电路:
每半个周波控制晶闸管开通相位，调节输出电压有效值
交流调功电路:
以交流电周期为单位控制晶闸管通断，改变通断周期数 的比，调节输出功率的平均值
交流电力电子开关:
缺点:负载必须为三个单相负载才能接成此种电路， 不能接成Y形和D形，故应用较少。
第六讲 交流-交流变换电路 26
6.2.3 用三对反并联晶闸管连接成三相三线交流调压电路 负载可以连接成Y形，也可以连接成D形。 触发电路和三相全控式整流电路一样，需采用宽 脉冲或双窄脉冲。 现以电阻负载连接成Y形为例，分析其工作原理。
I0
2 IVT
16
第六讲 交流-交流变换电路
单相交流调压电路的特点
带电阻性负载，电压、电流波形一致，改变控 制角a 即可调节负载电压的有效值。 带电感性负载时，电流滞后于电压，不能使用 窄脉冲触发，否则当a < j时，会使得一个晶闸 管不能导通，烧毁晶闸管。 采用宽度大于60的宽脉冲或后沿固定、前沿可 调、最大宽度180的脉冲触发序列
第六讲 交流-交流变换电路 14
分析α< j 时触发情况： 宽脉冲触发（0<a< j时）
☞VT1的导通时间超过。 ☞触发VT2时，io尚未过零，VT1仍导通，VT2不会导通，io 过零后，VT2才可开通，VT2导通角小于。 ☞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的导通时间渐长。
第六讲 交流-交流变换电路 2
交流调压电路
§6-1 单相交流调压电路 §6-2 三相交流调压电路 §6-3 交流过零调功电路 §6-4 交流调压电路的应用
第六讲 交流-交流变换电路
3
1.概述 交流-交流变流电路
一种形式的交流变成另一种形式交流的电路， 可改变相关的电压、电流、频率和相数等

晶闸管电流有效值
IT 1 2
a

2U 1 sin w t U d w t 1 R R
2
1 a sin 2a (1 ) 2 2

功率因数

U P Uo Io o S U1 I o U1
1 a sin 2a 2
图6-8 三相三线交流调压电路
第六讲 交流-交流变换电路 27
三相三线—将三相四线中的零线去掉


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°
带大电感性负载时，amin = j，所以j <a <
第六讲 交流-交流变换电路
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[例6-1 ] 由晶闸管反并联组成的单相交流调压器，电源电压有效
值Uo =2300V。
（1）电阻负载时，阻值在1.15～2.3Ω之间变化，预期最大的 输出功率为2300kW，计算晶闸管所承受的电压的最大值以及输出
第六讲 交流-交流变换电路 20
（2）电感性负载的功率因数角为
j =arctan(ωL/R) =arctan2.3/2.3=π/4
最小控制角为
αmin = j =π/4
故控制角的范围为π/4≤α≤π。 最大电流发生在α= j =π/4 处，负载电流为正弦波，
其有效值为
U I0 2 [ R (w t )2 ]1/ 2 707 A
电力电子技术
POWER ELECTRONICS
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第六讲 交流-交流变换电路 1
绪
论 电力电子器件 晶闸管可控整流电路 相控电路驱动控制及保护电路
第1章 第2章 第3章
第4章
第5章 第6章 第7章 第8章 第9章
有源逆变电路
无源逆变电路 交流调压电路 直流变换电路 电力电子技术的应用 电力电子装置的计算
第六讲 交流-交流变换电路
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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
第六讲 交流-交流变换电路 23
6.2.1 星形连接带中线的三相交流调压电路
星形(Y)联结电路:三相四线 基本原理： 各相可单独控制。 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，零线电流甚至和 各相电流的有效值接近

晶闸管电流有效值
I VT U Z 1 2
a
a

2U Z
a w t tg j sin(w t j ) sin(a j )e
d(w t )
2
sin cos(2a j ) cos j
负载电流有效值
第六讲 交流-交流变换电路
图6-3 单相交流调压电路以j 为 参变量的和a关系曲线
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下面分别就α> j、α= j 、α< j三种情况来
讨论调压电路的工作情况。
sin(a j ) sin(a j )e

tgj
1.当α>φ时，由式（6-6）可以判断出导通角θ<180°, 正负半波电流断续。α越大，θ越小，波形断续愈严重。 2.当α= j 时，由式（6-6）可计算出每个晶闸管的导通 角θ=180°。此时，每个晶闸管轮流导通180°，相当
并不着意调节输出平均功率，而只是根据需要接通或断开电路。
第六讲 交流-交流变换电路 5

交流调压电路的应用：
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。
第六讲 交流-交流变换电路

在电源的正半波时，晶闸管VT1 承受正向电压；当ωt=α时,触 发VT1导通，则负载上得到缺α 角的正弦半波电压;
u1 O uo O i
o

当ωt=π时，电源电压过零, VT1电流下降为零而关断。 在电源的负半波时，VT2承受正
wt

向电压;当ωt=π+α时，触发
VT2使其导通，则负载上又得到 缺α角的正弦负半波电压。
最大功率时晶闸管电流的平均值和有效值。
（2）如果负载为感性负载，R=2.3Ω，ωL=2.3Ω，求控制角范 围和最大输出电流的有效值。
解:（1） ①当R=2.3Ω时，如果触发角α=0°，
负载电流的有效值为 此时，最大输出功率 Po =Io2R=10002×2.3=2300kW，满足要求。
第六讲 交流-交流变换电路 18
a 增大，输入电流滞后于电
压且畸变， λ降低。
u
wt
O
VT
wt
O
第六讲 交流-交流变换电路
wt
图4-1 电阻负载单相交流调压电路及其波形 9

负载电压有效值
Uo

1
a
2U 1 sin w t d w t U 1
2

1 a sin 2a 2

负载电流有效值
Uo Io R
Io = Uo/R = 2300/2.3 =1000A
流过晶闸管电流的有效值IVT为 IVT =Io/2=1000/2=500A 输出最大功率时，由于α=0，θ=180°，负载电流连续，所以 负载电流的瞬时值为
2US i0 sin wt R
此时晶闸管电流的平均值为
1 I VT 2


0
2U S sin w t d(w t ) R
2U S 450 A R
第六讲 交流-交流变换电路 19
② R=1.15Ω时，由于电阻减小，如果调压电路向负载送出
原先规定的最大功率保持不变，则此时负载电流的有效值计算 如下:
由
得
Po =Io2 R = 2300kW
Io =1414A
因为Io 大于R=2.3Ω时的电流，所以α>0。 晶闸管电流的有效值为 IVT =Io / 2 = 1000A ③ 加在晶闸管上正、反向最大电压为电源电压的最大值， 即 2 ×2300=3253A
第六讲 交流-交流变换电路 21
6.2 三相交流调压电路
三相交流调压电路的工作条件：
假设负载为三相对Baidu Nhomakorabea电阻； 对于三相调压电路，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°
交流调压电路——相位控制（或斩控式）
交流电力控制电路 交流调功电路及交流无触点开关——通断控制 只改变电压、电流或控制电路的通断，不改变频率 1.晶闸管交交变频电路 交交变频电路 变频电路 2.矩阵式变频电路 交直交变频电路
改变频率，大多不改变相数，也有改变相数的
先把交流整流成直流，再把直流逆变成另一种频率或 可变频率的交流,间接变频电路


第六讲 交流-交流变换电路
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1.控制角α=0°

u
wt
O
VT
wt
当ωt=2π时，电压过零,VT2
电流下降为零而关断。第六讲 交流-交流变换电路
O
wt
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输出电压与 α 的关系:
移相范围为0≤ a ≤π。
a =0时，u0电压为最大 。
随 a 的增大， u0降低；
u1 O uo O i
o
a =π时， u0 =0。
λ与 a 的关系:
wt
a =0时，功率因数λ =1，
第六讲 交流-交流变换电路
零线
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工作原理和波形分析与单相 交流调压完全相同。 晶闸管的导通顺序，为VT1、 VT2、VT3、VT4、VT5、VT6。 触发脉冲间隔为60°。 其触发电路可以套用三相全 控桥式整流电路的触发电路。
由于有中线，故不一定要采用
宽脉冲或双窄脉冲触发， 触发移相范围为180°。