第6章 交流交流变换
交流交流变换电路
1
2
t
t
t
t
u
s
i
C
u
C
VT
1
VT
2
t
t
u
VT
1
u
u
s
i
C
u
C
C
VT
1
VT
2
VT
图6-16 TSC理想投切时刻原理说明
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。
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
6.1 交流调压电路
电路图
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。
6.1 交流调压电路
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。
图6-15 TSC基本原理图 a) 基本单元单相简图 b) 分组投切单相简图
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。
晶闸管投切电容(Thyristor Switched——Capacitor——TSC)
三相三线
6.1.2 三相交流调压电路
6.1.2 三相交流调压电路
电力电子技术: 交-交变换
6.1.1
单相交流调压电路
I o = 2I T
I TN = I T Z 2U 1
j=9
C 输出电流有效值 IVT的标么值
0.5 0.4
(6-10) (6-11)
j=0
° 75 ° 60 ° 45
0°
IVTN
0.3 0.2 0.1 0 40 80
a /(° )
120
160 180
图6-4 单相交流调压电路a为参变量时
u1 O
t
B 负载电流有效值
(6-2)
uo O io O uVT O t 1 a sin 2a (1 ) 2 2 图6-1电阻负载单相交 图4-1 流调压电路及其波形
Uo Io = R
t
C 晶闸管电流有效值(6-3)
IT = U 1 2U 1 sin t d t = 1 2 a R R
6.1.1
单相交流调压电路
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 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 a 角相同时,随着阻抗角j 的增大,谐波含量有所减少
6.1.1
单相交流调压电路
• 4.斩控式交流调压电路
一般采用全控型器件作为开关器件
t
t
图4-2 图6-2 阻感负载单相交 流调压电路及其波形
6.1.1
单相交流调压电路
180
阻感负载时的工作过程分析
在ωt = a时刻开通VT1,负载电流满足
90° j= ° 75 ° 60 ° 45 ° 30 ° 15 ° 0
解方程得(6-6)
6交流-交流变换电路
第6章 交流变换电路将一种形式的交流电能转换成另一种形式的交流电能,称为交流变换。
交流变换电路是对交流电路的幅值、频率、相数等参数进行变换的电路,它利用电力电子器件的开关功能,实现交流开关和交流调压的功能。
本章主要讲述晶闸管交流调压电路的拓扑结构、控制方式和工作原理及应用;晶闸管调功电路的接线形式、工作原理及应用;交-交变频电路的拓扑结构、工作原理。
本章要求掌握晶闸管交流调压电路的控制方式和调功器的应用,交-交变频电路的工作原理。
6.1 交流变换器类型根据变换参数的不同,可将交流变换电路分为交流调压电路和交-交变频电路两大类。
只改变输出电压的幅值而不改变频率的交流变换电路,称为交流电压控制电路,或通称为交流调压电路。
把工频交流电直接变换成频率可调的交流电的交流变换电路,称为交-交变频电路。
交流电压控制电路包括交流调压、交流调功和交流开关三种类型。
其中,采用相位控制的交流电压控制电路,称为交流调压电路;采用通/断控制的交流电压控制电路,称为交流调功电路;如果令交流调压器中的晶闸管在交流电流自然过零时关断或导通,则称之为晶闸管交流开关。
按照控制方式的不同,可将交流电压控制电路分为相控式电路和斩控式电路。
晶闸管相控式调压与相控式整流电路的控制原理相同,都是利用门极脉冲相位的变化来改变输出端电压的幅值。
而斩控式电路是通过改变器件占空比来改变输出端电压有效值。
按照电网相数的不同,可以将交流电压控制电路分为单相电路、三相三线制电路和三相四线制电路;按照电路结构可以分为星形联结电路、三角形联结电路和其他方式联结电路。
直接变频电路按照输出波形不同可以分为近似正弦波的变频电路(电压型电路)和近似方波的变频电路(电流型电路)。
电压型直接变频电路是利用反并联整流电路的工作原理拓广而成。
其特点是输出频率的上限仅为电网频率的1/3,故只适用于低频电源,如水泥窑的低速回转拖动系统,采用这种方案可实现直接传动。
电流型的电路结构也可看成是桥式整流电路的拓广。
第6章 交流—交流变换电路
13
6.5.1 单相相控交-交变频电路
◆基本原理 当正组变流器工作时,晶闸管触发角 p =0,平均电压Ud最大。随着的 p增大,Ud 值减小,当 p π 2 时,Ud=0。半周内平均输出电压如图6-17所示,为一正弦波。由
于整流电压波形上部包围的面积比下部面积大,总的功率为正,从电源供向负载,
组相控整流电路反并联构成,如图6-17
所示,将其中一组整流器称为正组变流 器P,另外一组称为反组变流器N。如果
正组变流器工作,反组变流器被封锁,
负载端得到输出电压为上正、下负;如 果反组变流器工作,正组变流器被封锁 ,则负载端得到输出电压为上负、下正 。
6-17 相控单相交-交变频电路阻感负载时的输出波形
14
6.5.1 单相相控交-交变频电路
◆基本原理 反组变流器的工作原理类似。 由此得出结论,正弦波交-交变频电路是由两组反并联的可控整流器组成,运行
中正、反两组变流器的α角要不断加以调制,使输出电压平均值为正弦波;同时,
正、反两组变流器也需按规定频率不停地进行切换,以输出可变频率交流。 正、反两组整流器切换时,不能简单地将原来工作的整流器封锁,同时将原来封 锁的整流器立即开通。因为己开通的晶闸管并不能在触发脉冲消失的那一瞬间立即 被关断,必须等待晶闸管承受反压时才能关断。如果两组整流器切换时触发脉冲的 封锁和开放同时进行,原先导通的整流器不能立即关断,而原来封锁的整流器己经 开通,于是出现两组整流器同时导通的现象,将会产生很大的短路电流,使晶闸管 损坏。为了防止在负载电流反向时产生环流,将原来工作的整流器封锁后,必须留 有一定死区时间,再开通另一组整流器。这种两组整流器任何时刻只有一组工作, 在两组之间不存在环流,称为无环流控制方式。
第六章交流交流(ACAC)变换
第六章交流—交流(AC—AC)变换AC—AC变换是一种可以改变电压大小、频率、相数的交流—交流电力变换技术。
只改变电压大小或仅对电路实现通断控制而不改变频率的电路,称为交流调压电路和交流调功电路、或交流无触点开关。
从一种频率交流变换成另一种频率交流的电路则称为交—交变频器,它有别于交—直—交二次变换的间接变频,是一种直接变频电路。
为了解决相控式晶闸管型交—交变频器输入、输出波形差、谐波严重的弊病,在基于双向自关断功率开关的基础上目前正在研究一种所谓的矩阵式变换器,它是一种具有十分优良输入、输出特性的特殊形式交—交变频器。
本章将分节介绍交流调压(交流调功或交流无触点开关)、交—交变频及矩阵式变换器的相关内容。
6.1 交流调压电路交流调压电路采用两单向晶闸管反并联(图6-1(a))或双向晶闸(图6-1(b)),实现对交流电正、负半周的对称控制,达到方便地调节输出交流电压大小的目的,或实现交流电路的通、断控制。
因此交流调压电路可用于异步电动机的调压调速、恒流软起动,交流负载的功率调节,灯光调节,供电系统无功调节,用作交流无触点开关、固态继电器等,应用领域十分广泛。
图6-1 交流调压电路交流调压电路一般有三种控制方式,其原理如图6-2所示。
图6-2 交流调压电路控制方式(1)通断控制通断控制是在交流电压过零时刻导通或关断晶闸管,使负载电路与交流电源接通几个周波,然后再断开几个周波,通过改变导通周波数与关断周波数的比值,实现调节交流电压大小的目的。
通断控制时输出电压波形基本正弦,无低次谐波,但由于输出电压时有时无,电压调节不连续,会分解出分数次谐波。
如用于异步电机调压调速,会因电机经常处于重合闸过程而出现大电流冲击,因此很少采用。
一般用于电炉调温等交流功率调节的场合。
(2)相位控制与可控整流的移相触发控制相似,在交流的正半周时触发导通正向晶闸管、负半周时触发导通反向晶闸管,且保持两晶闸的移相角相同,以保证向负载输出正、负半周对称的交流电压波形。
第6章 交流交流变换
二 输出电压和控制角的关系
随交流电压的相位角 ω ot从0→π →2π , 相应控制角α 从 90°→0°→90°→180° →90°之间变化。 在电压比γ 较小时,交 流输出电压较低,变流器 控制角α 将更接近90°, 交交变频器的功率因数将 很低
三 输出电压频率和谐波
• 例如三相桥,50HZ电源频率,一周期整流器输 出有6个脉波,如果交交输出频率fo=25HZ,则 交交变频输出电压一周期由12个脉波(即12个片 断)组成。若fo>25HZ, 则组成输出电压的片断 就少于12个脉波, 波形畸变严重,因此交交变频 器输出电压频率一般在1/2~1/3电源频率以下。
U om 2U 1 , I om 2U 1 Z。
例题6.1 单相交流调压器电阻负载(图6.3),电 阻值在11~22Ω 之间变化 求:最大输出功率为2.3kW,电源电压为220V,试计 算负载的最大电流、通过晶闸管的最大电流有效值, 和晶闸管承受的最高正反向电压。
解:1. 当R=22Ω ,在α =0°时输出电流最 大,在最大输出功率为2.2kW的条件下
变频器输出的正弦波电压)
实际输出的交流电 uo 由电源线电压uab、uac、 ubc、uba、uca、ucb的各个 uab=uac的正半周交点A是允许两 相换流的起点,现设为α =0º 的位 片断组成 置u =u 的负半周交点B是允许两 ab ac 换流点C的轨迹是
uTa
u ab u ac 2
6.5.4 三相交交变频电路
三相半波整流电路为基础组成的交交变频器
两组反并联的三相桥式整流电路组成交交变频器
由12相整流效果的整流器组成的交交变频电路
晶闸管整流电路组成的交交变频器的特点:
1. 采用相控方式,变频器输出频率一般低于电 源频率的1/2或1/3。因此交交变频器常用于低速、 大功率的交流调速中,并且可以四象限运行。 2. 交交变频器使用的晶闸管较多,是三相桥结 构的三相交交变频器,则需要36个晶闸管。 3. 功率因数较低,输入电流的谐波较多4. 变频 器输出谐波与组成交交变频器的整流器相数有关, 增加整流器输出相数m可以减少变频器输出的低 次谐波,功率因数也可以改善。 5. 适宜于低速大功率的传动,常应用在轧钢机主 传动、粉碎矿石的球磨机、水泥回转窑和矿井升 降机的传动控制中,单相交交变频也可以用在钢 水的搅拌中。
华中科技大学电力电子学幻灯片——交流-交流变换器
电力电子学——电力电子变换和控制技术(第二版)第6 章交流-交流变换器6交流-交流变换器6.0 引言6.1 晶闸管交流电压控制器的类型6.2 单相交流电压控制器6.3 三相全波交流电压控制器*6.4 变压器抽头电压控制器*6.5 晶闸管相控交流/交流直接变频器*6.6 矩阵式交流/交流变频器6.7 本章小结本章主要讲述交流-交流变流电路把一种形式的交流电变成另一种形式交流电的电路交流电压控制器频率不变,仅改变电压大小交流调压电路相位控制交流调功电路通断控制变频器实现频率变换亦可改变电压大小交交变频直接交直交变频间接⏹采用晶闸管作开关器件时,依靠交流电源瞬时值过零及反向来关断晶闸管。
晶闸管开关器件的开通则可采用移相控制,改变控制角调控变换器输出电压的大小。
⏹单相电压控制器常用于小功率单相电动机、照明和电加热控制,三相交流-交流电压控制器的输出是三相恒频变压交流电源,通常给三相交流异步电动机供电,实现异步电动机的变压调速,或作为异步电动机的启动器使用。
6.0 引言6.1 晶闸管交流电压控制器的类型6.1.1 单相全控6.1.2 带中线星形联结6.1.3 无中线的三相连接6.1.4 三角形联结的控制器si tV v s s ωsin 2=Roi +-ov 1T 4T (a )单相全控通态时:)()(t v t v S O =断态时:)(=t v O 两个反并联开关器件负载电压、负载功率的大小由控制角a 确定6.1.1 单相全控si V1T 4T 3T 6T 5T 2T (b )带中线星形联接90=a 时,中线电流约等于相电流三个单相交流电压控制器可组合成带中线的三相交流电压控制器缺点中线电流大6.1.2 带中线星形联结si 'V (c )无中线的三相联接输入电流中没有3次及3的倍数次谐波电流6.1.3 无中线的三相连接Nv ANv BNv CNi Ai Bi CBACZ LZ LT1T4T6T3Z LT2T5(d) Δ联接的交流电压控制器只适用于允许断开6根出线端子的三角形负载6.1.4 三角形联结的交流电压控制器6.2 单相交流电压控制器6.2.1 电阻负载6.2.2 电阻、电感性负载*6.2.3 PWM交流电压控制器利用傅立叶级数可求出基波及各次谐波。
电力电子技术基础 第6章 AC-AC变换-交流调压和交交变频器
图6-1 单相交流调压电路(电阻式负载)
第6章 AC/AC变换——交流调压和交交变频器
u1
2、单相交流调压电路 (阻感式负载)
0j a
p
2p
wt
波形与工作原理
VT1
i0
VT2
R i2
~u1
u0
L
uG uG1
uG2
0
wt
u0
0j a
p
p+ a
wt
i00wtqFra bibliotekuVT
0
wt
图6-2 阻感负载电路波形
第6章 AC/AC变换——交流调压和交交变频器
电力电子技术课程讲座
第6章 AC/AC变换——交交变流电路 6.1 概述
交流-交流变流电路(AC/AC Converter)即把一种形式的交流变成另一种形式 交流的电路。在进行AC-AC变流时,可改变相应的电压(电流)、频率和相数等。
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。
+
p
a p
第6章 AC/AC变换——交流调压和交交变频器
2、单相交流调压电路 (电阻式负载)
1.0
功率因数 λ
0.8
P U0I0 U0 sin 2a + p a
S U1I0 US
2p
p
✓ α越大,输出电压越低,功率因数也越低。 ✓ 移相范围: ✓ 图中输出电压虽是交流,但不是正弦波,没有偶次谐
O
✓
时刻,开通VT2,此时i2流过负载,u0 = u1;
✓在
期间,无VT通,由相应的VT承担u0电压,u0 = 0。
p+a
第6章 交流-交流变换电路
周波变换器
6-1 交流电压控制电路
典型应用
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 小型异步电动机调压调速 4 供用电系统对无功功率的连续调节 5 加热炉温度控制
6-1 交流电压控制电路 6-1-1 单相交流调压 控制方式: 1.通断控制
2.相位控制
6-1-1 单相交流调压
电力电子开关应用例
无功补偿装置—晶闸管投切电容器(TSC: Thyristor Switched Capcitor)中利用晶闸管 实现补偿电容的投入与切除,实现输入功率 因数在期望值附近。
TSC单相主电路
返回
6-2 相控交交变频电路 6.2.1 单相交-交变频电路
1) 基本结构与工作原理
将两个相控整流电路反并联并控制它们分 时向负载供电,则可在负载上获得交流电
Y 三相四线联接( N 联接) 三角形联接( D联接)
三相四线联接、三角形联接三相交流调压 可看作是三个单相交流调压电路的组合,可 仿照单相交流调压方法进行控制.
6-1-2 三相交流调压
中线上 是否存 在电流?
6-1-2 三相交流调压
三相三线联接(Y 联接) 工作原理
1 由于没有零线,每相 电流必须和另一相构成 回路.与三相全控桥整 流电路一样,应采用宽 脉冲或双窄脉冲触发。
接线复杂,使用的晶闸管较多
受电网频率和变流电路脉波数的限制 输出频率较低,输出电压谐波成分大 采用相控方式,输入功率因数较低
交-交变频器主要用于500kW以上,转速在 600r/min以下的大功率、低转速的交流调 速装置中。它既可用于异步电动机传动,也 可用于同步电动机传动。
6-2-2 三相交交变频电路
控制方式:
第6章1 交流—交流
t tg sin( t ) sin( ) e d( t )
IVT
U2 2Z
1 2
I VT
2U 2 Z
t tg sin( t ) sin( ) e d( t )
id
u2
VT1
R
udc
VT4 L
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4、特点 1)调节连续; 2)纯阻负载时,电源电流基波分量与电源电压同相位, 位移因数为1; 3)电源电流谐波:只含和开关周期有关的高次谐波, 易于滤波器设计,功率因数高。
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4)
2
查P143,图6-3: 查P143,图6-4:
ITR 2U 2 R2 ( L)
2
,
135 0
I RN 0.32
2
I RN 320( A)
P ( 2 320 ) 2 R cos 0.453 S ( 2 320 ) 230
id
2U 2 (cos cos t ) L
iT1
ωt
2 3
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负载电流:
平均值:
有效值:
Id 0
I dR
1
晶闸管
平均值:
2U 2 (cos cos t dt 291 (A ) L
n 1, n 3,5,7,9......
交流变换电路详解课件
负载电流基波和各次谐波有效值:
I on U on / R
在上面关于谐波的表达式中 n=1为基波,n=3,5,7,…为奇次谐波。随着谐波次数n的增加, 谐波含量减少。
第7页,共43页。
6.1.1 单相交流调压电路
➢感性负载 (R-L负载)
❖ 单相交流电压器带阻感负载时,
工作情况同可控整流电路带电感负 载相似;
2) 采用宽脉冲或脉冲列触发,使第
二个晶闸管的导通角θ<π 。随后T1
导通角逐渐减小,T2逐渐增大,最终
使两个晶闸管的导通角θ=1800达到平
图(6.1.4)
衡。解决失控现象。
窄脉冲触发时的工作波形
第12页,共43页。
6.1.1 单相交流调压电路
总结:
❖ 当 时,并采用宽脉冲触发, 负载电压、电流总是完整的正弦波, 改变控制角 ,负载电压、电流的有
第六章 交流变换电路
➢ 概述
➢ 交流变换电路:把交流电能的参数(幅值、频率、相数)加以转换的 电路。
交流电力控制电路
分
维持频率不变 改变输出电压的幅值。
类
交一交变频电路 (直接变频电路)
将电网频率的交流电直接变换成较低频率的交流电 直接变频的同时也可实现电压变换。
第2页,共43页。
6.1 交流调压电路
第3页,共43页。
6.1.1 单相交流调压电路
➢单相交流调压器主电路特点:
T1 、T2 构成无触点交流开关。
✓ 1)电源正半周:T1触发 导通,电源 的正半周施加到负载上;
✓ 2)电源负半周:T2触发导通,电 源负半周便加到负载上;
✓ 3)电源过零:T1、T2交替触发 导通,电源电压全部加到负载;
电力电子技术直流交流变换技术ppt课件
Vin
其瞬时值表达式为:
vAB 4 V in sitn 1 3si3 n t1 5si5 n t
精选PPT课件
15
工作原理(感性负载时)
Q1
QD11
V
in
V
A
in
Q
3
QD33
QD21
Z
A Q
D43
(a)
QD22
QQ 1 4D2
Q2Q1 QQ3 4
VAB
VAB
ZB
Vin B
Vin
QD44 i R
❖ 1964年,德国学者A. Schonung 和H. Stemmler 率先提出了脉宽调制(PWM: Pulse Width Modulation)的思想,把通讯技术中的调制技术 应用于交流传动中,开创了DC-AC技术研究的新领 域。
in
Q
4Q
3
(a)
B
D2
QQ 14
D1
VAB
B
A
Q2
Vin
Z
D4 D3i
Q
4
R
Q2 Q3
D2
Q1Q4 Q tQ
14
Q1
Q4 QQ12
D
DQ233Q4
V
VAB
ABVAB
Vin
Vin
B
t
D4 i R
i
i L
R
Q3
Q 1
Q 3
D 4
Q 4
QQ12Q4D1 QQ24 DQ31
t
Q1 D3
Q 3
D 4
Q 4
t
VT3
VT3
VT5
VT5
的晶闸管
共阳极组中导通
第6章 3交流—交流
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--电力电子技术--
3、输出功率
P 1 T
u 0i0dt
0
T
1 MTs
NTs
0
u 0i0dt
N MTs
Ts
0
u 0i0dt
N Ps M
uo
2N 导通段= M 2 U1 u1 uo,io 2 电炉的温度控制 M O 3 4 M M M
电源周期 控制周期 =M倍电源周期 =2
23
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六、Matrix Converter
a 输入 b c u v输 出 w b) 图4-28 S ij
S1
1
S1
2
S1
3
S2
1
S2
2
S2
3
S3
1
S3 a)
2
S3
3
--The End-24
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作业:
25
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二、Single-phase AC-AC Frequency Converter
1)基本工作原理
变换器组选择:由输出负载电流决定,与负载电压无关; 变换器工作状态:由输出负载电压和电流方向的异同决定; 同向:整流; 异向:逆变
uo io ωt
正组 反组
整流 封锁
逆变 封锁
封锁 整流
fin (6 k 1) fi 2 lfo
fin fi 2 kfo
k=1,2,3,…;
l=0,1,2,3,….
单相-单相交交变频仿真:
第六章:交流-交流变换技术
d轴电流PI调节器
dd
da
电量检测
ia
ea
Tam / dq
PLL
Ls / VC1
Ls / VC1
0
S21 ~ S24
SPWM (120 o )
iq
Tdq / am
dq
da
K K p2 i2 s
q轴电流PI调节器
S31 ~ S34
SPW M (240 o )
SST电网侧输入端串联3个AC/DC模块的控制技术框图
整流器采用三相PWM整流电路时,输入电流近似正弦波, 且功率因数接近1,具有较高的电磁兼容性能。 具有单相功率因数校正功能的交流-交流变换电路,一般 适合于小功率的应用场合。
单相单管式Boost APFC电路分析
假定输入电感电流iL连续:
ud uL ud U O 0 t dTC dTC t TC
uc
A
ia
B
ib
H i (s)
三相整流器六 开关半桥电路
Udc
H
v
(s)
C
ic
PWM驱动产 生电路 dq反变换
u ref
PI
dq变换
id
iq
PI
PI
0
三相半桥整流器功率主电路拓扑
整流器系统控制原理图
交流输入端电压电流仿真波形图
交流输入端电压电流实验波形图
间接AC/AC变换电路-电力电子电力变压器
diL 1 (U S m sin t U O ) 0 dt L US m U O
iS
uS
现代交流伺服系统 第6章 交流伺服系统的功率变换电路
Idc 2
URM 2Uφ
I D(AV)
Idc 3
URM 2UCI
5
6.2.2 滤波电路的设计
• 滤波电路的主要构成 在电压型逆变器中,滤波元件主要是采用电解电容器。
• 滤波电容器的主要参数 滤波电容器的选择主要考虑以下三个因素:电容器的额定电压、滤波电路纹
波电压及电容器的额定纹波电流。 • 纹波电流 ➢ 滤波电容器流过的纹波电流主要包括两部分:从工频电源通过整流电路流入的
➢ 它与RC缓冲电路不同,由于带有缓冲二极管,缓冲电阻值可以取大,能够避
免导通时,集电极电流增大影响IGBT的问题;
➢ 与放电阻止型RCD缓冲电路相比,由于在缓冲电路上产生的损耗非常大,不适
合高频开关电路。
充放电型RCD缓冲电路电阻上产生的损耗可以根据下式计算
P
LI
2 0
f
CSU
2 d
f
2
2
16
6.2.4 缓冲电路的设计表6-1 输入交流电压和Fra bibliotek件额定电压关系
输入交流电压/V
180~220
380~440
480~575
器件额定电压值/V
600
1000~1200
1400
7
6.2.3 逆变电路的设计
• 电流额定值的确定
器件额定电流值由逆变电路容量与伺服电动机功率之间的关系得到
PCN
PM cos
ICMAX
2kolkirp PCN 3U CN
8
6.2.3 逆变电路的设计
(2)正弦波PWM逆变电路开关器件损耗的计算
• IGBT饱和损耗
IGBT的饱和损耗为:
P(sat)AV
1 ICPUCE(sat) (8
(完整版)电力电子技术第6章习题答案
第6章交流—交流变换电路课后复习题及答案第1部分:填空题1.改变频率的电路称为变频电路,变频电路有交交变频电路和交直交变频电路两种形式,前者又称为直接变频电路,后者也称为间接变频电路。
2.单相调压电路带电阻负载,其导通控制角α的移相范围为0~180O,随 α 的增大,U o 减小,功率因数λ减小。
3.单相交流调压电路带阻感负载,当控制角α<ϕ(ϕ=arctan(ωL/R) )时,VT1的导通时间越来越短 ,VT2的导通时间越来越长。
4.根据三相联接形式的不同,三相交流调压电路具有多种形式,TCR属于支路控制三角形联结方式,TCR的控制角 α 的移相范围为90°~ 180°,线电流中所含谐波的次数为k。
6=±k,2,1,15.晶闸管投切电容器选择晶闸管投入时刻的原则是:该时刻交流电源电压和电容器预充电电压相等。
第2部分:简答题1.交流调压电路和交流调功电路有什么区别?二者各运用于什么样的负载?为什么?答:在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制,可以方便地调节输出电压的有效值,这种电路称为交流调压电路。
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,可以方便地调节输出功率的平均值,这种电路称为交流调功电路。
交流调压电路广泛用于灯光控制及异步电动机的软起动,也用于异步电动机调速。
交流调功电路常用于电炉的温度控制,像电炉温度这样的控制对象,其时间常数往往很大,没有必要对交流电源的每个周期进行频繁的控制,只要以周波数为单位进行控制就足够了。
2.简述交流电力电子开关与交流调功电路的区别。
答:交流调功电路和交流电力电子开关都是控制电路的接通和断开,但交流调功电路是以控制电路的平均输出功率为目的,其控制手段是改变控制周期内电路导通周波数和断开周波数的比。
而交流电力电子开关并不去控制电路的平均输出功率,通常也没有明确的控制周期,而只是根据需要控制电路的开通和断开。
第6章 AC-AC变换电路
四、斩控式交流调压电路
一般采用全控型器件作为开关器件 工作原理
基本原理和直流斩波电路有类似之处。 u1正半周,用V1进行斩波控制,V3提供续流通道。
u1负半周,用V2进行斩波控制,V4提供续流通道。
设斩波器件(V1或V2)导通时间为ton,开关周期为T,则导通
比α = ton/T,改变α 可调节输出电压。
解方程得:
式中:
,θ为晶闸管导通角
利用边界条件:ωt=α+θ时 i0=0,可求得θ:
VT2导通时,上述关系完全相同,只是i0 极性相反,相位差180° 以φ 为参变量时,变量θ与α的关系曲线 如右图:
确定其移相范围: ①α>φ,此时: 因:
sin( )e
tan
0
o 所以: sin( ) 0 即 180
重点:交-交变频电路(周波变流器)的电路及原理。
第一节 交流开关及应用
交流开关及应用
一、交流 电力电子 开关
二、交流 调功电路
一、交流电力电子开关
将晶闸管反并联串入交流电路如
图所示,代替电路中的机械开关
,起接通和断开电路的作用,称 为交流电力电子开关,也称为无 触点开关。 与机械开关相比,它具有开关响 应速度快,无触点(无电弧火
不对称但是在指数分量的衰减过程中VT1的导通时间逐渐缩短,
VT2的导通时间逐渐延长,当指数分量衰减到零后,VT1和VT2的 导通时间均趋近到π ,其稳态工作情况和α =φ 时完全相同。
综合分析可知:单相交流调压电路带阻感性负载时α 角够相范
围为φ ~π 。
三、单相交流调压电路的谐波分析
1.电阻负载的情况
第六章 AC-AC变换器
6.2 交流调压电路
• 交流调压就是把固定的交流电变成幅值(有效值)可调的交 流电。利用自耦变压器可以实现这一目的,输入输出电压波 形如下图所示。 • 自耦变压器需要通过手动或电动机拖动调节碳刷位置来达到 调节输出电压的目的,同时需要经常更换碳刷且为有级调节
ui 0 uo 0
t
t
6.2 交流调压电路
6.2.1 相控交流调压电路-单相
阻感负载 • 工作原理:
VT2
u 0
t
uo
~u
VT1
uo
L R
0
t
io 0
t
6.2.1 相控交流调压电路-单相
1、交流调压电路
~u
VT2
• 阻感负载时的工作过程分析
L
1.1 相控交流调压电路 u VT
1
o
在ωt =α时刻开通VT1,负载电流满足
t
t
– α=0 时,功率因数 λ=1, α增大,输入 电流滞后于电压且畸变,λ降低
1 sin 2 2
1 Uo
2U 1 sin t d t U 1
2
P UoIo Uo S U1I o U1
1 sin 2 2
VT2
相控交流调压电路-单相
• α<,θ>π,VT1提前通,L被过充电,放 电时间延长,触发VT2时,负载电流未 过零反向。
u 0
~u
VT1
uo
L R
t
180 140
ug1 0 ug2 0
90 ° = ° 75 ° 60 ° 45 0 ° 3 ° 15 0°
/(° )
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电路的功率因数
P UO IO 1 π −α = sin 2α + λ= = S U1 I O π 2π
(6.4)
二 感性负载 1. ϕ ≤α≤π
u1 io = = Z 2U 1 sin(ωt − ϕ ) Z
Z = (ωL) 2 + R 2 , ϕ = arctan(ωL / R)
输出电压和电流的最大值分别为
晶闸管导通时 负载电压有效值
i0= u1/R, u1 = 2U 1 sin ωt
U O = U1
π −α 1 sin 2α + π 2π
(6.1)
负载电流有效值 晶闸管电流有效值
IT = 1 2π
π
UO IO = R
(6.2)
2U1 sin ωt 2 U1 ∫α ( R ) dωt = R
π −α 1 1 sin 2α + = Io 4π 2π 2 (6.3)
• 交流偏置法与DC-AC变换逆变器中叠加三次谐波调制(图 5.17a)的原理相同,即以马鞍形的调制波ur代替图6.16中的 正弦波,因此单相交交变频器输出电压uo中含有三次谐波, 但对三相交交变频器,因为三次谐波相可以互抵消,不会对 负载产生影响。 • 梯形波调制(图5.16),直流偏置法(图5.18)等,也可以 应用在交交变频器的调制中。 • 采用这些方法变频器输出电压不是正弦波,但是调制波的顶 部比较平坦,当变频器在低频低压工作时,控制角α可以较 小,变频器的功率因数也相应有所提高。 • 采用交流偏置法,因为鞍形或梯形调制波的基波幅值大于鞍 形和梯形波幅值15%左右,因此变频器的输出的基波幅值也 可以提高15%左右
6.3 三相交流调压电路
无中线连接星形三相调压器电路
模式一 三相同时工作状态,即每相有一个晶闸管导 通,三相同时有三个晶闸管导通,在导通区 间,各相负载电压等于电源相电压。 模式二 三相中只有两相工作,即同一时刻三相中 只有两相有晶闸管导通。这时,导通两相的 负载是串联接在这两相电源上,因此导通两 相负载上的电压(相电压)为该两相电源线 电压的二分之一。
U om cos α = sin ω o t = γ sin ω o t U do
U om γ = U do 称为输出电压比, 0 ≤ γ ≤ 1 且
∴
α=arccos(γ sin ω o t )
两组整流器的控制角关系应是 α VR= 180 − α VF = 180 − α
二 叠加三次谐波的交流偏置法
6.5.3 交交变频器的工作特性
一 交交变频器的控制
1.有环流控制方式
2.无环流控制方式
A区,uo1、io均为“+”,VF桥处于整流状态; B B区,uo1为“-”、io为“+”, VF桥有源逆变状 uo1 io +”, VF 态; C区,uo1、io均为“-”,VR桥处于整流状态; D区,uo1为“+”,io为“-”,VR桥有源逆 变状态。 其中A区和C区,uo1和io方向相同,是负载从 电源吸收电能,除电阻消耗外电感储能。 B区和D区, uo1和io方向相反,电感释放电能,
6.1 其他交流调功电路及其应用
6.4.1 交流调功电路
• 交流开关对电流进行通断控制 • 开关导通期间,电压和电流都是正弦的 没有谐波,与相控调压方式相比,可以 提高装置的功率因数,减少谐波的影响。
6.4.2 静止无功补偿
• 采用交流无触点开关代替接 触器开关,使投切时刻可以 准确控制,由于没有机械触 点,提高了开关寿命,可以 频繁地根据需要投切相应的 电容数量。 • 控制角α应领先us(电源电 压)90°,才能得到完整的 正弦波电流输出 • 需要切除电容时,应选择电 容电流为零的时刻撤除晶闸 管触发信号
二 输出电压和控制角的关系 随交流电压的相位角 ωot从0→π→2π, 相应控制角α从 90°→0°→90°→180° →90°之间变化。 在电压比γ较小时,交 流输出电压较低,变流器 控制角α将更接近90°, 交交变频器的功率因数将 很低
三 输出电压频率和谐波
• 例如三相桥,50HZ电源频率,一周期整流器输 出有6个脉波,如果交交输出频率fo=25HZ,则 交交变频输出电压一周期由12个脉波(即12个 片断)组成。若fo>25HZ, 则组成输出电压的片 断就少于12个脉波, 波形畸变严重,因此交交变 频器输出电压频率一般在1/2~1/3电源频率以下。
I NVT IT 10 = = = 7.4 A 1.35 1.35
U Tm = 220 2 = 311 V
晶闸管承受的最高正反向电压
6.2.2 斩控式交流调压
• 一 电阻负载
S1用于交流电的斩波控制 S2用于感性负载续流控制。
•
二 感性负载 A区, u o 为“+”
io1 为“-” u o 、 io1 都为 io1 • B区,
• 交交变频器电源侧电流滞 后于电压, • 交变频器输入电流受控制 角α影响。输出电压比γ 越小,半周期内α的平均 值越接近90°,电流与电 压之间的位移因数就越大, 使交交变频器的输入功率 因数越低。 • 即使在负载功率因数为1 (电阻负载),变压比γ 也是1时,输入功率因数 也小于1。 • 无论负载功率因数是超前 还是滞后,电源侧电流总 是滞后于电压。
uTa是一条余弦曲线,余弦曲线的
下降沿AB与调制波ur的交点uab与uac (晶闸管VT6与VT2)的换流时刻
在每段晶闸管导通区间整流器输出电压为
U d = U d 0 cos α
设 要求的交流输出电压
式中:U d 0 ―整流电路系数
uo =Uom sinωot
整流器输出电压等效交流输出电压uo
Ud
变频器输出的正弦波电压)
实际输出的交流电 uo 由电源线电压uab、uac、 u u ubc、uba、uca、ucb的各个 uab=uac的正半周交点A是允许两相 换流的起点,现设为α=0º的位置 片断组成 uab=uac的负半周交点B是允许两 换流点C的轨迹是
uTa
u ab + u ac = 2
相换流的终点,是α=180º的位置。
第6章 交流/交流变换- 交流调压和交交变频器
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 交流无触点双向开关 单相交流调压原理 三相交流调压电路 其他交流调功电路及其应用 交-交变频器 矩阵式变频器
交流无触点双向开关
晶闸管交流无触点开关 全控型器件交流无触点开关
单相交流调压原理
6.2.1 单相交流调压原 理 一 电阻负载 u1正半周ωt =α时触 发VT1 u1负半周ωt=π+α 时触发VT2 在电阻R上得到随控 制角α变化的交流电压 和电流
小
结
交流调压和交交变频都有相控和斩控两种控制方式,前者 使用半控型晶闸管器件,后者使用全控型器件组成的交流 无触点开关。 单相交流调压经常使用在灯光控制,单相交流电动机调压 调速和电加热温度控制中,三相交流调压常用于三相交流 电动机的软起动、轻载时的节能运行和调压调速中。 相控晶闸管交交变频器常用于高电压、大电流、低速传动 控制系统,并且可以四象限运行,由于可以实现回馈发电 制动,有很好的节电效果,在需要较频繁正反转的大容量 调速系统得到应用,其不足是功率因数较低,谐波含量较 大,频谱较为复杂。 晶闸管交流调压,交交变频的原理和特性是本章重点,也 是变流器应用中进行方案比较和选择的重要依据。
U om = 2U 1 , I om = 2U 1 Z。
例题6.1 单相交流调压器电阻负载(图6.3),电 阻值在11~22Ω之间变化 求:最大输出功率为2.3kW,电源电压为220V,试计 算负载的最大电流、通过晶闸管的最大电流有效值, 和晶闸管承受的最高正反向电压。 • 解:1. 当R=22Ω,在α=0°时输出电流最大, 在最大输出功率为2.2kW的条件下
输出电压中的主要谐波频率为
6fs±fo, 6fs±3fo, 6fs±5fo, 12fs±fo, 12fs±3fo, 12fs±5fo, 若采用逻辑无环流控制方式时,由于换向死区 的影响,输出电压中还将增加5fo, 7fo等次谐波
四 输入电流谐波和功率因数
• 采用三相桥的单相交交变频器电源侧电流 谐波频率fi为: • fi=∣(6k±1) fs±2l fo∣ (6.13) • 和 fi= fs±2 k fo (6.14) • 式中, k=1,2,3…; l=0,1,2,3…。
Po = RI , I o =
2 o
Po = R
2200 = 10 A 22
Io 10 IT = = = 7.07 A 2 2
• 在输出功率为2.2kW的条件下,当R=11Ω, α<0时
Io = Po = R 2200 = 14.1 A 11
I o 14.1 IT = = = 10 A 2 2
通过晶闸管的最大电流有效值应取10A。 晶闸管额定电流
6.3.2 三相斩控式交流调压
三个交流开关 S1、S2、S3由同 一驱动信号ug控 制, • 续流开关T4的驱 动信号ug4与ug互 补, •
在T1、T2、T3导通时, 负载上电压与电源电压 相等 在T1、T2、T3关断时 T4 导通,使感性电流 经 不 控 整 流 器 和 T4 续 流,负载上电压为零。 调 压 器 输出 线电 压 波 形(图6.11)与单相交 流 斩 控 调 压 ( 图 6.7 ) 类似, 为 了 避 免输 出电 压 和 电流中包含偶次谐波, 并且保持三相输出电压 对称,载波比N必须选 为6的倍数。
6.5.4 三相交交变频电路
三相半波整流电三相桥式整流电路组成交交变频器
由12相整流效果的整流器组成的交交变频电路 相整流效果的整流器组成的交交变频电路
晶闸管整流电路组成的交交变频器的特点:
1. 采用相控方式,变频器输出频率一般低于电 源频率的1/2或1/3。因此交交变频器常用于低速、 大功率的交流调速中,并且可以四象限运行。 2. 交交变频器使用的晶闸管较多,是三相桥结 构的三相交交变频器,则需要36个晶闸管。 3. 功率因数较低,输入电流的谐波较多4. 变频 器输出谐波与组成交交变频器的整流器相数有关, 增加整流器输出相数m可以减少变频器输出的低 次谐波,功率因数也可以改善。 5. 适宜于低速大功率的传动,常应用在轧钢机主 传动、粉碎矿石的球磨机、水泥回转窑和矿井升 降机的传动控制中,单相交交变频也可以用在钢 水的搅拌中。