第6章：晶闸管变流装置

应。
调节周期仅为0.01s，对于热惯性小的加热系统也适 调相触发调功器特点：
负载的电压(电流)是 缺角正弦波， 功率 因数差，且存在高次 谐波，对电网和无线 电波会产生射频干扰。 过零系统
电力电子与 电力传动
6.1 晶闸管交流变换器
调功器基本原理框图 控制系统： 1--零脉冲电路 2--导通比电路 3--过流截止电路 4--“与”门电路 5--脉冲变压器 主电路：快速熔断器，双向 晶闸管，电流互感器。 电炉负载RL，温度传感器BST， 正常情况下，(3)输出高电平，(4)使脉冲变压 调节器，通过开关与调功器 器输出与电源电压过零点同步、数目连续可 组成闭环控制系统，自动调 调的触发脉冲，控制T导通调节输出功率。 节炉温 不能空载（电流大于维持电流才能保持通态）
电力电子与 电力传动
串联谐振逆变电路仿真
电 力 电 子 装 置 及 系 统
21:48
电力电子与 电力传动
串联谐振逆变电路仿真R=4
电 力 电 子 装 置 及 系 统
21:48
电力电子与 电力传动
串联谐振逆变电路仿真
电 力 电 子 装 置 及 系 统
21:48
6.4.1谐振逆变器主电路结构
电力电子与 电力传动
1. 谐振过零；2. 强迫换流（需大量元件）。
21:48
6.4.1谐振逆变器主电路结构
电力电子与 电力传动
1.基本串联谐振逆变电路
T1 E D1
g 1 g2 g 1 g2
i1
i 1
0
t
uC
C1 R
L1
i
i2
i1 i2
L2
i2
0 i 0
t
T/2
T
t
uC
E T2
D2
t
( a)
图 6.18
谐振电流波形
谐振元件：L1,L2,C1。负载：R
V5

V6
正、反转调速线路
电力电子与 电力传动
6.2.3 绕线式异步电动机串级调速
1、采用相控有源逆变 电网 PA 调节逆变角，改变了 回馈至电网的转 差功 率从而改变了转差率s， 实现调速。适合于大 功率。 2、转差频率电势经 过三相整流桥得到Ud, 经过滤波电感Ld得到 图6.15 直流电压Us，三相桥 式有源逆变转换成三 相工频交流，升压与 交流电网连接。

Ld


Ud US
绕线式异步电动机串级调速原理图





PD
电力电子与 电力传动
6.4 晶闸管谐振型逆变器
谐振逆变器主电路结构
串联谐振逆变电路
电 力 电 子 装 置 及 系 统
电容分压电路
移相调压
一个400Hz谐振逆变器实例
主电路
控制电路
晶闸管的关断需要电流小于维持电流，无源逆变电路电 流过零两种方法：
Title Size Nu mber Rev isio n
电力电子与 电力传动
400Hz实例Q1-Q4,L1-L2,C1-C4组成移相全桥电路
C91 Q1 R91
11 12 12 14
C93 Q3 R93
21 22 22 24
C03
CT 1 9 81 83
CT 3
L1
LC
C2
3 70
1
C1
0
C3
2
R01
C01
R03
C03
CT1 9 81 83
CT3
电源指示
40 74 V 72 f
L1
LC
JC10
C2
1
C1
0
C3
工作指示
36
LA2
2
C4
4 71
3 70
D R96
35
DE L2
6 6T 18 82 16 CT2 74
B1
DF LD
B2
72 35 36 CT4
28
Rv
38 1K
电压调节
Rf
R02
C02
t
uC
C1 R
L1
i
i2
i1 i2
L2
i2
0 i 0
t
T/2
T
t
uC
E T2
D2
t
( a)
图 6.18
谐振电流波形
谐振频率与工作频率之比为1.35左右，等效负载电阻和谐振阻抗
之比为3~5时，在谐振电容C1上能得到失真系数小于5%的正弦波 在负载变化时，谐振频率会变化，正弦波的正弦度降低，如果 21:48 负载过重，谐振频率进一步降低，自然换流点后移，有可能造成桥
电力电子与 电力传动
第6章 晶闸管变流装置(传统）
6.1 晶闸管交流变换器
交流调功器基本工作原理
电 力 电 子 装 置 及 系 统
6.2晶闸管相控调速系统
直流、交流电动机调速系统原理
6.4 晶闸管谐振型逆变器
谐振逆变器主电路结构 实例：400HZ谐振逆变器
电力电子与 电力传动
6.1 晶闸管交流变换器
R04
QE C04
19
QF
29
RE
1 .3
85
RF
35
57
C92 CE Q2
13
C94 Q4 CF
23 10
1K
频率调节
LA3
90
故障指示
JC
40 6
R92
R94
80
10
L01
10
接触 器
21:48
400Hz实例Q1-Q4,L1-L2,C1-C4组成移相全桥电路
电源开 关 电力电子与 控制 盒 电力传动
( c)
电力电子与 电力传动
6.4.2 一个400Hz谐振逆变器实例
主电路设计思想（应包含的功能部分）
1. 遥控盒/面板：电压、频率、故障指示；起
电 力 电 子 装 置 及 系 统
2.
3. 4. 5. 6.
停按钮；电压调节、频率调节。 浪涌抑制电路 输入滤波电路 移相全桥电路 主变压器、反馈变压器 桥臂直通保护电路
控制电路
0 Tc1 控制信号 Tc2
t
t 触发脉冲 0 负载电压 0 t t
变周期过零触发
21:48
过零触发半周波控制型调功器
将交流电源每 N 个电压半周定为一个调节周期 T在该调
电力电子与 电力传动
6.1 晶闸管交流变换器
节周期内调节导通电压半周的个数 M 来调节输出功率 。
调节率V＝M／N
图(a)中 M＝1， V＝1／N 图(b)中 M＝2， V＝2／N
电 力 电 子 装 置 及 系 统
1. 辅助电源 2. 控制核心：PWM的移相调节 3. 脉冲形成及驱动 4. 保护电路
5. 反馈检测
6. 面板调节电路
21:48
6.4.2 一个400Hz谐振逆变器实例
电力电子与 电力传动
D1 R4 40 R1 R1 3 R1 5 +12 V G1 C3 L1 B3
电 力 电 子 装 置 及 系 统
晶闸管相控整流直流电动机调速系统 晶闸管相控交流调压调速系统 异步电动机定子供电频率不变时，其电磁转矩与输入 电压有效值的平方成正比，利用交流调压电路，可以 达到调速目的。 绕线式异步电动机串级调速 采用相控有源逆变调节逆变角，改变了回馈至电网的 转差功率从而实现调速，调速装置的功率远小于电动 机的功率，特别适合大功率应用（几千千瓦）。
21:48
电力电子与 电力传动
6.1 晶闸管交流变换器
调功器的主电路-基本联 接型式
图中双相晶闸管可用两
反并联普通晶闸管代替 注意双向晶闸管和普 通晶闸管额定电流的 定义有所不同
电力电子与 电力传动
6.2晶闸管相控调速系统
无论直流电机还是交流电机，在改变它们的输入电压 时，电机的转速将随之改变，调节电机的输入电压控制 电机转速，称为调压调速。
+
JC
41 41 5
L01 R97
9
C91 Q1 R91
11 12 12
C93 Q3 R93
21 22 22 24
A2
A1
43 43
JC30
R95
42 42
14
LA1
R01
C01
R03
C03
CT1 9 81 83
CT3
遥控盒
电 力 电 子 装 置 及 系 统
电源指示
40 74 V 72 f
L1
LC
JC10
23 10
1K
频率调节
LA3
90
故障指示
JC
40 6
R92
R94
80
10
L01
10
接触 器
启停：电容充电，按下A1，接触器得电，JC闭合；按下A2停止； 滤波：L01,L02和C1-C4，R01-R04均压电阻； 起停、滤波、保护、 保护：CE,CF为150V(下正上负)，直通时，触发QE,QF, 晶闸管关断。
2、电容分压电路-负载特性
1
如果等效电容C1* 减小，
T1 E C1 C2 D1
i1
L1
i2
R E
2
L2
T2
D2
谐振频率增加，输出电压 降低，但输出电压在等效 电容C1*上的分压比增加， 使输出电压基本不变。 C2=2C1时，无论是电 阻性、电感性或电容性负 载，当系统开环工作时， 从空载到满载，电压变化 不超过3％。
(b)
图6.9 三相桥式全控整流主电路及系统原理图
串联RC作用：瞬态过电压保护，滤波，缓冲。
双闭环控制：在给定突加（含启动）的过程中表现为一个恒值电
流调节系统，在稳态中又表现为无静差调速系统。
电力电子与 电力传动
6.2.1晶闸管相控整流直流电动机调速系统
控制电路：包括触发器、控制器、速度调节器、电流调节器、检测电路
21:48
电力电子与 电力传动
6.4.2 一个400Hz谐振逆变器实例 主电路
JC
41 5
电源开 关
+
L01 R97
9
遥控盒
电 力 电 子 装 置 及 系 统
控制 盒
A2 A1
41
C91 Q1 R91
11 12 12
C93 Q3 R93
21 22 22 24
43
43
JC30
R95
42 42
14
LA1
电 力 电 子 装 置 及 系 统
交流调功器概述 特点：晶闸管交流调功器采用过零触发 周波控制模式，输出断续正弦波。 优点：避免了缺角正弦波引起的干扰， 降低了开关管承受的浪涌电流，di/dt小。 缺点：存在低频次谐波分量，不能平滑 调节电压，不能用普通电压表、电流表 测量。 场合：只要求有合适的电功率传输，对 电压和电流没有严格要求。
C4
4 71
DE L2
6 6T 18 16 82 CT 2 74
B1
DF LD
B2
72 35 36 CT 4
28
QE
19
QF
29
C04
RE
1 .3
85
RF
C92 CE
13 10
C94 Q4 CF
23 10
Q2 R92 R94
0
21:48
电力电子与 电力传动
6.4.2 一个400Hz谐振逆变器实例
控制电路设计思想（应包含的功能部分）
1）触发器
电力电子与 电力传动
6.2.2 交流调压调速系统结构图
异步电动机定子供电频率不变时，其电磁转矩与输入电压有效值
的平方成正比，利用交流调压电路，可以达到调速目的。

~ 380V A B KMF KMF
C
KMF



M 3~
V4
KMR V1


KMR V3
V2
KMR
6.1 晶闸管交流变换器
电力电子与 电力传动
0
t
0 Tc1 Tc2
t
交流调功器概述 功能：调节输出功率 应用：主要用于以镍铬 或铁铬铝材料为发热元 件的电热装置的温度自 动控制
t
0 0
t t
定周期过零触发
电源电压 0 过零脉冲 t
控制方式：
半 周 波 过 零 触 发 控 制 （定周期/变周期）； 调相触发控制
21:48
电力电子与 电力传动
6.2.1晶闸管相控整流直流电动机调速系统
~
T1
R T3 C
R T5 C
R C R C

检测电路
速 度 调 节 ST 电 流 调 节 LT
L
பைடு நூலகம்
R
C

T4

R T6 C R C

T2
R C
控 制 器
触 发 器

给 定 电 路



过流保护 电流检测
( a)
C2
1
C1
0
C3
工作指示
36
LA2
2
C4
4 71
3 70
D R96
35
DE L2
6 6T 18 82 16 CT2 74
B1
DF LD
B2
72 35 36 CT4
28
Rv
38 1K
电压调节
Rf
R02
C02
R04
QE C04
19
QF
29
RE
1 .3
85
RF
35
57
C92 CE Q2
13
C94 Q4 CF
21:48
( b)
6.4.1谐振逆变器主电路结构
电力电子与 电力传动
3、移相调压
D3 T3
T1 E L1
D1
R 0 C1 3 C2 C3 4 C4 2
L3
1 L2 E T2
L4
D4 D2 T4
为了使逆变电压能随输 入电压变化时而被调控， 可以采用移相调压的方 法实现。 T1和T2由一对间隔180 的脉冲交替触发，T3和 T4由另一对间隔180的 脉冲交替触发，触发周 期相同。 T4触发脉冲比T1触发脉 冲滞后一个时间上的相 位角θ (θ＝ωt)，改变t 就改变了两个逆变电压 的相位θ ，从而可以调 节和控制负载电压的大 小。
若M＝0，则为全关状态
若M＝N，则为全开状态
过零触发调功器特点： 负载得到的电压(电流)波形总是完整的正弦波，避免了 电流的瞬时冲击，功率因数高，但调节周期较长。
21:48
电力电子与 电力传动
6.1 晶闸管交流变换器
调相触发型调功器
以每个交流电压半周为调节周期。通过调节可控硅的
导通相位角进行调功。
当触发Q1，E激励L1和C1串联谐振，电流过零时，Q1关断，D1续流。
半周期后触发Q2； L2和C2谐振，电流过零时，Q2关断，D2续流。 21:48 电流i接近正弦波。
6.4.1谐振逆变器主电路结构
电力电子与 电力传动
1.基本串联谐振逆变电路
T1 E D1
g 1 g2 g 1 g2
i1
i 1
0