第六章交流变换电路详解
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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; •图6.1.1 单向交流调压器电路
✓ 4)关断T1、T2:电源电压不能 加到负载上。
➢ 阻感负载的工作情况分析:
❖ 晶闸管VT1导通时,负载电流Io满足:
式中
(6.1.5) (θ为晶闸管的导通角)
利用边界条件: 可求得θ:
,i0=0
(6.1.6)
图(6.1.3)单相交流调压 器以φ为参变量时θ与 的关系曲线
❖ VT2导通时,上述关系完全相同,只是iO相差1800
6.1.1 单相交流调压电路
调压电路的工作情况( α > ф 、 α =ф、 α < ф ) ➢ 1、 α>ф,导通角θ≺1800,正负半波电流断续。
α愈大,θ愈小,波形断续愈严重。 •负载电压的有效值UO、晶闸管电流平均值IdT、电流有效值IT以及 负载电流有效值IO分别为:
(6.1.7) (6.1.8)
(6.1.9)
(6.1.10)
n
1)
(n=3,5,7,…)
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:
I on Uon / 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。
6.1.1 单相交流调压电路
➢感性负载 (R-L负载)
图(6.1.4) 窄脉冲触发时的工作波形
6.1.1 单相交流调压电路
单相交流电压器带阻感负载时电流谐波分析:
U0=0。 因此,单相交流电压器对于电阻性负载,其电
图6.1.1电阻性负载时单 向交流电压电路及输出 电压波形
压可调范围为 0~U,控制角α的移相范围为0~π。
6.1.1 单相交流调压电路
➢ 电阻性负载谐波分析:
➢ 单相交流调压电路带电阻负载时,输出电压波形正负半波对称,所以不 含直流分量和偶次谐波,故
6.1.1 单相交流调压电路
调压电路的工作情况(α > ф 、α =ф、α < ф)
➢ 2、α =ф
由
(6.1.11)
可得:
θ=1800
此时,晶闸管轮流导通,相当于晶闸管被短接。 负载电流处于连续状态,为完全的正弦波。
6.1.1 单相交流调压电路
调压电路的工作情况( α > ф 、 α =ф、 α < ф )
➢ 3、α <ф
θ>1800
1) 如果采用窄脉冲触发,会出现先 触发的一只晶闸管导通,而另一只管 子在电流下降为零时,因其门极脉冲 已经消失不能导通的失控现象。回路 中将出现很大的直流电流分量,无法 维持电路的正常工作。
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
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。
6.1 交流调压电路
➢ 1、交流调压电路:是用来变换交流电压幅值(或有效值) 的电路。
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
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、
电流的有效值不变,即电路失去
交流调压的作用。
❖ 在电感负载时,要实现交流调 压的目的,则最小控制角 (负载的功率因数角)。所以 的移相范围为φ~1800
改变α角的大小,便改变了输出电压有 效值的大小。
图6.1.1 电阻性负载 时单向交流电压电路 及输出电压波形
6.1.1 单相交流调压电路
➢ 电阻性负载数量关系:
❖ 负载电压的有效值
❖ 负载电流的有效值
❖ 调压器的功率因数
(6.1.1) (6.1.2)
(6.1.3)
总结:随着α角的增大,U0逐渐减小。当α =π时,
uo (t) (an cosn t bn sin n t) n 1, 3,5,
(6.1.4)
a1
2U1 (cos2 1) 2
b1
2U1 sin 2 2( )
2
an
2U 1
n
1
1
c os(n
Байду номын сангаас
1)
1
n
1
1
c os(n
1)
1
bn
2U1
n
1
1
sin(n
1)
n
1
1
sin(
第六章 交流变换电路
概述 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 6.2 交流调功电路 6.3 交流电力电子开关 6.4 交-交变频电路 6.4.1 单相输出交-交变频电路 6.4.2 三相输出交-交变频电路 6.4.3 交-交变频电路输出频率上限的限制
单向交流电压电路的工作情况与它的负载性质有关
6.1.1 单相交流调压电路
1、电阻性负载工作原理:
1)电源正半周:晶闸管T1承受正向电 压,当ωt=α时,触发T1使其导通,负载 上得到缺α角的正弦半波电压;
2)电源电压过零:T1管电流下降为零 而关断;
3)电源电压负半周:晶闸管T2承受正 向 电 压 , 当 ωt=π+α 时 , 触 发 T2 使 其 导 通,则负载上又得到了缺α角的正弦负 半波电压。持续这样控制,在负载电阻 上便得到每半波缺α角的正弦电压;
❖ 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;
❖ 当电源电压反向过零时,负载 电感产生感应电动势阻止电流的变 化,故电流不能立即为零;
❖ 晶闸管的导通角θ的大小与控
制角 、负载阻抗角φ都有关。
图6.1.2 带阻感负载单向 交流调压电路及输出波形
6.1.1 单相交流调压电路
➢ 2、交流调压的实现方法:通过控制晶闸管在每一个电源
周期内的导通角的大小(相位控制)来调节输出电压的大小。
➢ 3、交流调压电路应用:
• 电炉的温度控制 • 灯光调节 (如舞台灯光控制) • 异步电机软起动 • 异步电机调速 • 调节整流变压器一次侧电压
6.1.1 单相交流调压电路
➢单相交流调压器主电路特点:
✓ 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; •图6.1.1 单向交流调压器电路
✓ 4)关断T1、T2:电源电压不能 加到负载上。
➢ 阻感负载的工作情况分析:
❖ 晶闸管VT1导通时,负载电流Io满足:
式中
(6.1.5) (θ为晶闸管的导通角)
利用边界条件: 可求得θ:
,i0=0
(6.1.6)
图(6.1.3)单相交流调压 器以φ为参变量时θ与 的关系曲线
❖ VT2导通时,上述关系完全相同,只是iO相差1800
6.1.1 单相交流调压电路
调压电路的工作情况( α > ф 、 α =ф、 α < ф ) ➢ 1、 α>ф,导通角θ≺1800,正负半波电流断续。
α愈大,θ愈小,波形断续愈严重。 •负载电压的有效值UO、晶闸管电流平均值IdT、电流有效值IT以及 负载电流有效值IO分别为:
(6.1.7) (6.1.8)
(6.1.9)
(6.1.10)
n
1)
(n=3,5,7,…)
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:
I on Uon / 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。
6.1.1 单相交流调压电路
➢感性负载 (R-L负载)
图(6.1.4) 窄脉冲触发时的工作波形
6.1.1 单相交流调压电路
单相交流电压器带阻感负载时电流谐波分析:
U0=0。 因此,单相交流电压器对于电阻性负载,其电
图6.1.1电阻性负载时单 向交流电压电路及输出 电压波形
压可调范围为 0~U,控制角α的移相范围为0~π。
6.1.1 单相交流调压电路
➢ 电阻性负载谐波分析:
➢ 单相交流调压电路带电阻负载时,输出电压波形正负半波对称,所以不 含直流分量和偶次谐波,故
6.1.1 单相交流调压电路
调压电路的工作情况(α > ф 、α =ф、α < ф)
➢ 2、α =ф
由
(6.1.11)
可得:
θ=1800
此时,晶闸管轮流导通,相当于晶闸管被短接。 负载电流处于连续状态,为完全的正弦波。
6.1.1 单相交流调压电路
调压电路的工作情况( α > ф 、 α =ф、 α < ф )
➢ 3、α <ф
θ>1800
1) 如果采用窄脉冲触发,会出现先 触发的一只晶闸管导通,而另一只管 子在电流下降为零时,因其门极脉冲 已经消失不能导通的失控现象。回路 中将出现很大的直流电流分量,无法 维持电路的正常工作。
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
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。
6.1 交流调压电路
➢ 1、交流调压电路:是用来变换交流电压幅值(或有效值) 的电路。
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
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、
电流的有效值不变,即电路失去
交流调压的作用。
❖ 在电感负载时,要实现交流调 压的目的,则最小控制角 (负载的功率因数角)。所以 的移相范围为φ~1800
改变α角的大小,便改变了输出电压有 效值的大小。
图6.1.1 电阻性负载 时单向交流电压电路 及输出电压波形
6.1.1 单相交流调压电路
➢ 电阻性负载数量关系:
❖ 负载电压的有效值
❖ 负载电流的有效值
❖ 调压器的功率因数
(6.1.1) (6.1.2)
(6.1.3)
总结:随着α角的增大,U0逐渐减小。当α =π时,
uo (t) (an cosn t bn sin n t) n 1, 3,5,
(6.1.4)
a1
2U1 (cos2 1) 2
b1
2U1 sin 2 2( )
2
an
2U 1
n
1
1
c os(n
Байду номын сангаас
1)
1
n
1
1
c os(n
1)
1
bn
2U1
n
1
1
sin(n
1)
n
1
1
sin(
第六章 交流变换电路
概述 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 6.2 交流调功电路 6.3 交流电力电子开关 6.4 交-交变频电路 6.4.1 单相输出交-交变频电路 6.4.2 三相输出交-交变频电路 6.4.3 交-交变频电路输出频率上限的限制
单向交流电压电路的工作情况与它的负载性质有关
6.1.1 单相交流调压电路
1、电阻性负载工作原理:
1)电源正半周:晶闸管T1承受正向电 压,当ωt=α时,触发T1使其导通,负载 上得到缺α角的正弦半波电压;
2)电源电压过零:T1管电流下降为零 而关断;
3)电源电压负半周:晶闸管T2承受正 向 电 压 , 当 ωt=π+α 时 , 触 发 T2 使 其 导 通,则负载上又得到了缺α角的正弦负 半波电压。持续这样控制,在负载电阻 上便得到每半波缺α角的正弦电压;
❖ 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;
❖ 当电源电压反向过零时,负载 电感产生感应电动势阻止电流的变 化,故电流不能立即为零;
❖ 晶闸管的导通角θ的大小与控
制角 、负载阻抗角φ都有关。
图6.1.2 带阻感负载单向 交流调压电路及输出波形
6.1.1 单相交流调压电路
➢ 2、交流调压的实现方法:通过控制晶闸管在每一个电源
周期内的导通角的大小(相位控制)来调节输出电压的大小。
➢ 3、交流调压电路应用:
• 电炉的温度控制 • 灯光调节 (如舞台灯光控制) • 异步电机软起动 • 异步电机调速 • 调节整流变压器一次侧电压
6.1.1 单相交流调压电路
➢单相交流调压器主电路特点: