第4章 交流电力控制电路和交-交变频电路(5).ppt

4.1交流调压电路4.2其他交流电力控制电路本章要点,第4章交流电力控制电路,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,第4章交流电力控制电路引言,4.1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,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，用于调节变压器一次电压。,4.1.1单相交流调压电路,工作原理在u1的正半周和负半周，分别对VT1和VT2的开通角a进行控制就可以调节输出电压正负半周a起始时刻（a0）均为电压过零时刻，稳态时，正负半周的a相等负载电压波形是电源电压波形的一部分，负载电流（也即电源电流）和负载电压的波形相同,图4-1电阻负载单相交流调压电路及其波形,1电阻负载,数量关系,4-1,4-2,4-3,4-4,输出电压与a的关系移相范围为0≤a≤π。a0时，输出电压为最大，UoU1。随a的增大，Uo降低，aπ时，Uo0。λ与a的关系a0时，功率因数λ1，a增大，输入电流滞后于电压且畸变，λ降低。,负载电压有效值,负载电流有效值,晶闸管电流有效值,功率因数,若晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，相位滞后于u1的角度为j，当用晶闸管控制时，只能进行滞后控制，使负载电流更为滞后。,a0时刻仍定为u1过零的时刻，a的移相范围应为j≤a≤π。,2阻感负载,负载阻抗角jarctanwL/R,图4-2电阻负载单相交流调压电路及其波形,4-5,4-6,4-7,VT1,利用边界条件ωtαθ时io0,可求得θ,式中，,θ为晶闸管导通角,解方程得,在ωtα时刻开通VT1，负载电流应满足如下方程式和初始条件,q,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,0,20,100,60,140,180,20,100,,,,,,,,,60,/,,,180,140,a,/,,,j,90,75,60,45,30,15,0,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,wta时刻开通晶闸管VT1，可求得θ（4－7）,当aj时θπ当aj时θπ,以j为参变量，利用（4－7可把a和θ的关系表示成右图。,,VT2导通时，α和θ关系完全相同，只是io极性相反，相位相差180,例题,图4-4单相交流调压电路a为参变量时IVTN和a关系曲线,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,j,,90,0,.,1,0,.,2,0,.,3,0,.,4,0,.,5,160,180,0,40,120,80,75,60,45,j,,0,a,/,,,I,VTN,负载电流有效值4-10IVT的标么值4-11,,例题,当阻感负载,aj时电路工作情况。,,,图4-2阻感负载单相交流调压电路,当jaπ时，VT2的导通角θ均小于π，如图4-3所示，a越小，θ越大。当aj时，θπ当a继续减小，0≦aj的某一时刻触发VT1，VT1的导通时间将超过π。到ωtπa时刻触发VT2，负载电流io尚未过零VT1仍在导通，VT2不会立即导通。直到io过零后，如VT2的触发脉冲有足够的宽度而尚未消失，VT2就会可开通,图4-5aj时阻感负载交流调压电路工作波形,,,图4-2阻感负载单相交流调压电路,当aj，VT1提前通，负载L被过充电，其放电时间将延长，VT1结束导电时刻大于πj，使VT2推迟开通，VT2的导通角小于π。,在指数分量的衰减过程中，VT1的导通时间渐短，VT2的导通时间逐渐延长。当指数分量衰减到零后，VT1和VT2的导通时间都趋近于π，稳态的工作情况和aj时完全相同,io由两个分量组成，第一项为正弦稳态分量、第二项为指数衰减分量。,图4-5aφ的非正弦（缺角）工作条件下，这种关系就不再确定,3单相交流调压电路的谐波分析,电阻负载,对uo进行谐波分析，由于波形正负半波对称，所以不含直流分量和偶次谐波。4-12基波和各次谐波有效值4-13负载电流基波和各次谐波有效值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a0时的有效值）如图4-6所示。,图4-6电阻负载单相交流调压电路基波和谐波电流含量,4斩控式交流调压电路,在交流电源u1的正半周,图4-7斩控式交流调压电路,用V1进行斩波控制,用V3给负载电流提供续流通道,用V2进行斩波控制,用V4给负载电流提供续流通道,图4-7斩控式交流调压电路,4斩控式交流调压电路,在交流电源u1的负半周,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。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。,基本原理和直流斩波电路有类似之处。,设斩波器件（V1或V2）导通时间为ton，开关周期为T，则导通比αton/T，和直流斩波电路一样，通过改变α可调节输出电压。,图4-8电阻负载斩控式交流调压电路波形,4.2其他交流电力控制电路,4.2.1交流调功电路4.2.2交流电力电子开关,4.2.1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,再断开几个周期,通过通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。常用于电炉的温度控制。,电阻负载时的工作情况,2,p,N,图4－1电阻负载单相交流调压电路,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）的重复周期为M倍电源周期。,谐波情况,图4-14的频谱图（以控制周期为基准，对图4-13的波形进行傅里叶分析）。In为n次谐波有效值，I0m为导通时电路电流幅值。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。,4.2.2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。,晶闸管投切电容（TSC）,图4-15TSC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。结构和原理两个反并联的晶闸管起着把C并入电网或从电网断开的作用（图4-15a）实际常用三相，可三角形联结，也可星形联结。,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。,图4-16TSC理想投切时刻原理说明,本次导通开始前，电容器的端电压uc已由上次导通时段最后导通的晶闸管VT1充电至电源电压us的正峰值。本次导通开始时刻取为us和uc相等的时刻t1，VT2触发脉冲使之开通，ic开始流通。,以后每半个周波轮流触发VT1和VT2,电路继续导通。需要切除该条电容支路时，如在t2时刻ic已降为零，VT2关掉，这时撤出触发脉冲，VT1就不会导通，uc保持VT2导通结束时的电源电压负峰值，为下一次投入电容器做准备。,图4-16TSC理想投切时刻原理说明,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。,图4-17晶闸管和二极管反并联方式的TSC,本章小结,本章的要点如下1交流交流变流电路的分类及其基本概念；2单相交流调压电路的电路构成，在电阻负载和阻感负载时的工作原理、波形和简单计算；3交流调功电路和交流电力电子开关的基本概念；交流调压电路与调功电路的联系和区别，各自的应用领域。作业1、3,