交流变换电路.ppt
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1、 概述概述交交流流变变换换电电路路:把把交交流流电电能能的的参参数数(幅幅值值、频频率率、相相数数)加以转换的电路。加以转换的电路。交流变换电路交流变换电路第六章交流电力控制电路交流电力控制电路 交一交变频电路交一交变频电路(直接变频电路)(直接变频电路)维持频率不变维持频率不变 改变输出电压的幅值。改变输出电压的幅值。将电网频率的交流电直接变换成较低频率的交流电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。直接变频的同时也可实现电压变换。分分类类交流调压电路交流调压电路 6.1 3 3、交流调压电路应用:、交流调压电路应用:电炉的温度控制电炉的温度控制 灯光调
2、节灯光调节(如舞台灯光控制)(如舞台灯光控制)异步电机软起动异步电机软起动 异步电机调速异步电机调速 调节整流变压器一次侧电压调节整流变压器一次侧电压 2 2、交流调压的实现方法、交流调压的实现方法:通过控制晶闸管在每一个电源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。周期内的导通角的大小(相位控制)来调节输出电压的大小。1 1、交流调压电路、交流调压电路:是用来变换交流电压幅值(或有效值)是用来变换交流电压幅值(或有效值)的电路。的电路。单相交流调压器主电路特点:单相交流调压器主电路特点:单相交流调压器主电路特点:单相交流调压器主电路特点:1)电源正半周:
3、)电源正半周:T1触发触发 导通,导通,电源的正半周施加到负载上;电源的正半周施加到负载上;2)电源负半周:)电源负半周:T2触发导通,触发导通,电源负半周便加到负载上;电源负半周便加到负载上;3)电源过零:)电源过零:T1、T2交替触发交替触发导通导通,电源电压全部加到负载;电源电压全部加到负载;4)关断)关断T1、T2:电源电压不能电源电压不能加到负载上。加到负载上。6.1.1单相交流调压电路单相交流调压电路图图6.1.1 单向交流调压器电路单向交流调压器电路 T1、T2 构成无触点交流开关。构成无触点交流开关。单向交流电压电路的工作情况与它的负载性质有关单向交流电压电路的工作情况与它的负
4、载性质有关 l1)电源正半周:)电源正半周:晶闸管晶闸管T1承受正向电承受正向电压,当压,当t=时,触发时,触发T1使其导通,负载使其导通,负载上得到缺上得到缺角的正弦半波电压;角的正弦半波电压;l2)电电源源电电压压过过零零:T1管管电电流流下下降降为为零零而关断;而关断;l3)电电源源电电压压负负半半周周:晶晶闸闸管管T2承承受受正正向向电电压压,当当t=+时时,触触发发T2使使其其导导通通,则则负负载载上上又又得得到到了了缺缺角角的的正正弦弦负负半半波波电电压压。持持续续这这样样控控制制,在在负负载载电电阻阻上便得到每半波缺上便得到每半波缺角的正弦电压;角的正弦电压;单相交流调压电路单相
5、交流调压电路6.1.1图图6.1.1 电阻性负载电阻性负载时单向交流电压电路时单向交流电压电路及输出电压波形及输出电压波形 改变改变角的大小,便改变了输出电压有角的大小,便改变了输出电压有效值的大小。效值的大小。1 1、电阻性负载、电阻性负载工作原理:工作原理:6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 电阻性负载数量关系:电阻性负载数量关系:(6.1.1)v 负载电压的有效值负载电压的有效值 v 负载电流的有效值负载电流的有效值 (6.1.2)v 调压器的功率因数调压器的功率因数(6.1.3)图图6.1.16.1.1电阻性负载时单电阻性负载时单向交流电压电路及输出电向交流电压电路及输出电压
6、波形压波形 总总结结:随随着着角角的的增增大大,U0逐逐渐渐减减小小。当当=时时,U0=0。因因此此,单单相相交交流流电电压压器器对对于于电电阻阻性性负负载载,其其电电压可调范围为压可调范围为 0U,控制角控制角的移相范围为的移相范围为0。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,故含直流分量和偶次谐波,故6.1.1单相交流调压电路单相交流调压电路 电阻性负载谐波分析:电阻性负载谐波分析:基波和各次谐波有效值:基波和各次谐波有效值:负载电流基波和各次谐波有效值:负载电流基波和各次谐波有效值:
7、在上面关于谐波的表达式中在上面关于谐波的表达式中 n=1为基波,为基波,n=3,5,7,为奇次谐波。随着为奇次谐波。随着谐波次数谐波次数n的增加,谐波含量减少。的增加,谐波含量减少。(6.1.4)(n=3,5,7,)6.1.1单相交流调压电路单相交流调压电路感性负载感性负载 (R-L负载)负载)图图6.1.2 带阻感负载单向带阻感负载单向交流调压电路及输出波形交流调压电路及输出波形 v 单相交流电压器带阻感负载时,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工作情况同可控整流电路带电感负载相似;载相似;v 当电源电压反向过零时,负载电当电源电压反向过零时,负载电感产生感应电动势阻
8、止电流的变化,感产生感应电动势阻止电流的变化,故电流不能立即为零;故电流不能立即为零;v 晶闸管的导通角晶闸管的导通角的大小与控制的大小与控制角角a a 、负载阻抗角负载阻抗角都有关。都有关。6.1.1单相交流调压电路单相交流调压电路 阻感负载的工作情况分析:阻感负载的工作情况分析:v 晶闸管晶闸管VTVT1 1导通时,负载电流导通时,负载电流IoIo满足:满足:(6.1.5)式中式中 利用边界条件:利用边界条件:,i i0 0=0=0 可求得可求得:(6.1.6)(为晶闸管的导通角)为晶闸管的导通角)v VTVT2 2导通时,上述关系完全相同,只是导通时,上述关系完全相同,只是i iO O相
9、差相差1801800 0 图(图(6.1.3)6.1.3)单相交流调压单相交流调压器以器以为参变量时为参变量时与与a a的关系曲线的关系曲线 6.1.1 1 1、,导通角导通角 1801800 0,正负半波电流断续。正负半波电流断续。愈大,愈大,愈小,波形断续愈严重。愈小,波形断续愈严重。负载电压负载电压的有效的有效值值UO、晶晶闸闸管管电电流平均流平均值值IdT、电电流有效流有效值值IT以及以及负载电负载电流有效流有效值值IO分分别为别为:(6.1.7)(6.1.8)(6.1.10)(6.1.9)单相交流调压电路单相交流调压电路调压电路的工作情况调压电路的工作情况(、=、=、)(6.1.11
10、)(6.1.11)6.1.1单相交流调压电路单相交流调压电路 图图(6.1.4)窄脉冲触发时的工作波形窄脉冲触发时的工作波形 18001 1)如果采用窄脉冲触发,会出现先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,无法中将出现很大的直流电流分量,无法维持电路的正常工作。维持电路的正常工作。2 2)采用宽脉冲或脉冲列触发,使第采用宽脉冲或脉冲列触发,使第二个晶闸管的导通角二个晶闸管的导通角 。随
11、后。随后T T1 1导通角逐渐减小,导通角逐渐减小,T T2 2逐渐增大,最终逐渐增大,最终使使两个晶两个晶闸闸管的管的导通角导通角=1800达到平达到平衡。衡。解决失控现象。解决失控现象。3、=、)6.1.1单相交流调压电路单相交流调压电路 图(图(6.1.46.1.4)窄脉冲触发时的工作波形窄脉冲触发时的工作波形 总结:总结:总结:总结:v 当当 时,并采用宽脉冲触时,并采用宽脉冲触发,负载电压、电流总是完整的发,负载电压、电流总是完整的正弦波,改变控制角正弦波,改变控制角a a,负载电压、负载电压、电流的有效值不变,即电路失去电流的有效值不变,即电路失去交流调压的作用。交流调压的作用。v
12、 在电感负载时,要实现交流调在电感负载时,要实现交流调压的目的,则最小控制角压的目的,则最小控制角 (负载的功率因数角)。所以(负载的功率因数角)。所以 的移相范围为的移相范围为1801800 0 6.1.1单相交流调压电路单相交流调压电路 1 1)电流谐波次数和电阻负载时相同,也只含电流谐波次数和电阻负载时相同,也只含3 3、5 5、77 等次谐波;等次谐波;2 2)随着次数的增加,谐波含量减少;随着次数的增加,谐波含量减少;3 3)和电阻负载时相比,阻感负载时的谐波电流含和电阻负载时相比,阻感负载时的谐波电流含 量少一些量少一些;4 4)a a 角相同时,随着阻抗角的增大,谐波含量有所角相
13、同时,随着阻抗角的增大,谐波含量有所 减少;减少;单相交流电压器带阻感负载时电流谐波单相交流电压器带阻感负载时电流谐波分析:分析:6.1.2三相交流调压电路三相交流调压电路 1 1、三相四线制调压电路特点:、三相四线制调压电路特点:图图6.1.5(a)6.1.5(a)三相四线制调压电路三相四线制调压电路 v 1)相当于三个独立的单相交流调压相当于三个独立的单相交流调压电路组合而成的;电路组合而成的;v 2 2)存在中性线,但是)存在中性线,但是3 3次谐波在中次谐波在中线中的电流大,故中线的导线截面要求线中的电流大,故中线的导线截面要求与相线一致;与相线一致;v 3 3)晶闸管的门极触发脉冲信
14、号,同)晶闸管的门极触发脉冲信号,同相间两管的触发脉冲要互差相间两管的触发脉冲要互差180180。v 4)各晶闸管导通顺序为各晶闸管导通顺序为T T1 1T T6 6,依依次滞后间隔次滞后间隔6060;v 5 5)因存在中线,可采用窄脉冲触发;)因存在中线,可采用窄脉冲触发;6.1.2三相交流调压电路三相交流调压电路 1 1、三相四线制调压电路特点:、三相四线制调压电路特点:图图6.1.5(a)6.1.5(a)三相四线制调压电路三相四线制调压电路 v 6 6)该电路工作时,零线上谐波电流)该电路工作时,零线上谐波电流较大,含有三次谐波,控制角较大,含有三次谐波,控制角a=90a=90时,时,零
15、线电流甚至和各相电流的有效值接近。零线电流甚至和各相电流的有效值接近。若变压器采用三柱式结构,则三次谐波若变压器采用三柱式结构,则三次谐波磁通不能在铁心中形成通路,产生较大磁通不能在铁心中形成通路,产生较大的漏磁通,引起发热和噪音。的漏磁通,引起发热和噪音。v 7 7)该电路中晶闸管上承受的峰该电路中晶闸管上承受的峰 值电压为值电压为 (为线电压为线电压)。6.1.2三相交流调压电路三相交流调压电路 2 2、三相三线制交流调压电路、三相三线制交流调压电路 的特点:的特点:图图6.1.5(b)6.1.5(b)三相三线制交流调压电路三相三线制交流调压电路v 1)每相电路必须通过另一相形成回路;每相
16、电路必须通过另一相形成回路;v 2 2)负载接线灵活,且不用中性线;)负载接线灵活,且不用中性线;v 3 3)晶闸管的触发电路必须是双脉冲,)晶闸管的触发电路必须是双脉冲,或者是宽度大于或者是宽度大于60600 0的单脉冲;的单脉冲;v 4 4)触发脉冲顺序和三相全控桥一样,)触发脉冲顺序和三相全控桥一样,为为T T1 1T T6 6,依次间隔依次间隔60600 0;v 5 5)电压过零处定为控制角的起点,)电压过零处定为控制角的起点,a a角角移相范围是移相范围是00150150;v 6)6)输出谐波含量低输出谐波含量低,无无3 3倍次谐波;倍次谐波;6.1.2三相交流调压电路三相交流调压电
17、路 图图6.1.6(a)a=30 时负载相电压波形时负载相电压波形 v (1)0a a60 时,三个晶闸时,三个晶闸管导通与两个晶闸管导通交替,管导通与两个晶闸管导通交替,每管导通每管导通180a a。但。但a a=0时时一直是三管导通,一直是三管导通,3 3、三相三线制交流调压电路、三相三线制交流调压电路改变改变 a a,电路中晶闸管的导电模式电路中晶闸管的导电模式:v 图图6.1.6(a)所示所示a a=30时时 的负载电压波形。的负载电压波形。6.1.2三相交流调压电路三相交流调压电路 图图6.1.6(b)a=60 时负载相电压波形时负载相电压波形 v (2)60a a90时,两管导通,
18、时,两管导通,每管导通每管导通120;3 3、三相三线制交流调压电路、三相三线制交流调压电路改变改变 a a,电路中晶闸管的导电路中晶闸管的导电模式:电模式:v 图图5.1.6(b)所示为所示为a a=60时时 负载电压波形。负载电压波形。6.1.2三相交流调压电路三相交流调压电路 图图6.1.6(c)a=120 时负载相电压波形时负载相电压波形 v (3)90a a 150时,两管导时,两管导通与无晶闸管导通交替,导通通与无晶闸管导通交替,导通角度为角度为3002a a,3 3、三相三线制交流调压电路、三相三线制交流调压电路改变改变 a a,电路中晶闸管的导电路中晶闸管的导电模式:电模式:v
19、图图6.1.6(c)所示为所示为a a=120时时 的负载电压波形。的负载电压波形。6.2交流调功电路交流调功电路 1 1、与调压电路的比较:与调压电路的比较:同同电电路路形式形式完全相同完全相同 异异控制方式不同控制方式不同:以交流电源周波数为控制单位:以交流电源周波数为控制单位,对电路通断对电路通断进行控制,改变通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均进行控制,改变通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。功率。应用应用 电炉的温度控制电炉的温度控制 v 交流调功电路直接调节对象是电路的平均输出功率;交流调功电路直接调节对象是电路的平均输出功率;v 控制对象时间常数很大,以周波数为单位控制
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