第六章交流控制电路和交交变频电路优秀课件.ppt
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1、第六章交流控制电路和交交变频电路1 1第1页,本讲稿共51页l交流调压电路交流调压电路l其它交流电力控制电路其它交流电力控制电路l交交变频电路交交变频电路本章主要内容本章主要内容第2页,本讲稿共51页l把一种形式的交流变成另一种形式的交流的电把一种形式的交流变成另一种形式的交流的电路,可改变相关的电压,电流,频率和相数路,可改变相关的电压,电流,频率和相数变频电路变频电路改变频率的电路改变频率的电路 交交变频交交变频 直接直接 交直交变频交直交变频 间接间接交流电力交流电力控制电路控制电路只改变电压只改变电压,电电流或控制电路的流或控制电路的通断通断,而不改变而不改变频率的电路频率的电路交流调
2、压电路交流调压电路 相位控制相位控制AC voltage controller Phase control交流调功电路交流调功电路 通断控制通断控制AC power controller Integral cycle controlAC to AC Converters第3页,本讲稿共51页Classification of AC to AC Converters第4页,本讲稿共51页 原理原理原理原理PrinciplePrinciple 两个晶闸管反并联后串联在交两个晶闸管反并联后串联在交两个晶闸管反并联后串联在交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流电路中,通过对晶闸管的
3、控制流电路中,通过对晶闸管的控制流电路中,通过对晶闸管的控制就可控制交流电力,不改变交流就可控制交流电力,不改变交流就可控制交流电力,不改变交流就可控制交流电力,不改变交流电频率电频率电频率电频率 电路图电路图 应用应用应用应用ApplicationApplication灯光控制灯光控制灯光控制灯光控制Lighting controlLighting control(如调光台灯和舞台灯光控制(如调光台灯和舞台灯光控制(如调光台灯和舞台灯光控制(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软起动异步电动机软起动异步电动机软起动Soft-start of asynchronous moto
4、rsSoft-start of asynchronous motors异步电动机调速异步电动机调速异步电动机调速异步电动机调速Adjustable speed drive of asynchronous motorsAdjustable speed drive of asynchronous motors供用电系统对无功功率的连续调节供用电系统对无功功率的连续调节供用电系统对无功功率的连续调节供用电系统对无功功率的连续调节Reactive power controlReactive power control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在高压小电流或低压大电流直流
5、电源中,用于调节变压器一次电压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AC Voltage ControllersAC Voltage Controllers交流调压电路交流调压电路第5页,本讲稿共51页l l电阻负载电阻负载电阻负载电阻负载Resistive loadResistive load 电路结构:两个晶闸管可用电路结构:两个晶闸管可用一双向可控硅代替一双向可控硅代替 时刻为电源电压过零时刻为电源电压过零时刻时刻在交流电源的正负半周,分在交流电源的正负半周,分别控制两个晶闸管开通,正别控制两个晶闸管开通,正负
6、半周触发角相等负半周触发角相等负载电压波形是电源电压波负载电压波形是电源电压波形的一部分形的一部分uSingle-phase AC voltage controllerSingle-phase AC voltage controller第6页,本讲稿共51页ul l电阻负载电阻负载电阻负载电阻负载Resistive loadResistive loadSingle-phase AC voltage controllerSingle-phase AC voltage controlleru 移相范围移相范围(The phase shift range)为为 负载电压有效值负载电压有效值RMS v
7、alue of output voltage 负载电流有效值负载电流有效值RMS value of output current 第7页,本讲稿共51页ul l电阻负载电阻负载电阻负载电阻负载Resistive loadResistive loadSingle-phase AC voltage controlleru电阻负载单相交流调压电路及其波形电阻负载单相交流调压电路及其波形 流过晶闸管的电流有效值流过晶闸管的电流有效值 RMS value of thyristor current 电路功率因数电路功率因数 Power factor of the circuit第8页,本讲稿共51页ul
8、l电阻负载电阻负载电阻负载电阻负载Resistive loadResistive load 输出电压与输出电压与的关系的关系:时,输出电压为最大时,输出电压为最大 U Uo o=U U1 1,随随 a a 的增大,的增大,U Uo o降低,降低,a a=时,时,U Uo o=0=0 功率因数功率因数与与 a a 的关系的关系:a a=0=0时,功率因数时,功率因数=1=1,a a 增大,增大,输入电流滞后于电压且畸变,输入电流滞后于电压且畸变,降低降低Single-phase AC voltage controlleru电阻负载单相交流调压电路及其波形电阻负载单相交流调压电路及其波形第9页,本
9、讲稿共51页 若将晶闸管短接,稳态时若将晶闸管短接,稳态时负载电流为正弦波,相位滞后负载电流为正弦波,相位滞后于于u u1 1的角度为的角度为 ,当用晶闸管,当用晶闸管控制时,只能进行滞后控制,使控制时,只能进行滞后控制,使负载电流更为滞后负载电流更为滞后 a a=0=0时刻仍定为时刻仍定为u u1 1过零的过零的时刻,时刻,a a 的移相范围应为的移相范围应为 阻感负载阻感负载阻感负载阻感负载Inductive loadInductive loadu1 uO1uoiouVTwtOwtOwtwtOuuG1 G1uG2OOwtwt阻感负载单相交流调压电路及其波形阻感负载单相交流调压电路及其波形
10、负载阻抗角:负载阻抗角:VT1Single-phase AC voltage controller第10页,本讲稿共51页 时刻开通晶闸管时刻开通晶闸管VT1VT1,负载电流应满足,负载电流应满足当当 时时 当当 时时Single-phase AC voltage controller 利用边界条件利用边界条件 时时 可求得可求得 第11页,本讲稿共51页q 0 20100601401802010060/()180140a/()j=9075604530150单相交流调压电路以单相交流调压电路以a a为参变量的为参变量的和和a a关系曲线关系曲线以阻抗角为参变量以阻抗角为参变量a a 和和 的关
11、系的关系如右图如右图Single-phase AC voltage controller第12页,本讲稿共51页单相交流调压电路单相交流调压电路a a为参变量时为参变量时I IVTNVTN和和a a关系曲线关系曲线j=900.10.20.30.40.516018004012080 75 6045j=0a/()IVTN负载电流有效值负载电流有效值 I IVTVT的标么值的标么值Single-phase AC voltage controller第13页,本讲稿共51页稳态情况和稳态情况和 一样一样 时阻感负载交流调压电路工作波形时阻感负载交流调压电路工作波形当阻感负载当阻感负载,时电路工作情况时
12、电路工作情况图4-2 阻感负载单相交流调压电路VT1VT1的导通时间超过的导通时间超过 触发触发VT2VT2时,时,i io o尚未过尚未过零,零,VT1 VT1仍导通,仍导通,VT2 VT2不会导通。不会导通。i io o过零后,过零后,VT2VT2才可开通,才可开通,VT2VT2导通角导通角小于小于衰减过程中,衰减过程中,VT1 VT1导通导通时间渐短,时间渐短,VT2 VT2的导通的导通时间渐长时间渐长Single-phase AC voltage controllerSingle-phase AC voltage controller第14页,本讲稿共51页谐波分析谐波分析谐波分析谐波
13、分析Harmonic analysisHarmonic analysis电阻负载电阻负载Resistive load由于波形正负半波对称,所以不含由于波形正负半波对称,所以不含直流分量和偶次谐波直流分量和偶次谐波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 图图4-6 4-6 电阻负载单相交流调压电阻负载单相交流调压电路基波和谐波电流含量电路基波和谐波电流含量Single-phase AC voltage controller第15页,本讲稿共51页电电电电流流流流谐谐谐谐波波波波次次次次数数数数和和和和电电电电阻阻阻阻负负负负载载载载时时
14、时时相相相相同同同同,也也也也只只只只含含含含3 3 3 3、5 5 5 5、7777等次谐波等次谐波等次谐波等次谐波随着次数的增加,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,谐波含量减少和和和和电电电电阻阻阻阻负负负负载载载载时时时时相相相相比比比比,阻阻阻阻感感感感负负负负载载载载时时时时的的的的谐谐谐谐波波波波电电电电流流流流含量少一些含量少一些含量少一些含量少一些当当当当a a a a 角角角角相相相相同同同同时时时时,随随随随着着着着阻阻阻阻抗抗抗抗角角角角的的的的增增增增大大大大,谐谐谐谐波波波波含含含含量有所减少量有所减少量有所减少量有所
15、减少阻感负载阻感负载inductor-resistor load谐波分析谐波分析谐波分析谐波分析Harmonic analysisHarmonic analysisSingle-phase AC voltage controller第16页,本讲稿共51页斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路图图4-7 4-7 斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路在交流电源在交流电源u u1 1的正半周的正半周用用V V1 1进行斩波控制进行斩波控制用用V V3 3给负载电流提给负载电流提供续流通道供续流通道单相交流调压电路单相交流调压电路第17页,本讲稿共51页斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路图图4-7
16、4-7 斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路在交流电源在交流电源u u1 1的负半周的负半周用用V V2 2进行斩波控制进行斩波控制用用V V4 4给负载电流提供给负载电流提供续流通道续流通道单相交流调压电路单相交流调压电路第18页,本讲稿共51页 特性特性图图4-8 4-8 电阻负载斩控式交流电阻负载斩控式交流调压电路波形调压电路波形电源电流的基波分量和电源电流的基波分量和电源电压同相位,即位电源电压同相位,即位移因数为移因数为1 1电源电流不含低次谐波,电源电流不含低次谐波,只含和开关周期只含和开关周期T T有关有关的高次谐波的高次谐波功率因数接近功率因数接近1 1单相交流调压电路单相交流
17、调压电路第19页,本讲稿共51页l l根据三相联结形式的不同,三相交流调压电路具有根据三相联结形式的不同,三相交流调压电路具有根据三相联结形式的不同,三相交流调压电路具有根据三相联结形式的不同,三相交流调压电路具有多种形式多种形式多种形式多种形式图图图图4-9 4-9 4-9 4-9 三相交流调压电路三相交流调压电路三相交流调压电路三相交流调压电路三相交流调压电路三相交流调压电路第20页,本讲稿共51页三相四线三相四线三相四线三相四线基本原理:基本原理:基本原理:基本原理:相当于三个单相交流调相当于三个单相交流调相当于三个单相交流调相当于三个单相交流调压电路的组合,三相互相错开压电路的组合,三
18、相互相错开压电路的组合,三相互相错开压电路的组合,三相互相错开120120120120工作。基波和工作。基波和工作。基波和工作。基波和3 3 3 3倍次以外的倍次以外的倍次以外的倍次以外的谐波在三相之间流动,不流过零线谐波在三相之间流动,不流过零线谐波在三相之间流动,不流过零线谐波在三相之间流动,不流过零线问题:问题:问题:问题:三相中三相中三相中三相中3 3 3 3倍次谐波同相位,倍次谐波同相位,倍次谐波同相位,倍次谐波同相位,全部流过零线。零线有很大全部流过零线。零线有很大全部流过零线。零线有很大全部流过零线。零线有很大3 3 3 3倍倍倍倍次谐波电流。次谐波电流。次谐波电流。次谐波电流。
19、a a a a=90=90=90=90时,零线时,零线时,零线时,零线电流甚至和各相电流的有效值接近,电流甚至和各相电流的有效值接近,电流甚至和各相电流的有效值接近,电流甚至和各相电流的有效值接近,在选择线径和变压器时一定要注意在选择线径和变压器时一定要注意在选择线径和变压器时一定要注意在选择线径和变压器时一定要注意星形联结电路星形联结电路 可分为三相三线和三相四线可分为三相三线和三相四线可分为三相三线和三相四线可分为三相三线和三相四线图图图图4-9 4-9 4-9 4-9 三相交流调压电路三相交流调压电路三相交流调压电路三相交流调压电路a)a)a)a)星形联结星形联结星形联结星形联结三相交流
20、调压电路三相交流调压电路第21页,本讲稿共51页三相三线,电阻负载三相三线,电阻负载三相三线,电阻负载三相三线,电阻负载图图图图4-9 4-9 4-9 4-9 三相交流调压电路三相交流调压电路三相交流调压电路三相交流调压电路a)a)a)a)星形联结星形联结星形联结星形联结任一相导通需和另一相构成回路任一相导通需和另一相构成回路电流通路中至少有两个晶闸管,应采用双脉冲或宽脉冲电流通路中至少有两个晶闸管,应采用双脉冲或宽脉冲触发触发触发脉冲顺序和三相桥式触发脉冲顺序和三相桥式 全控整流电路一样,为全控整流电路一样,为 VT VT1 1-VT-VT6 6,依次相差依次相差6060相电压过零点定为相电
21、压过零点定为a a 的起的起 点,点,a a角移相范围是角移相范围是 0-150 0-150,与三相全控桥,与三相全控桥 式整流电路不同式整流电路不同三相交流调压电路三相交流调压电路第22页,本讲稿共51页三相三线,电阻负载三相三线,电阻负载三相三线,电阻负载三相三线,电阻负载图图图图4-9 4-9 4-9 4-9 三相交流调压电路三相交流调压电路三相交流调压电路三相交流调压电路a)a)a)a)星形联结星形联结星形联结星形联结三相电压控制器中,触发角三相电压控制器中,触发角改变,电路有两种不同的工改变,电路有两种不同的工作状态作状态 第一类工作状态:三相同时第一类工作状态:三相同时工作状态,即
22、同一时刻,每相工作状态,即同一时刻,每相有一个晶闸管导电,任一时刻有一个晶闸管导电,任一时刻同时有三个管子导电同时有三个管子导电 第二类工作状态:两相同时第二类工作状态:两相同时工作状态,既同一时刻,仅两工作状态,既同一时刻,仅两相各有一个管子导电,第三相相各有一个管子导电,第三相的两个管子都不导电的两个管子都不导电三相交流调压电路三相交流调压电路三相交流调压电路三相交流调压电路第23页,本讲稿共51页a a a a=0=0=0=0,各晶闸管均可,各晶闸管均可,各晶闸管均可,各晶闸管均可看作二极管,承受正向看作二极管,承受正向看作二极管,承受正向看作二极管,承受正向电压管子导通电压管子导通电压
23、管子导通电压管子导通三相交流调压电路三相交流调压电路第24页,本讲稿共51页任何时刻每相有一个管子任何时刻每相有一个管子任何时刻每相有一个管子任何时刻每相有一个管子导通,三相电压直接接到导通,三相电压直接接到导通,三相电压直接接到导通,三相电压直接接到三相电阻,电压电流及管三相电阻,电压电流及管三相电阻,电压电流及管三相电阻,电压电流及管子导电都是三相对称,电子导电都是三相对称,电子导电都是三相对称,电子导电都是三相对称,电源电压中性点与负载电压源电压中性点与负载电压源电压中性点与负载电压源电压中性点与负载电压中性点等电位中性点等电位中性点等电位中性点等电位三相交流调压电路三相交流调压电路第2
24、5页,本讲稿共51页l l0 0 0 0 a a a a 60 60 60 60:三管导通与两管导通交替,每管导通:三管导通与两管导通交替,每管导通:三管导通与两管导通交替,每管导通:三管导通与两管导通交替,每管导通180180180180a a a a 图图图图4-10 4-10 4-10 4-10 不同不同不同不同a a a a 角时负载相电压波形角时负载相电压波形角时负载相电压波形角时负载相电压波形 a)a)a)a)a a a a=30=30=30=30三相交流调压电路三相交流调压电路三相交流调压电路三相交流调压电路第26页,本讲稿共51页60 60 a a 90 90:两管导通,每管导
25、通:两管导通,每管导通120120图图图图4-10 4-10 4-10 4-10 不同不同不同不同a a a a角时负载相电压波形角时负载相电压波形角时负载相电压波形角时负载相电压波形 b)b)b)b)a a a a=60=60=60=60三相交流调压电路三相交流调压电路第27页,本讲稿共51页90 90 90 90 a a a a 150 150 150 150:两管导通与无晶闸管导通交替,导通角度:两管导通与无晶闸管导通交替,导通角度:两管导通与无晶闸管导通交替,导通角度:两管导通与无晶闸管导通交替,导通角度为为为为3003003003002 2 2 2a a a a图图图图4-10 4-
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