第5讲ACAC电路.ppt
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1、第六讲 交流-交流变换电路,1,电力电子基础 Fundamental Power Electronics 第六讲 交流-交流变换电路,第六讲 交流-交流变换电路,2,交流交流变换电路,概述 交流调压电路 其他交流电力控制电路 交交变频电路 小结,第六讲 交流-交流变换电路,3,1.概述,交流-交流变流电路一种形式的交流变成另一种形式交流,可改变电压、电流、频率和相数等1.交流电力控制电路改变电压、电流或电路的通断,不改变频率交流调压电路相位控制(或斩控式)交流调功电路及交流无触点开关通断控制2.变频电路改变频率,多不改变相数,或改变相数交交变频电路直接把一种频率的交流变成另一种频率或可变频率的
2、交流,直接变频电路交直交变频电路先把交流整流成直流,再把直流逆变成另一种频率或可变频率的交流,间接变频电路,第六讲 交流-交流变换电路,4,2.交流调压电路,(2)相位控制,(3)斩波控制,(1)通断控制,第六讲 交流-交流变换电路,5,相控式单相交流调压电路,电阻负载工作原理:在 u1的正半周和负半周,分别对VT1和VT2的开通角进行控制就可以调节输出电压。=0为电压过零时刻。输出电压与的关系:移相范围为0。=0,输出电压为最大,Uo=U1。随的增大,Uo降低,=,Uo=0。功率因数与的关系:=0时,功率因数=1,增大,输入电流滞后于电压且畸变,降低,第六讲 交流-交流变换电路,6,相控式单
3、相交流调压电路,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,第六讲 交流-交流变换电路,7,相控式单相交流调压电路,阻感负载阻感负载时的移相范围 负载阻抗角:=arctan(L/R)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 在用晶闸管控制时,只能进行滞后控制,使负载电流更为滞后,而无法使其超前=0时刻仍定为u1过零的时刻,的移相范围应为,第六讲 交流-交流变换电路,8,相控式单相交流调压电路,阻感负载在t=时刻开通VT1,负载电流满足 解方程得 式中,为晶闸管导通角 利用边界条件:t=a+时io=0,可求得:VT2导通时,上述关系完同,只是io极性相反,相位差1
4、80,第六讲 交流-交流变换电路,9,相控式单相交流调压电路,单相交流调压电路以为参变量的和关系曲线,时,导通角满足:=180,第六讲 交流-交流变换电路,10,相控式单相交流调压电路,负载电压有效值 晶闸管电流有效值,第六讲 交流-交流变换电路,11,相控式单相交流调压电路,单相交流调压电路a为参变量时I VTN和a关系曲线,负载电流有效值:IVT的标么值:,第六讲 交流-交流变换电路,12,相控式单相交流调压电路,阻感负载,窄脉冲触发(0 时)VT1持续导通时,VT2不通;VT1关断后,ug2消失,VT2仍不通。输出电压不对称,含直流分量宽脉冲触发(0 时)实际上VT1,VT2均导通180
5、,u为完整的正弦波,只要,u不受影响,失控。正常工作对触发脉冲要求 采用宽度大于60的宽脉冲或后沿固定、前沿可调、最大宽度180的脉冲触发序列,第六讲 交流-交流变换电路,13,相控式单相交流调压电路,电阻负载谐波分析,由于波形正负半波对称,所以不含直流分量和偶次谐波。基波和各次谐波有效值 负载电流基波和各次谐波有效值 电流基波和各次谐波标么值随 a变化的曲线(基准电流为a=0时的有效值)如右图所示。,电阻负载单相交流调压电路基波和谐波电流含量,第六讲 交流-交流变换电路,14,相控式单相交流调压电路,电流谐波次数和电阻负载时相同,也只含3、5、7等次谐波。随着次数的增加,谐波含量减少。和电阻
6、负载时相比,阻感负载时的谐波电流含量少一些。当角相同时,随着阻抗角的增大,谐波含量有所减少。,阻感负载谐波分析,第六讲 交流-交流变换电路,15,斩控式单相交流调压电路,工作原理和直流斩波电路类似u1正半周,用V1进行斩波控制,V3提供续流通道u1负半周,用V2进行斩波控制,V4提供续流通道设斩波器件(V1或V2)导通时间为ton,开关周期为T,则导通比=ton/T,改变a 可调节输出电压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。,第六讲 交流-交流变换电路,16,三相交流调压电路,根据三相联结形式的不同,三相
7、交流调压电路具有多种形式,第六讲 交流-交流变换电路,17,三相交流调压电路,星形(Y)联结电路:三相四线基本原理:各相可单独控制。相当于三个单相交流调压电路的组合,三相互相错开120工作。基波和3倍次以外的谐波在三相之间流动,不流过零线问题:三相中3倍次谐波同相位,全部流过零线。零线有很大3倍次谐波电流。=90时,零线电流甚至和各相电流的有效值接近,零线,第六讲 交流-交流变换电路,18,三相交流调压电路,星形(Y)联结电路:三相三线将三相四线中的零线去掉 任一相导通须和另一相构成回路 电流通路中至少有两个晶闸管,应采用双脉冲或宽脉冲触发 触发脉冲顺序和三相桥式全控整流电路一样,为VT1 V
8、T6,依次相差60 相电压过零点定为的起点,角移相范围是0150,第六讲 交流-交流变换电路,19,三相交流调压电路,第六讲 交流-交流变换电路,20,三相交流调压电路,060:三管导通与两管导通交替,每管导通180。但=0时一直是三管导通。,不同a角时负载相电压波形a)a=30,第六讲 交流-交流变换电路,21,三相交流调压电路,不同a角时负载相电压波形b)a=60,60 90:两管导通,每管导通120,第六讲 交流-交流变换电路,22,三相交流调压电路,90150:两管导通与无晶闸管导通交替,导通角度为3002。,不同a角时负载相电压波形 c)a=120,第六讲 交流-交流变换电路,23,
9、三相交流调压电路,谐波情况电流谐波次数为6k1(k=1,2,3,),和三相桥式全控整流电路交流侧电流所含谐波的次数完全相同。谐波次数越低,含量越大。和单相交流调压电路相比,没有3倍次谐波,因三相对称时,它们不能流过三相三线电路。,第六讲 交流-交流变换电路,24,三相交流调压电路,支路控制三角()联结电路:由三个单相交流调压电路组成,各自工作在不同的线电压下。单相交流调压电路的分析方法和结论完全适用。输入线电流(即电源电流)为与该线相连的两个负载相电流之和。谐波情况3倍次谐波相位和大小相同,在三角回路中流动,而不出现在线电流中。线电流中所谐波次数为6k1(k为正整数)。在相同负载和角时,线电流
10、中谐波含量少于三相三线星形电路。,第六讲 交流-交流变换电路,25,三相交流调压电路,典型用例晶闸管控制电抗器(Thyristor Controlled ReactorTCR)移相范围为90 180。控制角可连续调节流过电抗器的电流,从而调节无功功率。配以固定电容器,就可在从容性到感性的范围内连续调节无功功率,称为静止无功补偿装置(Static Var CampensatorSVC),用来对无功功率进行动态补偿,以补偿电压波动或闪变。,第六讲 交流-交流变换电路,26,三相交流调压电路,晶闸管控制电抗器(TCR)电路,第六讲 交流-交流变换电路,27,其他交流电力控制电路,交流调功电路以交流电
11、源周波数为控制单位交流电力电子开关对电路通断进行控制,第六讲 交流-交流变换电路,28,3.交流调功电路,与交流调压电路的异同电路形式完全相同控制方式不同: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。交流调功电路将负载与电源接通几个周波,再断开几个周波,改变通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。因其直接调节电路的平均输出功率,故称为交流调功电路应用常用于电炉的温度控制,第六讲 交流-交流变换电路,29,交流调功电路,电阻负载时控制周期为M倍电源周期,晶闸管在前N个周期导通,后MN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。,2,p,N,第六讲 交流-交
12、流变换电路,30,交流调功电路,谐波情况右图的频谱图(以控制周期为基准)。In为n次谐波有效值,Io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。,第六讲 交流-交流变换电路,31,4.交流电力电子开关,晶闸管反并联后串入交流电路作用:代替机械开关,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,第六讲 交流-交流变换电路,32,交流电力电子开
13、关,晶闸管投切电容(Thyristor Switched CapacitorTSC)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。结构和原理晶闸管反并联后串入交流电路。实际常用三相,可三角形联结,也可星形联结。,TSC基本原理图a)基本单元单相简图 b)分组投切单相简图,第六讲 交流-交流变换电路,33,交流电力电子开关,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
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