第7章交流電力控制電路

1、1第七章第七章 交流電力控制電路交流電力控制電路 n第一節(jié)第一節(jié) 交流開關及其應用電路交流開關及其應用電路n第二節(jié)第二節(jié) 單相交流調壓電路單相交流調壓電路n第三節(jié)第三節(jié) 相位控制器相位控制器n第四節(jié)第四節(jié) 三相交流調壓電路三相交流調壓電路 n本章小節(jié)本章小節(jié)2第一節(jié)第一節(jié) 交流開關及其應用電路交流開關及其應用電路一、晶閘管交流開關及應用一、晶閘管交流開關及應用 交流開關可用兩只普通晶閘管或者兩只自關斷交流開關可用兩只普通晶閘管或者兩只自關斷電力電子器件反并聯(lián)組成。由于出現了雙向晶電力電子器件反并聯(lián)組成。由于出現了雙向晶閘管，可以用一只雙向晶閘管代替兩只反并聯(lián)閘管，可以用一只雙向晶閘管代替兩只反

2、并聯(lián)器件，使電路大大簡化。器件，使電路大大簡化。 圖圖7-1 晶閘管開關的基本形式晶閘管開關的基本形式 晶閘管開關的基本形式晶閘管開關的基本形式 3第一節(jié)第一節(jié) 交流開關及其應用電路交流開關及其應用電路n 光電耦合交流開關光電耦合交流開關 圖圖7-2 光電耦合交流開關光電耦合交流開關 4第一節(jié)第一節(jié) 交流開關及其應用電路交流開關及其應用電路n二、由過零觸發(fā)開關電路組成的單相交流調功器二、由過零觸發(fā)開關電路組成的單相交流調功器過零觸發(fā)：在電壓過零時給晶閘管以觸發(fā)脈沖，使過零觸發(fā)：在電壓過零時給晶閘管以觸發(fā)脈沖，使晶閘管工作狀態(tài)始終處于全導通或全阻斷。晶閘管工作狀態(tài)始終處于全導通或全阻斷。交流零觸

3、發(fā)開關電路：利用過零觸發(fā)方式來控制晶交流零觸發(fā)開關電路：利用過零觸發(fā)方式來控制晶閘管導通與關斷，來實現在設定的周期范圍內，閘管導通與關斷，來實現在設定的周期范圍內，將電路接通幾個周波，然后斷開幾個周波，通過將電路接通幾個周波，然后斷開幾個周波，通過改變晶閘管在設定周期內通斷時間的比例，達到改變晶閘管在設定周期內通斷時間的比例，達到調節(jié)負載兩端交流電壓即負載功率的目的。因而調節(jié)負載兩端交流電壓即負載功率的目的。因而這種裝置也稱調功器或周波控制器。這種裝置也稱調功器或周波控制器。 5第一節(jié)第一節(jié) 交流開關及其應用電路交流開關及其應用電路n調功器的輸出功率調功器的輸出功率n調功器輸出電壓有效值調功器

4、輸出電壓有效值n設定周期設定周期Tc內導通的周波數為內導通的周波數為n，每個，每個周波的周期為周波的周期為T nCPTnTP nCUTnTU 圖圖7-4 過零觸發(fā)調節(jié)周波電壓的波形過零觸發(fā)調節(jié)周波電壓的波形6三、固態(tài)開關三、固態(tài)開關n固態(tài)繼電器是一種無觸點通斷電子開關。固態(tài)繼電器是一種無觸點通斷電子開關。它是一種四端有源器件，其中兩個端子它是一種四端有源器件，其中兩個端子為輸人控制端，另外兩個端子為輸出受為輸人控制端，另外兩個端子為輸出受控端。為實現輸人與輸出之間的電氣隔控端。為實現輸人與輸出之間的電氣隔離器件采用了高耐壓的專用光耦合器。離器件采用了高耐壓的專用光耦合器。當施加輸人信號后，其主

5、電路是導通狀當施加輸人信號后，其主電路是導通狀態(tài)，無信號時呈阻斷狀態(tài)。整個器件無態(tài)，無信號時呈阻斷狀態(tài)。整個器件無可動部件及觸點，實現了相當于電磁繼可動部件及觸點，實現了相當于電磁繼電器一樣的功能。電器一樣的功能。 7第一節(jié)第一節(jié) 交流開關及其應用電路交流開關及其應用電路 n三、固態(tài)開關三、固態(tài)開關b）c）圖圖7-7 固態(tài)開關電路圖固態(tài)開關電路圖 8第二節(jié)第二節(jié) 單相交流調壓電路單相交流調壓電路n電阻負載電阻負載 :2sin21)()sin2(1222UtdtUUR2sin212RURUIR22sin)(2cosUUUIUSPRR圖圖7-9 單向交流調壓電阻負載電路單向交流調壓電阻負載電路 9

6、第二節(jié)第二節(jié) 單相交流調壓電路單相交流調壓電路n可調光臺燈的實用電路可調光臺燈的實用電路 :R2、C2阻容電路的作用阻容電路的作用: 在在角較大時，角較大時，RP阻值較大，阻值較大，C1充電緩慢。電源電壓已過峰值并充電緩慢。電源電壓已過峰值并降得很低，降得很低，uC1不足以擊穿雙向二不足以擊穿雙向二極管。增設極管。增設R2、C2阻容電路后阻容電路后，在，在大大角時角時, 電壓電壓uC2給電容給電容C1增加一增加一個充電個充電“電源電源”，以保證晶閘管，以保證晶閘管VT可靠觸發(fā)導通，增大調壓范圍可靠觸發(fā)導通，增大調壓范圍 圖圖7-10 雙向晶閘管調壓電路雙向晶閘管調壓電路 10二、電感性負載二、

7、電感性負載 圖圖7-11 單相交流調壓單相交流調壓電感負載電路及波形電感負載電路及波形 11二、電感性負載二、電感性負載n、n由圖由圖a可見，可見，,180，正負半波電流，正負半波電流斷續(xù)。斷續(xù)。愈大，愈大，愈小。即愈小。即的移相在（的移相在（180-）范圍內，可以得到連續(xù)可調的交流電壓。）范圍內，可以得到連續(xù)可調的交流電壓。n、=n由圖由圖b可見，當可見，當=時時,=180，即正負半，即正負半周電流臨界連續(xù)。相當于晶閘管失去控制。周電流臨界連續(xù)。相當于晶閘管失去控制。 12二、電感性負載二、電感性負載n、 n負載電流只有正半波部分，出現很大直負載電流只有正半波部分，出現很大直流分量，電路不能

8、正常工作。流分量，電路不能正常工作。 n采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)。這樣即使采用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)。這樣即使，則在剛開始觸發(fā)晶閘管的幾個周波，則在剛開始觸發(fā)晶閘管的幾個周波內，兩管的電流波形還是不對稱的。但內，兩管的電流波形還是不對稱的。但經幾周波后，負載電流即成為對稱連續(xù)經幾周波后，負載電流即成為對稱連續(xù)的正弦波，電流滯后電壓的正弦波，電流滯后電壓角。角。 13第二節(jié)第二節(jié) 單相交流調壓電路單相交流調壓電路n單相交流調壓有如下特點：單相交流調壓有如下特點：n1) 電阻負載時，負載電流波形與單相橋式可控電阻負載時，負載電流波形與單相橋式可控整流交流側電流一致。改變控制角整流交流側電流一致。改變控制

9、角可以連續(xù)改可以連續(xù)改變負載電壓有效值，達到交流調壓的目的。變負載電壓有效值，達到交流調壓的目的。n2) 電感性負載時，不能用窄脈沖觸發(fā)。否則當電感性負載時，不能用窄脈沖觸發(fā)。否則當時，會出現一個晶閘管無法導通，并產生時，會出現一個晶閘管無法導通，并產生很大直流分量電流，燒毀熔斷器或晶閘管。很大直流分量電流，燒毀熔斷器或晶閘管。n3）電感性負載時，最小控制角）電感性負載時，最小控制角min=（阻（阻抗角）。所以抗角）。所以的移相范圍為的移相范圍為180；電阻；電阻負載時移相范圍為負載時移相范圍為0180。14第三節(jié)第三節(jié) 相位控制器相位控制器n單相交流調壓控制器中的晶閘管用單相交流調壓控制器中

10、的晶閘管用IGBT管取代，它除了實現交流調壓應用之外，管取代，它除了實現交流調壓應用之外，還是一個相位控制器。還是一個相位控制器。 圖圖7-14 相位控相位控制器及其波形制器及其波形 15第三節(jié)第三節(jié) 相位控制器相位控制器n如輸入電壓如輸入電壓ui=Umsint，電阻性負載，電阻性負載n負載電壓有效值為負載電壓有效值為nn輸出電壓有效值為輸出電壓有效值為n輸出電流有效值為輸出電流有效值為 )22sin2sin(12)()sin(221212221mmoUtdtUU)2sin2(1211moUU)2sin2(1211RURUImoo16第三節(jié)第三節(jié) 相位控制器相位控制器n輸出電流的基波分量如圖輸

11、出電流的基波分量如圖7-14 b的虛線的虛線所示，它較輸入電壓有一定的相位移。所示，它較輸入電壓有一定的相位移。若改變若改變1、出現的時刻與間隔，就可出現的時刻與間隔，就可改變輸出電壓的大小和輸出與輸入之間改變輸出電壓的大小和輸出與輸入之間的相差。當要求輸出電壓有效值一定時，的相差。當要求輸出電壓有效值一定時，1和和有多種取值，取值不同，輸出與有多種取值，取值不同，輸出與輸入的相位就不同，因此把圖輸入的相位就不同，因此把圖7-14 a的的交流電壓控制器稱之為相位控制器。交流電壓控制器稱之為相位控制器。 17第四節(jié)三相交流調壓電路第四節(jié)三相交流調壓電路 根據三相聯(lián)結形式的不同，三相交流調壓電路具

12、有多種根據三相聯(lián)結形式的不同，三相交流調壓電路具有多種形式形式n負載acn負載abca)b)負載abcc)負載bd) 圖4-9abcuaubuciaUa0nuaubucianuaubucianuaubuciaVT1VT3VT4VT5VT6VT2星形聯(lián)結星形聯(lián)結線路控制三線路控制三角形聯(lián)結角形聯(lián)結支路控制三支路控制三角形聯(lián)結角形聯(lián)結中點控制三中點控制三角形聯(lián)結角形聯(lián)結18本章小結本章小結n以電力電子器件組成的交流開關，與傳統(tǒng)的接觸器以電力電子器件組成的交流開關，與傳統(tǒng)的接觸器-繼電器系統(tǒng)相比，沒有觸頭及可動的機械機構，繼電器系統(tǒng)相比，沒有觸頭及可動的機械機構，不存在電弧、觸頭磨損和熔焊等問題。組

13、成交流開不存在電弧、觸頭磨損和熔焊等問題。組成交流開關的電力電子器件可以是單、雙向晶閘管及關的電力電子器件可以是單、雙向晶閘管及IGBT、MCT等自關斷器件。等自關斷器件。 n交流調壓，即使是使用晶閘管也可以籍負載過零自交流調壓，即使是使用晶閘管也可以籍負載過零自然關斷，不需另加換流電路，所以電路簡單，調整然關斷，不需另加換流電路，所以電路簡單，調整方便。但其含有較嚴重的諧波分量，不過對于加熱方便。但其含有較嚴重的諧波分量，不過對于加熱爐、電光源、小容量的電動機等慣性較大的負載，爐、電光源、小容量的電動機等慣性較大的負載，諧波對工作的影響較小。故交流調壓多用于加熱或諧波對工作的影響較小。故交流調壓多用于加熱或者機械慣性較大的負載功率調整。者機械慣性較大的負載功率調整。 19三相交流調壓電路性能比較三相交流調壓電路性能比較 lU32lU2lU2lU2電路 晶閘管工作電壓（峰值） 晶閘管工作電流（峰值）移相范圍 線 路 性 能 特 點見圖7-160.45Il0180可視為三個單相電路的組合;輸出電壓電流波形對稱;中線電流含