電力電子技術(shù)第5章交流調(diào)壓電路ppt課件

1、第5章 交流調(diào)壓電路1 1第5章 交流調(diào)壓電路5.1 單相交流調(diào)壓電路5.2 三相交流調(diào)壓電路5.3 交流過零調(diào)功電路第5章 交流調(diào)壓電路2 25.1單相交流調(diào)壓電路圖5-1所示為單相交流調(diào)壓器的主電路原理圖，在負(fù)載和交流電源間用兩個反并聯(lián)的晶閘管V1、V2或采用雙向晶閘管V相連。當(dāng)電源處于正半周期時(shí)，觸發(fā)V1導(dǎo)通，電源的正半周期電壓施加到負(fù)載上；當(dāng)電源處于負(fù)半周期時(shí)，觸發(fā)V2導(dǎo)通，電源負(fù)半周期電壓便加到負(fù)載上。電壓過零時(shí)晶閘管關(guān)斷。當(dāng)交替觸發(fā)V1、V2，則負(fù)載上可獲得正、負(fù)半周期對稱的電源電壓。很明顯，可通過控制晶閘管在每一個電源周期內(nèi)的導(dǎo)通角的大小來調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。第5章 交流調(diào)壓電路

2、3 3圖5-1單相交流調(diào)壓器的主電路第5章 交流調(diào)壓電路4 45.1.1電阻性負(fù)載在圖5-1 中，采用相控調(diào)壓，即通過改變晶閘管觸發(fā)脈沖的控制角 來控制交流電壓的輸出幅值，輸出電壓波形如圖5-2所示。第5章 交流調(diào)壓電路5 5圖5-2電阻性負(fù)載單相交流調(diào)壓電路工作波形第5章 交流調(diào)壓電路6 6負(fù)載電壓的有效值為 (5-1)負(fù)載電流的有效值為 (5-2)第5章 交流調(diào)壓電路7 75.1.2電感性負(fù)載電感性負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及波形如圖5-3所示。圖中，ug1、ug2為晶閘管V1、V2的寬觸發(fā)脈沖波形，R、L負(fù)載是交流調(diào)壓器的最一般的負(fù)載。其工作情況同可控整流電路帶電感負(fù)載相似。第5章 交流調(diào)壓電

3、路8 8圖5-3電感性負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及波形第5章 交流調(diào)壓電路9 9由圖5-3(b)可知，晶閘管導(dǎo)通角的大小，不但與控制角有關(guān)，而且與負(fù)載阻抗角有關(guān)。一個晶閘管導(dǎo)通時(shí)，其負(fù)載電流io的表達(dá)式為 (5-3)式中第5章 交流調(diào)壓電路1010當(dāng)t時(shí)，io0，將此條件代入式(5-3)，可求得導(dǎo)通角與控制角、負(fù)載阻抗角f之間的定量關(guān)系表達(dá)式為 (5-4)針對交流調(diào)壓器，其導(dǎo)通角180；再根據(jù)式(5-4)，可繪出f(， f)曲線，如圖5-4所示。第5章 交流調(diào)壓電路1111圖5-4單相交流調(diào)壓是路以f為參變量時(shí)與的關(guān)系第5章 交流調(diào)壓電路1212圖5-5感性負(fù)載窄脈沖觸發(fā)時(shí)的工作波形第5章 交流調(diào)壓

4、電路1313例5-1由晶閘管反并聯(lián)組成的單相交流調(diào)壓器，電源電壓有效值Uo2300 V。(1) 電阻負(fù)載，阻值在1.15 2.3 之間變化，預(yù)期最大的輸出功率為2300 kW，計(jì)算晶閘管所承受的電壓最大值，以及輸出最大功率時(shí)晶閘管電流的平均值和有效值。(2) 如果負(fù)載為電感性負(fù)載，R2.3 ，L2.3 ，求控制角的范圍以及最大輸出電流的有效值。第5章 交流調(diào)壓電路1414解(1) 當(dāng)R2.3 時(shí)，如果觸發(fā)角0，負(fù)載電流的有效值為此時(shí)，最大輸出功率Po=I2oR=100022.3=2300 kW， 滿足要求。第5章 交流調(diào)壓電路1515流過晶閘管電流的有效值為輸出最大功率時(shí)，因?yàn)?，180，負(fù)載

5、電流連續(xù)，所以負(fù)載電流的瞬時(shí)值為第5章 交流調(diào)壓電路1616此時(shí)晶閘管電流的平均值為第5章 交流調(diào)壓電路1717 當(dāng)R1.15 時(shí)，由于電阻減小，如果調(diào)壓電路向負(fù)載送出原先規(guī)定的最大功率保持不變，則由Po=I2oR=2300 kW， 得Io=1414 A，因?yàn)镮o大于R2.3 時(shí)的電流(參見)，所以0。晶閘管電流的有效值為 加在晶閘管上正、反向最大電壓為電源電壓的最大值，即第5章 交流調(diào)壓電路1818(2) 電感性負(fù)載的功率因數(shù)角為最小控制角為min=f=/4。故控制角的范圍為/4。最大電流發(fā)生在min=f=/4，負(fù)載電流為正弦波，其有效值為第5章 交流調(diào)壓電路19195.2三相交流調(diào)壓電路5

6、.2.1三相全波相位控制的Y連接調(diào)壓電路用三只雙向晶閘管作開關(guān)元件，分別接至負(fù)載就構(gòu)成了三相調(diào)壓電路。負(fù)載可以是Y連接也可以是連接。圖5-6所示為Y連接三相調(diào)壓電路。通過控制觸發(fā)脈沖的相位控制角，便可以控制加在負(fù)載上電壓的大小。對于這種不帶零線的調(diào)壓電路，為使三相電流構(gòu)成通路，使電流連續(xù)，任意時(shí)刻至少要有兩個晶閘管同時(shí)導(dǎo)通。第5章 交流調(diào)壓電路2020圖5-6Y連接三相調(diào)壓電路第5章 交流調(diào)壓電路2121為了調(diào)節(jié)電壓，需要控制觸發(fā)脈沖的相位角。為此對觸發(fā)電路的要求是：(1) 三相正(或負(fù))觸發(fā)脈沖依次間隔120，而每一相正、負(fù)觸發(fā)脈沖間隔180。(2) 為了保證電路起始工作時(shí)能兩相同時(shí)導(dǎo)通，以

7、及在電感性負(fù)載和控制角較大時(shí)，仍能保持兩相同時(shí)導(dǎo)通，和三相全控橋式整流電路一樣，要求采用雙脈沖或?qū)捗}沖(大于60)。 (3) 為了保證輸出三相電壓對稱可調(diào)，應(yīng)保持觸發(fā)脈沖與電源電壓同步。(4) 對雙向晶閘管而言，一般采用第一、三象限觸發(fā)。第5章 交流調(diào)壓電路2222下面結(jié)合圖5-6所示的電路具體分析觸發(fā)脈沖的相位和調(diào)壓電路輸出電壓的關(guān)系。為了分析清楚起見，我們假設(shè)負(fù)載為三相對稱的電阻性負(fù)載，電壓、電流波形同相。由于是三相對稱負(fù)載，A、B、C三相負(fù)載上的電壓是對稱的，因此只分析在不同控制角時(shí)，A相負(fù)載上的電壓波形即可，如圖5-7所示。第5章 交流調(diào)壓電路2323圖5-7不同控制角時(shí)A相負(fù)載上電壓

8、波形(a) =0；(b) =30；(c) =60；(d) =90；(e) =120第5章 交流調(diào)壓電路24245.2.2其他三相調(diào)壓電路形式上面簡述了典型的三相Y形連接全波調(diào)壓電路的工作原理，實(shí)際上，三相調(diào)壓電路的形式很多，各有千秋，在表5-1中對常用的三相調(diào)壓電路作了比較。第5章 交流調(diào)壓電路2525第5章 交流調(diào)壓電路2626第5章 交流調(diào)壓電路2727第5章 交流調(diào)壓電路28285.3交流過零調(diào)功電路5.3.1調(diào)功器的工作原理圖5-8所示為過零觸發(fā)單相交流調(diào)功和三相交流調(diào)功電路。交流電源電壓u、V1和V2的觸發(fā)脈沖ug1、ug2分別如圖5-9所示。由于各晶閘管都是在電壓u過零時(shí)加觸發(fā)脈沖

9、，因此就有電壓uo輸出。如果不觸發(fā)V1和V2，則輸出電壓uo0。因?yàn)槭请娮栊载?fù)載，所以當(dāng)交流電源電壓過零時(shí)，原來導(dǎo)通的晶閘管因其電流下降到維持電流以下而自行關(guān)斷。 第5章 交流調(diào)壓電路2929圖5-8交流調(diào)功器(a) 單相交流調(diào)功器；(b) 三相交流調(diào)功器第5章 交流調(diào)壓電路3030圖5-9單相交流零觸發(fā)開關(guān)電路的工作波形第5章 交流調(diào)壓電路3131這樣可使負(fù)載得到完整的正弦波電壓和電流。由于晶閘管是在電源電壓過零的瞬時(shí)被觸發(fā)導(dǎo)通，這就可以保證瞬態(tài)負(fù)載浪涌電流和觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)的電流變化率(di/dt)大大減小，從而使晶閘管由于di/dt過大而失效或換相失敗的幾率大大減少。第5章 交流調(diào)壓電路323

10、2如設(shè)定運(yùn)行周期TC內(nèi)的周波數(shù)為n，每個周波的頻率為50 Hz，周期為T(20 ms)，則調(diào)功器的輸出功率P2為 (5-5) (5-6)第5章 交流調(diào)壓電路33335.3.2調(diào)功電路實(shí)例圖5-10所示為一個由兩只晶閘管反并聯(lián)的交流開關(guān)，包括控制電路在內(nèi)的單相過零調(diào)功電路。由圖可見，負(fù)載是電爐，而過零觸發(fā)電路是由鋸齒波發(fā)生器、信號綜合、直流開關(guān)、同步電壓與過零脈沖輸出五個環(huán)節(jié)組成的。第5章 交流調(diào)壓電路3434圖5-10單相過零調(diào)功電路的實(shí)際案例第5章 交流調(diào)壓電路3535圖5-10所示電路中各主要點(diǎn)的波形如圖5-11所示。由于圖5-10所示的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)是手動的開環(huán)控制，因此爐溫波動大，控溫精度低。故這種系統(tǒng)只能用于對控溫精度要求不高且熱慣性較大的電熱負(fù)載。當(dāng)對控溫精度要求較高、較