電力電子第10次課,第6章2011110622課件

1-交流變流電路

(第10次)

助教：李平E206，電話：

,1、2節(jié)(08：00~9：45)

(390321~23)

,下午第5、6節(jié)(14：00~15：45)

(390324~26)三號樓：311

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2011.11.082目錄6．1交流調(diào)壓電路6．2其他交流電力控制電路6．4矩陣式變頻電路36.1.2三相交流調(diào)壓電路

圖6-9三相交流調(diào)壓電路

a)星形聯(lián)結(jié)b)支路控制三角形聯(lián)結(jié)c)中點(diǎn)控制三角形聯(lián)結(jié)

最為常用的是:a)星形聯(lián)結(jié)和b)支路控制三角形聯(lián)結(jié)51、星形聯(lián)結(jié)電路(三相四線星形連接)（1）基本原理：三個(gè)單相交流調(diào)壓電路的組合，三相互相錯(cuò)開120°工作,基波和3倍次以外的諧波（n=1,5,7,11,13,….)6k±1(k為正整數(shù))電流也互相錯(cuò)開120°

iAn+iBn+iCn=0

在三相之間流動，不流過零線。(等價(jià)可以沒有中線）

iAn+iBn+iCn=0

結(jié)論1：基波和3倍次以外的諧波電流不流過零線61、星形聯(lián)結(jié)電路(三相四線星形連接)（2）

三相線的三次諧波電流均要流過零線：io=i3An+i3Bn+i3Cn=3i3An三次諧波電流同相位同幅值，相當(dāng)一個(gè)交流電源71、星形聯(lián)結(jié)電路(三相四線星形連接)（2）

三相線的三次諧波電流均要流過零線：io=i3An+i3Bn+i3Cn=3i3An三次諧波電流同相位同幅值，相當(dāng)一個(gè)交流電源92、三相三線星形聯(lián)結(jié)電路（1）

（1)、對觸發(fā)脈沖的要求：1）按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差602）正向組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120，對應(yīng)ua，ub，uc正半波。負(fù)向組VT4、VT6、VT2的脈沖依次差120，對應(yīng)ua，ub，uc負(fù)半波。3）同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)：800~1000

另一種方法是雙脈沖觸發(fā)（常用）：在觸發(fā)某個(gè)晶閘管如VT3時(shí)，給序號緊前的一個(gè)晶閘管VT2

補(bǔ)發(fā)脈沖）。VT1→（VT6），VT2→（VT1），VT3→(VT2），

VT4→（VT3），VT5→（VT4），VT6→（VT5），

觸發(fā)脈沖起始點(diǎn)滯后相電壓波形α角。觸發(fā)脈沖結(jié)束點(diǎn)與相電壓波形相同，102、三相三線星形聯(lián)結(jié)電路（2）

（2)、任一相導(dǎo)通須和另二相或另一相構(gòu)成回路。

和另二相構(gòu)成回路，即三相全導(dǎo)通時(shí)，則輸出電壓為電源相電壓。和另一相構(gòu)成回路，即僅兩相導(dǎo)通時(shí)，則輸出電壓為電源線電壓的一半。

112、星形聯(lián)結(jié)電路（3）

(a)0≤α<600，(Uc>0,Ub<0,Ua>0)

開通角300

特點(diǎn)：存在三相導(dǎo)通區(qū)間，連續(xù)。300時(shí)由于VT5，VT6導(dǎo)通，VT1，VT4關(guān)斷，所以Uan=0，見3600~3600+300區(qū)間132、星形聯(lián)結(jié)電路（5）

(a)

VT5關(guān)斷VT5因Uc過零反偏關(guān)斷，VT6，VT1仍導(dǎo)通，所以Uan=Uab/2（當(dāng)α>60時(shí)ucVT5過零，不導(dǎo)通，不會出現(xiàn)三相一起導(dǎo)通，而僅二相導(dǎo)通）142、星形聯(lián)結(jié)電路（6）

(a)VT2導(dǎo)通VT1，VT6已導(dǎo)通；觸發(fā)VT2導(dǎo)通，所以Uan=Ua152、星形聯(lián)結(jié)電路（7）

(a)

VT6反偏關(guān)斷Ub>0,VT6反偏關(guān)斷VT1，VT2仍導(dǎo)通，所以Uan=Uac/2172、星形聯(lián)結(jié)電路（9）

(a)

VT1過零方反偏關(guān)斷VT1過零方反偏關(guān)斷VT2，VT3仍導(dǎo)通，所以Uan=0

VT1導(dǎo)通角度為1800-α（根據(jù)對稱性各晶閘管相同）182、星形聯(lián)結(jié)電路（10）

(b)600≤α<900，

書上以600為例

特點(diǎn)：二相導(dǎo)通，但連續(xù)。

VT3滯后VT1120度，當(dāng)開通角大于60度時(shí)

VT3開通時(shí)刻將滯后VT1結(jié)束時(shí)刻,VT3和VT1

可以放在一起。

同理VT5,VT3及VT２,VT４,VT６可以放在一起了,用2行就可以了。192、星形聯(lián)結(jié)電路（11）

(b)開通角700

(VT1導(dǎo)通前）VT5，VT6導(dǎo)通，

VT1，VT4關(guān)斷，所以Uan=0212、星形聯(lián)結(jié)電路（12’）

(b)VT6由負(fù)變正，但因Ua>Ub，VT6仍導(dǎo)通222、星形聯(lián)結(jié)電路（13）

(b)（VT2通）VT2觸發(fā)，VT6因Ub>0反偏關(guān)斷，VT2仍導(dǎo)通，Uan=Uac/2232、星形聯(lián)結(jié)電路（13’）

(b)（VT2通）VT1由正變負(fù)，但因0>Ua>Uc，VT1仍導(dǎo)通252、星形聯(lián)結(jié)電路（15）

(c)900≤α<1500，

特點(diǎn)：二相導(dǎo)通，不連續(xù)。

當(dāng)開通角大于90度時(shí)，在VT1開通前，所有管子均管斷，只能靠給VT1前1序號VT6補(bǔ)觸發(fā)脈沖方能形成導(dǎo)通回路。同樣給VT2及前1序號VT1補(bǔ)觸發(fā)脈沖也方能形成導(dǎo)通回路。這樣用1行便可。262、星形聯(lián)結(jié)電路（16）

(c)

VT1，VT6通

給VT1觸發(fā)脈沖的同時(shí)給VT6觸發(fā)脈沖（雙脈沖）。VT1，VT6導(dǎo)通(Ua>Ub>0)，所以Uan=Uab/2，當(dāng)Uab/2<0時(shí)關(guān)斷。292、星形聯(lián)結(jié)電路（18’）(總結(jié))三相三線星形連接a角移相范圍是：0°~150°a)0°≤a<60°時(shí)每管導(dǎo)通180°-ab)60°≤a<90°時(shí)每管導(dǎo)通120°c)90°≤a<150°時(shí)每管導(dǎo)通300°-2a

302、三相三線星形聯(lián)結(jié)電路(19)如以上分析，基波及非3倍次諧波電壓產(chǎn)生的電流相位相差1200，在三相之間流動，無需中線。3次及3倍次諧波電壓產(chǎn)生的三次諧波電流相位相同無法流通。313、支路控制三角形連接電路

由三個(gè)單相交流調(diào)壓電路組成，分別在不同的線電壓作用下工作，單相交流調(diào)壓電路的分析方法和結(jié)論完全適用與此。輸入線電流（即電源電流）為與該線相連的兩個(gè)相電流之和。

諧波情況

3倍次諧波相位和大小相同，在三角形回路中流動，不出現(xiàn)在線電流中。線電流中諧波次數(shù)5，7，11，13，…….6k±1(k為正整數(shù))

在相同負(fù)載和a角時(shí)，線電流中諧波含量少于三相三線星形電路但接線復(fù)雜，輸入3根線，輸出6根線。326．2其他交流電力控制電路336.2.1交流調(diào)功電路

圖6-11(圖4-13)交流調(diào)功電路典型波形(M=3、N=2)

適用于時(shí)間常數(shù)很大的電路如電爐。如采用整個(gè)波周波控制，可以消除通常意義的諧波污染。

控制周期是工頻電源周期的3倍，M=3周波，導(dǎo)通周期N=2周波不導(dǎo)通周期是３－２＝１周波?；l率是1*50/3=16.67Hz,2次諧波頻率是2*50/3=33.3Hz,3次諧波頻率是3*50/3=50Hz,4次諧波頻率是4*50/3=66.66Hz,5次諧波頻率是5*50/3=83.33Hz,6次諧波頻率是6*50/3=100Hz,34圖6-12（圖4-14）交流調(diào)功電路的電流頻譜圖(M=3、N=2)1)從理論上講基波頻率幅值并非最高,本例是3次諧波頻率最高,實(shí)際3次諧波是電源頻率,自然幅值高2)電源頻率整數(shù)倍為零,“諧間波”或“間諧波”對電源污染小交流調(diào)功電路的電流頻譜圖35

6.2.2交流電力電子開關(guān)

晶閘管反并聯(lián)后串入交流電路

作用：代替機(jī)械開關(guān)，起接通和斷開電路的作用優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)速度快，無觸點(diǎn)，壽命長，可頻繁控制通斷與交流調(diào)功電路的區(qū)別：并不控制電路的平均輸出功率通常沒有明確的控制周期，只是根據(jù)需要控制電路的接通和斷開控制頻度通常比交流調(diào)功電路低得多時(shí)間上精細(xì)度:交流調(diào)壓>交流調(diào)功電路>電力電子開關(guān)>機(jī)械開關(guān)晶閘管投切電容器（ThyristorSwitchedCapacitor—TSC）第10章講對無功功率控制，可提高功率因數(shù)，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，改善供電質(zhì)量性能優(yōu)于機(jī)械開關(guān)投切的電容器36P1613．交流調(diào)壓電路和交流調(diào)功電路有什么區(qū)別?二者各運(yùn)用于什么樣的負(fù)載?為什么?37補(bǔ)充：6-1三相三線交流調(diào)壓電路，電阻負(fù)載。1）畫出主電路的原理圖開通角為α=10°，α=50°，α=65°時(shí),每管導(dǎo)通角分別是多少？2）圖畫出開通角α=70°時(shí),a相負(fù)載電壓波形，導(dǎo)通角是多少？3）t1,t2,t3分別對應(yīng)VT1，VT2，VT3開通時(shí)刻，t1~t2和t2~t3區(qū)間分別那幾個(gè)管子在導(dǎo)通？4）相電流ia中有無3倍次及6次諧波？為什么？386.4矩陣式變頻電路圖4-28矩陣式變頻電路的主電路拓?fù)浼捌溟_關(guān)單元a)矩陣式變頻電路的主電路拓?fù)?/p>

b)一種常用的開關(guān)單元

AC-AC（AC即交流的主要參數(shù)是幅值和頻率），本節(jié)強(qiáng)調(diào)變頻率。電路如圖:三相輸入電壓為ua、ub和uc

三相輸出電壓為uu、uv和uw

9個(gè)開關(guān)器件組成3×3矩陣，因此被稱為矩陣式變頻電路(MatrixConverter—MC)或矩陣變換器

圖中每個(gè)開關(guān)都是矩陣中的一個(gè)元素，采用雙向可控開關(guān)，圖4-28b396.4矩陣式變頻電路利用三相相電壓

利用三相相電壓包絡(luò)線中所有的陰影部分，理論上所構(gòu)造的uu的頻率可不受限制，其最大幅值僅為輸入相電壓ua幅值的0.5倍,如uu為正弦波，則峰值為0.5uu利用三相線電壓

圖中第一行和第二行的6個(gè)開關(guān)共同作用來構(gòu)造輸出線電壓uuv，可利用6個(gè)線電壓包絡(luò)線中所有的陰影部分，最大幅值就可達(dá)到輸入線電壓幅值的0.866倍，當(dāng)uuv須為正弦波時(shí)，則峰值為0.866uab

，這是正弦波輸出條件下矩陣式變頻電路理論上最大的輸出輸入電壓比進(jìn)行斬波控制，即進(jìn)行PWM控制時(shí)，輸出電壓uo為

406.4矩陣式變頻電路

總結(jié)：十分突出的優(yōu)點(diǎn)：1)有十分理想的電氣性能，輸出電壓和輸入電流均為正弦波，功率因數(shù)為1。2)和目前廣泛應(yīng)用的交直交變頻電路相比（用6個(gè)整流，6個(gè)逆變）,雖多用了6個(gè)開關(guān)器件（矩陣式變頻電路用18個(gè)-12個(gè)=6個(gè)），卻省去了直流側(cè)大電容，將使體積減小，且容易實(shí)現(xiàn)集成化和功率模塊化在器件制造技術(shù)飛速進(jìn)步和計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異的今天，矩陣式變頻電路將有很好的發(fā)展前景。英國已有用到飛機(jī)上的先例。416.4矩陣式變頻電路未推廣的原因現(xiàn)狀尚未進(jìn)入實(shí)用化，主要原因：1)所用的開關(guān)器件為18個(gè)，電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高，控制方法還不算成熟2)輸出輸入最大電壓比只有0.866，用于交流電機(jī)調(diào)速時(shí)輸出電壓偏低426.4矩陣式變頻電路

作業(yè)：P1618．試述矩陣式變頻電路的基本原理和優(yōu)缺點(diǎn)。為什么說這種電路有較好的發(fā)展前景?43第6章交流-交流變流電路

6.1交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路掌握：1）電阻負(fù)載時(shí)電路圖及工作原理、波形分析，輸出電壓、電流、晶