十四交流電力控制

概述交流-交流變流電路——一種形式的交流變成另一種形式交流的電路，可改變相關的電壓、電流、頻率和相數(shù)等交流電力控制電路只改變電壓,電流或控制電路的通斷,而不改變頻率的電路。交流調壓電路相位控制交流調功電路通斷控制變頻電路改變頻率的電路

交交變頻直接交直交變頻間接概述交流電力控制電路的結構及類型兩個晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，控制晶閘管就可控制交流電力交流調壓電路——每半個周波控制晶閘管開通相位，調節(jié)輸出電壓有效值交流調功電路——以交流電周期為單位控制晶閘管通斷，改變通斷周期數(shù)的比，調節(jié)輸出功率的平均值交流電力電子開關——并不著意調節(jié)輸出平均功率，而只是根據(jù)需要接通或斷開電路交流調壓交流調壓電路的應用：燈光控制（如調光臺燈和舞臺燈光控制）異步電動機軟起動異步電動機調速供用電系統(tǒng)對無功功率的連續(xù)調節(jié)在高壓小電流或低壓大電流直流電源中，用于調節(jié)變壓器一次電壓單相交流調壓電路1．電阻負載工作原理：在u1的正半周和負半周，分別對VT1和VT2的開通角a進行控制就可以調節(jié)輸出電壓正負半周a起始時刻（a=0）均為電壓過零時刻，穩(wěn)態(tài)時，正負半周的a

相等負載電壓波形是電源電壓波形的一部分，負載電流（也即電源電流）和負載電壓的波形相同右圖為圖4-1：電阻負載單相交流

調壓電路及其波形單相交流調壓電路數(shù)量關系負載電壓有效值(4-1)

負載電流有效值晶閘管電流有效值(4-3)

功率因數(shù)(4-4)

(4-1)(4-2)(4-3)(4-4)單相交流調壓電路輸出電壓與α的關系:

移相范圍為0≤α≤π。α=0時，輸出電壓為最大，Uo=U1。隨α的增大，Uo降低，α=π時，Uo=0。λ與α的關系：

α=0時，功率因數(shù)λ=1，α增大，輸入電流滯后于電壓且畸變，λ降低單相交流調壓電路2．阻感負載阻感負載時α的移相范圍負載阻抗角：

=arctan(ωL/R)

晶閘管短接，穩(wěn)態(tài)時負載電流io為正弦波，相位滯后于u1的角度為

在用晶閘管控制時，只能進行滯后控制，使負載電流更為滯后，而無法使其超前α=0時刻仍定為u1過零的時刻，α的移相范圍應為

≤α≤π右圖為圖4-2：阻感負載單相交流調壓電路及其波形VT1單相交流調壓電路當控制角為α時（設坐標原點為ωt=0），即晶閘管導通時電壓波形相位角為α

，這時通過晶閘管的電流有兩個分量，即穩(wěn)定分量i1和自由分量i2i=i1+i2=0i=i1+i2=0(4-6)單相交流調壓電路圖4-3單相交流調壓電路以α為參變量的θ和α關系曲線

各曲線上θ=180°的點都對應于a=；

負載電流成為完整的正弦波，負載電路這時獲得最大功率，相當于晶閘管此時已被短接。負載電流處于連續(xù)狀態(tài)。

數(shù)量關系 負載電壓有效值

晶閘管電流有效值

單相交流調壓電路(4-9)(4-8)單相交流調壓電路P131第2題：一單相交流調壓器，電源為工頻220V，阻感負載，其中R=0.5Ω，L=2mH，求1）開通角α的變化范圍；2）負載電流的最大有效值；3）最大輸出功率及此時電源側的功率因數(shù)負載阻抗角為：開通角α的變化范圍為：0.899～π當α=0.899時，輸出電壓最大，負載電流最大，此時輸出功率最大此時功率因數(shù)為：單相交流調壓電路a<時的工作情況（用窄脈沖觸發(fā)）

VT1提前導通，L被過充電，放電時間延長，VT1的導通角超過π；觸發(fā)VT2時，

io尚未過零，VT1仍導通，VT2不導通；單相交流調壓電路a<時的工作情況（用寬脈沖觸發(fā)）

VT1提前導通，L被過充電，放電時間延長，VT1的導通角超過π；觸發(fā)VT2時，io尚未過零，VT1仍導通，VT2不導通；io過零后，VT2開通，VT2導通角小于π；從第2個周期開始，VT1的導通角逐漸減小，VT2的導通角逐漸增大，直到兩個晶閘管的導通角均為π。VT1被首次觸發(fā)后，電路的工作過程和兩只晶閘管被短接一樣，過渡過程和帶R-L負載的單相交流電路在ωt=a時合閘的過渡過程相同；在交流電源u1的正半周圖4-7斬控式交流調壓電路單相交流調壓電路用V1進行斬波控制用V3給負載電流提供續(xù)流通道斬控式交流調壓電路用V2進行斬波控制用V4給負載電流提供續(xù)流通道圖4-7斬控式交流調壓電路在交流電源u1的負半周單相交流調壓電路斬控式交流調壓電路單相交流調壓電路特性電源電流的基波分量和電源電壓同相位，即位移因數(shù)為1電源電流不含低次諧波，只含和開關周期T有關的高次諧波功率因數(shù)接近1圖4-8電阻負載斬控式交流調壓電路波形三相交流調壓電路根據(jù)三相聯(lián)結形式的不同，三相交流調壓電路具有多種形式圖4-9三相交流調壓電路a)星形聯(lián)結b)線路控制三角形聯(lián)結c)支路控制三角形聯(lián)結d)中點控制三角形聯(lián)結三相交流調壓電路1．星形聯(lián)結電路 可分為三相三線和三相四線兩種情況三相四線基本原理：相當于三個單相交流調壓電路的組合，三相互相錯開120°工作?；ê?倍次以外的諧波在三相之間流動，不流過零線問題：三相中3倍次諧波同相位，全部流過零線。零線有很大3倍次諧波電流。a=90°時，零線電流甚至和各相電流的有效值接近三相交流調壓電路

三相三線，電阻負載時的情況任一相導通須和另一相構成回路電流通路中至少有兩個晶閘管，應采用雙脈沖或寬脈沖觸發(fā)觸發(fā)脈沖順序和三相橋式全控整流電路一樣，為VT1-VT6,依次相差60°不論單相還是三相交流調壓器，都以相電壓過零點定為a的起點，這一點與三相橋式整流電路不同。當改變a時，調壓器有兩種工作狀態(tài)：在同一時刻，每一相有一只晶閘管導電，稱為1類工作狀態(tài)；在同一時刻，有一相晶閘管都不導電，另兩相各有一只晶閘管導電，稱為2類工作狀態(tài)。a角移相范圍是0°-150°原因：因a是根據(jù)相電壓定出的，線電壓超前相電壓30°，當a≥150°時，電路工作在2類工作狀態(tài)，線電壓為零且即將變負，晶閘管不能導通。三相交流調壓電路(1)0°≤a<60°：三管導通與兩管導通交替，每管導通180°－a。但a=0°時一直是三管導通。圖4-10不同α角時負載相電壓波形a)α

=30°60°≤α<90°：兩管導通，每管導通120°。(2)圖4-10不同α角時負載相電壓波形b)α

=60°三相交流調壓電路三相交流調壓電路(3)90°≤α<150°：兩管導通與無晶閘管導通交替，導通角度為300°－2α

。圖4-10不同α角時負載相電壓波形

c)α

=120°三相交流調壓電路圖4-10不同α角時負載相電壓波形a)α

=30°b)α=60°c)α

=120°三相交流調壓電路

配以固定電容器，就可在從容性到感性的范圍內連續(xù)調節(jié)無功功率，稱為靜止無功補償裝置(StaticVarCampensator—SVC），用來對無功功率進行動態(tài)補償，以補償電壓波動或閃變。α移相范圍為90°～180°?？刂痞两强蛇B續(xù)調節(jié)流過電抗器的電流，從而調節(jié)無功功率。支路控制三角聯(lián)結電路典型用例--晶閘管控制電抗器（ThyristorControlledReactor—TCR）交流調功電路以交流電源周波數(shù)為控制單位——交流調功電路對電路通斷進行控制——交流電力電子開關與交流調壓電路的異同電路形式完全相同控制方式不同：將負載與電源接通幾個周波，再斷開幾個周波，改變通斷周波數(shù)的比值來調節(jié)負載所消耗的平均功率應用常用于電爐的溫度控制因其直接調節(jié)對象是電路的平均輸出功率，所以稱為交流調功電路控制對象時間常數(shù)很大，以周波數(shù)為單位控制即可。通常晶閘管導通時刻為電源電壓過零的時刻，負載電壓電流都是正弦波，不對電網(wǎng)電壓電流造成通常意義的諧波污染。交流調功電路

電阻負載時的工作情況2pNpM電源周期控制周期=M倍電源周期=2p4pMO導通段=M3pM2pMuou1uo,iowtU12圖4-13交流調功電路典型波形(M=3、N=2)圖4－1電阻負載單相交流調壓電路控制周期為M倍電源周期，晶閘管在前N個周期導通，后N－M個周期關斷。負載電壓和負載電流（也即電源電流）的重復周期為M倍電源周期。交流電力電子開關概念：晶閘管反并聯(lián)后串入交流電路作用：代替機械開關，起接通和斷開電路的作用優(yōu)點：響應速度快，無觸點，壽命長，可頻繁控制通斷與交流調功電路的區(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功電路低得多

晶閘管投切電容器（ThyristorSwitchedCapacitor—TSC）對無功功率控制，可提高功率因數(shù)，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，改善供電質量性能優(yōu)于機械開關投切的電容器結構和原理實際常用三相，可三角形聯(lián)結，也可星形聯(lián)結圖4-15TSC基本原理圖a)基本單元單相簡圖b)分組投切單相簡圖交流電力電子開關兩個反并聯(lián)的晶閘管起著把C并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開的作用（圖4-15a）串聯(lián)電感很小，用來抑制電容器投入電網(wǎng)時的沖擊電流實際工程中，為避免電容器組投切造成較大沖擊，一般把電容器分成幾組（圖4-15b），可根據(jù)電網(wǎng)對無功的需求而改變投入電容器的容量TSC實際上為斷續(xù)可調的動態(tài)無功功率補償器

晶閘管投切選擇晶閘管投入時刻的原則：該時刻交流電源電壓和電容器預