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第6章交流电力控制电路和交交变频电路概述6.1交流调压电路交流调压电路的应用: 灯光控制(如调光台灯和舞台灯光控制) 异步电动机软起动 异步电动机调速 供用电系统对无功功率的连续调节 在高压小电流或低压大电流直流电源中,用于调节变压器一次电压 6.1.1单相交流调压电路电阻负载单相交流调压电路及其波形2阻感负载 阻感负载时a的移相范围 负载阻抗角:j=arctan(wL/R) 稳态时负载电流为正弦波,相位滞后于u1的角度为j a=0时刻仍定为u1过零的时刻,a的移相范围应为j≤a≤π单相交流调压器电感性负载时的主电路和输出波形当控制角为α时,Ug1触发VT1导通,流过VT1管的电流i2有两个分量,即强制分量iB与自由分量iS, 其强制分量为 式中 其自由分量为 式中τ—自由分量衰减时间常数,流过晶闸管的电流即负载电流为 当α>φ时,电压、电流波形如上图所示。随着电源电流下降过零进入负半周,电路中的电感储藏的能量释放完毕,电流到零,VT1管才关断。 在ωt=0时触发管子,ωt=θ时管子关断,将ωt=θ代入式(3-5)可得 (1)当α>φ时 稳定分量iB与自由分量is如图3-2(b)所示,叠加后电流波形i2的导通角θ<180,正负半波电流断续,α愈大θ愈小,波形断续愈严重。 (2)当α=φ时 电流自由分量is=0,i2=iB;θ=180。正负半周电流处于临界连续状态,相当于晶闸管失去控制,负载上获得最大功率,此时电流波形滞后电压φ角。 (3)当α<φ时 如果触发脉冲为窄脉冲,则当Ug2出现时,VT1的电流还未到零,VT2管受反压不能触发导通;待VT1中电流变到零关断,VT2承受正压时,脉冲已消失,无法导通。这样使负载只有正半波,电流出现很大的直流分量,电路不能正常工作。 带电感性负载时,晶闸管应当采用宽脉冲列,这样在α<φ时,虽然在刚开始触发晶闸管的几个周期内,两管的电流波形是不对称的,但当负载电流中的自由分量衰减后,负载电流即能得到完全对称连续的波形,电流滞后电源电压φ角,但实际是晶闸管是不可控的。所以晶闸管的移相范围。综上所述,单相交流调压可归纳为以下三点: ①带电阻性负载时,负载电流波形与单相桥式可控整流交流侧电流波形一致,改变控制角α可以改变负载电压有效值。 ②带电感性负载时,不能用窄脉冲触发,否则当α<φ时会发生有一个晶闸管无法导通的现象,电流出现很大的直流分量。 ③带电感性负载时,α的移相范围为φ~180,带电阻性负载时移相范围为0~180。a=φ a<j时图4-7斩控式交流调压电路图4-8电阻负载斩控式交流调压电路波形 6.1.2三相交流调压电路 三相四线 基本原理: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。 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。a=90°时,零线电流甚至和各相电流的有效值接近 三相三线,电阻负载时的情况 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~VT6,依次相差60° 相电压过零点定为a的起点,a角移相范围是0°~150° a=30°,分析a相波形。a=60°,分析a相波形。a=120°,分析a相波形。a)a=30°b)a=60°c)a=120°谐波情况 电流谐波次数为6k±1(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 6.2其他交流电力控制电路6.2.1交流调功电路电阻负载时的工作情况 控制周期为M倍电源周期,晶闸管在前N个周期 导通,后M-N个周期关断交流调功电路6.2.2交流电力电子开关晶闸管投切电容(ThyristorSwitched——Capacitor——TSC)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流,电流也没有阶跃变化。TSC电路也可采用晶闸管和二极管反并联的方式6.3交交变频电路直接变频器①方波形直接变频器②正弦波直接变频器Z①输出正弦波形的调制方法 最常用的方法是余弦交点法. 正弦波型交-交变频器适合于低频大功率的电气传动系统,最高输出频率是输入频率的1/3或1/2。 ②输出电压有效值和频率的调节 交-交变频电路的输出电压是由若干段电源电压拼接而成的。在输出电压的一个周期内,所包含的电源电压段数越多,其波形就越接近正弦波。 使控制角从,改变α0,就改变了输出电压的峰值,也就改变了输出电