石河子大学：《电力电子技术》课程教学课件（PPT讲稿）第6章 交流交流变流电路

第6章安流安流变流电路 6.1交流调压电路 6.2其他交流电力控制电路 6.3交交变频电路 本章小结 机械电气工程学院电气教研室 电力电子技术

第6章 交流交流变流电路 6.1 交流调压电路 6.2 其他交流电力控制电路 6.3 交交变频电路 本章小结

引言 ■交流-交流变流电路：把一种形式的交流变成另一种形式 交流的电路。 ■交流-交流变换电路可以分为直接方式（即无中间直流环 节)和间接方式（有中间直流环节）两种。 ■直接方式 ◆交流电力控制电路：只改变电压、电流或对电路的通 断进行控制，而不改变频率的电路。 ◆变频电路：改变频率的电路。 机械电气工程学院电气教研室 2/53 电力电子技术

2/53 引言 ■交流-交流变流电路：把一种形式的交流变成另一种形式 交流的电路。 ■交流-交流变换电路可以分为直接方式（即无中间直流环 节）和间接方式（有中间直流环节）两种。 ■直接方式 ◆交流电力控制电路：只改变电压、电流或对电路的通 断进行控制，而不改变频率的电路。 ◆变频电路：改变频率的电路

交流变换电路 >概述 交流变换电路：把交流电能的参数（幅值、 频率、相数) 加以转换的电路。 交流电力控制电路 分类 维持频率不变 改变输出电压的幅值。 交一交变频电路（直接变频电路） 将电网频率的交流电直接变换成较低频率的交流电 直接变频的同时也可实现电压变换。 机械电气工程学院电气教研室 3/53 电力电子技术

3/53 ➢ 概述 ➢ 交流变换电路：把交流电能的参数（幅值、频率、相数） 加以转换的电路。 交流变换电路 交流电力控制电路 交一交变频电路（直接变频电路） 维持频率不变 改变输出电压的幅值。 将电网频率的交流电直接变换成较低频率的交流电 直接变频的同时也可实现电压变换。 分 类

6.1交流调压电路 6.1.1单相交流调压电路 6.1.2三相交流调压电路 机械电气工程学院电气教研室 4/53 电力电子技术

4/53 6.1 交流调压电路 6.1.1 单相交流调压电路 6.1.2 三相交流调压电路

6.1交流调压电路·引言 把两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就 司以控制交流输出。 交流电力控制电路 ◆交流调压电路：，在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制， 调节输出电压有效值的电路。 ◆交流调功电路：，以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断，改变 通态周期数和断态周期数的比，调节输出功率平均值的电路。 ◆交流电力电子开关：串入电路中根据需要接通或断开电路的晶闸 管。 ■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。 机械电气工程学院电气教研室 5/53 电力电子技术

5/53 6.1 交流调压电路·引言 ■把两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就 可以控制交流输出。 ■交流电力控制电路 ◆交流调压电路：在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制， 调节输出电压有效值的电路。 ◆交流调功电路：以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断，改变 通态周期数和断态周期数的比，调节输出功率平均值的电路。 ◆交流电力电子开关：串入电路中根据需要接通或断开电路的晶闸 管。 ■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 ◆工作过程 在交流电源u,的正半周和负半周，分别对VT和 R VT,的开通角a进行控制就可以调节输出电压。 ◆基本的数量关系 m负载电压有效值U。 U。=2 Vsn)do)-=U sin 2a+ π-Q (6-1) 2元 π r负载电流有效值I。 0 R (6-2) r晶闸管电流有效值IT √2U,sin@t U, sin 2a 2元 R 元 2π (6-3) m功率因数入 图6-1电阻负载单相交 P π- = U1。_U。 sin2a+ 流调压电路及其波形 S 0,1. U V2π (6-4) 机械电气工程学院电气教研室 6/53 电力电子技术

6/53 6.1.1 单相交流调压电路 O u1 uo i o u V T wt O wt O wt O wt 图6-1 电阻负载单相交 流调压电路及其波形 ■电阻负载 ◆工作过程 ☞在交流电源u1的正半周和负半周，分别对VT1和 VT2的开通角进行控制就可以调节输出电压。 ◆基本的数量关系 ☞负载电压有效值Uo ( ) ( )      w w    − = = +  sin 2 2 1 2 sin d 1 1 2 Uo U1 t t U ☞负载电流有效值Io R U I o o = ☞晶闸管电流有效值IT ( ) ) 2 sin 2 (1 2 2 sin 1 2 1 1 2 1     w w    = − +         =  R U d t R U t I T ☞功率因数       − = = = = sin 2 + 2 1 1 o 1 o o o U U U I U I S P (6-1) (6-2) (6-3) (6-4)

6.1.1单相交流调压电路 ◆a的移相范围为O≤a≤π， 随着a的增大，U。 逐渐降低，逐渐降低。 阻感负载 ◆工作过程 旷若晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦 波，相位滞后于u,的角度为o,当用晶闸管控 制时，只能进行滞后控制，使负载电流更为 滞后。 r设负载的阻抗角为p=g(oL/R),稳态 时a的移相范围应为≤≤π。 r在o仁时刻开通晶闸管VT1,可求得导 通角0，即 -0 sin(a+0-p)=sin(a-o)e (6-7) 图6-2阻感负载单相交流 调压电路及其波形 机械电气工程学院电气教研室 7/53 电力电子技术

7/53 6.1.1 单相交流调压电路 VT1 图6-2 阻感负载单相交流 调压电路及其波形 ■阻感负载 ◆工作过程 ☞若晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦 波，相位滞后于u1的角度为，当用晶闸管控 制时，只能进行滞后控制，使负载电流更为 滞后。 ☞设负载的阻抗角为 ，稳态 时的移相范围应为≤≤。 ☞在wt=时刻开通晶闸管VT1，可求得导 通角，即 ◆的移相范围为0≤≤，随着的增大，Uo 逐渐降低，逐渐降低。 tg ( / ) 1  wL R − =        tg sin( ) sin( ) − + − = − e (6-7)

6.1.1单相交流调压电路 180 以o为参变量，利用式(6-7可以把a和 的关系用图6-3的一簇曲线来表示。 140 ◆基本的数量关系 100 ©负载电压有效值U。 u.-g”2 a.)'d(o 60 20 20 60 100 140 180 =U元+ sin2a-sin(2a+280)】] (6-8) x/(°) 图6-3单相交流调压电路以仰为 2元 参变量的和α关系曲线 m晶闸管电流有效值IT a-ot sin(ot-p)-sin(a-p)e sin ecos(2a++0) (6-9) cos o 机械电气工程学院电气教研室 8/53 电力电子技术

8/53 6.1.1 单相交流调压电路 图6-3 单相交流调压电路以为 参变量的和关系曲线 以为参变量，利用式(6-7)可以把和 的关系用图6-3的一簇曲线来表示。 ◆基本的数量关系 ☞负载电压有效值Uo sin 2 sin( 2 2 ) 2 1 ( 2 sin ) ( ) 1 1 2 o 1       w w     = + − + =  + U U U t d t ☞晶闸管电流有效值IVT        w    w       w cos sin cos(2 ) 2 sin( ) sin( ) d( ) 2 2 1 1 2 1 t g VT + + = −                 = − − −  + − Z U t e t Z U I t (6-8) (6-9)

6.1.1单相交流调压电路 负载电流有效值。 。=V21m (6-10) m晶闸管电流IvT的标么值 Z IvnN =Ivr U (6-11) 式中Z=VR2+(oL)2 0.5 p=0 607590° 0.4 03 0.2 0.1 0 20 406080100120140160180 a./) 图6-4单相交流调压电路p为参变量时I和a关系曲线 机械电气工程学院电气教研室 9/53 电力电子技术

9/53 6.1.1 单相交流调压电路 ☞负载电流有效值Io o 2 VT I = I ☞晶闸管电流IVT的标么值 1 VTN VT 2U Z I = I 式中 2 2 Z = R + (wL) 图6-4 单相交流调压电路为参变量时IVTN和关系曲线 (6-10) (6-11)

6.1.1单相交流调压电路 ◆a<时的工作情况 rVT的导通时间超过。 r触发VT2时，i尚未过零，VT1仍导通，VT2不会导通，i过零后，VT2才可 开通，VT2导通角小于πo ri有指数衰减分量，在指数分量衰减过程中，VT,导通时间渐短，VT,的导 通时间渐长。 图6-5a<o时阻感负载交流调压电路工作波形 机械电气工程学院电气教研室 10/53 电力电子技术

10/53 6.1.1 单相交流调压电路 ◆<时的工作情况 ☞VT1的导通时间超过。 ☞触发VT2时，io尚未过零，VT1仍导通，VT2不会导通，io过零后，VT2才可 开通，VT2导通角小于。 ☞io有指数衰减分量，在指数分量衰减过程中，VT1导通时间渐短，VT2的导 通时间渐长。  wt wt wt wt 图4-5  + O   O O O u1 i G1 i G2 i o  i T1 i T2 图6-5 <时阻感负载交流调压电路工作波形