4电力电子技术 第四章--交流电力控制电路和交交变频电路

(4-12)
In/I*/%
u o ( bn sin nw t )
60 40 20 3次 5次 7次
基波和各次谐波有效值
U on
1 2
2 2 a n bn
负载电流基波和各次谐波有效值
(4-13)
(4-14) 电流基波和各次谐波标么值随 a 变化 的曲线（基准电流为 a =0时的有效值） 如图4-6所示。
把电网频率的交流电变成可调频率的交流电的变 流电路，属于直接变频电路。 广泛用于大功率交流电动机调速传动系统，实际 使用的主要是三相输出交交变频电路。
4- 17
4.3.1 单相交交变频器
1) 电路构成和基本工作原理
电路构成
如图4-18，由P组和N 组反并联的晶闸管变流 电路构成，和直流电动 机可逆调速用的四象限 变流电路完全相同。 变流器P和N都是相控 整流电路。
4.1.1 单相交流调压电路
4) 斩控式交流调压电路
在交流电源u1的负半周 用V4给负载电流 提供续流通道
VD1 i1 V2
V1
u1
VD2
V3 VD3
VD4 uo V4
R L
用V2进行斩波控制
图4-7 斩控式交流调压电路
图4-7
4- 14
4.1.1 单相交流调压电路
特性
电源电流的基波分量和 电源电压同相位，即位 移因数为1。
负载电流有效值 IVT的标么值
0.5
I0
IVTN IVT
2 IVT
Z 2U1
(4-10) (4-11)
0.4
IVTN 0.3 0.2 0.1
j =0
a /(° ) 图4-4 单相交流调压电路a为参变量时I VTN和a关系曲线
4- 9
0
40
80
120
160 180
4.1.1 单相交流调压电路
第4章 交流电力控制电路和交交变频电路
引言
4.1 4.2 4.3 4.4 交流调压电路 其他交流电力控制电路（不要求） 交交变频电路 矩阵式变频电路（一般性了解）
本章要点
4- 1
第4章 交流电力控制电路和交交变频电路
本章主要讲述 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 只改变电压,电 交流调压电路 相位控制 流或控制电路 的通断,而不改 交流调功电路 通断控制 变频率的电路。
P uo Z N
uo aP= 2
输出电压 aP=0
平均输出电压 aP= 2
O
wt
图4-18 图4-18 单相交交变频电 路原理图和输出电压波形
4- 19
4.3.1 单相交交变频器
为使uo波形接近正弦波，可按正弦规律对a 角进 行调制。
在半个周期内让P组 a 角按正弦规律从90°减 到0°或某个值，再增加到90°，每个控制间隔内 的平均输出电压就按正弦规律从零增至最高，再 减到零。另外半个周期可对N组进行同样的控制。
u
u1 u
1
O
0.6
wt
uG1
O
G2
G1
u
wt
O u
wt
o
O i
o
wt
a =0时刻仍定为u1过零的 时刻，a 的移相范围应为j ≤ a ≤ π。
O u
VT
wt
O
wt
图4-2 电阻负载单相交流调压电路及其波形 4- 7
4.1.1 单相交流调压电路
wt = a 时刻开通晶闸管 VT1，可求得θ
sin(a q j ) sin(a j )e
工作，正组被封锁。
uo,io uo
t3 ~ t4 ：uo和io均为负，反
组整流，输出功率为正。
io t2 t3 t4 t5 t
O t1 uP
负，反组逆变，输出功率 为负。 小结：
哪一组工作由io方向决 定，与uo极性无关。 工作在整流还是逆变， 则根据uo方向与io方向 是否相同确定。
t4 ~ t5 ： uo反向， io仍为
q tgj
180
140
q (° / )
（4－7） 当a=j时 θ =π
100
60
当a>j时 θ <π
以j 为参变量，利用（4－7) 可把a 和θ 的关系表示成右图。
20 0 20 60 100 a /(° ) 140 180
图4-3 单相交流调压电路以a 为参变量的θ和a关系曲线
4- 8
4.1.1 单相交流调压电路
b)
uo
O uN
t
O iP O iN O P N
uo
t
t
t 整流 逆变 阻断 整流 逆变 阻断
图4-19 理想化交交变频电路的 图4-19 整流和逆变工作状态
4- 24
4.3.1 单相交交变频器
当uo和io的相位差小于90°时，一周期内电网向负载提供能量 的平均值为正，电动机工作在电动状态。 当二者相位差大于90°时，一周期内电网向负载提供能量的平 均值为负，电网吸收能量，电动机为发电状态。 考虑无环流工作方式下io过零的死区时间，一周期可分为6段。
交流电力 控制电路
交交变频
变频电路 改变频率的电路 交直交变频
直接
间接
4- 2
4.1 交流调压电路
原理
两个晶闸管反并 联后串联在交流电路 中，通过对晶闸管的 控制就可控制交流电 力。
电路图
4- 3
4.1 交流调压电路
应用
1 灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制)。
2 异步电动机软起动。 3 异步电动机调速。 4 供用电系统对无功功率的连续调节。 5 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。
I on U on / R
0
60
120 180
触发延迟角a/( ° ) 图4-6 图4-6 电阻负载单相交流调 压电路基波和谐波电流含量
4- 11
4.1.1 单相交流调压电路
阻感负载
电流谐波次数和电阻负载时相同，也只含3、5、7… 等次谐波。 随着次数的增加，谐波含量减少。 和电阻负载时相比，阻感负载时的谐波电流含量少一 些。
当a 角相同时，随着阻抗角j 的增大，谐波含量有所 减少。
4- 12
4.1.1 单相交流调压电路
4) 斩控式交流调压电路
用V1进行斩波控制
在交流电源u1的正半周
用V3给负载电流 提供续流通道
VD1 i1 V2
V1
u1
VD2
V3 VD3
VD4 uo V4
R L
图4-7 斩控式交流调压电路
图4-7
4- 13
u1 O uo O
wt
wt
i
o
a 增大，输入电流滞后于电压
且畸变，λ 降低。
a =0时，功率因数λ =1，
u
O
V T
wt
O
wt
图4-1 电阻负载单相交流调压电路及其波形 4- 6
4.1.1 单相交流调压电路
VT1
1) 阻感负载
负载阻抗角： j = arctan(wL / R) 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j ，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。
u2 u3 u4 u5 u6 u1
a cos 1 (g sin w o t )
(4-18)
aP3
us2 us3
wt aP4
us4 us5 uo us6 us1
余弦交点法图解 线电压uab、 uac 、 ubc 、 uba 、 uca和 ucb依次用u1 ~ u6表
wt
示。 相邻两个线电压的交 点对应于a =0。
uo由若干段电源电压拼接而成，在uo的一个周期
内，包含的电源电压段数越多，其波形就越接近 正弦波。
4- 20
4.3.1 单相交交变频器
a) uP
iP uo
io
iN uN
2) 整流与逆变工作状态
uo,io uo io t2 uo t3 t4 t5 t
阻感负载为例，也适用于交 流电动机负载。 把交交变频电路理想化，忽 略变流电路换相时 uo 的脉动 分量，就可把电路等效成图
i
u 图4-20
4- 25
4.3.1 单相交交变频器
3) 输出正弦波电压的 调制方法
介绍最基本的、广泛使 用的余弦交点法。 设Ud0为a = 0时整 流电路的理想空载电 压，则有
u2 u3 u4 u5 u6 u1
wt aP3
us2 us3
aP4
us4 us5 uo us6 us1
uo U d0 cosa
uo
O
wt
io
O 1 3 2 4 6
wt
第1段
5 图4-20 单相交交变频电路输出电压和电流波形 第4段 io >0， uo <0，正组逆变 i第2段 电流过零，为无环流死区 o 第6段 io>0，反组逆变 o>0，正组整流 <0， uo第3段 第5段 又是无环流死区 <0， ou>0， o <0，为反组整流
15) 每次控制时a角不同， 表示每次控制 间隔内uo的平均值。 u0
(4-
wt
图4-21
图4-21 余弦交点法原理
4- 26
4.3.1 单相交交变频器
设期望的正弦波输出电 压为
u2 u3 u4 u5 u6 u1
uo U om sin w ot
wt aP3
us2 us3
(4-16） 比较式(4-15)和(4-16)， 应使
b)
O t1 uP
O uN
t
O iP O iN O P N