电力电子chapter4.ppt

交流电力控制电路和交交变频电路,概述4.1交流调压电路4.1.1单相交流调压电路4.1.2三相交流调压电路不讲4.2其他交流电力控制电路4.2.1交流调功电路4.2.2交流电力电子开关4.3交交变频电路4.3.1单相交交变频电路4.3.2三相交交变频电路不讲4.4矩阵式变频电路不讲本章小结,第4章,概述,交流-交流变流电路,一种形式的交流变成另一种形式交流的电路，可改变相关的电压、电流、频率和相数等,,,,交流电力控制电路,变频电路,只改变电压、电流或控制电路的通断，不改变频率,,,改变频率，大多不改变相数，也有改变相数的,,,,交流调压电路相位控制（或斩控式），4.1节交流调功电路及交流无触点开关通断控制，4.2节,,交交变频电路交直交变频电路,,1.晶闸管交交变频电路，4.3节2.矩阵式变频电路，4.4节,先把交流整流成直流，再把直流逆变成另一种频率或可变频率的交流,间接变频电路，8.1节,,,第4章,交流调压电路,交流电力控制电路的结构,,两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，控制晶闸管就可控制交流电力,交流电力控制电路的类型,,交流调压电路,交流调功电路,交流电力电子开关,每半个周波控制晶闸管开通相位，调节输出电压有效值,以交流电周期为单位控制晶闸管通断，改变通断周期数的比，调节输出功率的平均值,并不着意调节输出平均功率，而只是根据需要接通或断开电路。,4.1,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,交流调压电路,4.1,单相交流调压电路,1．电阻负载,原理分析,在u1的正半周和负半周，分别对VT1和VT2的开通角a进行控制就可以调节输出电压,正负半周a起始时刻（a0）均为电压过零时刻，稳态时，正负半周的a相等,4.1.1,负载电压波形是电源电压波形的一部分，负载电流（也即电源电流）和负载电压的波形相同,图4-1电阻负载单相交流调压电路及其波形,数量关系负载电压有效值4-1负载电流有效值4-2晶闸管电流有效值4-3功率因数4-4,单相交流调压电路,4.1.1,,,,,,,R,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,O,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,u,1,u,o,i,o,VT,1,VT,2,u,1,u,o,i,o,u,VT,w,t,O,w,t,O,w,t,O,w,t,输出电压与a的关系移相范围为0≤a≤π。a0时，输出电压为最大，UoU1。随a的增大，Uo降低，aπ时，Uo0。λ与a的关系-a0时，功率因数λ1，a增大，输入电流滞后于电压且畸变，λ降低,单相交流调压电路,4.1.1,2．阻感负载阻感负载时a的移相范围负载阻抗角jarctanwL/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a0时刻仍定为u1过零的时刻，a的移相范围应为j≤a≤π,图4-2阻感负载单相交流调压电路及其波形,单相交流调压电路,4.1.1,阻感负载时的工作过程分析在ωta时刻开通VT1，负载电流满足4-5解方程得4-6式中,θ为晶闸管导通角利用边界条件ωtaθ时io0,可求得θ4-7VT2导通时，上述关系完同，只是io极性相反，相位差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,单相交流调压电路,4.1.1,数量关系负载电压有效值晶闸管电流有效值,4-8,4-9,单相交流调压电路,4.1.1,单相交流调压电路,负载电流有效值4-10IVT的标么值4-11,图4-4单相交流调压电路a为参变量时IVTN和a关系曲线,4.1.1,a0，uo0，正组逆变第5段又是无环流死区第6段io0，uo0，为反组整流,,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,例,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a0时整流电路的理想空载电压，则有4-15每次控制时a角不同，表示每次控制间隔内uo的平均值期望的正弦波输出电压为4-16比较式4-15和4-16，应使4-17g称为输出电压比,4.3.1,单相交交变频电路,余弦交点法基本公式4-18余弦交点法图解线电压uab、uac、ubc、uba、uca和ucb依次用u1u6表示相邻两个线电压的交点对应于a0,图4-21余弦交点法原理,4.3.1,单相交交变频电路,u1u6所对应的同步信号分别用us1us6表示us1us6比相应的u1u6超前30，us1us6的最大值和相应线电压a0的时刻对应以a0为零时刻，则us1us6为余弦信号希望输出电压为uo，则各晶闸管触发时刻由相应的同步电压us1us6的下降段和uo的交点来决定,图4-21余弦交点法原理,4.3.1,单相交交变频电路,不同g时，在uo一周期内，a随wot变化的情况。图中，g较小，即输出电压较低时，a只在离90很近的范围内变化，电路的输入功率因数非常低,图4-22不同g时a和wot的关系,4.3.1,单相交交变频电路,4.输入输出特性1输出上限频率输出频率增高时，输出电压一周期所含电网电压段数减少，波形畸变严重电压波形畸变及其导致的电流波形畸变和转矩脉动是限制输出频率提高的主要因素就输出波形畸变和输出上限频率的关系而言，很难确定一个明确的界限当采用6脉波三相桥式电路时，输出上限频率不高于电网频率的1/31/2。电网频率为50Hz时，交交变频电路的输出上限频率约为20Hz,4.3.1,单相交交变频电路,2输入功率因数输入电流相位滞后于输入电压，需要电网提供无功功率一周期内，a角以90为中心变化输出电压比g越小，半周期内a的平均值越靠近90负载功率因数越低，输入功率因数也越低不论负载功率因数是滞后的还是超前的，输入的无功电流总是滞后,图4-23单相交交变频电路的功率因数,4.3.1,单相交交变频电路,3输出电压谐波输出电压的谐波频谱非常复杂，既和电网频率fi以及变流电路的脉波数有关，也和输出频率fo有关采用三相桥时，输出电压所含主要谐波的频率为6fifo，6fi3fo，6fi5fo，12fifo，12fi3fo，12fi5fo，采用无环流控制方式时，由于电流方向改变时死区的影响，将增加5fo、7fo等次谐波,4.3.1,单相交交变频电路,4输入电流谐波输入电流波形和可控整流电路的输入波形类似，但其幅值和相位均按正弦规律被调制采用三相桥式电路的交交变频电路输入电流谐波频率4-19和4-20式中，k1,2,3,；l0,1,2,。,4.3.1,单相交交变频电路,本章小结,本章的要点如下1交流交流变流电路的分类及其基本概念；2单相交流调压电路的电路构成，在电阻负载和阻感负载时的工作原理和电路特性；3交流调功电路和交流电力电子开关的基本概念；4晶闸管相位控制交交变频电路的电路构成、工作原理和输入输出特性；5各种交流交流变流电路的主要应用。,第4章,