電力電子技術(shù)(西電第二版)第5章交流調(diào)壓電路

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1、第5章 交流調(diào)壓電路,5.1 單相交流調(diào)壓電路 5.2 三相交流調(diào)壓電路 5.3 交流過零調(diào)功電路,5.1單相交流調(diào)壓電路圖5-1所示為單相交流調(diào)壓器的主電路原理圖，在負載和交流電源間用兩個反并聯(lián)的晶閘管V1、V2或采用雙向晶閘管V相連。當電源處于正半周期時，觸發(fā)V1導(dǎo)通，電源的正半周期電壓施加到負載上；當電源處于負半周期時，觸發(fā)V2導(dǎo)通，電源負半周期電壓便加到負載上。電壓過零時晶閘管關(guān)斷。當交替觸發(fā)V1、V2，則負載上可獲得正、負半周期對稱的電源電壓。很明顯，可通過控制晶閘管在每一個電源周期內(nèi)的導(dǎo)通角的大小來調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。,,,圖5-1單相交流調(diào)壓器的主電路,5.1.1電阻性負載在圖5

2、-1 中，采用相控調(diào)壓，即通過改變晶閘管觸發(fā)脈沖的控制角 來控制交流電壓的輸出幅值，輸出電壓波形如圖5-2所示。,,,圖5-2電阻性負載單相交流調(diào)壓電路工作波形,負載電壓的有效值為 (5-1)負載電流的有效值為 (5-2),5.1.2電感性負載電感性負載單相交流調(diào)壓電路及波形如圖5-3所示。圖中，ug1、ug2為晶閘管V1、V2的寬觸發(fā)脈沖波形，R、L負載是交流調(diào)壓器的最一般的負載。其工作情況同可控整流電路帶電感負載相似。,,,圖5-3電感性負載單相交流調(diào)壓電路及波形,由圖5-3(b)可知，晶閘管導(dǎo)通角的大小，不但與控制角有關(guān)，而且與負載阻抗角有關(guān)。一個晶閘管導(dǎo)通時，其負載電流io的表達式為

3、(5-3)式中,當t時，io0，將此條件代入式(5-3)，可求得導(dǎo)通角與控制角、負載阻抗角f之間的定量關(guān)系表達式為 (5-4)針對交流調(diào)壓器，其導(dǎo)通角180；再根據(jù)式(5-4)，可繪出f(， f)曲線，如圖5-4所示。,,圖5-4單相交流調(diào)壓是路以f為參變量時與的關(guān)系,,圖5-5感性負載窄脈沖觸發(fā)時的工作波形,例5-1由晶閘管反并聯(lián)組成的單相交流調(diào)壓器，電源電壓有效值Uo2300 V。(1) 電阻負載，阻值在1.15 2.3 之間變化，預(yù)期最大的輸出功率為2300 kW，計算晶閘管所承受的電壓最大值，以及輸出最大功率時晶閘管電流的平均值和有效值。(2) 如果負載為電感性負載，R2.

4、3 ，L2.3 ，求控制角的范圍以及最大輸出電流的有效值。,,解(1) 當R2.3 時，如果觸發(fā)角0，負載電流的有效值為此時，最大輸出功率Po=I2oR=100022.3=2300 kW， 滿足要求。,流過晶閘管電流的有效值為輸出最大功率時，因為0，180，負載電流連續(xù)，所以負載電流的瞬時值為,此時晶閘管電流的平均值為, 當R1.15 時，由于電阻減小，如果調(diào)壓電路向負載送出原先規(guī)定的最大功率保持不變，則由Po=I2oR=2300 kW， 得Io=1414 A，因為Io大于R2.3 時的電流(參見)，所以0。晶閘管電流的有效值為 加在晶閘管上正、反向最大電壓為電源電壓的最大值，即,(2) 電感

5、性負載的功率因數(shù)角為最小控制角為min=f=/4。故控制角的范圍為/4。最大電流發(fā)生在min=f=/4，負載電流為正弦波，其有效值為,,5.2三相交流調(diào)壓電路5.2.1三相全波相位控制的Y連接調(diào)壓電路用三只雙向晶閘管作開關(guān)元件，分別接至負載就構(gòu)成了三相調(diào)壓電路。負載可以是Y連接也可以是連接。圖5-6所示為Y連接三相調(diào)壓電路。通過控制觸發(fā)脈沖的相位控制角，便可以控制加在負載上電壓的大小。對于這種不帶零線的調(diào)壓電路，為使三相電流構(gòu)成通路，使電流連續(xù)，任意時刻至少要有兩個晶閘管同時導(dǎo)通。,,,圖5-6Y連接三相調(diào)壓電路,為了調(diào)節(jié)電壓，需要控制觸發(fā)脈沖的相位角。為此對觸發(fā)電路的要求是：(1) 三相正(

6、或負)觸發(fā)脈沖依次間隔120，而每一相正、負觸發(fā)脈沖間隔180。(2) 為了保證電路起始工作時能兩相同時導(dǎo)通，以及在電感性負載和控制角較大時，仍能保持兩相同時導(dǎo)通，和三相全控橋式整流電路一樣，要求采用雙脈沖或?qū)捗}沖(大于60)。 (3) 為了保證輸出三相電壓對稱可調(diào)，應(yīng)保持觸發(fā)脈沖與電源電壓同步。(4) 對雙向晶閘管而言，一般采用第一、三象限觸發(fā)。,,下面結(jié)合圖5-6所示的電路具體分析觸發(fā)脈沖的相位和調(diào)壓電路輸出電壓的關(guān)系。為了分析清楚起見，我們假設(shè)負載為三相對稱的電阻性負載，電壓、電流波形同相。由于是三相對稱負載，A、B、C三相負載上的電壓是對稱的，因此只分析在不同控制角時，A相負載上的電壓

7、波形即可，如圖5-7所示。,,,圖5-7不同控制角時A相負載上電壓波形 (a) =0；(b) =30；(c) =60；(d) =90；(e) =120,5.2.2其他三相調(diào)壓電路形式上面簡述了典型的三相Y形連接全波調(diào)壓電路的工作原理，實際上，三相調(diào)壓電路的形式很多，各有千秋，在表5-1中對常用的三相調(diào)壓電路作了比較。,,,,,,5.3交流過零調(diào)功電路5.3.1調(diào)功器的工作原理圖5-8所示為過零觸發(fā)單相交流調(diào)功和三相交流調(diào)功電路。交流電源電壓u、V1和V2的觸發(fā)脈沖ug1、ug2分別如圖5-9所示。由于各晶閘管都是在電壓u過零時加觸發(fā)脈沖，因此就有電壓uo輸出。如果不觸發(fā)V1和V2，則輸出電壓u

8、o0。因為是電阻性負載，所以當交流電源電壓過零時，原來導(dǎo)通的晶閘管因其電流下降到維持電流以下而自行關(guān)斷。,,,圖5-8交流調(diào)功器 (a) 單相交流調(diào)功器；(b) 三相交流調(diào)功器,,圖5-9單相交流零觸發(fā)開關(guān)電路的工作波形,這樣可使負載得到完整的正弦波電壓和電流。由于晶閘管是在電源電壓過零的瞬時被觸發(fā)導(dǎo)通，這就可以保證瞬態(tài)負載浪涌電流和觸發(fā)導(dǎo)通時的電流變化率(di/dt)大大減小，從而使晶閘管由于di/dt過大而失效或換相失敗的幾率大大減少。,,如設(shè)定運行周期TC內(nèi)的周波數(shù)為n，每個周波的頻率為50 Hz，周期為T(20 ms)，則調(diào)功器的輸出功率P2為 (5-5) (5-6),5.3.2調(diào)功電

9、路實例圖5-10所示為一個由兩只晶閘管反并聯(lián)的交流開關(guān)，包括控制電路在內(nèi)的單相過零調(diào)功電路。由圖可見，負載是電爐，而過零觸發(fā)電路是由鋸齒波發(fā)生器、信號綜合、直流開關(guān)、同步電壓與過零脈沖輸出五個環(huán)節(jié)組成的。,,,圖5-10單相過零調(diào)功電路的實際案例,圖5-10所示電路中各主要點的波形如圖5-11所示。由于圖5-10所示的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)是手動的開環(huán)控制，因此爐溫波動大，控溫精度低。故這種系統(tǒng)只能用于對控溫精度要求不高且熱慣性較大的電熱負載。當對控溫精度要求較高、較嚴時，則必須采用閉環(huán)控制的自動調(diào)節(jié)裝置。,,,圖5-11單相過零調(diào)功電路的工作波形 (a) 單結(jié)晶閘管產(chǎn)生的鋸齒波形；(b) 直流開關(guān)B點波形；(c) 直流開關(guān)C點波形； (d) 正弦電源波形；(e) 同步電壓信號波形；(f) 晶閘管V6觸發(fā)脈沖； (g) 晶閘管V7觸發(fā)脈沖；(h)調(diào)功電路輸出電壓波形,,