第3章交-交变换器-Read.ppt

第3章 交-交变换器 主要内容 晶闸管单相和三相交流调压器； 全控型器件的交流斩波电路； 交-交变频器； 交-交(AC-AC)变换器的应用。 3.1 交流调压电路 交流调压电路通常由晶闸管组成，用于调节输出电压的有效值。与常规的调压变压器相比，晶闸管交流调压器有体积小、重量轻的特点。其输出是交流电压，但它不是正弦波形，其谐波分量较大，功率因数也较低。 控制方法： (1) 通断控制。即把晶闸管作为开关，通过改变通断时间比值达到调压的目的。这种控制方式电路简单，功率因数高，适用于有较大时间常数的负载；缺点是输出电压或功率调节不平滑。 (2) 相位控制。它是使晶闸管在电源电压每一周期中、在选定的时刻将负载与电源接通，改变选定的时刻可达到调压的目的。 3.1.1 相位控制的单相交流调压电路 1 电阻性负载的工作情况 正半周时刻触发管，负半周时刻触发管，输出电压波形为正负半周缺角相同的正弦波。 负载上交流电压有效值U与控制角α的关系为 电流有效值 电路功率因数 电路的移相范围为0 ~ π 。 2 电感性负载的工作情况 当电源电压反向过零时，由于负载电感产生感应电动势阻止电流变化，故电流不能立即为零，此时晶闸管导通角θ的大小，不但与控制角α有关，而且与负载阻抗角φ有关。两只晶闸管门极的起始控制点分别定在电源电压每个半周的起始点，α的最大范围是 。 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 当取不同的φ角时， θ=f(α)的曲线如图所示， (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。 3.1.2 相位控制的三相交流调压电路 1 负载Y形连接带中性线的三相交流调压电路 它由3个单相晶闸管交流调压器组合而成，其公共点为三相调压器中线，每一相可以作为一个单相调压器单独分析，其工作原理和波形与单相交流调压相同。 在晶闸管交流调压电路中，每相负载电流为正负对称的缺角正弦波，它包含有较大的奇次谐波电流，3次谐波电流的相位是相同的，中性线的电流为一相3次谐波电流的三倍，且数值较大，这种电路的应用有一定的局限性。 2 晶闸管与负载连接成内三角形的三相交流调压电路 该电路的优点是：由于晶闸管串接在三角形内部，流过的是相电流，在同样线电流情况下，管子的容量可降低，另外线电流中无3的倍数次谐波分量。缺点是：只适用于负载是三个分得开的单元的情况，因而其应用范围也有一定的局限性。 3 三相晶闸管接于Y形负载中性点的三相交流调压电路 电路如图所示，它要求负载是三个分得开的单元，从图3-7中电流波形可见，输出电流出现正负半周波形不对称，但其面积是相等的，所以没有直流分量。 此种电路使用元件少，触发线路简单，但由于电流波形正负半周不对称，故存在偶次谐波，对电源影响与干扰