重大电力电子第4章.ppt

电阻负载时的工作情况交流调功电路控制周期为M倍电源周期，晶闸管在前N个周期导通，后M－N个周期关断负载电压和负载电流（也即电源电流）的重复周期为M倍电源周期图4-13交流调功电路典型波形(M=3、N=2)当M=3、N=2时的电路波形如图4-13交流调功电路谐波情况图4-14的频谱图（以控制周期为基准）。In为n次谐波有效值，Io为导通时电路电流幅值以电源周期为基准，电流中不含整数倍频率的谐波，但含有非整数倍频率的谐波而且在电源频率附近，非整数倍频率谐波的含量较大图4-14交流调功电路的电流频谱图(M=3、N=2)M=3时，交流电力电子开关作用：优点：与交流调功电路的区别并不控制电路的平均输出功率通常没有明确的控制周期，只是根据需要控制电路的接通和断开控制频度通常比交流调功电路低得多代替机械开关，起接通和断开电路的作用响应速度快，无触点，寿命长，可频繁控制通断交流电力电子开关晶闸管投切电容器（ThyristorSwitchedCapacitor—TSC）对无功功率控制，可提高功率因数，稳定电网电压，改善供电质量性能优于机械开关投切的电容器结构和原理图4-15基本原理图（单相）实际常用三相，可三角形联结，也可星形联结图4-15TSC基本原理图a)基本单元单相简图b)分组投切单相简图晶闸管反并联后串入交流电路图4-15TSC基本原理图交流电力电子开关基本单元单相简图分组投切单相简图两个反并联的晶闸管起着把C并入电网或从电网断开的作用（图4-15a）串联电感很小，用来抑制电容器投入电网时的冲击电流实际工程中，为避免电容器组投切造成较大冲击，一般把电容器分成几组（图4-15b），可根据电网对无功的需求而改变投入电容器的容量TSC实际上为断续可调的动态无功功率补偿器交流电力电子开关TSC电路也可采用晶闸管和二极管反并联的方式由于二极管的作用，在电路不导通时uC总会维持在电源电压峰值成本稍低，但响应速度稍慢，投切电容器的最大时间滞后为一个周波图4-17晶闸管和二极管反并联方式的TSC交流电力电子开关晶闸管投切选择晶闸管投入时刻的原则：该时刻交流电源电压和电容器预充电电压相等，这样电容器电压不会产生跃变，就不会产生冲击电流理想情况下，希望电容器预充电电压为电源电压峰值，这时电源电压的变化率为零，电容投入过程不但没有冲击电流，电流也没有阶跃变化图4-16TSC理想投切时刻原理说明交交变频电路本节讲述：晶闸管交交变频电路，也称周波变流器(Cycloconvertor)交交变频电路——把电网频率的交流电变成可调频率的交流电，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，实用的主要是三相输出交交变频电路4.3单相交交变频电路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都是相控整流电路图4-18单相交交变频电路原理图和输出电压波形工作原理单相交交变频电路P组工作时，负载电流io为正N组工作时，io为负两组变流器按一定的频率交替工作，负载就得到该频率的交流电改变两组变流器的切换频率，就可改变输出频率wo改变变流电路的控制角a，就可以改变交流输出电压的幅值在半个周期内让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01uo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02为使uo波形接近正弦波，可按正弦规律对a角进行调制单相交交变频电路阻感负载为例A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4-19a所示的正弦波交流电源和二极管的串联B设负载阻抗角为j，则输出电流滞后输出电压j角C两组变流电路采取无环流工作方式，即一组变流电路工作时，封锁另一组变流电路的触发脉冲D整流与逆变工作状态单相交交变频电路图4-19理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态工作状态t1~t3期间：io正半周，正组工作，反组被封锁t1~t2：uo和io均为正，正组整流，输出功率为正t2~t3：uo反向，io仍为正，正组逆变，输出功率为负单相交交变频电路单相交交变频电路t3~t5期间：io负半周，反组工作，正组被封锁t3~t4：uo