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第第6 6章章 晶闸管变流装置晶闸管变流装置1本章内容本章内容n晶闸管交流变换器晶闸管交流变换器交流调功器交流调功器过零触发集成电路过零触发集成电路移相控制交流调压移相控制交流调压n晶闸管相控调速系统晶闸管相控调速系统晶闸管相控整流直流电动机调速系统晶闸管相控整流直流电动机调速系统晶闸管相控交流调压调速系统晶闸管相控交流调压调速系统绕线式异步电动机串级调速绕线式异步电动机串级调速n交流净化型稳压电源交流净化型稳压电源n晶闸管谐振型逆变器晶闸管谐振型逆变器2交流调功器交流调功器n调功器是应用调功器是应用晶闸管晶闸管及其及其触发控制电路触发控制电路用于用于调整负载功率的调整负载功率的功率调整单元功率调整单元。 交流电力交流电力控制电路控制电路只改变电压只改变电压, ,电流或电流或控制电路的通断控制电路的通断, ,而而不改变频率的电路。不改变频率的电路。交流调压电路交流调压电路 相位控制相位控制交流调功电路交流调功电路 通断控制通断控制3交流调功器交流调功器n调功器调功器利用晶闸管利用晶闸管过零触发的周波控制过零触发的周波控制实现交流实现交流功率调节，这种装置又称为功率调节，这种装置又称为周波控制器。周波控制器。优点：优点：n输出电压是断续的正弦波，避免了相位控制下缺角正弦波引起输出电压是断续的正弦波，避免了相位控制下缺角正弦波引起的干扰，使晶闸管承受的浪涌电流和的干扰，使晶闸管承受的浪涌电流和di/dt大为减小大为减小.缺点：缺点：n不能平滑地调节电压，也不能用普通的电压表、电流表来测量。不能平滑地调节电压，也不能用普通的电压表、电流表来测量。n当通当通/断比太小时，会出现低频干扰，使照明出现人眼能觉察断比太小时，会出现低频干扰，使照明出现人眼能觉察到的闪烁、电表指针出现摇摆等，所以到的闪烁、电表指针出现摇摆等，所以调功器通常用于热惯性调功器通常用于热惯性较大的电热负载较大的电热负载。4交流调功器交流调功器n半周波过零触发调功器的半周波过零触发调功器的控制原理控制原理电源电源电压过零电压过零时产生脉冲时产生脉冲控制信号是高电平时，脉冲触发相应的晶闸管，使得电控制信号是高电平时，脉冲触发相应的晶闸管，使得电源电压源电压半周波为单位半周波为单位地传输到调功器地传输到调功器n调功器调功器控制方式控制方式有恒周期控制和变周期控制两种有恒周期控制和变周期控制两种恒周期控制：恒周期控制：每个周期长短不变，改变触发脉冲的个数每个周期长短不变，改变触发脉冲的个数变周期控制：变周期控制：每个周期内触发脉冲个数不变，改变周期每个周期内触发脉冲个数不变，改变周期的长短的长短5恒周期控制恒周期控制变周期控制变周期控制电源电压过零时产生脉冲电源电压过零时产生脉冲控制信号是高电平时，脉控制信号是高电平时，脉冲相触发相应的晶闸管冲相触发相应的晶闸管TC远大于电源周期才能得到完整的正弦波！远大于电源周期才能得到完整的正弦波！61.基本原理基本原理n调功器主电路调功器主电路：快速熔：快速熔断器、双向晶闸管、电断器、双向晶闸管、电流互感器流互感器n调功器控制电路调功器控制电路：零脉：零脉冲电路、导通比电路、冲电路、导通比电路、过流截止电路、与门电过流截止电路、与门电路、脉冲变压器路、脉冲变压器n闭环控制系统闭环控制系统：负载：负载RL、温度传感器温度传感器BST、调节、调节器器PI、开关、开关S“与与”门电路：门电路：接受零脉冲电路、接受零脉冲电路、导通比电路、过流截止电路三路输导通比电路、过流截止电路三路输入信号，使脉冲变压器输出与电源入信号，使脉冲变压器输出与电源电压过零点同步、数目连续可调的电压过零点同步、数目连续可调的触发脉冲，控制触发脉冲，控制T导通，调节输出导通，调节输出功率。功率。零脉冲电路：零脉冲电路：输出输出与输入电源与输入电源电压波形过零点同步的电压波形过零点同步的“零零”脉冲信号脉冲信号。导通比电路：导通比电路：输出导通比可调输出导通比可调的控制信号。的控制信号。过流截止电路：过流截止电路：只要主电路没只要主电路没有出现过电流，输出高电平。有出现过电流，输出高电平。72.主电路设计要点：主电路设计要点：主电路结构的选择主电路结构的选择82.主电路设计要点：主电路设计要点：参数设计参数设计n额定电压额定电压承受的反向重复峰值电压承受的反向重复峰值电压URRM和断态重复峰值电压和断态重复峰值电压UDRM是额定输是额定输入电压的峰值入电压的峰值安全余量：安全余量：2n额定电流额定电流双向晶闸管工作在交流电路中，正反向电流都可以流过，所以它双向晶闸管工作在交流电路中，正反向电流都可以流过，所以它的的额定电流额定电流不用平均值而是不用平均值而是用有效值用有效值I IT(RMS)T(RMS)表示表示双向晶闸管额定电流双向晶闸管额定电流I IT(RMS)T(RMS)与普通晶闸管额定电流与普通晶闸管额定电流I IT(AV)T(AV)之间的换之间的换算关系式为算关系式为安全余量：安全余量：1.52n门极触发电流门极触发电流通常取通常取T(RMS)T(RMS)T(AV)45. 02III257. 1)25 . 1 ()(RAVTIINAVTUU1)(22mAIGT25093.分离元件组成的控制电路分离元件组成的控制电路n零脉冲电路零脉冲电路 TP1的一次侧接交流电源的一次侧接交流电源电压电压U1，二次侧输出电压，二次侧输出电压U2经整流器经整流器UR整流、稳压整流、稳压管管DZ1削波后，在晶体管削波后，在晶体管T1的基射极上得到与电源电压的基射极上得到与电源电压波形同步的梯形波。波形同步的梯形波。 当梯形波瞬时值当梯形波瞬时值0.7时，时，T1导通，导通，1点低电平点低电平 1号检测点输出与电源电号检测点输出与电源电压过零点同步的脉冲信号。压过零点同步的脉冲信号。103.分离元件组成的控制电路分离元件组成的控制电路n导通比电路导通比电路（1）锯齿波）锯齿波周期周期11ln)(239CRRTPS UC2UV（谷点电压）：（谷点电压）：T3 C2充电充电 UC2UP（峰点电压）：（峰点电压）：T3 C2迅速放电迅速放电 UC2为锯齿波电压为锯齿波电压 113.分离元件组成的控制电路分离元件组成的控制电路n导通比电路导通比电路（1）锯齿波）锯齿波周期周期振荡条件振荡条件11ln)(239CRRTPSPPCPVVCIUERRIUE)(39 UC2UV（谷点电压）：（谷点电压）：T3 C2充电充电 UC2UP（峰点电压）：（峰点电压）：T3 C2迅速放电迅速放电 UC2为锯齿波电压为锯齿波电压 C2充电电流充电电流T3峰点电流峰点电流IPT3 C2放电放电C2放电至谷点电压的电流放电至谷点电压的电流第一个锯齿波形第一个锯齿波形成时间，保证第一个锯齿波形成成时间，保证第一个锯齿波形成前，晶闸管关断前，晶闸管关断143.分离元件组成的控制电路分离元件组成的控制电路n过流截止电路过流截止电路IL整定值：整定值：Vst6击穿击穿产生产生Igub1ue直直到到ueuC5C5迅速迅速放电放电u3低电平低电平“与与”门电路门电路晶晶闸管闸管RP5可以调节可以调节C5的充的充电电压电电压uC5调节过调节过流整定值流整定值3b1b2e15过零触发集成电路过零触发集成电路nZVS双向晶闸管控制器：双向晶闸管控制器：控制晶闸管的专用集成电路控制晶闸管的专用集成电路220V、50Hz、AC过零时，输出一个电流脉冲过零时，输出一个电流脉冲去触发双向晶闸管去触发双向晶闸管U217B16过零触发集成电路过零触发集成电路nU217BTEMIC公司生产的零电压控制芯片公司生产的零电压控制芯片双列直插双列直插8脚封装脚封装由电网电压供电由电网电压供电电流消耗小于电流消耗小于0.5mA控制电路简单控制电路简单驱动脉冲电流驱动脉冲电流100mA短路电流保护短路电流保护17过零触发集成电路过零触发集成电路n过零触发集成电路过零触发集成电路芯片供电芯片供电斜坡电压斜坡电压同步信号同步信号触发脉冲触发脉冲n脉宽脉宽调功调功由由C2、内部电路产生（、内部电路产生（C2由内部恒流源对它充电）由内部恒流源对它充电）斜坡电压周期通过斜坡电压周期通过C2进行调整进行调整 起始电压起始电压-7.3V，终止电压，终止电压1.4VPtPILtPR2tP改变改变R*改变比较器输出脉宽改变比较器输出脉宽改变每个周期的触发脉冲数目改变每个周期的触发脉冲数目改变输出功率改变输出功率18移相控制交流调压移相控制交流调压n移相调压、过零调功是两种不同的调节方式，功能移相调压、过零调功是两种不同的调节方式，功能都是都是调节功率调节功率用的。用的。n过零触发调功过零触发调功简单的说就是比如每秒钟简单的说就是比如每秒钟50个交流正弦波，通过调节只个交流正弦波，通过调节只让它导通让它导通30个，其它个，其它20个在正弦波交越零点时截止掉。个在正弦波交越零点时截止掉。不能控制电流，冲击大，不能控制电流，冲击大，适合大惯量负载的控制适合大惯量负载的控制。n移相触发调压移相触发调压通过调节门极触发脉冲间的电角度来调节电压。简单的通过调节门极触发脉冲间的电角度来调节电压。简单的说就是像切西瓜一样将正弦波切除一部分，切除多少功说就是像切西瓜一样将正弦波切除一部分，切除多少功率就降低多少。率就降低多少。调压方式对电网有污染，含高次谐波，必要的时候要做调压方式对电网有污染，含高次谐波，必要的时候要做处理。但连续性好，冲击小，处理。但连续性好，冲击小，适合小惯量负载的控制适合小惯量负载的控制。19移相控制交流调压移相控制交流调压n集成移相触发控制集成移相触发控制芯片芯片TCA78516：电源正端：电源正端1：接地端：接地端20移相控制交流调压移相控制交流调压n集成移相触发控制集成移相触发控制芯片芯片TCA7855：同步信号输入：同步信号输入端，用于检测交端，用于检测交流电压过零点流电压过零点21移相控制交流调压移相控制交流调压n集成移相触发控制芯片集成移相触发控制芯片TCA78510：片内产生的同：片内产生的同步锯齿波步锯齿波n当当U5过过0，C10迅速放迅速放电电n斜坡最大值及最小值斜坡最大值及最小值由由9、10的外接电阻、的外接电阻、电容决定电容决定22移相控制交流调压移相控制交流调压n集成移相触发控制集成移相触发控制芯片芯片TCA78511：控制电压：控制电压23移相控制交流调压移相控制交流调压n集成移相触发控制集成移相触发控制芯片芯片TCA78515：正半周对应：正半周对应的脉冲输出端的脉冲输出端14：负半周对应：负半周对应的脉冲输出端的脉冲输出端改变改变U11实现移相控制实现移相控制脉冲宽度由脉冲宽度由12脚的外接电容脚的外接电容C12决定决定24移相控制交流调压移相控制交流调压n集成移相触发控制集成移相触发控制芯片芯片TCA7856：脉冲封锁端，：脉冲封锁端，可实现过流、过可实现过流、过压保护控制压保护控制U6=“0”时，封锁有效时，封锁有效U6=“1”时，解除封锁时，解除封锁25移相控制交流调压移相控制交流调压nTCA785组成的交流调压电路组成的交流调压电路AC 双向晶闸管双向晶闸管Q 负负载载控制控制Q的触发角的触发角负载电压波形负载电压波形调压调压AC R1限流限流D1整整流流DW稳压稳压TCA785（16）AC R1限流限流D1整整流流R2TCA785（6）解）解除封锁除封锁AC L滤波滤波R3TCA785（5）作为）作为同步信号同步信号TCA785（14、15）D4、D5、R5双向晶闸双向晶闸管管Q的门极的门极Q每每180触触发一次发一次脉宽由脉宽由12脚所接脚所接C7决决定定锯齿波斜率与（锯齿波斜率与（9、10）、）、 RP1 、R4、C6决定决定调节调节RP1调节锯齿波斜率调节锯齿波斜率控制电压：芯片电源（控制电压：芯片电源（16）R7、RP2、R6TCA785（11）调节调节RP2调节控制电压调节控制电压调节触发角调节触发角调节电压调节电压26晶闸管相控调速系统晶闸管相控调速系统n改变输入电压改变输入电压-改变电机转速改变电机转速n调节电机的输入电压控制电机转速，称为调节电机的输入电压控制电机转速，称为调压调速调压调速27晶闸管相控整流晶闸管相控整流直流直流电动机调速系统电动机调速系统n主电路及系统原理主电路及系统原理晶闸管相控整流电晶闸管相控整流电路：单相、三相、路：单相、三相、全控、半控全控、半控n调速系统一般采用调速系统一般采用三相桥式全控整流三相桥式全控整流电路电路28晶闸管相控整流晶闸管相控整流直流直流电动机调速系统电动机调速系统n主电路及系统原理主电路及系统原理系统采用转速、电流双闭环的控制结构系统采用转速、电流双闭环的控制结构n速度调节器和电流调速度调节器和电流调节器实行节器实行串级连接串级连接n电流调节是内环，速电流调节是内环，速度调节是外环，都采度调节是外环，都采用用PI调节器调节器n这种双闭环系统，在这种双闭环系统，在给定突加或启动过程给定突加或启动过程中表现为一个恒值电中表现为一个恒值电流调节系统，在稳态流调节系统，在稳态中表现为无静差调速中表现为无静差调速系统系统29晶闸管相控整流晶闸管相控整流直流直流电动机调速系统电动机调速系统n控制电路：触发器控制电路：触发器触发器触发器双窄脉冲双窄脉冲 =同步电压形成同步电压形成+移相控制移相控制+脉冲形成和输出脉冲形成和输出30晶闸管相控整流晶闸管相控整流直流直流电动机调速系统电动机调速系统n控制电路：触发器控制电路：触发器同步信号与主回路的相位关系同步信号与主回路的相位关系（三相桥式全（三相桥式全控整流电路的特点）控整流电路的特点）n每个时刻均需每个时刻均需2个晶闸管同时导通，形成向个晶闸管同时导通，形成向负载供电的回路，其中一个晶闸管是共阴性负载供电的回路，其中一个晶闸管是共阴性的，一个是共阳性的，且不能为同一相的晶的，一个是共阳性的，且不能为同一相的晶闸管闸管n对触发脉冲也有一定的要求，对触发脉冲也有一定的要求，6个晶闸管的个晶闸管的脉冲按脉冲按Q1-Q2-Q3-Q4-Q5-Q6的顺序，相位依的顺序，相位依次差次差60度，共阴性组的度，共阴性组的Q1、Q3、Q5的脉冲的脉冲依次差依次差120，共阳极组，共阳极组Q4、Q6、Q2的脉冲也的脉冲也依次差依次差120，同一相的上下两个桥臂脉冲相，同一相的上下两个桥臂脉冲相差差180晶闸管移相触发控制装晶闸管移相触发控制装置中置中,其输出电压、功率其输出电压、功率的改变是通过改变晶闸的改变是通过改变晶闸管的控制角来实现的。管的控制角来实现的。为满足晶闸管的导通条为满足晶闸管的导通条件并正确计算控制角件并正确计算控制角 ,必必须获得须获得晶闸管阳极电压晶闸管阳极电压由负变正时的过零点信由负变正时的过零点信号号,以此作为满足晶闸管以此作为满足晶闸管的触发导通条件和计算的触发导通条件和计算控制角的基准点控制角的基准点,这一信这一信号通常称为号通常称为同步信号同步信号。31晶闸管相控整流晶闸管相控整流直流直流电动机调速系统电动机调速系统n控制电路：触发器控制电路：触发器锯齿波形成锯齿波形成n由由T1组成恒流源向电容组成恒流源向电容C2充电充电nT2组成的同步开关控制恒流源对组成的同步开关控制恒流源对C2的充放电过程的充放电过程nT3组成射极跟随器，使前后级隔离，以减小后级对锯齿波线性组成射极跟随器，使前后级隔离，以减小后级对锯齿波线性的影响的影响T2 ：恒流源以恒流对：恒流源以恒流对C2充电充电uC2线性线性ub3线性线性T2 ：R3很小，很小，C2迅速放电迅速放电uC2迅迅速降为速降为0 T2关断、导通关断、导通uC2上升、下降，形成锯齿波上升、下降，形成锯齿波T3为射极跟随器为射极跟随器ue3是锯齿波是锯齿波 锯齿波同步信号锯齿波同步信号32晶闸管相控整流晶闸管相控整流直流直流电动机调速系统电动机调速系统n控制电路：触发器控制电路：触发器锯齿波同步电压的形成锯齿波同步电压的形成n触发电路的同步，就是使锯触发电路的同步，就是使锯齿波与主电源频率相同，同齿波与主电源频率相同，同时满足控制角相位和移相的时满足控制角相位和移相的要求要求nT2的开关频率就是锯齿波频的开关频率就是锯齿波频率率=使使T2的开关频率的开关频率=主电主电源频率源频率n同步环节同步环节=同步变压器同步变压器PT+作为同步开关的作为同步开关的T2n同步变压器同步变压器PT接于主回路电接于主回路电源，次级电压控制源，次级电压控制T2的通断的通断负半周下降段：负半周下降段： uRuQD1 E R1C1反向充电反向充电uQ 当当uQ =1.4V时时 T2锯齿波结束锯齿波结束 EQR33晶闸管相控整流晶闸管相控整流直流直流电动机调速系统电动机调速系统n控制电路：触发器控制电路：触发器移相控制环节移相控制环节n由由T4组成的移相控制电路组成的移相控制电路nT4基极电压由锯齿波电压基极电压由锯齿波电压ue3，直流控制电压，直流控制电压uK，负直流偏压负直流偏压uP分别经电阻分别经电阻R6、R7、R8的分压值的分压值ue3、uK、uP叠加而成，由三个叠加而成，由三个电压比较而控制电压比较而控制T4的截止的截止与导通与导通nuP是为了选择锯齿波电压是为了选择锯齿波电压的的原始工作点原始工作点而加的负偏而加的负偏压电压压电压uK0M前移前移（M：ub4 负负正正 T4截止截止导通导通 电路发出触发脉冲的时刻）电路发出触发脉冲的时刻） 34晶闸管相控整流晶闸管相控整流直流直流电动机调速系统电动机调速系统n控制电路：触发器控制电路：触发器脉冲形成和放大脉冲形成和放大nT4+T5：脉冲形成环节：脉冲形成环节nT6：脉冲放大：脉冲放大n触发脉冲经脉冲变压器触发脉冲经脉冲变压器T次级输出次级输出ET4： E R10 供给供给T5足够的基极电足够的基极电流使流使T5饱和，饱和，uC50T6无脉无脉冲输出冲输出T4： uC40uC3不能突变不能突变ub5迅速迅速下降至下降至ub5-ET5uC5迅速迅速，当当uC5=1.4VD6 T6有脉冲输出有脉冲输出 E R10、D4、T4 C3反向充电反向充电ub5逐渐从逐渐从-E上升，当上升，当ub50时，时，T5T6输出脉冲结束输出脉冲结束 输出脉冲的时刻和宽度决定于输出脉冲的时刻和宽度决定于T4的导通时刻，并与时间常数的导通时刻，并与时间常数R10C3有关有关 A35晶闸管相控整流晶闸管相控整流直流直流电动机调速系统电动机调速系统n控制电路：输入器（控制控制电路：输入器（控制器）器）输入器的作用是给触发输入器的作用是给触发器提供输入信号。器提供输入信号。当当IC1的的6脚输出电压增脚输出电压增加到某一数值时，加到某一数值时，D1导导通，因上限幅环节控制，通，因上限幅环节控制，使使2端电压限制在某一端电压限制在某一数值不再升高，上限幅数值不再升高，上限幅值可由值可由RP1调节。调节。当当IC1的的6脚输出电压减脚输出电压减小到某一数值时，小到某一数值时，D2导导通，因下限幅环节控制，通，因下限幅环节控制，使使2端电压限制在某一端电压限制在某一数值不再减小，下珢幅数值不再减小，下珢幅值可由值可由RP2调节。调节。当发生过流故障时，控当发生过流故障时，控制系统会给制系统会给3端输入高端输入高电平，击穿电平，击穿DZ1、T1变为变为饱和导通，饱和导通，2端输出电端输出电压为压为0V，无脉冲输出，无脉冲输出，避免事故的扩大。避免事故的扩大。上限幅环节上限幅环节下限幅环节下限幅环节输出功率放大电路输出功率放大电路触发触发器电器电路路uK过流保护过流保护输出端输出端电流电流调节调节器输器输出端出端36晶闸管相控整流晶闸管相控整流直流直流电动机调速系统电动机调速系统n控制电路：电流调节器、速度调节器控制电路：电流调节器、速度调节器n控制电路：检测电路控制电路：检测电路电流反馈环节：由电流反馈环节：由霍耳元件霍耳元件及运算放大器组成，及运算放大器组成，用以检测可控硅直流侧的电流信号。用以检测可控硅直流侧的电流信号。速度反馈环节：把速度反馈环节：把测速发电机输出电压测速发电机输出电压变换为变换为适合控制系统的电压信号。适合控制系统的电压信号。37晶闸管相控晶闸管相控交流交流调压调速系统调压调速系统n调压调速原理调压调速原理定子供电频率不变时，异步电动机的电磁转矩定子供电频率不变时，异步电动机的电磁转矩与输入电压有效值的平方成正比，与输入电压有效值的平方成正比，利用交流调利用交流调压电路，可以达到调速目的压电路，可以达到调速目的。实际系统中，必须能控制异步电动机正、反向实际系统中，必须能控制异步电动机正、反向运转，一般可运转，一般可在主电路中串入两个接触器来改在主电路中串入两个接触器来改变供电电压相序变供电电压相序。38晶闸管相控晶闸管相控交流交流调压调速系统调压调速系统n调压调速原理调压调速原理该系统没有速度反馈，只有电压该系统没有速度反馈，只有电压反馈，是个调压系统，反馈，是个调压系统，用于对调用于对调速精度要求不高的场合速精度要求不高的场合。Uo交流交流-直流电压变换器直流电压变换器速度调节器速度调节器交流电流变换器交流电流变换器电流调节器电流调节器39晶闸管相控晶闸管相控交流交流调压调速系统调压调速系统n控制系统主要部件控制系统主要部件a：交流交流-直流电压变换器直流电压变换器n变压器变压器TP1原边接电机定子电压，副边输出经三相桥原边接电机定子电压，副边输出经三相桥整流后，从整流后，从2X2反馈一个与电机定子电压成正比的反馈一个与电机定子电压成正比的直流电压直流电压Uu至调节器（至调节器（定子电压近似反映速度定子电压近似反映速度）。）。b：速度调节器速度调节器n从从2X1输入给定信号输入给定信号Uo，并和电压反馈信号，并和电压反馈信号Uu相比相比较，经速度调节器进行比例积分调节，可改变较，经速度调节器进行比例积分调节，可改变2R7、2R8、2C5的值，达到最佳控制性能。速度调节器输的值，达到最佳控制性能。速度调节器输出出2X3接电流调节器的输入接电流调节器的输入3X1。40晶闸管相控晶闸管相控交流交流调压调速系统调压调速系统n控制系统主要部件控制系统主要部件c：交流电流变换器交流电流变换器n它的信号来自电流互感器，经三相桥式整流后的直它的信号来自电流互感器，经三相桥式整流后的直流信号从流信号从3X2至电流调节器。至电流调节器。d：电流调节器电流调节器n它的给定值来自它的给定值来自3X1（速度调节器的（速度调节器的2X3），反馈信），反馈信号来自交流电流变换器的号来自交流电流变换器的3X2，两个信号经电流调，两个信号经电流调节器比例放大后，从节器比例放大后，从3X3输出控制信号来控制输出控制信号来控制6脉冲脉冲触发器的控制角，即控制异步电动机的定子电压。触发器的控制角，即控制异步电动机的定子电压。41晶闸管相控晶闸管相控交流交流调压调速系统调压调速系统n保护系统保护系统零位启动保护零位启动保护n危害：启动时，若给定电压不为危害：启动时，若给定电压不为0，电压调节器会使，电压调节器会使输出电压很高，电机的启动电流会是额定电流的输出电压很高，电机的启动电流会是额定电流的47倍或更高，大电流和机械力的冲击可能损坏系倍或更高，大电流和机械力的冲击可能损坏系统元件、部件和测试仪表，使系统不能正常工作。统元件、部件和测试仪表，使系统不能正常工作。42晶闸管相控晶闸管相控交流交流调压调速系统调压调速系统n保护系统保护系统零位启动保护零位启动保护n当主接触器当主接触器KM没通电时，其常没通电时，其常闭触点闭触点KM4闭合闭合nK1触点和主接触器触点和主接触器KM线圈串联线圈串联n若零位保护电路中电位器若零位保护电路中电位器RP1不不在零位在零位，给定电压使，给定电压使T1和和T2导通，导通，继电器继电器K得电，其常闭触点得电，其常闭触点K1断断开，开，主接触器无法得电，系统不主接触器无法得电，系统不工作工作。n当当RP1在零位时在零位时，主接触器，主接触器KM才才能得电，常闭触点自动脱离给定能得电，常闭触点自动脱离给定电源，电源，零位保护电路不再起作用，零位保护电路不再起作用，电机启动并运转电机启动并运转。43晶闸管相控晶闸管相控交流交流调压调速系统调压调速系统n保护系统保护系统缺相保护缺相保护n危害：输入缺相会使电机及主危害：输入缺相会使电机及主要部件因局部产生过载而烧坏。要部件因局部产生过载而烧坏。n系统正常工作时系统正常工作时，三相电路对，三相电路对称，称，M点电位和中性点点电位和中性点N的电位的电位接近，即接近，即M、N之间电位之间电位UMN近近似等于似等于0，后面电路不工作后面电路不工作。n当输入三相交流电源缺一相时当输入三相交流电源缺一相时，M、N间将产生电压，该电压经间将产生电压，该电压经单相桥式整流，光电隔离，单相桥式整流，光电隔离，由由中间继电器中间继电器K2控制操作回路，控制操作回路，报警电路，对系统进行保护报警电路，对系统进行保护。44晶闸管相控晶闸管相控交流交流调压调速系统调压调速系统n保护系统保护系统过流保护过流保护n三相调压器的三相调压器的最大输出电流可由电流调节器的设定最大输出电流可由电流调节器的设定值来限制值来限制。将速度调节器的最大输出值与电流变换。将速度调节器的最大输出值与电流变换器最大电流时的反馈量调至相等，即可实现限流。器最大电流时的反馈量调至相等，即可实现限流。n晶闸管因短路产生的过流由晶闸管因短路产生的过流由快速熔断器快速熔断器来保护。来保护。45绕线式异步电动机串级调速绕线式异步电动机串级调速n绕线式异步电动机调速方式比鼠笼式异步绕线式异步电动机调速方式比鼠笼式异步电动机更加灵活电动机更加灵活:除了除了变频变频和和定子调压调速定子调压调速外，更可通过直接控外，更可通过直接控制转子回路内的制转子回路内的滑差功率滑差功率实现转子串电阻调速、实现转子串电阻调速、转子斩波变阻调速、串级调速和双馈调速等多转子斩波变阻调速、串级调速和双馈调速等多种调速方式。种调速方式。由于变流装置设置在转子侧，要处理的仅是滑由于变流装置设置在转子侧，要处理的仅是滑差功率而不是全部的电磁功率，因而具有调速差功率而不是全部的电磁功率，因而具有调速装置容量小、投资省的显著特点。装置容量小、投资省的显著特点。46绕线式异步电动机串级调速绕线式异步电动机串级调速n基本思想基本思想在转子回路中串入一个与转子在转子回路中串入一个与转子同频的附加电势同频的附加电势Ef ，取代串电，取代串电阻调速中的外接电阻阻调速中的外接电阻Rf ，进行，进行滑差功率的吸收或补充，实现滑差功率的吸收或补充，实现速度的调节速度的调节如果如果Ef 和和I2的相位相反的相位相反，则附，则附加电势吸收电功率，其作用和加电势吸收电功率，其作用和外加电阻相似，外加电阻相似，增加这个电势，增加这个电势，电机滑差增大、转速降低电机滑差增大、转速降低如果如果Ef 和和I2的相位相同的相位相同，增加增加这个电势这个电势，补偿了部分甚至全，补偿了部分甚至全部转子电阻固有损耗，部转子电阻固有损耗，电机滑电机滑差减小、转速升高差减小、转速升高47绕线式异步电动机串级调速绕线式异步电动机串级调速n异步电动机转子转差频率电异步电动机转子转差频率电势经三相桥式不控整流电路势经三相桥式不控整流电路得到电压得到电压Udn不控整流器决定了滑差功率不控整流器决定了滑差功率流动方向只能是从电机转子流动方向只能是从电机转子到电网到电网(附加电势只能吸收功附加电势只能吸收功率，附加电势增大，滑差增率，附加电势增大，滑差增大大)n经过电感经过电感Ld滤波成为平稳的滤波成为平稳的直流电压直流电压USn由三相桥式有源逆变电路转由三相桥式有源逆变电路转换为三相工频交流电换为三相工频交流电n通过改变有源逆变器中移相通过改变有源逆变器中移相角角以改变逆变回送到电网的以改变逆变回送到电网的能量，以达到调节电机转速能量，以达到调节电机转速的目的的目的Ef发生装置发生装置48绕线式异步电动机串级调速绕线式异步电动机串级调速n缺点缺点串级调速系统由于其串级调速系统由于其功率因数低功率因数低，一般仅为，一般仅为0.4左右，左右，所以影响了它的推广应用。所以影响了它的推广应用。n改进改进逆变器晶闸管换流需要逆变器晶闸管换流需要落后的感性无功电流落后的感性无功电流n改变晶闸管的换流方式，由电网电压自然换流改为改变晶闸管的换流方式，由电网电压自然换流改为电容强迫换电容强迫换流流，使有源逆变电路不仅无需感性无功，甚至可以产生感性无，使有源逆变电路不仅无需感性无功，甚至可以产生感性无功，进一步还可补偿异步电机的无功需要。功，进一步还可补偿异步电机的无功需要。电机转子电势很低，工作在低频状态下的不控整流器电机转子电势很低，工作在低频状态下的不控整流器元件存在严重的元件存在严重的换流重迭现象换流重迭现象换流重迭角很大换流重迭角很大n在转子直流回路中在转子直流回路中加入斩波器调压加入斩波器调压以缩小逆变角变化范围，改以缩小逆变角变化范围，改善功率因数善功率因数49交流净化型稳压电源交流净化型稳压电源n由于由于公用电网电压不可避免的会出现波动公用电网电压不可避免的会出现波动，交流稳压器已成为许多电子设备、电器和交流稳压器已成为许多电子设备、电器和机电装置的基本组成部分。机电装置的基本组成部分。n50HZ工频交流稳压电源或稳压器的作用是工频交流稳压电源或稳压器的作用是将电压不稳定的将电压不稳定的50HZ交流电源变为电压稳交流电源变为电压稳定或可调的定或可调的50HZ交流电源交流电源。50稳压电源类型稳压电源类型n磁放大器式稳压器：磁放大器式稳压器：磁放大器式交流稳压器将磁放大器和自耦变压磁放大器式交流稳压器将磁放大器和自耦变压器串联起来，利用电子线路器串联起来，利用电子线路改变磁放大器的阻改变磁放大器的阻抗以稳定输出电压抗以稳定输出电压的装置。的装置。带有反馈控制的闭环系统，带有反馈控制的闭环系统，稳定度高，输出波稳定度高，输出波形好形好采用惯性较大的磁放大器，采用惯性较大的磁放大器，恢复时间较长，恢复时间较长，采采用自耦方式，用自耦方式，抗干扰能力较差抗干扰能力较差51稳压电源类型稳压电源类型n滑动式交流稳压器：滑动式交流稳压器：当输出电压变动时，当输出电压变动时，用滑动的方式改变变压器输出接用滑动的方式改变变压器输出接点位置，即改变了变压器变比点位置，即改变了变压器变比，由此实现输出电压的，由此实现输出电压的稳定。稳定。效率高，输出电压波形好效率高，输出电压波形好稳定度较低，恢复时间较长稳定度较低，恢复时间较长n分级自动改变变比的稳压电源：分级自动改变变比的稳压电源：采用采用机械式或者静态双向开关分段自动改变变压器变机械式或者静态双向开关分段自动改变变压器变比比实现输出电压的近似稳定。实现输出电压的近似稳定。52稳压电源类型稳压电源类型n铁磁谐振式稳压器：铁磁谐振式稳压器：利用利用铁磁元件的非线性铁磁元件的非线性在一个铁芯上同时实现稳压和在一个铁芯上同时实现稳压和变压双重功能，又称为恒压变压器变压双重功能，又称为恒压变压器n感应式交流稳压器：感应式交流稳压器：靠靠改变变压器次级电压相对于初级电压的相位差改变变压器次级电压相对于初级电压的相位差，使，使输出交流电压获得稳定的装置输出交流电压获得稳定的装置稳压范围宽，输出电压波形好稳压范围宽，输出电压波形好功耗较大，效率低，铜、铁用料多，故较少生产功耗较大，效率低，铜、铁用料多，故较少生产53稳压电源类型稳压电源类型n晶闸管交流相控斩波稳压器：晶闸管交流相控斩波稳压器：利用晶闸管作为调整元件，当输入交流电压波动时，利用晶闸管作为调整元件，当输入交流电压波动时，通过通过移相控制移相控制交流斩波，改变输出电压的基波有效值交流斩波，改变输出电压的基波有效值与输入电压的比值来稳定输出电压与输入电压的比值来稳定输出电压稳定度高、反应快、无噪声稳定度高、反应快、无噪声对市电波形有损害，对通信设备和电子设备造成干扰对市电波形有损害，对通信设备和电子设备造成干扰n恒频恒压交流电源：恒频恒压交流电源：利用大功率半导体器件作为静态开关，通过利用大功率半导体器件作为静态开关，通过交流交流-直流直流-交流变换交流变换获得高精度的恒频恒压交流电源获得高精度的恒频恒压交流电源54稳压电源类型稳压电源类型n交流净化型稳压电源：交流净化型稳压电源：原理：将一个可变的原理：将一个可变的LC电路与一个自耦变压器电路与一个自耦变压器组合在一起，提供补偿电压，组合在一起，提供补偿电压，控制控制LC电路的等电路的等效电感便可调节补偿电压效电感便可调节补偿电压，从而稳定负载电压。，从而稳定负载电压。净化：从市电输入的电源经过这种稳压器后，净化：从市电输入的电源经过这种稳压器后，叠加在市电输入电压上的各种干扰明显被滤除叠加在市电输入电压上的各种干扰明显被滤除55交流净化型稳压电源交流净化型稳压电源n特点特点（1）抗干扰能力强，）抗干扰能力强，反应速度快，不会产反应速度快，不会产生附加的波形失真。生附加的波形失真。（2）与普通交流稳压）与普通交流稳压器相比，重量体积大器相比，重量体积大约减少一半，稳压精约减少一半，稳压精度和效率也比较高，度和效率也比较高，生产成本可降低生产成本可降低20%30%56交流净化型稳压电源交流净化型稳压电源n结构结构N1、N2、N3：绕在：绕在同一有气隙的铁芯上同一有气隙的铁芯上的的3个绕组个绕组L2：线性，与双向晶：线性，与双向晶闸管构成可变电感闸管构成可变电感57交流净化型稳压电源交流净化型稳压电源n稳压原理稳压原理（1）改变）改变L2、C2并联支路并联支路的等效阻抗的等效阻抗X的大小和性质的大小和性质（感性（感性/容性）容性）改变改变 的的大小和相位大小和相位改变补偿电改变补偿电压压 ，稳定输出，稳定输出（2）当）当 变化时，控制晶变化时，控制晶闸管的导通角可改变闸管的导通角可改变 ，达到稳定输出电压达到稳定输出电压 的目的。的目的。1U2UiU2UoU58交流净化型稳压电源交流净化型稳压电源n电路分析电路分析（1）不考虑）不考虑N3、C4的作用：的作用：nUiUe：控制：控制T使使X为为容性容性，且且XXo 的补偿使的补偿使 减小减小 适当适当Uo=UenUi=Ue：控制：控制T使使 ， Uo=Ue21UUUUXo2UoU22CLII21UUUUXo2UoU22LCII22LCII01U02UXoX双向补偿双向补偿59交流净化型稳压电源交流净化型稳压电源n电路分析电路分析（1）不考虑）不考虑N3、C4的作用：的作用：nUiUe：控制：控制T使使X为为容性容性，且且XXo 的补偿使的补偿使 减小减小 适当适当Uo=UenUi=Ue：控制：控制T使使 ， Uo=Ue2UoU22CLII2UoU22LCII22LCII01U02UXoX双向补偿双向补偿60交流净化型稳压电源交流净化型稳压电源n电路分析电路分析（2）考虑）考虑N3、C4的作用：的作用：413221201/ )(/CINNNINNII0I01010/)/(XUjjXUI4122CLCXIIIII413212120/ )(/CXINNNNINNII)/()/1 ()/()(41312143214CCCjXNNNNUjXUUUI41213212120/ )(/CXXUjNNNNINNII61逆变器逆变器n有源逆变电路有源逆变电路把直流电转变为交流电把直流电转变为交流电送到电网送到电网的逆变电路的逆变电路n无源逆变电路无源逆变电路输出的交流电直接输出的交流电直接向用向用电设备供电电设备供电的逆变电路的逆变电路 62无源逆变器无源逆变器n晶闸管逆变器的性能，特别是它的可靠性，晶闸管逆变器的性能，特别是它的可靠性，很大程度上取决于它的很大程度上取决于它的换流性能换流性能。n在整流电路中，晶闸管可以采用在整流电路中，晶闸管可以采用电网换流电网换流的方法，即利用电网电压自动过零并变负的方法，即利用电网电压自动过零并变负来进行换流。来进行换流。n在无源逆变器中，因其输出不是接交流电在无源逆变器中，因其输出不是接交流电源而是源而是接负载接负载，所以晶闸管，所以晶闸管不能利用电源不能利用电源换流换流 63
