第六章 交流控制电路和交交变频电路.ppt

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1、第第6 6章章 交流电力控制电路交流电力控制电路和交交变频电路和交交变频电路AC to AC Converters(AC Controllers andFrequency Converters)1 1交流调压电路交流调压电路其它交流电力控制电路其它交流电力控制电路交交变频电路交交变频电路本章主要内容本章主要内容2 2把一种形式的交流变成另一种形式的交流的电把一种形式的交流变成另一种形式的交流的电路，可改变相关的电压，电流，频率和相数路，可改变相关的电压，电流，频率和相数变频电路变频电路改变频率的电路改变频率的电路 交交变频交交变频 直接直接 交直交变频交直交变频 间接间接交流电力交流电力控制电

2、路控制电路只只改变电压改变电压,电流或控制电电流或控制电路的通断路的通断,而而不改变频率的不改变频率的电路电路交流调压电路交流调压电路 相位控制相位控制AC voltage controller Phase control交流调功电路交流调功电路 通断控制通断控制AC power controller Integral cycle controlAC to AC Converters3 3Classification of AC to AC Converters4 4 原理原理原理原理PrinciplePrinciple 两个晶闸管反并联后串联在交两个晶闸管反并联后串联在交两个晶闸管反并联后串

3、联在交两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制流电路中，通过对晶闸管的控制流电路中，通过对晶闸管的控制流电路中，通过对晶闸管的控制就可控制交流电力，不改变交流就可控制交流电力，不改变交流就可控制交流电力，不改变交流就可控制交流电力，不改变交流电频率电频率电频率电频率 电路图电路图 应用应用应用应用ApplicationApplication灯光控制灯光控制灯光控制灯光控制Lighting control（如调光台灯和舞台灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制（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软起动异步电动机软起动异步电动机软起动Soft-

4、start of asynchronous motors异步电动机调速异步电动机调速异步电动机调速异步电动机调速Adjustable speed drive of asynchronous motors供用电系统对无功功率的连续调节供用电系统对无功功率的连续调节供用电系统对无功功率的连续调节供用电系统对无功功率的连续调节Reactive power control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次电压次电压次电压A

5、C Voltage Controllers交流调压电路交流调压电路5 5电阻负载电阻负载Resistive loadResistive load 电路结构：两个晶闸管可电路结构：两个晶闸管可用一双向可控硅代替用一双向可控硅代替 时刻为电源电压过时刻为电源电压过零时刻零时刻在交流电源的正负半周，在交流电源的正负半周，分别控制两个晶闸管开通，分别控制两个晶闸管开通，正负半周触发角相等正负半周触发角相等负载电压波形是电源电压负载电压波形是电源电压波形的一部分波形的一部分uSingle-phase AC voltage controller6 6u电阻负载电阻负载电阻负载电阻负载Resistive l

6、oadResistive loadSingle-phase AC voltage controlleru 移相范围移相范围(The phase shift range)为为 负载电压有效值负载电压有效值RMS value of output voltage 负载电流有效值负载电流有效值RMS value of output current 7 7u电阻负载电阻负载电阻负载电阻负载Resistive loadResistive loadSingle-phase AC voltage controlleru电阻负载单相交流调压电路及其波形电阻负载单相交流调压电路及其波形 流过晶闸管的电流有效值流过

7、晶闸管的电流有效值 RMS value of thyristor current 电路功率因数电路功率因数 Power factor of the circuit8 8u电阻负载电阻负载电阻负载电阻负载Resistive loadResistive load 输出电压与输出电压与的关系的关系:时，输出电压为最大时，输出电压为最大 U Uo o=U U1 1,随随 a a 的增大，的增大，U Uo o降低，降低，a a =时，时，U Uo o=0=0 功率因数功率因数与与 a a 的关系的关系:a a=0=0时，功率因数时，功率因数=1=1，a a 增大，输入电流滞后于电压增大，输入电流滞后于电

8、压且畸变，且畸变，降低降低Single-phase AC voltage controlleru电阻负载单相交流调压电路及其波形电阻负载单相交流调压电路及其波形9 9 若将晶闸管短接，稳态时若将晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，相位滞负载电流为正弦波，相位滞后于后于u u1 1的角度为的角度为 ，当用晶，当用晶闸管控制时，只能进行滞后闸管控制时，只能进行滞后控制，使负载电流更为滞后控制，使负载电流更为滞后 a a =0=0时刻仍定为时刻仍定为u u1 1过零过零的时刻，的时刻，a a 的移相范围应的移相范围应为为 阻感负载阻感负载阻感负载阻感负载Inductive loadInductive

9、 loadu1 uO1uoiouVTwtOwtOwtwtOuuG1 G1uG2OOwtwt阻感负载单相交流调压电路及其波形阻感负载单相交流调压电路及其波形 负载阻抗角：负载阻抗角：VT1Single-phase AC voltage controller1010 时刻开通晶闸管时刻开通晶闸管VT1VT1，负载电流应满足，负载电流应满足当当 时时 当当 时时Single-phase AC voltage controller 利用边界条件利用边界条件 时时 可求得可求得 1111q 0 20100601401802010060/()180140a/()j=9075604530150单相交流调压电

10、路以单相交流调压电路以a a为参变为参变量的量的和和a a关系曲线关系曲线以以阻抗角为参变量阻抗角为参变量a a 和和 的的关系如右图关系如右图Single-phase AC voltage controller1212单相交流调压电路单相交流调压电路a a为参变量时为参变量时I IVTNVTN和和a a关系曲线关系曲线j=900.10.20.30.40.516018004012080 75 6045j=0a/()IVTN负载电流有效值负载电流有效值 I IVTVT的标么值的标么值Single-phase AC voltage controller1313稳态情况和稳态情况和 一样一样 时阻感

11、负载交流调压电路工作波形时阻感负载交流调压电路工作波形当阻感负载当阻感负载,时电路时电路工作情况工作情况图4-2 阻感负载单相交流调压电路VT1VT1的导通时间超过的导通时间超过 触发触发VT2VT2时，时，i io o尚未过尚未过零零，VT1VT1仍导通，仍导通，VT2VT2不会导通。不会导通。i io o过零后，过零后，VT2VT2才可才可开通，开通，VT2VT2导通导通角小于角小于衰减过程中，衰减过程中，VT1VT1导通导通时间渐短，时间渐短，VT2VT2的导通的导通时间渐长时间渐长Single-phase AC voltage controller1414谐波分析谐波分析谐波分析谐波分

12、析Harmonic analysisHarmonic analysis电阻负载电阻负载Resistive load由于波形正负半波对称，所以不由于波形正负半波对称，所以不含直流分量和偶次谐波含直流分量和偶次谐波基波和各次谐波有效值基波和各次谐波有效值 负载电流基波和各次谐波有效值负载电流基波和各次谐波有效值 图图4-6 4-6 电阻负载单相交流调压电阻负载单相交流调压电路基波和谐波电流含量电路基波和谐波电流含量Single-phase AC voltage controller1515电电电电流流流流谐谐谐谐波波波波次次次次数数数数和和和和电电电电阻阻阻阻负负负负载载载载时时时时相相相相同同同

13、同，也也也也只只只只含含含含3 3 3 3、5 5 5 5、7777等次谐波等次谐波等次谐波等次谐波随着次数的增加，谐波含量减少随着次数的增加，谐波含量减少随着次数的增加，谐波含量减少随着次数的增加，谐波含量减少和和和和电电电电阻阻阻阻负负负负载载载载时时时时相相相相比比比比，阻阻阻阻感感感感负负负负载载载载时时时时的的的的谐谐谐谐波波波波电电电电流流流流含量少一些含量少一些含量少一些含量少一些当当当当a a a a 角角角角相相相相同同同同时时时时，随随随随着着着着阻阻阻阻抗抗抗抗角角角角的的的的增增增增大大大大，谐谐谐谐波波波波含含含含量有所减少量有所减少量有所减少量有所减少阻感负载阻感负

14、载inductor-resistor load谐波分析谐波分析谐波分析谐波分析Harmonic analysisHarmonic analysisSingle-phase AC voltage controller1616斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路图图4-7 4-7 斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路在交流电源在交流电源u u1 1的正半周的正半周用用V V1 1进行斩波控制进行斩波控制用用V V3 3给负载电流给负载电流提供续流通道提供续流通道单相交流调压电路单相交流调压电路1717斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路图图4-7 4-7 斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路在交流

15、电源在交流电源u u1 1的负半周的负半周用用V V2 2进行斩波控制进行斩波控制用用V V4 4给负载电流给负载电流提供续流通道提供续流通道单相交流调压电路单相交流调压电路1818 特性特性图图4-8 4-8 电阻负载斩控式交流电阻负载斩控式交流调压电路波形调压电路波形电源电流的基波分量和电源电流的基波分量和电源电压同相位，即位电源电压同相位，即位移因数为移因数为1 1电源电流不含低次谐波，电源电流不含低次谐波，只含和开关周期只含和开关周期T T有关有关的高次谐波的高次谐波功率因数接近功率因数接近1 1单相交流调压电路单相交流调压电路1919根据三相联结形式的不同，三相交流调压电路具有根据三

16、相联结形式的不同，三相交流调压电路具有根据三相联结形式的不同，三相交流调压电路具有根据三相联结形式的不同，三相交流调压电路具有多种形式多种形式多种形式多种形式图图图图4-9 4-9 4-9 4-9 三相交流调压电路三相交流调压电路三相交流调压电路三相交流调压电路三相交流调压电路三相交流调压电路2020三相四线三相四线三相四线三相四线基本原理：基本原理：基本原理：基本原理：相当于三个单相相当于三个单相相当于三个单相相当于三个单相交流调压电路的组合，三相交流调压电路的组合，三相交流调压电路的组合，三相交流调压电路的组合，三相互相错开互相错开互相错开互相错开120120120120工作。基波工作。基

17、波工作。基波工作。基波和和和和3 3 3 3倍次以外的谐波在三相倍次以外的谐波在三相倍次以外的谐波在三相倍次以外的谐波在三相之间流动，不流过零线之间流动，不流过零线之间流动，不流过零线之间流动，不流过零线问题：问题：问题：问题：三相中三相中三相中三相中3 3 3 3倍次谐波同倍次谐波同倍次谐波同倍次谐波同相位，全部流过零线。零线相位，全部流过零线。零线相位，全部流过零线。零线相位，全部流过零线。零线有很大有很大有很大有很大3 3 3 3倍次谐波电流。倍次谐波电流。倍次谐波电流。倍次谐波电流。a a a a =90909090时，零线电流甚至和时，零线电流甚至和时，零线电流甚至和时，零线电流甚至

18、和各相电流的有效值接近，在各相电流的有效值接近，在各相电流的有效值接近，在各相电流的有效值接近，在选择线径和变压器时一定要选择线径和变压器时一定要选择线径和变压器时一定要选择线径和变压器时一定要注意注意注意注意星形联结电路星形联结电路 可分为可分为可分为可分为三相三线和三相四线三相三线和三相四线三相三线和三相四线三相三线和三相四线图图图图4-9 4-9 4-9 4-9 三相交流调压电路三相交流调压电路三相交流调压电路三相交流调压电路a)a)a)a)星形联结星形联结星形联结星形联结三相交流调压电路三相交流调压电路2121三相三线，电阻负载三相三线，电阻负载三相三线，电阻负载三相三线，电阻负载图图

19、图图4-9 4-9 4-9 4-9 三相交流调压电路三相交流调压电路三相交流调压电路三相交流调压电路a)a)a)a)星形联结星形联结星形联结星形联结任一相导通需和另一相构成回路任一相导通需和另一相构成回路电流通路中至少有两个晶闸管，应采用双脉冲或宽电流通路中至少有两个晶闸管，应采用双脉冲或宽脉冲触发脉冲触发触发脉冲顺序和三相桥式触发脉冲顺序和三相桥式 全控整流电路一样，为全控整流电路一样，为 VTVT1 1-VT-VT6 6,依次相差依次相差6060相电压过零点定为相电压过零点定为a a 的起的起 点，点，a a角移相范围是角移相范围是 0-1500-150，与三相全控桥，与三相全控桥 式整流

20、电路不同式整流电路不同三相交流调压电路三相交流调压电路2222三相三线，电阻负载三相三线，电阻负载三相三线，电阻负载三相三线，电阻负载图图图图4-9 4-9 4-9 4-9 三相交流调压电路三相交流调压电路三相交流调压电路三相交流调压电路a)a)a)a)星形联结星形联结星形联结星形联结三相电压控制器中，触发角三相电压控制器中，触发角改变，电路有两种不同的工改变，电路有两种不同的工作状态作状态 第一类工作状态：三相同第一类工作状态：三相同时工作状态，即同一时刻，时工作状态，即同一时刻，每相有一个晶闸管导电，任每相有一个晶闸管导电，任一时刻同时有三个管子导电一时刻同时有三个管子导电 第二类工作状态

21、：两相同第二类工作状态：两相同时工作状态，既同一时刻，时工作状态，既同一时刻，仅两相各有一个管子导电，仅两相各有一个管子导电，第三相的两个管子都不导电第三相的两个管子都不导电三相交流调压电路三相交流调压电路2323a a a a=0=0=0=0，各晶闸管，各晶闸管，各晶闸管，各晶闸管均可看作二极管，均可看作二极管，均可看作二极管，均可看作二极管，承受正向电压管子承受正向电压管子承受正向电压管子承受正向电压管子导通导通导通导通三相交流调压电路三相交流调压电路2424任何时刻每相有一个管任何时刻每相有一个管任何时刻每相有一个管任何时刻每相有一个管子导通，三相电压直接子导通，三相电压直接子导通，三相

22、电压直接子导通，三相电压直接接到三相电阻，电压电接到三相电阻，电压电接到三相电阻，电压电接到三相电阻，电压电流及管子导电都是三相流及管子导电都是三相流及管子导电都是三相流及管子导电都是三相对称，电源电压中性点对称，电源电压中性点对称，电源电压中性点对称，电源电压中性点与负载电压中性点等电与负载电压中性点等电与负载电压中性点等电与负载电压中性点等电位位位位三相交流调压电路三相交流调压电路25250 0 0 0 a a a a 60 60 60 60：三管导通与两管导通交替，每管导三管导通与两管导通交替，每管导三管导通与两管导通交替，每管导三管导通与两管导通交替，每管导通通通通1801801801

23、80a a a a 图图图图4-10 4-10 4-10 4-10 不同不同不同不同a a a a 角时负载相电压波形角时负载相电压波形角时负载相电压波形角时负载相电压波形 a)a)a)a)a a a a=30=30=30=30三相交流调压电路三相交流调压电路262660 60 a a 90 90：两管导通，每管导通两管导通，每管导通120120图图图图4-10 4-10 4-10 4-10 不同不同不同不同a a a a角时负载相电压波形角时负载相电压波形角时负载相电压波形角时负载相电压波形 b)b)b)b)a a a a =60=60=60=60三相交流调压电路三相交流调压电路272790

24、 90 90 90 a a a a 150 150 150 150：两管导通与无晶闸管导通交替，导两管导通与无晶闸管导通交替，导两管导通与无晶闸管导通交替，导两管导通与无晶闸管导通交替，导通角度为通角度为通角度为通角度为3003003003002 2 2 2a a a a图图图图4-10 4-10 不同不同不同不同a a a a角时负载相电压波形角时负载相电压波形角时负载相电压波形角时负载相电压波形 c)c)a a a a=120=120三相交流调压电路三相交流调压电路2828谐波情况谐波情况谐波情况谐波情况电电流流谐谐波波次次数数为为6 6k k1(1(k k=1=1，2 2，3 3，)，和

25、和三三相相桥桥式式全全控控整整流流电电路路交交流流侧侧电电流流所所含含谐谐波波的的次次数数完完全相同全相同谐波次数越低，含量越大谐波次数越低，含量越大和和单单相相交交流流调调压压电电路路相相比比，没没有有3 3倍倍次次谐谐波波，因因三相对称时，它们不能流过三相三线电路三相对称时，它们不能流过三相三线电路三相交流调压电路三相交流调压电路2929支路控制三角联结电路支路控制三角联结电路支路控制三角联结电路支路控制三角联结电路 图图图图4 4 4 49 9 9 9三相交流调压电路三相交流调压电路三相交流调压电路三相交流调压电路c)支路控制三角形联结由三个单相交流调压电路由三个单相交流调压电路组成，分

26、别在不同的线电组成，分别在不同的线电压作用下工作压作用下工作单相交流调压电路的分单相交流调压电路的分析方法和结论完全适用析方法和结论完全适用输入线电流（即电源电输入线电流（即电源电流）为与该线相连的两流）为与该线相连的两个负载相电流之和个负载相电流之和三相交流调压电路三相交流调压电路3030 谐波情况谐波情况谐波情况谐波情况c)支路控制三角形联结图图图图4 4 4 49 9 9 9三相交流调压电路三相交流调压电路三相交流调压电路三相交流调压电路 3 3 3 3倍次谐波相位和大小倍次谐波相位和大小倍次谐波相位和大小倍次谐波相位和大小相同，在三角形回路中流相同，在三角形回路中流相同，在三角形回路中

27、流相同，在三角形回路中流动，而不出现在线电流中动，而不出现在线电流中动，而不出现在线电流中动，而不出现在线电流中 线电流中所含谐波次数线电流中所含谐波次数线电流中所含谐波次数线电流中所含谐波次数为为为为6k1(k6k1(k6k1(k6k1(k为正整数为正整数为正整数为正整数)在相同负载和在相同负载和在相同负载和在相同负载和a a a a 角时，角时，角时，角时，线电流中谐波含量少于三线电流中谐波含量少于三线电流中谐波含量少于三线电流中谐波含量少于三相三线星形电路相三线星形电路相三线星形电路相三线星形电路三相交流调压电路三相交流调压电路3131典型用例典型用例典型用例典型用例晶闸管控制电晶闸管控

28、制电晶闸管控制电晶闸管控制电抗器抗器抗器抗器（ThyristorThyristor Controlled Controlled ReactorTCRReactorTCR）配以固定电容器，就可在从容性到感性的范围内连配以固定电容器，就可在从容性到感性的范围内连配以固定电容器，就可在从容性到感性的范围内连配以固定电容器，就可在从容性到感性的范围内连续调节无功功率，称为静止无功补偿装置续调节无功功率，称为静止无功补偿装置续调节无功功率，称为静止无功补偿装置续调节无功功率，称为静止无功补偿装置(Static Static VarVar CampensatorCampensatorSVCSVC），），）

29、，），用来对无功功率进行动用来对无功功率进行动用来对无功功率进行动用来对无功功率进行动态补偿，以补偿电压波动或闪变态补偿，以补偿电压波动或闪变态补偿，以补偿电压波动或闪变态补偿，以补偿电压波动或闪变图图图图4-11 4-11 4-11 4-11 晶闸管控制电抗器晶闸管控制电抗器晶闸管控制电抗器晶闸管控制电抗器(TCR)(TCR)(TCR)(TCR)电路电路电路电路a a a a 移相范围为移相范围为移相范围为移相范围为90 18090 18090 18090 180控制控制控制控制a a a a 角可连续调节流过电角可连续调节流过电角可连续调节流过电角可连续调节流过电抗器的电流，从而调节无功功

30、抗器的电流，从而调节无功功抗器的电流，从而调节无功功抗器的电流，从而调节无功功率率率率三相交流调压电路三相交流调压电路3232图图图图4-11 4-11 4-11 4-11 晶闸管控制晶闸管控制晶闸管控制晶闸管控制电抗器电抗器电抗器电抗器(TCR)(TCR)(TCR)(TCR)电路电路电路电路a)b)c)图图图图4-12 4-12 4-12 4-12 TCRTCR电路负载相电流和输入线电流波形电路负载相电流和输入线电流波形电路负载相电流和输入线电流波形电路负载相电流和输入线电流波形 a)=120 a)=120 a)=120 a)=120 b)=135 b)=135 b)=135 b)=135

31、c)=160 c)=160 c)=160 c)=160 三相交流调压电路三相交流调压电路3333交流调功电路交流调功电路AC power controller交流电力电子开关交流电力电子开关Electronic AC switch其他交流调压电路其他交流调压电路3434 交流调功电路与交流调压电路的异同比较交流调功电路与交流调压电路的异同比较相同点相同点 电路形式电路形式完全相同完全相同不同点不同点 控制方式控制方式不同不同交流调压电路在每个电源交流调压电路在每个电源周期周期都对都对输出电压波形进行控制输出电压波形进行控制 交流调功电路是将负载与交流电源交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周

32、期接通几个周期,再断开几个周期再断开几个周期,通过通过通断周波数的比值来调节负载所消耗通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率的平均功率交流调功电路交流调功电路3535 电阻负载时的工作情况电阻负载时的工作情况电阻负载时的工作情况电阻负载时的工作情况图图图图4-13 4-13 4-13 4-13 交流调功电路典交流调功电路典交流调功电路典交流调功电路典型波形型波形型波形型波形(M=3(M=3(M=3(M=3、N=2)N=2)N=2)N=2)图图图图4 4 4 41 1 1 1电阻负载单相交流调压电路电阻负载单相交流调压电路电阻负载单相交流调压电路电阻负载单相交流调压电路控控控控制制制制周周周

33、周期期期期为为为为MM倍倍倍倍电电电电源源源源周周周周期期期期，晶晶晶晶闸闸闸闸管管管管在在在在前前前前N N个个个个周周周周期期期期导导导导通通通通，后后后后MMN N个周期关断个周期关断个周期关断个周期关断负载电压和负载电流负载电压和负载电流负载电压和负载电流负载电压和负载电流（也即电源电流）的（也即电源电流）的（也即电源电流）的（也即电源电流）的重复周期为重复周期为重复周期为重复周期为MMMM倍电源倍电源倍电源倍电源周期周期周期周期交流调功电路交流调功电路3636 谐波情况谐波情况图图图图4-144-144-144-14交流调功电路的交流调功电路的交流调功电路的交流调功电路的电流频谱图电

34、流频谱图电流频谱图电流频谱图(M=3(M=3(M=3(M=3、N=2)N=2)N=2)N=2)右图为频谱图（以控制周右图为频谱图（以控制周右图为频谱图（以控制周右图为频谱图（以控制周期为基准）。期为基准）。期为基准）。期为基准）。I I I In n n n为为为为n n n n次谐波次谐波次谐波次谐波有效值，有效值，有效值，有效值，I I I Io o o o为导通时电路电为导通时电路电为导通时电路电为导通时电路电流幅值流幅值流幅值流幅值以电源周期为基准，电流以电源周期为基准，电流以电源周期为基准，电流以电源周期为基准，电流中不含整数倍频率的谐波，中不含整数倍频率的谐波，中不含整数倍频率的谐

35、波，中不含整数倍频率的谐波，但含有非整数倍频率的谐波但含有非整数倍频率的谐波但含有非整数倍频率的谐波但含有非整数倍频率的谐波在电源频率附近，非整数在电源频率附近，非整数在电源频率附近，非整数在电源频率附近，非整数倍频率谐波的含量较大倍频率谐波的含量较大倍频率谐波的含量较大倍频率谐波的含量较大交流调功电路交流调功电路3737概念概念概念概念 把晶闸管反并联后串入交流电路中，代替电把晶闸管反并联后串入交流电路中，代替电把晶闸管反并联后串入交流电路中，代替电把晶闸管反并联后串入交流电路中，代替电路中的机械开关，起接通和断开电路的作用路中的机械开关，起接通和断开电路的作用路中的机械开关，起接通和断开电

36、路的作用路中的机械开关，起接通和断开电路的作用优点优点 响应速度快，无触点，寿命长，可频繁控制响应速度快，无触点，寿命长，可频繁控制通断通断与交流调功电路的与交流调功电路的区别区别不控制电路的平均输出功率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控制频度通常比交流调功电路低得多交流电力电子开关交流电力电子开关3838晶闸管投切电容晶闸管投切电容晶闸管投切电容晶闸管投切电容（ThyristorThyristor SwitchedCapacitorTSC SwitchedC

37、apacitorTSC）图图图图4-15 TSC4-15 TSC4-15 TSC4-15 TSC基本原理图基本原理图基本原理图基本原理图a)a)a)a)基本单元单相简图基本单元单相简图基本单元单相简图基本单元单相简图 b)b)b)b)分组投切单相简图分组投切单相简图分组投切单相简图分组投切单相简图作用作用作用作用对无功功率控制，可提对无功功率控制，可提对无功功率控制，可提对无功功率控制，可提高功率因数，稳定电网高功率因数，稳定电网高功率因数，稳定电网高功率因数，稳定电网电压，改善供电质量电压，改善供电质量电压，改善供电质量电压，改善供电质量性能优于机械开关投切性能优于机械开关投切性能优于机械开

38、关投切性能优于机械开关投切的电容器的电容器的电容器的电容器结构和原理结构和原理结构和原理结构和原理晶闸管反并联后串入交晶闸管反并联后串入交晶闸管反并联后串入交晶闸管反并联后串入交流电路流电路流电路流电路实际常用三相，可三角实际常用三相，可三角实际常用三相，可三角实际常用三相，可三角形联结，也可星形联结形联结，也可星形联结形联结，也可星形联结形联结，也可星形联结交流电力电子开关交流电力电子开关3939晶闸管的投切晶闸管的投切选择晶闸管投入时刻的原选择晶闸管投入时刻的原选择晶闸管投入时刻的原选择晶闸管投入时刻的原则：该时刻交流电源电压则：该时刻交流电源电压则：该时刻交流电源电压则：该时刻交流电源电

39、压和电容器预充电电压相等，和电容器预充电电压相等，和电容器预充电电压相等，和电容器预充电电压相等，这样电容器电压不会产生这样电容器电压不会产生这样电容器电压不会产生这样电容器电压不会产生跃变，就不会产生冲击电跃变，就不会产生冲击电跃变，就不会产生冲击电跃变，就不会产生冲击电流流流流理想情况下，希望电容器理想情况下，希望电容器理想情况下，希望电容器理想情况下，希望电容器预充电电压为电源电压峰预充电电压为电源电压峰预充电电压为电源电压峰预充电电压为电源电压峰值，这时电源电压的变化值，这时电源电压的变化值，这时电源电压的变化值，这时电源电压的变化率为零，电容投入过程不率为零，电容投入过程不率为零，电

40、容投入过程不率为零，电容投入过程不但没有冲击电流，电流也但没有冲击电流，电流也但没有冲击电流，电流也但没有冲击电流，电流也没有阶跃变化没有阶跃变化没有阶跃变化没有阶跃变化图图图图4-16 TSC4-16 TSC4-16 TSC4-16 TSC理想投切时刻原理说明理想投切时刻原理说明理想投切时刻原理说明理想投切时刻原理说明交流电力电子开关交流电力电子开关4040TSC电路也可采用晶闸管电路也可采用晶闸管和二极管反并联的方式和二极管反并联的方式由于二极管的作用，在由于二极管的作用，在由于二极管的作用，在由于二极管的作用，在电路不导通时电路不导通时电路不导通时电路不导通时u u u uC C C C

41、总会维总会维总会维总会维持在电源电压峰值持在电源电压峰值持在电源电压峰值持在电源电压峰值成本稍低，但响应速度成本稍低，但响应速度成本稍低，但响应速度成本稍低，但响应速度稍慢，投切电容器的最稍慢，投切电容器的最稍慢，投切电容器的最稍慢，投切电容器的最大时间滞后为一个周波大时间滞后为一个周波大时间滞后为一个周波大时间滞后为一个周波图图图图4-16 TSC4-16 TSC4-16 TSC4-16 TSC理想投切时刻原理说明理想投切时刻原理说明理想投切时刻原理说明理想投切时刻原理说明交流电力电子开关交流电力电子开关4141单相交交变频器单相交交变频器三相交交变频器三相交交变频器交交变频电路交交变频电路

42、4242晶闸管交交变频电路，也称周波变流器晶闸管交交变频电路，也称周波变流器(Cycloconvertor)u 把电网频率的交流电变成可调频率的交把电网频率的交流电变成可调频率的交流电的变流电路，流电的变流电路，属于直接变频电路属于直接变频电路u 广泛用于大功率交流电动机调速传动系广泛用于大功率交流电动机调速传动系统，实际使用的主要是三相输出交交变统，实际使用的主要是三相输出交交变频电路频电路单相交交变频电路单相交交变频电路4343电路构成和基本工作原理电路构成和基本工作原理电路构成和基本工作原理电路构成和基本工作原理图图图图4-18 4-18 4-18 4-18 单相交交变频电单相交交变频电

43、单相交交变频电单相交交变频电路原理图和输出电压波形路原理图和输出电压波形路原理图和输出电压波形路原理图和输出电压波形电路构成电路构成电路构成电路构成由由由由P P组和组和组和组和NN组反并组反并组反并组反并联的晶闸管变流电联的晶闸管变流电联的晶闸管变流电联的晶闸管变流电路构成，和直流电路构成，和直流电路构成，和直流电路构成，和直流电动机可逆调速用的动机可逆调速用的动机可逆调速用的动机可逆调速用的四象限变流电路完四象限变流电路完四象限变流电路完四象限变流电路完全相同全相同全相同全相同变流器变流器变流器变流器P P和和和和NN都是都是都是都是相控整流电路相控整流电路相控整流电路相控整流电路单相交交

44、变频电路单相交交变频电路4444工作原理工作原理P P P P组组组组工工工工作作作作时时时时，负负负负载载载载电电电电流流流流i i i io o o o为正为正为正为正N N N N组工作时，组工作时，组工作时，组工作时，i i i io o o o为负为负为负为负两两两两组组组组变变变变流流流流器器器器按按按按一一一一定定定定的的的的频频频频率率率率交交交交替替替替工工工工作作作作，负负负负载载载载就就就就得得得得到该频率的交流电到该频率的交流电到该频率的交流电到该频率的交流电改改改改变变变变两两两两组组组组变变变变流流流流器器器器的的的的切切切切换换换换频频频频率率率率，就就就就可可可

45、可改改改改变变变变输输输输出频率出频率出频率出频率w w w w改改改改变变变变变变变变流流流流电电电电路路路路的的的的控控控控制制制制角角角角a a a a，就就就就可可可可以以以以改改改改变变变变交交交交流输出电压的幅值流输出电压的幅值流输出电压的幅值流输出电压的幅值图图图图4-18 4-18 4-18 4-18 单相交交变频电单相交交变频电单相交交变频电单相交交变频电路原理图和输出电压波形路原理图和输出电压波形路原理图和输出电压波形路原理图和输出电压波形单相交交变频电路单相交交变频电路4545为为为为使使使使u u u uo o o o波波波波形形形形接接接接近近近近正正正正弦弦弦弦波波

46、波波，可可可可按按按按正正正正弦弦弦弦规规规规律律律律对对对对a a 角进行调制角进行调制角进行调制角进行调制在在半半个个周周期期内内让让P P组组 a a 角角按按正正弦弦规规律律从从9090减减到到00或或某某个个值值，再再增增加加到到9090，每每个个控控制制间间隔隔内内的的平平均均输输出出电电压压就就按按正正弦弦规规律律从从零零增增至至最最高高，再再减减到到零零。另外半个周期可对另外半个周期可对N N组进行同样的控制组进行同样的控制u uo o由由若若干干段段电电源源电电压压拼拼接接而而成成，在在u uo o的的一一个个周周期期内内，包含的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波包含的电

47、源电压段数越多，其波形就越接近正弦波单相交交变频电路单相交交变频电路4646 整流与逆变工作状态整流与逆变工作状态图图图图4-19 4-19 理想化交交变频电路的理想化交交变频电路的理想化交交变频电路的理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态整流和逆变工作状态整流和逆变工作状态整流和逆变工作状态阻阻阻阻感感感感负负负负载载载载为为为为例例例例，也也也也适适适适用用用用于交流电动机负载于交流电动机负载于交流电动机负载于交流电动机负载把把把把交交交交交交交交变变变变频频频频电电电电路路路路理理理理想想想想化化化化，忽忽忽忽略略略略变变变变流流流流电电电电路路路路换换换换相相相相时时时时u u u u

48、o o o o的的的的脉脉脉脉动动动动分分分分量量量量，就就就就可可可可把把把把电电电电路路路路等等等等效效效效成成成成正正正正弦弦弦弦波波波波交交交交流流流流电电电电源和二极管的串联源和二极管的串联源和二极管的串联源和二极管的串联单相交交变频电路单相交交变频电路4747设设负负载载阻阻抗抗角角为为j j，则则输输出出电电流流滞滞后后输输出出电压电压j j 角角两两组组变变流流电电路路采采取取无无环环流流工工作作方方式式，即即一一组组变变流流电电路路工工作作时时，封封锁锁另另一一组组变变流流电电路路的触发脉冲的触发脉冲图图图图4-19 4-19 理想化交交变频电路的理想化交交变频电路的理想化交

49、交变频电路的理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态整流和逆变工作状态整流和逆变工作状态整流和逆变工作状态单相交交变频电路单相交交变频电路4848工作状态工作状态图图图图4-19 4-19 理想化交交变频电路的理想化交交变频电路的理想化交交变频电路的理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态整流和逆变工作状态整流和逆变工作状态整流和逆变工作状态t t t t1 1 1 1tttt3 3 3 3期间：期间：期间：期间：i i i io o o o正半周，正正半周，正正半周，正正半周，正组工作，反组被封锁组工作，反组被封锁组工作，反组被封锁组工作，反组被封锁t t t t1 1 1 1 t t t t2

50、 2 2 2：u u u uo o o o和和和和i i i io o o o均为正，均为正，均为正，均为正，正组整流，输出功率为正正组整流，输出功率为正正组整流，输出功率为正正组整流，输出功率为正t t t t2 2 2 2 t t t t3 3 3 3 ：u u u uo o o o反向，反向，反向，反向，i i i io o o o仍为正，正组逆变，输出仍为正，正组逆变，输出仍为正，正组逆变，输出仍为正，正组逆变，输出功率为负功率为负功率为负功率为负单相交交变频电路单相交交变频电路4949t t t t3 3 3 3 t t t t5 5 5 5期间：期间：期间：期间：i i i io