1、第四章交流电力控制电路和交交变频电路 先复习一下 第四章交流电力控制电路和交交变频电路 目录 4 1交流调压电路4 2交流调功电路4 3交流电子开关4 4矩阵式变频电路 5 三相交流调压电路 图4 9三相交流调压电路a 星形联结b 线路控制三角形联结c 支路控制三角形联结d 中点控制三角形联结 零线上要流过0 32 3 0 96倍基波的三次谐波电流 三次谐波电压产生的三次谐波电流无法流通 典型应用实例 晶闸管控制电抗器 ThyristorControlledReactor TCR 图4 11晶闸管控制电抗器 TCR 电路 图4 12TCR电路负载相电流和输入线电流波形a a 120 b a 1
2、35 c a 160 a移相范围为90 180 控制a角可连续调节电抗器电流 从而调节无功功率 静止无功补偿装置 StaticVarCampensator SVC 无功动态补偿 可补偿电压波动或闪变 图4 11晶闸管控制电容器 SVC 电路 随着电力电子技术的日新月异以及各门学科的交叉影响 静止无功补偿的发展趋势有一系列特点 大量投资 新加坡及国内 4 2交流调功电路 图4 13交流调功电路典型波形 M 3 N 2 适用于时间常数很大的电路如电炉 如采用整个波周波控制 可以消除通常意义的谐波污染 控制周期是工频电源周期的3倍 M 3 导通周期N 2 不导通周期是 基波是50 3 16 67Hz
3、 2次谐波频率是50 3 2 33 3Hz 3次谐波频率是50 3 3 50Hz 4次谐波频率是50 3 4 66 66Hz 5次谐波频率是50 3 5 83 33Hz 6次谐波频率是50 3 6 100Hz 图4 14交流调功电路的电流频谱图 M 3 N 2 1 从理论上讲基波频率幅值并非最高 本例是3次谐波频率最高 实际3次谐波是电源频率 自然幅值高2 电源频率整数倍为零 谐间波 对电源污染小 研究生课题 交流调功电路的电流频谱图 4 3交流电力电子开关 晶闸管反并联后串入交流电路作用 代替机械开关 起接通和断开电路的作用优点 响应速度快 无触点 寿命长 可频繁控制通断与交流调功电路的区别
4、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时间上精细度 交流调压 交流调功电路 电力电子开关 机械开关 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 4 3交流电力电子开关 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 实际常用三相 可三角形联结 也可星形联结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时的
5、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 可根据电网需求而改变投入电容器的容量 4 3交流电力电子开关 书上方向错 应向左 4 3交流电力电子开关 VT2开始导通时刻 VT1开始导通时刻 4 3交流电力电子开关 书上方向错 应向左 选择晶闸管投入时刻的原则 交流电源电压和电容器预充电电压相等 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 投入过程不但没有冲击电流 电流也没有阶跃变化 4 3交流电力电子开关 书上方向错 应向左 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
6、的作用 在电路不导通时uC维持在电源电压峰值成本稍低 但响应速度稍慢 最大投切时间滞后为一个周波 4 4矩阵式变频电路 图4 28矩阵式变频电路的主电路拓扑及其开关单元a 矩阵式变频电路的主电路拓扑b 一种常用的开关单元 AC AC Ac即交流的主要参数是幅值和频率 本节强调变频率 电路如图 三相输入电压为ua ub和uc三相输出电压为uu uv和uw9个开关器件组成3 3矩阵 因此被称为矩阵式变频电路 MatrixConverter MC 或矩阵变换器图中每个开关都是矩阵中的一个元素 采用双向可控开关 图4 28b 4 4矩阵式变频电路 利用三相相电压利用三相相电压包络线中所有的阴影部分 理
7、论上所构造的uu的频率可不受限制 但如uu必须为正弦波 则其最大幅值仅为输入相电压ua幅值的0 5倍利用三相线电压图中第一行和第二行的6个开关共同作用来构造输出线电压uuv 可利用6个线电压包络线中所有的阴影部分 当uuv必须为正弦波时 最大幅值就可达到输入线电压幅值的0 866倍 这是正弦波输出条件下矩阵式变频电路理论上最大的输出输入电压比 4 4矩阵式变频电路 为防止输入电源短路 任何时刻只能有一个开关接通负载一般是阻感 负载电流具有电流源性质 为使负载不开路 任一时刻必须有一个开关接通 以相电压输出方式为例分析矩阵式交交变频电路的控制 4 4矩阵式变频电路 当 时 当 时 当 时 4 4
8、矩阵式变频电路 输入电流 为调制矩阵 缩写为 4 4矩阵式变频电路 对实际系统来说 三相输入电压为ua ub和uc和所需要的输出电流iu iv和iw是已知的 Uim Iom 输入电压和输出电流的幅值 wi wo 输入电压和输出电流的角频率 jo 相应于输出频率的负载阻抗角 4 4矩阵式变频电路 变频电路希望的输出电压和输入电流分别为 式中Uom Iim 输出电压和输入电流的幅值 ji 输入电流滞后于电压的相位角当期望的输入功率因数为1时 令ji 0 这是电力电子技术的精华 可得 4 4矩阵式变频电路 六个方程 包括 Uo Ii及9个 11个未知数 有无穷组解 有两个难题 1 如何调制矩阵 2
9、如何实现既无交叠 相间短路 又无死区 感性负载续流 在任何时刻必须有一个开关开通 这两个问题已解决 4 4矩阵式变频电路 未推广的原因现状尚未进入实用化 主要原因 1 所用的开关器件为18个 电路结构较复杂 成本较高 控制方法还不算成熟2 输出输入最大电压比只有0 866 用于交流电机调速时输出电压偏低 4 4矩阵式变频电路 十分突出的优点 1 有十分理想的电气性能2 和目前广泛应用的交直交变频电路相比 虽多用了6个开关器件 却省去了直流侧大电容 将使体积减小 且容易实现集成化和功率模块化在器件制造技术飞速进步和计算机技术日新月异的今天 矩阵式变频电路将有很好的发展前景 作业 P1314 10
