《电力电子技术》项目7电力电子技术

?电力电子技术?工程7电力电子技术【工程导读】交流电力控制电路采用两单向晶闸管反并联或双向晶闸管，实现对交流电正、负半周的对称相位控制，到达方便地调节输出交流电压大小的目的；或实现交流电路的通、断控制，可用作交流无触点开关、固态继电器、交流调功电路等，应用领域十分广泛。任务7.1单相交流调压电路在每一个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，可以方便地调节输出电压的有效值，这种电路称为交流调压电路。电阻负载:移相范围为0≤α≤π。α=0时，输出电压为最大，U0=U1。随着α的增大，U0降低，当α=π时，U0=0。图7.1单向交流调压电阻负载电路和波形图任务7.1单相交流调压电路输出电压输出电流功率因数任务7.1单相交流调压电路可调光台灯的实用电路R2、C2阻容电路的作用:在α角较大时，RP阻值较大，C1充电缓慢。电源电压已过峰值并降得很低，uC1缺乏以击穿双向二极管。增设R2、C2阻容电路后，在大α角时,电压uC2给电容C1增加一个充电“电源〞，以保证晶闸管VT可靠触发导通，增大调压范围图7-2双向晶闸管调压电路任务7.1单相交流调压电路二、电感性负载图7.3单相交流调压电感负载电路及波形任务7.1单相交流调压电路二、电感性负载１、α＞φ由图a可见，α＞φ,θ＜180°，正负半波电流断续。α愈大，θ愈小。即α的移相在〔180°-φ〕范围内，可以得到连续可调的交流电压。２、α=φ由图b可见，当α=φ时,θ=180°，即正负半周电流临界连续。相当于晶闸管失去控制。３、α＜φ负载电流只有正半波局部，出现很大直流分量，电路不能正常工作。采用宽脉冲或脉冲列触发。这样即使α＜φ，那么在刚开始触发晶闸管的几个周波内，两管的电流波形还是不对称的。但经几周波后，负载电流即成为对称连续的正弦波，电流滞后电压φ角。任务7.1单相交流调压电路单相交流调压有如下特点：1)电阻负载时，负载电流波形与单相桥式可控整流交流侧电流一致。改变控制角α可以连续改变负载电压有效值，到达交流调压的目的。2)电感性负载时，不能用窄脉冲触发。否那么当α＜φ时，会出现一个晶闸管无法导通，并产生很大直流分量电流，烧毁熔断器或晶闸管。3〕电感性负载时，最小控制角αmin=φ〔阻抗角〕。所以α的移相范围为φ～180°；电阻负载时移相范围为0～180°。任务7.2三相交流调压电路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:图7.4三相交流调压电路星形联结线路控制三角形联结支路控制三角形联结中点控制三角形联结任务7.3晶闸管交流开关交流开关可用两只普通晶闸管或者两只自关断电力电子器件反并联组成。由于出现了双向晶闸管，可以用一只双向晶闸管代替两只反并联器件，使电路大大简化。图7.5晶闸管交流开关电路任务7.3晶闸管交流开关光电耦合交流开关图7-6光电耦合交流开关任务7.3晶闸管交流开关固态继电器〔亦称固体继电器〕英文名称为SolidStateRelay，简称SSR。它是用半导体器件代替传统电接点作为切换装置的具有继电器特性的无触点开关器件，单相SSR为四端有源器件，其中两个输入控制端，两个输出端，输入输出间为光隔离，输入端加上直流或脉冲信号到一定电流值后，输出端就能从断态转变成通态。图7-7固态继电器实物任务7.3晶闸管交流开关图7-8固态开关内部电路图任务7.3晶闸管交流开关图7-8为采用光电三极管耦合器的“0〞压固态开关内部电路。1、2为输入端，相当于继电器或接触器的线圈；3、4为输出端，相当于继电器或接触器的一对触点，与负载串联后接到交流电源上。输入端接上控制电压，使发光二极管VD2发光，光敏管VT1阻值减小，使原来导通的三极管VT2截止，原来阻断的晶闸管VT11通过R4被触发导通。输出端交流电源通过负载、VD3~VD6、VT1以及R5构成通路，在电阻R5上产生电压降作为双向晶闸管VT22的触发信号，使VT22导通，负载得电。在电路时已将R2、R3的阻值作适中选择，使得VT2只有在电源电压处于零值附近时才能截止。因此，不管何时加上输入信号，开关也只能在电源电压过零附近使VT11、YT22导通。由于VT22的导通区域处于电源电压的“0〞附近，因而具有“0〞压开关功能。图7-8〔b)图为光耦合器“0〞电压开关。由输入端1、2输入信号，光耦合器B中的光控晶闸管导通；电流经3-VD4-B-VD1-R4-4构成回路；借助R4上的电压降向双向晶闸管VT的控制极提供电流，使VT11导通。R2、R3、VT组成“0〞电压开关控制电路，只有电源电压过零时VT才会截止，B中的光控晶闸管门极才不会短接，这样当电源电压过零同时1、2端有控制信号时光控晶闸管才能导通，才可触发VT11导通。所以，这种开关是零电压开关。图7-8〔c)为光电双向二极管耦合器非零电压开关。1、2端输入信号时，耦合器B导通，输出端交流电源经3-R2-B-R3-4构成回路，R3提供双向晶闸管的触发信号，以I+、Ⅲ–方式触发。这种电路只要1、2端有输入信号，在交流电源的任意相位均可触发导通，称为非零电压开关。任务7.4晶闸管交流调功器利用过零触发方式来控制晶闸管导通与关断，来实现在设定的周期范围内，将电路接通几个周波，然后断开几个周波，通过改变晶闸管在设定周期内通断时间的比例，到达调节负载两端交流电压即负载功率的目的。因而这种装置也称调功器或周波控制器。图7-9晶闸管交流调功器实物任务7.4晶闸管交流调功器图7.10调功电路周波控制图设定周期Tc内导通的周波数为n，每个周波的周期为T〔50Hz，T＝20ms〕，那么调功器的输出功率:调功器输出电压有效值【稳固练习】7.1交流电力控制电路是只改变电压、电流或控制电路的〔〕,而不改变频率的电路。7.2交流调压电路每半个周波控制晶闸管开通〔〕，调节输出电压有效值；交流调功电路以交流电周期为单位控制晶闸管通断，改变通断〔〕的比，调节输出功率的平均值。交流电力电子开关并不着意调节输出平均功率，而只是根据需要〔〕电路。7.3在单相交流调压电路中，负载为电阻性时移相范围是〔〕，负载是阻感性时移相范围是〔〕。7.4下面哪种功能不属于变流的功能〔　〕A、有源逆变　　　B、交流调压　　　C、变压器降压　　D、直流斩波7.5三相自动控温电热炉控温工作过程。7.6一台工业炉原由额定电压为单相交流220∨供电，额定功率为10千瓦。现改用双向晶闸管组成的单相交流调压电源供电，如果正常工作时负载只需要5千瓦。试问双向晶闸管的触发角α应为多少度？试求此时的电流有效值，以及电源侧的功率因数值。7.7在以下图示交流调压电路中，U2＝220V，负载电阻RL＝10Ω，当触发角α＝90°时，计算RL吸收的交流电功率是多少？并画出RL上的电压波形图。导通区用阴影线示。【稳固练习】三相自动控温电热炉电路【稳固练习】习题7.7图7.8采用双向晶闸管组成的单相调功电路采用过零触发，U2＝220V，负载电阻RL＝1Ω，在控制的设定周期TC内，使晶闸管导通0.3S,断开0.2S。试计算：〔1〕输出电压的有效值。〔2〕负载上所得到的平均功率与假定晶闸管一直导通时输出的功率。〔3〕选择双向晶闸管型号。7.9交流调压电路和交流调功电路有什么区别？二者各运用于什么样的负载？为什么？习题7.7图