第6章 交流电力控制电路

第6章 交流电力控制电路 1.关于单相交流调压电路带电阻性负载，以下叙述正确的是： A.为保证输出无直流成份，要求输出给负载的电压波形 正负半周对称，平均值为零； B.两只晶闸管都是在电源电压 过零时关断，并且一只晶闸管导通时的通态压降，对另一只晶闸管为反向偏压； C.由双向晶闸管组成的单相交流调压电路门极触发脉冲为高频脉冲列，并且在电压 过零点之前，应留出一定裕量角提前停止触发脉冲； D.负载电压有效值 、电路功率因数 分别为： ， 2.关于单相交流调压电路带电感性负载(负载阻抗角 )，以下叙述正确的是： A.只能进行滞后控制，使负载电流更为滞后，而无法使其超前； B.当 时，导通角 ，正负半波电流断续。 越大， 越小，波形断续越严重。但此时交流电压可调； C.当 时，两只晶闸管的导通角 均为 ，电流 比电压 滞后 角。晶闸管对交流电压失去控制作用； D.当 时：若采用宽脉冲触发，输出电压、电流波形与 时相同，导通角 恒为 ，电流 比电压 滞后 角。晶闸管对交流电压失去控制作用；若采用窄脉冲触发，因为电感电压作用面积较大，L被过充电，放电时间延长，使另一个晶闸管无法正常导通。 3.关于单相交流调压电路，以下叙述中不正确的是： A.输出电压可控时负载电压和负载电流均不是正弦波，含有大量谐波； B.能使输出电压可调的正常移相范围： 。输出电流为正负半波断续( )的非正弦波形， 越大，则 越小，电流波形断续加重； C.当 时，若采用宽脉冲或高频脉冲列触发，则作用效果与交流开关完全短路的情况相同，不具备可控调压作用， ， 为连续正弦波( )； D.在电感性负载下，不能用窄脉冲触发，否则当 时会发生一只SCR无法导通现象，输出电流出现很大的直流成份，会烧毁晶闸管和交流负载。 4.三相交流调压电路如图6-12所示： A.(a)图是星形联接。有中线时，三相的3次整数倍谐波是同相位的，全部流过中线； B.三相三线电阻负载时，应采用双脉冲或宽脉冲触发，并且各晶闸管的触发脉冲满足“三种触发关系”，即 依次对应于a、b、c三相电源的正半周，开通角 相同，故三相的触发脉冲应依次相差 ； C.三相三线电阻负载时，每相的正、负半周依次分别由反并联的两只晶闸管触发控制，所以同一相的两个反并联晶闸管触发脉冲应相差 ；触发顺序也是 ，依次相差 ； D.三相三线电阻负载时，把相电压过零点定为控制角 的起点。三相三线电路中，两相间导通时是靠线电压导通的，而线电压超前相电压 ，因此 的移相范围是 ； 5.关于三相交流调压电路三相对称电阻性负载星形联接时的工作波形，以下叙述中正确的是： A. 时，与将器件短路时的情况相同。任何时刻均有3个SCR同时导通，每相各有一只。各相负载的电压波形为完全正弦波，即等于电源相电压波形； B. 时，三管导通与两管导通情况交替出现，每只管导通角度为( )，即每到半周过零时关断； C. 时，任何时刻总是仅有两只晶闸管同时导通，每只管的导通角为 ； D. 时，任何时刻总是有两只晶闸管同时导通，此外触发脉冲保持时间需要延续至少 ； E. 时，电路处于2个晶闸管导通与无晶闸管导通的交替状态，每个晶闸管导通角度为 ，而且这个导通角度被分割为不连续的两部分，在半周波内形成两个断续的波头，各占 ； F.和三相桥式全控整流电路相同，输出电压波形中含 次谐波，而且也是谐波的次数越低，其含量越大。没有3的整倍次谐波； G.在阻感负载情况下，与单相阻感负载时的情况相类似，在 时，负载电流最大且为正弦波，相当于晶闸管全部被短接时的情况。只有在 移相范围内，电路才具有交流调压作用。 6.关于交流-交流变流电路，以下叙述中正确的是： A.交流-交流变流电路是把一种形式的交流变成另一种形式的交流的电路，变流时可以改变相关的电压、电流、频率和相数等； B.交流-交流变流电路可以分为直接方式和间接方式两种； C.只改变电压、电流或对电路的通断进行控制，而不改变频率的电路称为交流电力控制电路；D.改变频率的电路称变频电路。 7.关于交流-交流变流电路，以下叙述中正确的是： A.在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，可以调节输出电压的有效值，这种电路称为交流调压电路； B.以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断，改变通态周期数和断态周期数的比，可以调节输出功率的平均值，这种电路称为交流调功电路； C.如果并不着意调节输出平均功率，而只是根据需要接通或断开电路，则称串入电路中的晶闸管为交流电力电子开关； D.交流调压电路广泛用于灯光控制及异步电动机的软启动，也用于异步电动机调速，在电力系统中，这种电路还常用于对无功功率的连续调节。 8.单相交流调压电路如图所示，以下叙述中正确的是： A.图中曲线描述的是单相交流调压电路带阻感负载的情况； B.阻感负载稳态下， 时的移相范围为 ，式中 负载的阻抗角； C.阻感负载稳态下， 时的移相范围为 ，晶闸管调压器全开放。式中 负载的阻抗角； D.图中红色曲线绘制正确。 9.关于斩控式交流调压电路，以下叙述中正确的是： A. 、 负责斩波控制； B. 、 给负载电流提供续流通道； C. 在 导通期间，负责阻止电流流过 ； D.负载承受正向电压时， 阻止电流经 流过。 10.一单相交流调压器，输入交流电压为220V，50HZ，阻感负载。其中 ， 。试求 和 时的输出电压、电流有效值及输入功率和功率因数。 解：负载阻抗及负载阻抗角分别为： 因此，触发延迟角 的变化范围为： 。 (1)当 时，由于 ，因此晶闸管调压器全开放，输出电压为完整的正弦波，负载电流也为最大，为 此时输出功率最大，为 功率因数为 实际上，此时的功率因数也就是负载阻抗角的余弦。 (2)当 时，先计算晶闸管的导通角，因 ，代入 及 有： 考虑到晶闸管电流有效值为 ，代入数据有： 于是： P161（1、2） 1.一调光台灯由单相交流调压电路供电，设该台灯可看作电阻负载，在α=0时输出功率为最大值，试求功率为最大输出功率的80%，50%时的开通角α。 解：α=0时的输出电压最大，为 此时负载电流最大，为 因此最大输出功率为 输出功率为最大输出功率的80%时，有： 此时， 又由 解得 α=60.54° 同理，输出功率为最大输出功率的50%时，有： 又由 α=90° 2.一单相交流调压器，电源为工频220V，阻感串联作为负载，其中R=0.5Ω，L=2mH。试求：(1)导通角 的变化范围；(2)负载电流有效值的最大值；(3)最大输出功率及此时电源侧的功率因数；(4)当 时，晶闸管电流有效值，晶闸管导通角和电源侧功率因数。 解：(1)负载阻抗角为： 导通角 的变化范围为： 即: (2)当 时，负载电流也为最大， (3)当 时，输出电压最大，负载电流也为最大，此时输出功率最大，为 功率因数为 实际上，此时的功率因数也就是负载阻抗角的余弦，即 (4) 时，先计算晶闸管的导通角，由式 得 解上式可得晶闸管导通角为： 此时，晶闸管电流有效值为 (注：P142式6-9) = × =123.2(A) 电源侧功率因数为 其中： =174.2(A) 于是可得出 1.交流-交流变换电路可以分为直接方式（即无中间直流环节）和间接方式（有中间直流环节）两种。 A.交流电力控制电路：只改变电压、电流或对电路的通断进行控制，而不改变频率的电路。属于直接方式。 B.变频电路：改变频率的电路，属于直接方式。 C.交流电力控制电路： 交流调压电路：在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，调节输出电压有效值的电路。 交流调功电路：以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断，改变通态周期数和断态周期数的比，调节输出功率平均值的电路。 D.交流电力电子开关：串入电路中根据需要接通或断开电路的晶闸管。 2.交流调功电路 A.和交流调压电路的电路形式完全相同，只是控制方式不同。 B.通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。 C.交流电力电子开关：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。优点：响应速度快，没有触点，寿命长，可以频繁控制通断。 3.交流电力电子开关与交流调功电路的区别 A.并不控制电路的平均输出功率。 B.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。 C.控制频度通常比交流调功电路低得多。 D.交交变频电路是把电网频率的交流电直接变换成可调频率的交流电的变流电路，因为没有中间直流环节，因此属于直接变频电路。 4.单相交交变频电路输入输出特性 A.输出上限频率: ?输出频率增高时，输出电压一周期所含电网电压段数减少，波形畸变严重，电压波形畸变及其导致的电流波形畸变和转矩脉动是限制输出频率提高的主要因素。 ?就输出波形畸变和输出上限频率的关系而言，很难确定一个明确的界限。 ?当采用6脉波三相桥式电路时，一般认为输出上限频率不高于电网频率的1/3~1/2，电网频率为50Hz时，交交变频电路的输出上限频率约为20Hz。 输出电压谐波 ?输出电压的谐波频谱非常复杂，既和电网频率fi以及变流电路的脉波数有关，也和输出频率fo有关。 ?采用三相桥式电路时，输出电压所含主要谐波的频率为 6fi±fo，6fi±3fo，6fi±5fo，… 12fi±fo，12fi±3fo，12fi±5fo，… ?采用无环流控制方式时，由于电流方向改变时死区的影响，将增加5fo、7fo等次谐波。 B.输入电流谐波 ?输入电流波形和可控整流电路的输入波形类似，但其幅值和相位均按正弦规律被调制。 ?采用三相桥式电路的交交变频电路输入电流谐波频率为 和 式中，k=1,2,3,…；l=0,1,2,…。 5.三相交流-单相交流直接变换的周波变换器 A.感性负载、无环流方式时，P组变换器和N组变换器，依次工作在整流和逆变状态。由整流状态过渡到逆变状态时，控制角为90°。全工作周期内，控制角移相范围在(0，180°)。 B.显然，α从90度减小到0的过程，输出电压平均值由0增加到最大值；α从0度增大到90的过程，输出电压平均值由最大值减小到0； C.正弦波交-交变频电路由两组反并联的可控整流器组成，运行中正、反两组变流器的控制角要不断加以调制，使输出电压平均值为正弦波；同时，正、反组变流器也须按频率轮流导通，以输出要求频率的交流电。 D.触发脉冲产生的方法常采用两种波形交叉的方法，其交点就是发出脉冲的时刻。这两种波形一种是调制波，它必须与电源电压同步，故称同步波，可用余弦波或三角波。另一种是控制波，用于控制α角按正弦规律变化，可用正弦波或矩形波等。实践证明，以余弦波为调制波和以正弦波为控制波两者交叉最好，称为余弦交叉法。 E.输入输出特性： (1)输出上限频率：上述电路输出电压是由若干段电网电压拼接而成的。当输出频率升高时，输出电压在一个周期内电网电压的段数就减小，波形畸变情况恶化。一般认为，就6脉波三相桥式电路而言，输出上限频率约为不高于电网频率的1/2. (2)输入功率因数：交-交变频电路采用相位控制方式，因此其输入电流的相位总是落后于输入电压，需要电网提供无功功率。从α和输出相位关系曲线上可见，在输出电压的一个周期内，α角是以90°为中心而前后变化的。输出电压比γ越小，半周期内α角的平均值越靠近90°，位移因数越低。另外，负载的功率因数越低，输入功率因数也越低。而且否认负载功率因数是滞后还是超前，输入的无功电流总是滞后的。 F.有环流的交-交变频电路： 采用有环流方式可以避免电流断续，消除电流死区，改善输出波形，还可提高交-交变频电路的输出上限频率，同时控制也比无环流方式简单。但是设置环流电抗器使设备成本提高，运行效率也因有环流而有所降低。 G.交交变频电路是一种直接变频电路。 ◆和交直交变频电路比较，优点是 ?只用一次变流，效率较高。 ?可方便地实现四象限工作。 ?低频输出波形接近正弦波。 ◆缺点是 ?接线复杂，如采用三相桥式电路的三相交交变频器至少要用36只晶闸管。 ?受电网频率和变流电路脉波数的限制，输出频率较低；输入功率因数较低。 ?输入电流谐波含量大，频谱复杂。 ◆交交变频电路主要用于500kW或1000kW以上的大功率、低转速的交流调速电路中，目前已在轧机主传动装置、鼓风机、矿石破碎机、球磨机、卷扬机等场合获得了较多的应用，既可用于异步电动机传动，也可用于同步电动机传动。  6.矩阵式变频电路 A.是一种直接变频电路，控制方式是斩控方式。 B优点 ?输出电压可控制为正弦波，频率不受电网频率的限制。 ?输入电流也可控制为正弦波且和电压同相，功率因数为1，也可控制为需要的功率因数。 ?能量可双向流动，适用于交流电动机的四象限运行。 ?不通过中间直流环节而直接实现变频，效率较高。