交流调压.docx
- 文档编号:5044463
- 上传时间:2023-05-07
- 格式:DOCX
- 页数:10
- 大小:99.67KB
交流调压.docx
《交流调压.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《交流调压.docx(10页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
交流调压
工作原理:
²u1的正半周和负半周,分别对VT1和VT2的开通角a进行控制就可以调节输出电压
²正负半周a起始时刻(a=0)均为电压过零时刻,稳态时,正负半周的a相等
²负载电压波形是电源电压波形的一部分,负载电流(也即电源电流)和负载电压的波形相同
图4-1电阻负载单相交流调压电路及其波形
Ø数量关系
负载电压有效值(4-1)
负载电流有效值(4-2)
晶闸管电流有效值(4-3)
功率因数;;(4-4)
²输出电压与a的关系:
移相范围为0≤a≤π。
a=0时Uo=U1,最大,a的增大,Uo降低,a=π时,Uo=0
²λ与a的关系:
a=0时,λ=1,a增大,输入电流滞后于电压且畸变,λ降低
第五章交流调压电路
第一节单相交流调压电路
一、电阻性负载
图5-1单相交流调压电路
图5-2电阻性负载单相交流调压电路工作波形
在电源u的正半周内,晶闸管V1承受正向电压,当ωt=α时,触发V1使其导通,则负载上得到缺α角的正弦半波电压,当电源电压过零时,V1管电流下降为零而关断。
在电源电压u的负半周,V2晶闸管承受正向电压,当ωt=π+α时,触发V2使其导通,则负载上又得到缺α角的正弦负半波电压。
持续这样的控制,在负载电阻上便得到每半波缺α角的正弦电压。
改变α角的大小,便改变了输出电压有效值的大小。
设
则负载电压的有效值为
从上式中可以看出,随着α角的增大,Uo逐渐减小;当α=π时,Uo=0。
因此,单相交流调压器对于电阻性负载,其电压的输出调节范围为0~U,控制角α的移相范围为0~π。
二、电感性负载
图5-3感性负载单相交流调压电路及波形
由图5-3(b)可知,晶闸管的导通角θ的大小,不但与控制角有关,而且与负载阻抗角有关。
一个晶闸管导通时,其负载电流io的表达式为
式中
当ωt=α+θ时,io=0。
将此条件代入可求得导通角θ与控制角α、负载阻抗角φ之间的定量关系表达式为
针对交流调压器,其导通角θ≤180°,再根据上式可绘出θ=f(α,φ)曲线,如图5-4所示。
图5-4单相交流调压电路以φ为参变量时θ与α的关系
下面分别就α>φ、α=φ、α<φ三种情况来讨论调压电路的工作情况。
(1)当α>φ时,由式可以判断出导通角θ<180°,正负半波电流断续。
α越大,θ越小,波形断续愈严重。
(2)当α=φ时,由式可以计算出每个晶闸管的导通角θ=180°。
此时,每个晶闸管轮流导通180°,相当于两个晶闸管轮流被短接,负载电流处于连续状态,输出完整的正弦波。
(3)当α<φ时,电源接通后,在电源的正半周,如果先触发V1,则可判断出它的导通角θ>180°。
如果采用窄脉冲触发,当V1的电流下降为零而关断时,V2的门极脉冲已经消失,V2无法导通。
到了下一周期,V1又被触发导通重复上一周期的工作,结果形成单向半波整流现象,如图5-5所示,回路中出现很大的直流电流分量,无法维持电路的正常工作。
图5-5感性负载窄脉冲触发时的工作波形
解决上述失控现象的办法是:
采用宽脉冲或脉冲列触发,以保证V1管电流下降到零时,V2管的触发脉冲信号还未消失,V2可在V1电流为零关断后接着导通。
但V2的初始触发控制角α+θ-π>φ,即V2的导通角θ<180°。
从第二周开始,由于V2的关断时刻向后移,因此V1的导通角逐渐减小,V2的导通角逐渐增大,直到两个晶闸管的导通角θ=180°时达到平衡。
根据以上分析,当α≤φ并采用宽脉冲触发时,负载电压、电流总是完整的正弦波,改变控制角α,负载电压、电流的有效值不变,即电路失去交流调压作用。
在感性负载时,要实现交流调压的目的,则最小控制角α=φ(负载的功率因素角),所以α的移相范围为φ~180°。
例5-1由晶闸管反并联组成的单相交流调压器,电源电压有效值Uo=2300V。
(1)电阻负载时,阻值在1.15~2.3Ω之间变化,预期最大的输出功率为2300kW,计算晶闸管所承受的电压的最大值以及输出最大功率时晶闸管电流的平均值和有效值。
(2)如果负载为感性负载,R=2.3Ω,ωL=2.3Ω,求控制角范围和最大输出电流的有效值。
第二节三相交流调压电路
一、三相全波相位控制的Y连接调压电路
用三只双向晶闸管作开关元件,分别接至负载就构成了三相调压电路。
负载可以是Y连接也可以是△连接,图4-6为Y连接调压电路。
通过控制触发脉冲的相位控制角α,便可以控制加在负载上的电压的大小。
对于这种不带零线的调压电路,为使三相电流构成通路,使电流连续,任意时刻至少要有两个晶闸管同时导通。
为了调节电压,需要控制触发脉冲的相位角α。
为此对触发电路的要求是:
(1)三相正(或负)触发脉冲依次间隔120°,而每一相正、负触发脉冲间隔180°。
(2)为了保证电路起始工作时能两相同时导通,以及在感性负载和控制角较大时仍能保持两相同时导通,和三相全控桥式整流电路一样,要求采用双脉冲或宽脉冲(大于60°)触发。
(3)为了保证输出三相电压对称可调,应保持触发脉冲与电源电压同步。
(4)对双向晶闸管而言,一般采用一、三象限触发。
三相交流调压电路带电感性负载时,分析工作很复杂,因为输出电压与电流存在相位差,在线电压或相电压过零瞬间,晶闸管将继续导通,负载中仍有电流流过,此时晶闸管的导通角θ不仅与控制角α有关,而且与负载功率因数角φ有关。
如果负载是感应电动机,则功率因数角φ还要随电机运行情况的变化而变化,这将使波形更加复杂。
但从实验波形可知,三相感性负载的电流波形与单相感性负载时的电流波形的变化规律相同,即当α≤φ并采用宽脉冲触发时,负载电压、电流总是完整的正弦波;改变控制角α,负载电压、电流的有效值不变,即电路失去交流调压作用。
要实现交流调压的目的,则最小控制角α=φ,在相同负载阻抗角φ的情况下,α越大,晶闸管的导通角越小,流过晶闸管的电流也越小。
第三节交流过零调功电路
一、调功器的工作原理
图5-8为过零触发单相交流调功和三相交流调功电路。
交流电源电压u以及V1和V2的触发脉冲ug1、ug2的波形分别如图5-9所示。
由于各晶闸管都是在电压u过零时加触发脉冲的,因此就有电压uo输出。
如果不触发V1和V2,则输出电压uo=0。
由于是电阻性负载,因此当交流电源电压过零时,原来导通的晶闸管因其电流下降到维持电流以下而自行关断,这样使负载得到完整的正弦波电压和电流。
由于晶闸管是在电源电压过零的瞬时被触发导通的,这就可以保证大大减小瞬态负载浪涌电流和触发导通时的电流变化率di/dt,从而使晶闸管由于di/dt过大而失效或换相失败的几率大大减少。
图5-8交流调功器
(a)单相交流调功器;(b)三相交流调功器
图5-9单相交流零触发开关电路的工作波形
如设定运行周期TC内的周波数为n,每个周波的频率为50Hz,周期为T(20ms),则调功器的输出功率P2为
TC应大于电源电压一个周波的时间且远远小于负载的热时间常数,一般取1s左右就可满足工业要求。
T——电源的周期(ms);
n——调功器运行周期内的导通周波数;
PN——额定输出容量(晶闸管在每个周波都导通时的输出容量);
U2N——每相的额定电压(V);
I2N——每相的额定电流(A);
kz——导通比,,f为电源的频率
由输出功率P2的表达式可见,控制调功电路的导通比就可实现对被调对象(如电阻炉)的输出功率的调节控制。
二、调功电路实例
图5-10中,由两只晶闸管反并联组成交流开关,该电路是一个包括控制电路在内的单相过零调功电路。
由图可见,负载是电炉,而过零触发电路由锯齿波发生器、信号综合、直流开关、同步电压与过零脉冲触发五个环节组成。
该电路的工作原理简述如下:
(1)锯齿波是由单结晶体管BT、R1、R2、R3、RW1和C1组成的张弛振荡器产生的,然后经射极跟随器(V1、R4)输出。
图5-10单相晶闸管过零调功电路
(2)控制电压Uc与锯齿波电压进行电流叠加后送到V2的基极,合成电压为Us。
当Us>0时,V2导通;Us<0时,V2截止。
(3)由V2、V3以及R8、R9、VDW1组成一个直流开关,当V2的基电压UBE2>0(0.7V)时,V2导通,V3的基极电压UBE3接近零电位,V3截止,直流开关阻断。
当UBE2<0时,V2截止,由R8、VDW1和R9组成的分压电路使V3导通,直流开关导通。
(4)由同步变压器TC、整流桥VD1及R10、R11、VDW2组成一个削波同步电源,这个电源与直流开关的输出电压共同去控制V4与V5。
只有在直流开关导通期间,V4、V5集电极和发射极之间才有工作电压,两个管子才能工作。
在此期间,同步电压每次过零时,V4截止,其集电极输出一个正电压,使V5由截止转导通,经脉冲变压器输出触发脉冲,而此脉冲使晶闸管V6(V7)在需要导通的时刻导通。
在直流开关(V3)导通期间输出连续的正弦波,控制电压Uc的大小决定了直流开关导通时间的长短,也就决定了在设定周期内电路输出的周波数,从而实现对输出功率的调节。
显然,控制电压Uc越大,导通的周波数越多,输出的功率就越大,电阻炉的温度也就越高;反之,电阻炉的温度就越低。
利用这种系统就可实现对电阻炉炉温的控制。
由于图5-10所示的温度调节系统是手动的开环控制,因此炉温波动大,控温精度低。
故这种系统只能用于对控温精度要求不高且热惯性较大的电热负载。
当控温精度要求较高、较严时,必须采用闭环控制的自动调节装置。
在直流开关(V3)导通期间输出连续的正弦波,控制电压Uc的大小决定了直流开关导通时间的长短,也就决定了在设定周期内电路输出的周波数,从而实现对输出功率的调节。
显然,控制电压Uc越大,导通的周波数越多,输出的功率就越大,电阻炉的温度也就越高;反之,电阻炉的温度就越低。
利用这种系统就可实现对电阻炉炉温的控制。
由于图5-10所示的温度调节系统是手动的开环控制,因此炉温波动大,控温精度低。
故这种系统只能用于对控温精度要求不高且热惯性较大的电热负载。
当控温精度要求较高、较严时,必须采用闭环控制的自动调节装置。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 交流 调压
![提示](https://static.bingdoc.com/images/bang_tan.gif)