【導(dǎo)讀】◆晶閘管可控整流裝置帶直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載組成的系統(tǒng)，習(xí)慣稱為晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，脈動(dòng)，通常在電樞回路串聯(lián)一平波電抗器，保證整流電流在較大范圍內(nèi)連續(xù)。式中，，其中RB為變壓器的等效電阻，RM為電樞電阻，為重疊角引起的電壓降所折合的電阻；為晶閘管本身的管壓降。流連續(xù)，從而出現(xiàn)電流斷續(xù)現(xiàn)象。的值一般為1V左右，所以忽略；，即可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。感儲(chǔ)能減小，致使電流斷續(xù)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性也就呈現(xiàn)出非線性。，大于，也即Id不為零，所以才是理想空載點(diǎn)。圖10-4考慮電流斷續(xù)時(shí)不同?即負(fù)載電流變化很小也可引起很大的轉(zhuǎn)速變化。虛線表示）要比?愈大，變壓器加給晶閘管陽(yáng)極上的負(fù)電壓時(shí)間愈。的增加，進(jìn)入斷續(xù)區(qū)。時(shí)，斷續(xù)作用顯著，可改用另一段較陡的特性來(lái)近似處理。忽略；Idmin一般取電動(dòng)機(jī)額定電流的5%～10%。相應(yīng)減小約一半。

　　

【正文】 等等復(fù)雜問(wèn)題。 ● 更有利于系統(tǒng)控制。 ▲ 通過(guò)對(duì)換流器的有效控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸?shù)挠泄β实目焖俣鴾?zhǔn)確的控制，還能阻尼功率振蕩、改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性、限制短路電流。 47/60 無(wú)功功率控制 ◆ 在電力系統(tǒng)中，對(duì)無(wú)功功率的控制是非常重要的，通過(guò)對(duì)無(wú)功功率的控制，可以 提高功率因數(shù) ， 穩(wěn)定電網(wǎng)電壓 ， 改善供電質(zhì)量 。 ◆ 晶閘管投切電容器 ● 交流電力電容器的投入與切斷是控制無(wú)功功率的一種重要手段， 晶閘管投切電容器TSC是一種性能優(yōu)良的無(wú)功補(bǔ)償方式。 ● 圖 1035是 TSC的基本原理圖，可以看出 TSC的基本原理實(shí)際上是就是 用交流電力電子開關(guān)來(lái)投如或者切除電容器 ，兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管起著把電容 C并入電網(wǎng)或從電網(wǎng)斷開的作用，串聯(lián)的電感很小，只是用來(lái)抑制電容器投入電網(wǎng)時(shí)可能出現(xiàn)的沖擊電流；在實(shí)際工程中，為避免容量較大的電容器組同時(shí)投入或切斷會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成較大的沖擊，一般把電容器分成幾組，根據(jù)電網(wǎng)對(duì)無(wú)功的需求而改變投入電容器的容量， TSC實(shí)際上就成為斷續(xù)可調(diào)的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償器。 圖 1035 TSC基本原理圖 a) 基本單元單相簡(jiǎn)圖 b) 分組投切單相簡(jiǎn)圖 48/60 無(wú)功功率控制 圖 1036 TSC理想投切時(shí)刻原理說(shuō)明 ● TSC運(yùn)行時(shí)晶閘管投入時(shí)刻的原則 ▲ 該時(shí)刻 交流電源電壓應(yīng)和電容器預(yù)先充電的電壓相等 ，這樣電容器電壓不會(huì)產(chǎn)生躍變，也就不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流。 ▲ 一般來(lái)說(shuō)，理想情況下，希望電容器預(yù)先充電電壓為 電源電壓峰值 ，這時(shí) 電源電壓的變化率為零 ，因此在投入時(shí)刻 iC為零 ，之后才按正弦規(guī)律上升；這樣，電容投入過(guò)程不但沒(méi)有沖擊電流，電流也沒(méi)有階躍變化。 ▲ 如圖 1036，導(dǎo)通開始時(shí) uC已由上次導(dǎo)通時(shí)段最后導(dǎo)通的晶閘管 VT1充電至電源電壓 us的正峰值， t1時(shí)刻導(dǎo)通 VT2，以后每半個(gè)周波輪流觸發(fā) VT1和 VT2；切除這條電容支路時(shí)，如在 t2時(shí)刻iC已降為零， VT2關(guān)斷， uC保持在 VT2導(dǎo)通結(jié)束時(shí)的電源電壓負(fù)峰值，為下一次投入電容器做了準(zhǔn)備。 49/60 無(wú)功功率控制 圖 1037 晶閘管和二極管反并聯(lián)方式的 TSC ● 晶閘管和二極管反并聯(lián)方式的 TSC ▲ 由于二極管的作用在電路不導(dǎo)通時(shí) uC總會(huì)維持在電源電壓峰值。 ▲ 這種電路成本稍低，但因?yàn)槎O管不可控， 響應(yīng)速度要慢一些 ，投切電容器的最大時(shí)間滯后為一個(gè)周波。 50/60 無(wú)功功率控制 ◆ 晶閘管控制電抗器（ TCR ） ● 晶閘管交流調(diào)壓電路帶電感性負(fù)載的一個(gè)典型應(yīng)用，圖 1038所示為 TCR的典型電路，可以看出是 支路控制三角聯(lián)結(jié)方式的晶閘管三相交流調(diào)壓電路 。 ● 通過(guò)對(duì) ?角的控制，可以連續(xù)調(diào)節(jié)流過(guò)電抗器的電流，從而調(diào)節(jié)電路從電網(wǎng)中吸收的無(wú)功功率，如配以固定電容器，則可以在從容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功功率。 圖 1038 晶閘管控制電抗器 (TCR)電路 電抗器中所含電阻很小，可以近似看成純電感負(fù)載，因此 ? 的移相范圍為90176。 ~180176。 。 51/60 無(wú)功功率控制 圖 1039 TCR電路負(fù)載相電流和輸入線電流波形 a) ?=120176。 b) ?=135176。 c) ?=160176。 ● 圖 1039給出了 ?分別為 120176。 、 135176。 和 160176。 時(shí) TCR電路的負(fù)載相電流和輸入線電流的波形。 52/60 無(wú)功功率控制 ◆ 靜止無(wú)功發(fā)生器 ● 靜止無(wú)功發(fā)生器 SVG在本書中專指由自換相的電力電子橋式變流器來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)难b置。 ● SVG分為采用電壓型橋式電路和電流型橋式電路兩種類型。 ▲ 采用電壓型橋式電路的 SVG如圖 1040a，直流側(cè)采用的是 電容 ，還需再串聯(lián)上連接 電抗器 才能并入電網(wǎng)。 ▲ 采用電流型橋式電路的 SVG如圖 1040b，直流側(cè)采用的是 電感 ，還需在交流側(cè)并聯(lián)上吸收換相產(chǎn)生的過(guò)電壓的 電容器 才能并入電網(wǎng)。 圖 1040 SVG的電路基本結(jié)構(gòu)圖 a）采用電壓型橋式電路 b）采用電流型橋式電路 53/60 無(wú)功功率控制 ● SVG（采用電壓型橋式電路）的工作原理 ▲ 由于運(yùn)行效率的原因迄今投入實(shí)用的SVG大都采用電壓型橋式電路。 ▲ SVG可以等效地被視為 幅值和相位均可以控制的一個(gè)與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源 ，通過(guò)交流電抗器連接到電網(wǎng)上。 ▲ 設(shè)電網(wǎng)電壓和 SVG輸出的交流電壓分別用相量 和 表示，改變 的幅值及其相對(duì)于 的相位，就可以改變連接電抗上的電壓，從而控制 SVG從電網(wǎng)吸收電流的相位和幅值，也就控制了 SVG吸收無(wú)功功率的性質(zhì)和大小。 圖 1041 SVG等效電路及工作原理 a） 單相等效電路 b） 工作相量圖 ?VS?VI?VI?VS54/60 無(wú)功功率控制 ● 與傳統(tǒng) SVC相比較 ▲ 傳統(tǒng)的以 TCR為代表的 SVC，由于其所能提供的最大電流分別是受其 并聯(lián)電抗器 和 并聯(lián)電容器 的阻抗特性限制的，因而隨著電壓的降低而減小，因此 SVG的運(yùn)行范圍比傳統(tǒng)SVC大。 ▲ SVG的調(diào)節(jié)速度更快，而且在采取 多重化或 PWM技術(shù) 等措施后可大大減少補(bǔ)償電流中諧波的含量。 ▲ SVG使用的電抗器和電容元件遠(yuǎn)比 SVC中使用的電抗器和電容要小，這將大大縮小裝置的體積和成本。 ▲ SVG還可以在必要時(shí)短時(shí)間內(nèi)向電網(wǎng)提供一定量的 有功功率 。 ▲ SVG的控制方法和控制系統(tǒng)要比傳統(tǒng) SVC復(fù)雜，另外 SVG要使用數(shù)量較多的較大容量自關(guān)斷器件，其價(jià)格目前仍比 SVC使用的普通晶閘管高得多。 55/60 無(wú)功功率控制 ● SVG發(fā)展的共同特點(diǎn) ▲ SVG的主電路由早期的以多重化的方波變流器為主要形式，已發(fā)展為以PWM變流器為主要形式。 ▲ SVG的變流器中所采用的電力半導(dǎo)體器件已由早期的以 GTO為主，已逐步發(fā)展為采用 IGBT和 IGCT，采用 IGBT的趨勢(shì)更為明顯。 ▲ SVG的補(bǔ)償目標(biāo)已由早期的以對(duì)輸電系統(tǒng)的補(bǔ)償為主，擴(kuò)展到了對(duì)配電系統(tǒng)補(bǔ)償，甚至負(fù)荷補(bǔ)償?shù)雀鱾€(gè)層次。 56/60 電力系統(tǒng)諧波抑制 ◆ 抑制諧波有兩條基本思路，一是 裝設(shè)補(bǔ)償裝置 ，設(shè)法補(bǔ)償其產(chǎn)生的諧波；另一條就是 對(duì)電力電子裝置本身進(jìn)行改進(jìn) ，使其不產(chǎn)生諧波，同時(shí)還不消耗無(wú)功功率，或者根據(jù)需要能對(duì)其功率因數(shù)進(jìn)行控制，即采用高功率因數(shù)變流器。 ◆ ＬＣ調(diào)諧濾波器 ● 是傳統(tǒng)的補(bǔ)償諧波的主要手段。 ● 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，既可補(bǔ)償諧波，又可補(bǔ)償無(wú)功，一直被廣泛應(yīng)用于對(duì)電力系統(tǒng)中諧波和無(wú)功功率的補(bǔ)償。 ◆ 有源電力濾波器（ Active Power Filter——APF） ● 有源電力濾波器的思想最早提出于上世紀(jì) 60年代末， 1976年確立了有源電力濾波器的完整概念和主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，上世紀(jì) 80年代以來(lái)，由于新型電力半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)，PWM逆變技術(shù)的發(fā)展，以及基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波電流瞬時(shí)檢測(cè)方法的提出，有源電力濾波器才得以迅速發(fā)展。 57/60 電力系統(tǒng)諧波抑制 圖 1042 有源電力濾波器的基本原理和典型電流波形 圖 1043 有源電力濾波器的變流電路 ● 有源電力濾波器的基本原理 ▲ 如圖 1042所示，有源電力濾波器檢測(cè)出負(fù)載電流 iL中的諧波電流 iLh，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生與 iLh大小相等而方向相反的補(bǔ)償電流 iC，從而使流入電網(wǎng)的電流 iS只含有基波分量 iLf。 ● 與 LC無(wú)源濾波器相比，有源濾波能對(duì)變化的諧波進(jìn)行迅速的動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償，而且補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)頻率和阻抗的影響。 ● 有源電力濾波器的變流電路可分為 電壓型 和電流型 ，目前實(shí)用的裝置大都是電壓型；從與補(bǔ)償對(duì)象的連接方式來(lái)看，有源電力濾波器又可分為 并聯(lián)型 和 串聯(lián)型 。 ▲ 串聯(lián)型 APF通過(guò)變壓器連在電源和負(fù)載間，相當(dāng)于一個(gè) 受控電壓源 ，既可補(bǔ)償電流，也可消除電壓畸變。 并聯(lián)型 58/60 電能質(zhì)量控制、柔性交流輸電與定制電力技術(shù) ◆ 應(yīng)用電力電子技術(shù)不僅可以有效地控制無(wú)功功率從而保障系統(tǒng)電壓的幅度，可以補(bǔ)償諧波從而保障供電電壓的波形，而且可以解決不對(duì)稱、電壓幅度暫低（ voltage sag）和電壓閃變（ flicker）等各種穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的電能質(zhì)量問(wèn)題，這被稱為采用電力電子裝置的 電能質(zhì)量控制技術(shù) 。 ● 電力電子裝置包括 SVC和 SVG， APF，用來(lái)補(bǔ)償電壓暫低的動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（ Dynamic Voltage Restorer——DVR），以及用來(lái)綜合補(bǔ)償多種電能質(zhì)量問(wèn)題的串聯(lián)型電能質(zhì)量控制器、并聯(lián)型電能質(zhì)量控制器和通用電能質(zhì)量控制器（ Universal Power Quality Controller——UPQC）等。 ◆ 將電力電子技術(shù)應(yīng)用于輸電系統(tǒng)中，可以顯著增強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)的控制能力、大幅提高系統(tǒng)的輸電能力，這就是所謂的 柔性交流輸電系統(tǒng)（ Flexible AC Transmission System——FACTS） 。 ● 采用的典型電力電子裝置有 SVC 、 SVG 、晶閘管投切串聯(lián)電容器（ Thyristor Switched Series Capacitor——TSSC）、晶閘管控制串聯(lián)電容器（ Thyristor Controlled Series Capacitor——TCSC）和靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器（ Static Synchronous Series Compensator——SSSC）等可控串聯(lián)補(bǔ)償器，以及統(tǒng)一潮流控制器（ Unified Power Flow Controller——UPFC）等。 59/60 本章小結(jié) ◆ 電力電子技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，現(xiàn)在已經(jīng)滲透到了工業(yè)乃至民生的每一個(gè)角落，在電力電子發(fā)展的早期，的確需要不斷尋找新的用途，時(shí)至今日，如果要找出一個(gè)使用電能的領(lǐng)域完全不用電力電子技術(shù)恐怕已經(jīng)很困難了；本章講述了電力電子技術(shù)在電力傳動(dòng)、各種交直流電源、電力系統(tǒng)、焊接和照明等各方面的應(yīng)用；因?yàn)殡娏﹄娮蛹夹g(shù)的應(yīng)用范圍如此之廣，本章的內(nèi)容就難免掛一漏萬(wàn)，只能涉及到電力電子技術(shù)應(yīng)用的一部分內(nèi)容，但也是用的最多的部分。 60/60