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1、1 第6章 交流-交流变流电路 6.1 交流调压电路 6.2 其他交流电力控制电路 6.3 交-交变频电路 6.4 矩阵式变频电路 本章小结 第六章-交流交流变流电路 2 引言 本章主要讲述 交流-交流变流电路 把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路 可以改变相关的电压（电流）幅值、频率和相数 变频电路改变频率的电路 交交变频 直接 交直交变频 间接 交流电力控 制电路 只改变电压,电流或 控制电路的通断,而 不改变频率的电 路。 交流调压电路 相位控制 交流调功电路 通断控制 整流器+逆变器 第六章-交流交流变流电路 6.1 交流调压电路 3 交流电力控制电路 交流调压电路：在每半个周波内
2、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。 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。 第六章-交流交流变流电路 6.1 交流调压电路 4 应用 灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制)。 异步电动机软起动/调速。 供用电系统对无功功率的连续调节。 在高压小电流或低压大电流直流电源中，用于调节变 压器一次电压 第六章-交流交流变流电路 6.1 交流调压电路 5 6.1.1 单相交流调压电路 6.1.2 三相交流调压电路 第六章-交流交流变流电路 6.1
3、 交流调压电路 6 原理 两个晶闸管反并联后串 联在交流电路中，通过对 晶闸管的控制就可控制交 流电力。 电路图 思路：在电压正半周控制VT1的导通角，在电压的负半周控制VT2的导通角，以改 变输出电压的有效值。（交流调压电路） 第六章-交流交流变流电路 7 6.1.1 单相交流调压电路 O u1 uo i o u VT w t O w t O w t O w t 电阻负载 图6-1 电阻负载单相交流调压电路及其波形 输出电压与 的关系: 移相范围为0 a 。 a =0时，输出电压为最大 。 Uo=U1 ，随 a 的增大，Uo降低， a =时， Uo =0。 与 a 的关系: a =0时，功率
4、因数 =1，a 增大，输入电流 滞后于电压且畸变，降低。 a uG1uG2 第六章-交流交流变流电路 8 6.1.1 单相交流调压电路 O u1 uo i o u VT wt O wt O wt O wt 图6-1 电阻负载单相交流调压电路及其波形 在交流电源u1的正半周和负半周，分别对VT1 和VT2的开通角进行控制就可以调节输出电压。 负载电压有效值Uo 负载电流有效值Io 晶闸管电流有效值IT 功率因数 a 第六章-交流交流变流电路 9 6.1.1 单相交流调压电路 阻感负载 负载阻抗角： j = arctan(wL / R) u1 wt O j u1 i1 uo wt O uG1 uo
5、 a uG2 uVT1 wt O 晶闸管控制时只能进行滞后控制，负 载电流更为滞后。 a =0时刻仍为u1过零的时刻，a 的移 相范围应为j a 。 第六章-交流交流变流电路 10 6.1.1 单相交流调压电路 q 02010060140180 20 100 60 /( ) 180 140 j = 90 75 60 45 30 15 0 t = 时刻开通晶闸管VT1，可求 得 （67） 当 时 = 当 时 的情况下，a越大，越小。 第六章-交流交流变流电路 11 6.1.1 单相交流调压电路 负载电压有效值Uo (6-8) 晶闸管电流有效值IVT (6-9) 第六章-交流交流变流电路 12 6
6、.1.1 单相交流调压电路 负载电流有效值Io (6- 10) 晶闸管电流IVT的标幺值 式中 0 图6-4 单相交流调压电路为参变量时IVTN和关系曲线 (6- 11) 可见， 时，输出电流的有效值不 发生变化， 的移相范围为 第六章-交流交流变流电路 13 6.1.1 单相交流调压电路 当阻感负载, 时电路 工作情况。 图6-2 阻感负载单相交流调压电路 VT1的导通时间超过 。 触发VT2时， io尚未过 零， VT1仍导通， VT2不会导通。io过零 后，VT2才可开通， VT2导通角小于。 衰减过程中， VT1导 通时间渐短， VT2的 导通时间渐长。 图6-5 时阻感负载交流调压电
7、路工作波形 稳态的工作情况与 = 时完全 相同！ 第六章-交流交流变流电路 14 6.1.1 单相交流调压电路 带电阻性负载时，负载电流波形与单相桥式可控整流交流侧 电流波形一致，改变控制角可以改变负载电压有效值。 带电感性负载时，不能用窄脉冲触发，否则当 时会发生 有一个晶闸管无法导通的现象，电流出现很大的直流分量。 带电感性负载时， 的移相范围为 180，带电阻性负载时 移相范围为0 180。 综上所述，单相交流调压可归纳为以下三点： 第六章-交流交流变流电路 15 6.1.1 单相交流调压电路 斩控式交流调压电路 图6-7 斩控式交流调压电路 用V1进行斩波控制 用V3给负载电流 提供续
8、流通道 在交流电源u1的正半周 由于基本的交流调压电路波形畸变 大、谐波大！ 全控器件+二极管 第六章-交流交流变流电路 16 6.1.1 单相交流调压电路 斩控式交流调压电路 用V2进行斩波控制 用V4给负载电流 提供续流通道 在交流电源u1的负半周 图6-7 斩控式交流调压电路 由于基本的交流调压电路波形畸变 大、谐波大！ 全控器件+二极管 第六章-交流交流变流电路 17 6.1.1 单相交流调压电路 特性 图6-8 电阻负载斩控式交流调压电路波形 电源电流的基波分量和 电源电压同相位，即位 移因数为1。 电源电流不含低次谐波 ，只含和开关周期T有 关的高次谐波。 功率因数接近1。 电阻负
9、载 通过调节占空比，保持波形的基本形 状，实现调压！ 第六章-交流交流变流电路 18 6.1.2 三相交流调压电路 图6-9 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 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 三相三线制 三相四线制 第六章-交流交流变流电路 19 6.1.2 三相交流调压电路 VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6 1351 4626 ia a =30 以三相三线星接电路为例理解三相调压 任一相导通须和 另一相构成回路 电流通路中至少有 两个管，应采用双脉 冲或宽脉冲触发 触发脉冲顺序同三相
10、 全控桥整流电路，VT1 VT6,依次相差60 自然换相点定为 的起点。 移相范围0150 第六章-交流交流变流电路 6.2 其他交流电力控制电路 20 6.2.1 交流调功电路 6.2.2 交流电力电子开关 第六章-交流交流变流电路 6.2.1 交流调功电路 21 交流调功电路与交流调压电路的异同比较 相同点 电路形式完全相同 不同点 控制方式不同 交流调压电路在每个电源周期都对输出电压波形进行控制。 交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周期,在断开几个周期, 通过通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。 第六章-交流交流变流电路 22 电阻负载时的工作情况 2p N p M 电源周期
11、 控制周期=M倍电源周期=2p 4p M O 导通段= M 3p M 2p M uo u1uo,io wt U12 图6-11 交流调功电路典 型波形(M =3、N =2) 图61电阻负载单相交流调压电路 控制周期为M倍电源 周期，晶闸管在前N 个周期导通，后M N个周期关断。 负载电压和负载电流 （也即电源电流）的 重复周期为M倍电源 周期。 6.2.1 交流调功电路 第六章-交流交流变流电路 23 6.2.2 交流电力电子开关 概念 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，无触点，寿命长，可频繁控制通断 。 与交流调功电路的区别
12、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。 第六章-交流交流变流电路 24 6.2.2 交流电力电子开关 晶闸管投切电容（Thyristor SwitchedCapacitorTSC） 作用 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。 结构和原理 晶闸管反并联后串入交 流电路。 实际常用三相，可三角 形联结，也可星形联结 。 图10-35 TSC基本原理图 a) 基本单元单相简图 b) 分组投切单相简图 第六章-交流交流变流电路 25 6.2.2 交流电力电
13、子开关 晶闸管的投切 选择晶闸管投入时刻的原则： 该时刻交流电源电压和电容器 预充电电压相等，这样电容器 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，电容 投入过程不但没有冲击电流， 电流也没有阶跃变化。 12 t t t t u s iC u C VT 1 VT 2t t u VT1 u us iC uC C VT1 VT2 VT1 图10-36 TSC理想投切时刻原理说明 第六章-交流交流变流电路 6.3 交交变频电路 26 6.3.1 单相交交变频器 6.3.2 三相交交变频器 第六章-交流交流变流电路 27 6
14、.3.1 单相交交变频器 晶闸管交交变频电路，也称周波变流器 (Cycloconvertor) 把电网频率的交流电直接变成可调频率的交 流电的变流电路，属于直接变频电路。 广泛用于大功率交流电动机调速传动系统， 实际使用的主要是三相输出交交变频电路。 第六章-交流交流变流电路 28 6.3.1 单相交交变频器 电路构成和基本工作原理 图6-13 单相交交变频电路原理 图 电路构成 如图6-13，由P组和N组反并联的晶闸管 变流电路构成。 变流器P和N都是相控整流电路。 第六章-交流交流变流电路 29 6.3.1 单相交交变频器 图6-13 单相交交变频电路原 理图和输出电压波形 工作原理 P组
15、工作时，负载电流io为正。 N组工作时，io为负。 两组变流器按一定的频率交替 工作，负载就得到该频率的交 流电。 改变两组变流器的切换频率，就 可改变输出频率o 。 改变变流电路的控制角，就可 以改变交流输出电压的幅值。 带阻感负载时，整流电路输出电压的平均值为： 第六章-交流交流变流电路 30 6.3.1 单相交交变频器 q交-交变频器由于其直接变换的特点，效率较高， 可方便地进行可逆运行。 q主要缺点是：功率因数低。主电路使用晶闸管 元件数目多，控制电路复杂。变频器输出频率受 到其电网频率的限制，最大变频范围在电网二分之 一以下。 q交-交变频器一般只适用于球磨机、矿井提升机、 电动车辆
16、、大型轧钢设备等低速大容量拖动场合。 交-交变频器的特点： 第六章-交流交流变流电路 31 6.3.2 三相交交变频器 交交变频电路主要应用于大功率交流电机 调速系统，使用的是三相交交变频电路。 由三组输出电压相位各差120的单相交交变频电 路组成。 电路接线方式 公共交流母线进线方式 输出星形联结方式 第六章-交流交流变流电路 32 6.3.2 三相交交变频器 公共交流母线进线方式 图6-19 公共交流母线进线三 相交交变频电路（简图） 由三组彼此独立的、输出电 压相位相互错开120的单相 交交变频电路构成。 电源进线通过进线电抗器接 在公共的交流母线上。 因为电源进线端公用，所以 三组的输
17、出端必须隔离。为 此，交流电动机的三个绕组 必须拆开。 主要用于中等。容量的交流 调速系统。 第六章-交流交流变流电路 33 输出星形联结方式 图6-20 输出星形联结方式三相交交变频电路 a）简图 b）详图 三组的输出端是星形联结，电动机的三个绕组也是星形联结。 电动机中点不和变频器中点接在一起，电动机只引出三根线即可。 6.3.2 三相交交变频器 第六章-交流交流变流电路 34 应用 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、卷扬机等场合应用。 既可用于异步电动机，也可用于同步电动机传动。 6.3.2 三相
18、交交变频器 第六章-交流交流变流电路 35 6.4 矩阵式变频器 十分突出的优点： 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。 有十分理想的电气性能。 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。 简介： 是近年出现的一种新颖的变频电路。 是直接变频电路 ，采用的开关器件是全控型。 控制方式是斩波控制。 第六章-交流交流变流电路 36 交流交流变流电路的分类及其基本概念； 单相交流调压电路的电路构成，在电阻负载和阻感负载时 的工作原理和电路特性，移相范围； 三相交流调压电路的基本构成和基本工作原理； 交流调功电路和交流电力电子开关的基本概念； 晶闸管相位控制交交变频电路工作原理、特点； 各种交流交流变流电路的主要应用； 小结 第六章-交流交流变流电路