1、l概述概述l6.1 交流调压电路交流调压电路 6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路l6.2 交流调功电路交流调功电路 l6.3 交流电力电子开关交流电力电子开关 6.4 交交变频电路交交变频电路 6.4.1 单相输出交交变频电路单相输出交交变频电路 6.4.2 三相输出交交变频电路三相输出交交变频电路 6.4.3 交交变频电路输出频率上限的限制交交变频电路输出频率上限的限制第1页，共43页。概述概述交流变换电路：交流变换电路：把交流电能的参数（幅值、频率、相数）加以转换的把交流电能的参数（幅值、频率、相数）加以转换的电路。电路。第六章交流电
2、力控制电路交流电力控制电路 交一交变频电路交一交变频电路（直接变频电路）（直接变频电路）维持频率不变维持频率不变 改变输出电压的幅值。改变输出电压的幅值。将电网频率的交流电直接变换成较低频率的交流电将电网频率的交流电直接变换成较低频率的交流电 直接变频的同时也可实现电压变换。直接变频的同时也可实现电压变换。分分类类第2页，共43页。6.1 3 3、交流调压电路应用：、交流调压电路应用：电炉的温度控制电炉的温度控制 灯光调节灯光调节（如舞台灯光控制）（如舞台灯光控制）异步电机软起动异步电机软起动 异步电机调速异步电机调速 调节整流变压器一次侧电压调节整流变压器一次侧电压 2 2、交流调压的实现方
3、法：、交流调压的实现方法：通过控制晶闸管在每一个电源通过控制晶闸管在每一个电源周期内的导通角的大小（相位控制）来调节输出电压的大小。周期内的导通角的大小（相位控制）来调节输出电压的大小。1 1、交流调压电路、交流调压电路:是用来变换交流电压幅值（或有效值）是用来变换交流电压幅值（或有效值）的电路。的电路。第3页，共43页。1）电源正半周：）电源正半周：T1触发触发 导通，电源导通，电源的正半周施加到负载上；的正半周施加到负载上；2）电源负半周：）电源负半周：T2触发导通，电触发导通，电源负半周便加到负载上；源负半周便加到负载上；3）电源过零：）电源过零：T1、T2交替触发交替触发导通，电源电压
4、全部加到负载；导通，电源电压全部加到负载；4）关断）关断T1、T2：电源电压不能加到：电源电压不能加到负载上。负载上。6.1.1图图6.1.1 单向交流调压器电路单向交流调压器电路 T1、T2 构成无触点交流开关。构成无触点交流开关。单向交流电压电路的工作情况与它的负载性质有关单向交流电压电路的工作情况与它的负载性质有关 第4页，共43页。l1）电源正半周：）电源正半周：晶闸管晶闸管T1承受正向电压，承受正向电压，当当t=时，触发时，触发T1使其导通，负载上得到缺使其导通，负载上得到缺角的正弦半波电压；角的正弦半波电压；l2）电源电压过零：）电源电压过零：T1管电流下降为零而关管电流下降为零而
5、关断；断；l3）电源电压负半周：）电源电压负半周：晶闸管晶闸管T2承受正向电承受正向电压，当压，当t=+时，触发时，触发T2使其导通，则负载使其导通，则负载上又得到了缺上又得到了缺角的正弦负半波电压。持角的正弦负半波电压。持续这样控制，在负载电阻上便得到每半续这样控制，在负载电阻上便得到每半波缺波缺角的正弦电压；角的正弦电压；6.1.1图图6.1.1 电阻性负载时单电阻性负载时单向交流电压电路及输出向交流电压电路及输出电压波形电压波形 改变改变角的大小，便改变了输出电压有效角的大小，便改变了输出电压有效值的大小。值的大小。1 1、电阻性负载、电阻性负载工作原理：工作原理：第5页，共43页。6.
6、1.1 电阻性负载数量关系：电阻性负载数量关系：（6.1.1）v 负载电压的有效值负载电压的有效值 v 负载电流的有效值负载电流的有效值 2sin2100RURUI（6.1.2）v 调压器的功率因数调压器的功率因数（6.1.3）图图6.1.16.1.1电阻性负载时单向电阻性负载时单向交流电压电路及输出电压波交流电压电路及输出电压波形形 总结：总结：随着随着角的增大，角的增大，U0逐渐减小。当逐渐减小。当=时，时，U0=0。因因此，单相交流电压器对于电阻性负载，其电压可调范围此，单相交流电压器对于电阻性负载，其电压可调范围为为 0U，控制角，控制角的移相范围为的移相范围为0。tdtUU 20)s
7、in2(1 aaU2sin21 2sin21UUUIIUPFOOOO第6页，共43页。单相交流调压电路带电阻负载时，输出电压波形正负半波对称，所以不含直流分量单相交流调压电路带电阻负载时，输出电压波形正负半波对称，所以不含直流分量和偶次谐波，故和偶次谐波，故6.1.1 电阻性负载谐波分析：电阻性负载谐波分析：基波和各次谐波有效值：基波和各次谐波有效值：负载电流基波和各次谐波有效值：负载电流基波和各次谐波有效值：在上面关于谐波的表达式中在上面关于谐波的表达式中 n=1为基波，为基波，n=3,5,7,为奇次谐波。随着谐波次数为奇次谐波。随着谐波次数n的增加，的增加，谐波含量减少。谐波含量减少。22
8、on21nnbaURUI/onon,5,3,1o)sincos()(nnntnbtnatu)12(cos2211Ua)(22sin2211Ub1)1cos(111)1cos(1121nnnnUan)1sin(11)1sin(1121nnnnUbn(6.1.4)(n=3,5,7,)第7页，共43页。6.1.1感性负载感性负载 （R-L负载）负载）RL0.6图4-2Ou1uoioVT1VT2u1uoiouVTtOtOttOuG1uG2OOtt图图6.1.2 带阻感负载单向带阻感负载单向交流调压电路及输出波形交流调压电路及输出波形 v 单相交流电压器带阻感负载时，单相交流电压器带阻感负载时，工作情况
9、同可控整流电路带电感负工作情况同可控整流电路带电感负载相似；载相似；v 当电源电压反向过零时，负载当电源电压反向过零时，负载电感产生感应电动势阻止电流的变电感产生感应电动势阻止电流的变化，故电流不能立即为零；化，故电流不能立即为零；v 晶闸管的导通角晶闸管的导通角的大小与控的大小与控制角制角 、负载阻抗角、负载阻抗角都有关。都有关。第8页，共43页。6.1.1 阻感负载的工作情况分析：阻感负载的工作情况分析：v 晶闸管晶闸管VTVT1 1导通时，负载电流导通时，负载电流IoIo满足：满足：(6.1.5)式中式中 利用边界条件：利用边界条件：，i i0 0=0=0 可求得可求得：(6.1.6)（
10、为晶闸管的导通角）为晶闸管的导通角）v VT VT2 2导通时，上述关系完全相同，只是导通时，上述关系完全相同，只是i iO O相差相差1801800 0 图（图（6.1.3)6.1.3)单相交流调压器以单相交流调压器以为参变量时为参变量时与与 的关系曲线的关系曲线 )sin()sin(2 tgtoetZUi t2122)(LRZ RLtg 1 tge)sin()sin(t第9页，共43页。6.1.1 1 1、，导通角，导通角 1801800 0，正负半波电流断续。，正负半波电流断续。愈大，愈大，愈小，波形断续愈严重。愈小，波形断续愈严重。负载电压的有效值负载电压的有效值UO、晶闸管电流平均值
11、、晶闸管电流平均值IdT、电流有效值、电流有效值IT以及以及负载电流有效值负载电流有效值IO分别为：分别为：(6.1.7)(6.1.8)(6.1.10)(6.1.9)调压电路的工作情况调压电路的工作情况（、=、=、）(6.1.11)(6.1.11)第11页，共43页。6.1.1 图图（6.1.4）窄脉冲触发时的工作波形窄脉冲触发时的工作波形 18001 1）如果采用窄脉冲触发，会出现先如果采用窄脉冲触发，会出现先触发的一只晶闸管导通，而另一只管触发的一只晶闸管导通，而另一只管子在电流下降为零时，因其门极脉冲子在电流下降为零时，因其门极脉冲已经消失不能导通的失控现象。回路已经消失不能导通的失控现
12、象。回路中将出现很大的直流电流分量，无法中将出现很大的直流电流分量，无法维持电路的正常工作。维持电路的正常工作。2 2）采用宽脉冲或脉冲列触发，使第采用宽脉冲或脉冲列触发，使第二个晶闸管的导通角二个晶闸管的导通角 。随后。随后T T1 1导通角逐渐减小，导通角逐渐减小，T T2 2逐渐增大，最终逐渐增大，最终使使两个晶闸管的两个晶闸管的导通角导通角=1800达到平达到平衡。衡。解决失控现象。解决失控现象。3、=、）第12页，共43页。6.1.1 图（图（6.1.46.1.4）窄脉冲触发时的工作波形窄脉冲触发时的工作波形 v 当当 时，并采用宽脉冲触发，时，并采用宽脉冲触发，负载电压、电流总是完
13、整的正弦波，负载电压、电流总是完整的正弦波，改变控制角改变控制角 ,负载电压、电流的有负载电压、电流的有效值不变，即电路失去交流调压的作效值不变，即电路失去交流调压的作用。用。v 在电感负载时，要实现交流调在电感负载时，要实现交流调压的目的，则最小控制角压的目的，则最小控制角 （负（负载的功率因数角）。所以载的功率因数角）。所以 的移的移相范围为相范围为1801800 0 第13页，共43页。6.1.1 1 1）电流谐波次数和电阻负载时相同，也只含电流谐波次数和电阻负载时相同，也只含3 3、5 5、77 等次谐波；等次谐波；2 2）随着次数的增加，谐波含量减少；随着次数的增加，谐波含量减少；3
14、 3）和电阻负载时相比，阻感负载时的谐波电流含和电阻负载时相比，阻感负载时的谐波电流含 量少一些量少一些；4 4）角相同时，随着阻抗角的增大，谐波含量有所角相同时，随着阻抗角的增大，谐波含量有所 减少；减少；单相交流电压器带阻感负载时电流谐波单相交流电压器带阻感负载时电流谐波分析：分析：第14页，共43页。6.1.2 1 1、三相四线制调压电路特点：、三相四线制调压电路特点：图图6.1.5(a)6.1.5(a)三相四线制调压电路三相四线制调压电路 v 1）相当于三个独立的单相交流调压相当于三个独立的单相交流调压电路组合而成的；电路组合而成的；v 2 2）存在中性线，但是）存在中性线，但是3 3
15、次谐波在中次谐波在中线中的电流大，故中线的导线截面要求线中的电流大，故中线的导线截面要求与相线一致；与相线一致；v 3 3）晶闸管的门极触发脉冲信号，同）晶闸管的门极触发脉冲信号，同相间两管的触发脉冲要互差相间两管的触发脉冲要互差180180。v 4）各晶闸管导通顺序为各晶闸管导通顺序为T T1 1T T6 6，依，依次滞后间隔次滞后间隔6060；v 5 5）因存在中线，可采用窄脉冲触发；）因存在中线，可采用窄脉冲触发；第15页，共43页。6.1.2 1 1、三相四线制调压电路特点：、三相四线制调压电路特点：图图6.1.5(a)6.1.5(a)三相四线制调压电路三相四线制调压电路 v 6 6）
16、该电路工作时，零线上谐波电流）该电路工作时，零线上谐波电流较大，含有三次谐波，控制角较大，含有三次谐波，控制角a=90a=90时，时，零线电流甚至和各相电流的有效值接近。零线电流甚至和各相电流的有效值接近。若变压器采用三柱式结构，则三次谐波若变压器采用三柱式结构，则三次谐波磁通不能在铁心中形成通路，产生较大磁通不能在铁心中形成通路，产生较大的漏磁通，引起发热和噪音。的漏磁通，引起发热和噪音。v 7 7）该电路中晶闸管上承受的峰该电路中晶闸管上承受的峰 值电压为值电压为 (为线电压为线电压)。lU32lU第16页，共43页。6.1.2 2 2、三相三线制交流调压电路、三相三线制交流调压电路 的特
17、点：的特点：图图6.1.5(b)6.1.5(b)三相三线制交流调压电路三相三线制交流调压电路v 1）每相电路必须通过另一相形成回路；每相电路必须通过另一相形成回路；v 2 2）负载接线灵活，且不用中性线；）负载接线灵活，且不用中性线；v 3 3）晶闸管的触发电路必须是双脉冲，或者）晶闸管的触发电路必须是双脉冲，或者是宽度大于是宽度大于60600 0的单脉冲；的单脉冲；v 4 4）触发脉冲顺序和三相全控桥一样，为）触发脉冲顺序和三相全控桥一样，为T T1 1T T6 6，依次间隔，依次间隔60600 0；v 5 5）电压过零处定为控制角的起点，）电压过零处定为控制角的起点，角移相角移相范围是范围
18、是0 0150150；v 6)6)输出谐波含量低输出谐波含量低,无无3 3倍次谐波；倍次谐波；第17页，共43页。6.1.2 图图6.1.6(a)a=30 时负载相电压波形时负载相电压波形 v (1)0 60 时，三个时，三个晶闸管导通与两个晶闸管导通晶闸管导通与两个晶闸管导通交替，每管导通交替，每管导通180 。但。但 =0时一直是三管导通，时一直是三管导通，3 3、三相三线制交流调压电路、三相三线制交流调压电路改变改变 a a，电路中晶闸管的导电模式：，电路中晶闸管的导电模式：v 图图6.1.6(a)所示所示=30时时 的负载电压波形。的负载电压波形。第18页，共43页。6.1.2 图图6
19、.1.6(b)a=60 时负载相电压波形时负载相电压波形 v (2)60 90时，两管时，两管导通，每管导通导通，每管导通120；3 3、三相三线制交流调压电路、三相三线制交流调压电路改变改变 a a，电路中晶闸管的导，电路中晶闸管的导电模式：电模式：v 图图5.1.6(b)所示为所示为 =60时时 负载电压波形。负载电压波形。第19页，共43页。6.1.2 图图6.1.6(c)a=120 时负载相电压波形时负载相电压波形 v (3)90 150时，两管时，两管导通与无晶闸管导通交替，导导通与无晶闸管导通交替，导通角度为通角度为3002，3 3、三相三线制交流调压电路、三相三线制交流调压电路改
20、变改变 a a，电路中晶闸管的导，电路中晶闸管的导电模式：电模式：v图图6.1.6(c)所示为所示为=120时时 的负载电压波形。的负载电压波形。第20页，共43页。6.2 1 1、与调压电路的比较：与调压电路的比较：同同电路电路形式形式完全相同完全相同 异异控制方式不同控制方式不同：以交流电源周波数为控制单位：以交流电源周波数为控制单位,对电路通断对电路通断进行控制，改变通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均进行控制，改变通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。功率。应用应用 电炉的温度控制电炉的温度控制 v 交流调功电路直接调节对象是电路的平均输出功率；交流调功电路直接调节对象是电路的
21、平均输出功率；v 控制对象时间常数很大，以周波数为单位控制；控制对象时间常数很大，以周波数为单位控制；v 晶闸管导通时刻为电源电压过零的时刻，负载电压电流都晶闸管导通时刻为电源电压过零的时刻，负载电压电流都是正弦波，不对电网电压电流造成通常意义的谐波污染。是正弦波，不对电网电压电流造成通常意义的谐波污染。第21页，共43页。6.2 2 2、电阻负载时的工作情况：、电阻负载时的工作情况：v 控制周期为控制周期为M M倍电源周期，倍电源周期，晶闸管在前晶闸管在前N N个周期导通，后个周期导通，后M MN N个周期关断个周期关断；v 负载电压和负载电流（也即负载电压和负载电流（也即电源电流）的重复周
22、期为电源电流）的重复周期为M M倍电倍电源周期；源周期；M=3、N=2时的电路波形。图图6.2.16.2.1交流调功交流调功 电路典型波形电路典型波形第22页，共43页。6.2 3 3、谐波分析：、谐波分析：v 图图6.2.2为以控制周期为基准为以控制周期为基准的交流调功电路的频谱图，的交流调功电路的频谱图，In为为n次谐波有效值，次谐波有效值，Io为导通时电为导通时电路电流幅值；路电流幅值；图图6.2.2 6.2.2 交流调功电路的电流频交流调功电路的电流频谱图谱图(M M=3=3、N N=2)=2)v 电流中不含整数倍频率的谐电流中不含整数倍频率的谐波，但含有非整数倍频率的谐波，但含有非整
23、数倍频率的谐波，而且在电源频率附近，非波，而且在电源频率附近，非整数倍频率谐波的含量较大。整数倍频率谐波的含量较大。第23页，共43页。6.3 1 1）作用）作用将晶闸管反并联后串入交流电路代替机械开关，将晶闸管反并联后串入交流电路代替机械开关，起接通和断开电路的作用；起接通和断开电路的作用；2 2）优点）优点 3 3）特点）特点（与交流调功电路的区别）（与交流调功电路的区别）v 只控制通断，并不控制电路的平均输出功率只控制通断，并不控制电路的平均输出功率v 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v 控制频度通常比交流调功电路低
24、控制频度通常比交流调功电路低1）响应速度快、无触点寿命长、可频繁控制通断；）响应速度快、无触点寿命长、可频繁控制通断；2）控制晶闸管总是在电流过零时关断，在关断时不会因负载）控制晶闸管总是在电流过零时关断，在关断时不会因负载或线路电感存储能量而造成过电压和电磁干扰；或线路电感存储能量而造成过电压和电磁干扰；第24页，共43页。6.3 晶闸管投切电容器（晶闸管投切电容器（Thyristor Thyristor Switched CapacitorTSCSwitched CapacitorTSC）图图6.3.1 TSC基本原理图基本原理图 v 1 1）代替机械开关投切电容器，）代替机械开关投切电容
25、器，对电网无功进行控制对电网无功进行控制v 2 2）提高功率因数、稳定电网电提高功率因数、稳定电网电压、改善用电质量压、改善用电质量v 3 3）是一种很好的无功补偿方式是一种很好的无功补偿方式 特点：特点：第25页，共43页。6.3 1 1、电路结构和工作原理（、电路结构和工作原理（晶闸管反并联晶闸管反并联）图图6.3.1 TSC基本原理图基本原理图 v 2 2）反并联的晶闸管控制）反并联的晶闸管控制C C并入电网并入电网或从电网断开，如图或从电网断开，如图6.3.16.3.1（a a）。）。v 1 1）实际）实际常用三相常用三相TSCTSC，可三角形联，可三角形联结，也可星形联结结，也可星形
26、联结。v 3 3）串联电感很小，用来抑制电容串联电感很小，用来抑制电容器投入电网时的冲击电流器投入电网时的冲击电流。v 4 4）为避免电容器组投切造成较大电）为避免电容器组投切造成较大电流冲击，一般把电容器分成几组，如图流冲击，一般把电容器分成几组，如图6.3.1(b)6.3.1(b)所示所示，可根据电网对无功的需，可根据电网对无功的需求而改变投入电容器的容量。求而改变投入电容器的容量。电路特点：电路特点：第26页，共43页。6.3图图6.3.3 晶闸管和二极管反并联方式的晶闸管和二极管反并联方式的TSC 1 1）由于二极管的作用，在电路不导通时由于二极管的作用，在电路不导通时u uC C总会
27、维持在电总会维持在电源电压峰值源电压峰值；2 2）二极管不可控，响应速度要慢一些，投切电容器的最二极管不可控，响应速度要慢一些，投切电容器的最大时间滞后为一个周波。大时间滞后为一个周波。1 1、电路结构和工作原理（、电路结构和工作原理（晶闸管和二极管反并联晶闸管和二极管反并联）电路特点：电路特点：第27页，共43页。6.3 2 2、晶闸管投切时间的选择、晶闸管投切时间的选择 v 1）选择原则：）选择原则：投入投入时刻交流电源电压和电容器预充电电压相等，时刻交流电源电压和电容器预充电电压相等，防止冲击电流。防止冲击电流。v 2）理想选择：）理想选择：理想情况下，希望电容器预充电电理想情况下，希望
28、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。投入过程不但没有冲击电流，电流也没有阶跃变化。图图6.3.3 TSC理想投切时刻原理说明理想投切时刻原理说明 第28页，共43页。6.4 v 交交变频电路是不通过中交交变频电路是不通过中间直流环节而把电网频率的交间直流环节而把电网频率的交流电直接变换成不同频率（低流电直接变换成不同频率（低于交流电源频率）交流电的变于交流电源频率）交流电的变流电路。流电路。v 主要用于大功率交流电动主要用于大功率交流电动机调速系统。机调速系统。1 1）定义）
29、定义 2 2）应用）应用图图6.4.26.4.2 单相交流输入时单相交流输入时交交变频电路的波形图交交变频电路的波形图 第29页，共43页。6.4.1 1 1、电路结构和工作原理、电路结构和工作原理 1 1）电路结构）电路结构v 由具有相同特征的两组晶闸管整流电路（正由具有相同特征的两组晶闸管整流电路（正组整流器和反组整流器组整流器和反组整流器 ）反并联构成；）反并联构成；图图6.4.16.4.1 单相输出交交变频电路单相输出交交变频电路 2 2）工作原理）工作原理 图图6.4.26.4.2 单相交流输入时单相交流输入时交交变频电路的波形图交交变频电路的波形图 v 正组整流器工作，反组整流器被
30、封锁，负载端输出正组整流器工作，反组整流器被封锁，负载端输出电压为上正下负；电压为上正下负；v 负组整流器工作，正组整流器被封锁，负载端负组整流器工作，正组整流器被封锁，负载端得到输出电压上负下正；得到输出电压上负下正；v 以低于电源的频率切换正反组整流器的工作状以低于电源的频率切换正反组整流器的工作状态态,在负载端就可获得交变的输出电压；（如图在负载端就可获得交变的输出电压；（如图6.4.26.4.2）v 晶闸管的开通与关断必须采用无环流控制方式，晶闸管的开通与关断必须采用无环流控制方式，防止两组晶闸管桥同时导通；防止两组晶闸管桥同时导通；第30页，共43页。6.4.1 3 3）电路控制特点
31、：）电路控制特点：v（1 1）一个周期内控制角一个周期内控制角 固定不变时，输固定不变时，输出电压为含有大量的谐波矩形波出电压为含有大量的谐波矩形波,(,(如图如图6.4.2)6.4.2)对对电机的工作很不利电机的工作很不利图图6.4.26.4.2 单相交流输入时单相交流输入时交交变频电路的波形图交交变频电路的波形图 图图6.4.36.4.3交交变频电路交交变频电路 的波形图（的波形图（变化）变化）v （2 2）为了让输出电压波形接近正弦波，为了让输出电压波形接近正弦波，可按正弦规律对可按正弦规律对a a进行调制。进行调制。正组工作的半个周期内让控制角正组工作的半个周期内让控制角a按正弦按正弦
32、规律从规律从90逐渐减小到逐渐减小到0，然后逐渐增加到，然后逐渐增加到90。正组整流电流的输出电压的平均值就按。正组整流电流的输出电压的平均值就按正弦规律变化，从零增大到最大正弦规律变化，从零增大到最大,然后从最大减然后从最大减小到零。小到零。反组工作的半个周期内采用上述同样的控制方法，反组工作的半个周期内采用上述同样的控制方法，就可以得到接近正弦波的输出电压。如图就可以得到接近正弦波的输出电压。如图6.4.3第31页，共43页。6.4.1 2 2、变频电路的工作过程（、变频电路的工作过程（电感性负载电感性负载）v 对于电感性负载，输出电压超前电流。对于电感性负载，输出电压超前电流。v 一个周
33、期可以分为六个阶段一个周期可以分为六个阶段 第一阶段：第一阶段：输出电压过零，输出电压过零，u0为正，为正，i000，u u0 000。正组整流器工作在整流状态，反。正组整流器工作在整流状态，反组整流器被封锁。组整流器被封锁。第33页，共43页。6.4.1 第四阶段：第四阶段：i i0 000，u u0 000。正组整流器工作有源逆变状态，。正组整流器工作有源逆变状态，反组整流器仍被封锁；反组整流器仍被封锁；第五阶段：第五阶段：电流为零，为无环流死区；电流为零，为无环流死区；第六阶段：第六阶段：i i0 00,0,u u0 000，反组整流器工作在整流状态，正，反组整流器工作在整流状态，正组整
34、流器被封锁；组整流器被封锁；图图6.4.4 6.4.4 交交-交变频电路电感性负载时的输出电压和电流波形交变频电路电感性负载时的输出电压和电流波形 图图6.4.16.4.1 单相输出单相输出交交变频电路交交变频电路 第34页，共43页。6.4.1 小结：小结：1 1、哪组整流器电路工作是由输出电流决定，而与、哪组整流器电路工作是由输出电流决定，而与输出电压极性无关；输出电压极性无关；2 2、变流电路是工作在整流状态还是逆变状态，则、变流电路是工作在整流状态还是逆变状态，则是由输出电压方向和输出电流方向的异同决定；是由输出电压方向和输出电流方向的异同决定；图图6.4.4 6.4.4 交交-交变频
35、电路电感性负载时的输出电压和电流波形交变频电路电感性负载时的输出电压和电流波形 图图6.4.16.4.1 单相输出单相输出交交变频电路交交变频电路 第35页，共43页。6.4.1 3 3、输出正弦波电压的控制方法、输出正弦波电压的控制方法（“余弦波交点法余弦波交点法”）设设U Ud0d0为为 =0=0时整流电路的理想空载电压时整流电路的理想空载电压，则有：，则有：（6.4.1）希望输出的正弦波电压为希望输出的正弦波电压为 （6.4.2）每次控制时每次控制时 不同，不同，u u0 0为每个控制间隔输出的平均电压为每个控制间隔输出的平均电压 比较式（比较式（6.4.16.4.1）与（）与（6.4.
36、26.4.2），则使），则使 （6.4.4）g g 称为输出电压比称为输出电压比：cos0doUu tUuomo sin0 ttUUodoom0sinsincos g g )sin(cos1to g g ，doomUU g g)10(g g式（式（6.4.46.4.4）为余弦交点法求）为余弦交点法求 角的基本公式。角的基本公式。第36页，共43页。6.4.1 图图6.4.56.4.5余弦交点法原理余弦交点法原理 2）相邻两个线电压的交点对应于）相邻两个线电压的交点对应于a=0；3）u1-u6所对应的同步信号分别用所对应的同步信号分别用us1-us6表示表示；4）us1-us6比相应的比相应的u
37、1-u6超前超前30，us1-us6的最大值和相应线电压的最大值和相应线电压a=0的的时刻对应；时刻对应；4 4、余弦交点法图解、余弦交点法图解 6）各晶闸管触发时刻由相应的同步电压）各晶闸管触发时刻由相应的同步电压us1-us6的下降段的下降段和输出电压和输出电压uo的交点来决定；的交点来决定；1）线电压）线电压uAB、uAC、uBC、uBA、uCA和和uCB依次用依次用u1-u6表示；表示；5）a=0为零时刻，则为零时刻，则us1-us6为余弦信号；为余弦信号；第37页，共43页。6.4.1 不同不同g g 时，在时，在u u0 0一周期内一周期内，随变化的情况如图随变化的情况如图6.4.
38、66.4.6，图中图中 图图6.4.6 6.4.6 不同不同g g 时时 和和w w0 0t t 变化的情况变化的情况 g g 较小，即输出电压较低时，较小，即输出电压较低时，只在离只在离9090很近的范围内变化，电很近的范围内变化，电路的输入功率因数非常低路的输入功率因数非常低；)sin(sin2/)sin(coso1o1tt g g g g 第38页，共43页。6.4.2 由三组输出电压相位各相差由三组输出电压相位各相差1201200 0的单相交的单相交交变频电路组成。交变频电路组成。电路接线形式主要：电路接线形式主要：1 1）公共交流母线进线方式）公共交流母线进线方式 2 2）输出星形联
39、结方式）输出星形联结方式 交交变频器主要用于交流调速系统中，交交变频器主要用于交流调速系统中，实际使用的主要是三相交交变频器。实际使用的主要是三相交交变频器。第39页，共43页。6.4.2 v 1、公共交流母线进线方式、公共交流母线进线方式图图6.4.76.4.7公共交流母线进线方式公共交流母线进线方式 的三相交交变频电路原理图的三相交交变频电路原理图 由三组彼此独立的，输出电由三组彼此独立的，输出电压相位相互错开压相位相互错开120120 0 0的单相交的单相交-交变频电路组成。交变频电路组成。电源进线通过进线电抗器电源进线通过进线电抗器接在公共的交流母线上。接在公共的交流母线上。电源进线端
40、公用电源进线端公用,故三相单故三相单相变频电路的输出端必须隔离，相变频电路的输出端必须隔离，为此，交流电动机的三个绕组为此，交流电动机的三个绕组必须拆开，同时引出六根线。必须拆开，同时引出六根线。主要用于中等容量的交流主要用于中等容量的交流调速系统。调速系统。第40页，共43页。6.4.2 v 2、输出星形联结方式、输出星形联结方式图图6.4.86.4.8输出星形联结方式的三输出星形联结方式的三相交交变频电路原理图相交交变频电路原理图 三组的输出端和电动机的三三组的输出端和电动机的三个绕组都是星形联结；个绕组都是星形联结；电动机中点和变频器中点接电动机中点和变频器中点接在一起，电动机只引三根线
41、即可；在一起，电动机只引三根线即可；三组单相变频器连接在一起，三组单相变频器连接在一起，其电源进线必须隔离，所以分别其电源进线必须隔离，所以分别用三个变压器供电；用三个变压器供电；由于变频器输出中点不和负载中点相联结，所以在构成由于变频器输出中点不和负载中点相联结，所以在构成三相变频器的六组桥式电路中，至少要有不同相的两组桥中三相变频器的六组桥式电路中，至少要有不同相的两组桥中的四个晶闸管同时导通才能构成回路，形成电流；的四个晶闸管同时导通才能构成回路，形成电流；同一组桥内的两个晶闸管靠双脉冲保证同时导通。两组同一组桥内的两个晶闸管靠双脉冲保证同时导通。两组桥之间依靠足够的脉冲宽度来保证同时有
42、触发脉冲。桥之间依靠足够的脉冲宽度来保证同时有触发脉冲。第41页，共43页。6.4.3 输出频率升高时，输出电压一个周期内输出频率升高时，输出电压一个周期内电网电压的段数就减少，所含的谐波分量电网电压的段数就减少，所含的谐波分量就要增加从而使输出电压波形畸变。就要增加从而使输出电压波形畸变。一般的，交流电路采用一般的，交流电路采用6 6脉波的三相桥式电脉波的三相桥式电路时，最高输出频率不高于电网频率的路时，最高输出频率不高于电网频率的1/31/31/21/2。电网频率为。电网频率为50H50HZ Z，交交变频电路的输出，交交变频电路的输出上限频率约为上限频率约为20Hz20Hz。第42页，共4
43、3页。6.4.4 优点优点v 只有一次变流，且使用电网换相，只有一次变流，且使用电网换相，提高了变流效率；提高了变流效率；v 可以很方便的实现四象限工作；可以很方便的实现四象限工作；v 低频时输出波形接近正弦波；低频时输出波形接近正弦波；缺点缺点v 接线复杂，使用的晶闸管数目较多；接线复杂，使用的晶闸管数目较多；v 受电网频率和交流电路各脉冲数的受电网频率和交流电路各脉冲数的限制，输出频率低；限制，输出频率低；v 采用相控方式，功率因数较低；采用相控方式，功率因数较低；居于以上的优缺点：居于以上的优缺点：交交变频器主要用交交变频器主要用于于500kW500kW或或1000kW1000kW以上，以上，转速在转速在600r/min600r/min以下以下的大功率低转速的交的大功率低转速的交流调速装置中。流调速装置中。目前已在矿石碎机、目前已在矿石碎机、水泥球磨机、卷扬机、水泥球磨机、卷扬机、鼓风机及扎机主传动鼓风机及扎机主传动装置中获得了较多的装置中获得了较多的应用。应用。它既可用于异步电它既可用于异步电动机传动，也可以用动机传动，也可以用于同步电动机传动于同步电动机传动 第43页，共43页。
