1、4-1晶闸管交交变频电路，也称周波变流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变成可调频率的交流电的变把电网频率的交流电变成可调频率的交流电的变流电路，流电路，属于直接交交变频电路属于直接交交变频电路。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。用的主要是三相输出交交变频电路。4-21、电路构成和基本工作原理电路构成和基本工作原理ZPN输出电压平均输出电压图4-18OuouoP=0P=2P=2t电路构成电路构成由由P P组和组和N N组反并联的晶闸管变流电路构成。组反并联的
2、晶闸管变流电路构成。变流器变流器P P和和N N都是相控整流电路。都是相控整流电路。4-3将两组三相可逆整流器反并联即可构成单相变频电路。将两组三相可逆整流器反并联即可构成单相变频电路。三相半波三相半波-单相交单相交-交变频电路交变频电路三相桥式三相桥式-单相交单相交-交变频电路交变频电路4-4工作原理工作原理P P组工作时，负载电流组工作时，负载电流io o为为正正。N N组工作时，组工作时，io o为为负负。两组变流器按一定的频率交替工作，负载就得到该频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。率的交流电。改变两组变流器的切换频率，就可改变输出频率改变两组变流器的切换频率，
3、就可改变输出频率 o o 改变变流电路的控制角改变变流电路的控制角，就可以改变交流输出电，就可以改变交流输出电压的幅值。压的幅值。ZPN输出电压平均输出电压图4-18OuouoP=0P=2P=2t4-5为使为使u uo o波形接近正弦波，可按正弦规律对波形接近正弦波，可按正弦规律对 角进行调制。角进行调制。在半个周期内让在半个周期内让P P组（三相半波相控电路）组（三相半波相控电路）角按正弦规角按正弦规律从律从9090减到减到0 0或某个值，再增加到或某个值，再增加到9090，每个控制间，每个控制间隔内的平均输出电压就按正弦规律从零增至最高，再减到隔内的平均输出电压就按正弦规律从零增至最高，再
4、减到零。另外半个周期可对零。另外半个周期可对N N组进行同样的控制。组进行同样的控制。uo o由若干段电源电压拼接而成，在由若干段电源电压拼接而成，在uo o的一个周期内，包含的一个周期内，包含的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波。的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波。ZPN输 出 电 压平 均 输 出 电 压图 4-18OuouoP=0P=2P=2t4-64-7 2、整流与逆变工作状态整流与逆变工作状态a)整流 逆变阻断图4-19b)PNttttt整流 逆变阻断OOOOOuo,iouoiot1t2t3t4t5uouPuNuoiPiNuPuNuoioiNiP图图4-14 理想化交交变频
5、电路的整流和逆变工作状态理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态阻感负载为例，也适用于交流电动机负载。阻感负载为例，也适用于交流电动机负载。把交交变频电路理想化，忽略变流电路换相时把交交变频电路理想化，忽略变流电路换相时uo o的脉的脉动分量，就可把电路等效成图动分量，就可把电路等效成图4-14a4-14a所示的正弦波交所示的正弦波交流电源和二极管的串联。流电源和二极管的串联。4-8工作原理分析工作原理分析t t1 1 t t3 3期间：期间：io o正半周，正组工作，反组被封锁。正半周，正组工作，反组被封锁。t t1 1 t t2 2：uo o和和io o均为正，正组整流，输出功率为正。均为正
6、，正组整流，输出功率为正。t t2 2 t t3 3 ：uo o反向，反向，io o仍为正，正组逆变，输出功率为负。仍为正，正组逆变，输出功率为负。设负载阻抗角为设负载阻抗角为j j ，则输出电流滞后输出电压，则输出电流滞后输出电压j j 角。角。两组变流电路采取无环流工作方式，即一组变流电路工作两组变流电路采取无环流工作方式，即一组变流电路工作时，封锁另一组变流电路的触发脉冲。时，封锁另一组变流电路的触发脉冲。t t3 3 t t5 5期间：期间：io o负半周，反组工作，正组被封锁。负半周，反组工作，正组被封锁。t t3 3 t t4 4 ：uo o和和io o均为负，反组整流，输出功率为
7、正。均为负，反组整流，输出功率为正。t t4 4 t t5 5 ：uo o反向，反向，io o仍为负，反组逆变，输出功率为负仍为负，反组逆变，输出功率为负4-9a)整 流逆 变阻 断图 4-19b)PNttttt整 流逆 变阻 断OOOOOuo,iouoiot1t2t3t4t5uouPuNuoiPiNuPuNuoioiNiPa)整流 逆变阻断图4-19b)PNttttt整流 逆变阻断OOOOOuo,iouoiot1t2t3t4t5uouPuNuoiPiNuPuNuoioiNiP图4-19 理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态4-10小结小结：哪一组工作由哪一组工作由io o方向决定，与方向决
8、定，与uo o极性无关。极性无关。工作在整流还是逆变，则根据工作在整流还是逆变，则根据uo o方向与方向与io o方向是否相方向是否相同确定。同确定。当当uo o和和io o的相位差小于的相位差小于9090时，一周期内电网向负载提时，一周期内电网向负载提供能量的平均值为正，电动机工作在电动状态。供能量的平均值为正，电动机工作在电动状态。当二者相位差大于当二者相位差大于9090时，一周期内电网向负载提供能时，一周期内电网向负载提供能量的平均值为负，电网吸收能量，电动机为发电状态。量的平均值为负，电网吸收能量，电动机为发电状态。4-11 考虑无环流工作方式下io过零的死区时间，一周期可分为6段。1
9、OO23456图4-20uoiott图4-20 单相交交变频电路输出电压和电流波形第1段 io 0，反组逆变第2段 电流过零，为无环流死区第3段 io 0，uo 0，正组整流 第4段 io 0，uo 0，正组逆变 第5段 又是无环流死区 第6段 io 0，uo 0，为反组整流 4-124、输入输出特性输入输出特性(1)输出上限频率输出上限频率 输出频率增高时，输出电压一周期所含电网电压段数减少，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。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
10、。输出频率提高的主要因素。构成交交变频电路的两组变流电路的脉波数越多，输出上构成交交变频电路的两组变流电路的脉波数越多，输出上限频率就越高。当采用限频率就越高。当采用6 6脉波三相桥式电路时，输出上限脉波三相桥式电路时，输出上限频率不高于电网频率的频率不高于电网频率的1/31/21/31/2。电网频率为。电网频率为50Hz50Hz时，时，交交变频电路的输出上限频率约为交交变频电路的输出上限频率约为20Hz20Hz。3、输出正弦波电压的调制方法输出正弦波电压的调制方法 介绍最基本的、广泛使用的余弦交点法。（简单了解）介绍最基本的、广泛使用的余弦交点法。（简单了解）4-13(2)输入功率因数输入功
11、率因数输入电流相位滞后于输入电压，需要电网提供无功功率。输入电流相位滞后于输入电压，需要电网提供无功功率。功率因数较小。功率因数较小。(4)输入电流谐波输入电流谐波(3)输出电压谐波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以及变流电以及变流电路的脉波数有关，也和输出频率路的脉波数有关，也和输出频率fo有关。有关。各次谐波的幅值要比可控整流电路的谐波幅值小。各次谐波的幅值要比可控整流电路的谐波幅值小。4-14 应用应用主要用于主要用于500kW500kW或或1000kW1000kW以上的大功率、低转速的以上的大功率、低转速的交流调速电路中。
12、目前已在轧机主传动装置、鼓风机、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。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。既可用于异步电动机，也可用于同步电动机传动。交交变频电路的主要特点和不足：交交变频电路的主要特点和不足：优点是：只用一次变流，效率较高；可方便地实现四象限优点是：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。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器至少要用36只晶闸管；受
13、电网频率和交流电路脉波数的只晶闸管；受电网频率和交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。含量大，频谱复杂。4-15本章的要点如下本章的要点如下：(1)交流交流交流变流电路的分类及其基本概念；交流变流电路的分类及其基本概念；(2)单相交流调压电路的电路构成，在电阻负载和单相交流调压电路的电路构成，在电阻负载和阻感负载阻感负载 时的工作原理和电路特性；时的工作原理和电路特性；(3)交流调功电路和交流电力电子开关的基本概念；交流调功电路和交流电力电子开关的基本概念；(4)晶闸管相位控制交交变频电路的电路构成、工作原理和晶闸管相位控制交交变频电路的电路构成、工作原理和 输入输出特性；输入输出特性；(5)各种交流各种交流交流变流电路的主要应用；交流变流电路的主要应用；
