1、 第第6 6章章 交流交流变流电路交流交流变流电路 （电力控制电路和交交变频电路）（电力控制电路和交交变频电路）1ppt课件 本章主要讲述 交流交流-交流变流电路交流变流电路 即:把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路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 通断控制第第6 6章章 交流电力控制电路和交交变频电路交流电力控制电路和交交变频电路2ppt课件 6.1 交流调压电路交流调压电路 2.2.原理原理 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
2、力。1.电路图3ppt课件3.应用应用 1 灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制)。2 异步电动机软起动。3 异步电动机调速。4 供用电系统对无功功率的连续调节。5 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。6.1 交流调压电路交流调压电路4ppt课件 6.1 交流调压电路交流调压电路5ppt课件Ou1uoiouVTwtOwtOwtOwt6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路1.电阻负载电阻负载图4-1 电阻负载单相交流调压电路及其波形 输出电压与输出电压与 的关系的关系: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。
3、与与 a 的关系的关系:-:-反比反比 a=0时，功率因数=1，a 增大，输入电流滞后于电压且畸变，降低。6ppt课件2)2)若晶闸管短接，稳态时负载 电流为正弦波，相位滞后于u1的角度为j，当用晶闸管控制时，只能进行滞后控制，使负载电流更为滞后。3)3)a=0时刻仍定为u1过零的 时刻，a 的移相范围应为 j a 。2.阻感负载阻感负载 图4-2 电阻负载单相交流调压电路及其波形j j =arctan(arctan(w wL /R R)VT16.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路a j 时时,j j 时时 以j 为参变量，a 和 的关系表示成右图。6.1.1 单相交流调压电路单相交流调
4、压电路8ppt课件图4-4 单相交流调压电路a为参变量时I VTN和a关系曲线j=900.10.20.30.40.516018004012080 75 6045j=0a/()IVTN负载电流有效值 (4-10)IVT的标么值 (4-11)12UZIIVTVTNVTII206.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路9ppt课件4)当阻感负载当阻感负载,a a j j 时时 当当a a 6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 VTI VTI导通时导通时,j j .触发触发VT2VT2 时，时，i io o尚未过零，尚未过零，VT1VT1仍仍 导通，导通，VT2VT2不会导通。不会导通。i
5、io o过零后，过零后，VT2VT2才可开通，才可开通，VT2VT2导通角小于导通角小于。衰减过程中，衰减过程中，VT1VT1导通导通时间时间 渐短，渐短，VT2VT2的导通时间的导通时间渐长。渐长。5)结论结论:a 只是一个只是一个动态过度动态过度,随着时间的延长随着时间的延长,波形将正常波形将正常.即进入即进入a j 的的状态状态,10ppt课件*3.单相交流调压电路的谐波分析单相交流调压电路的谐波分析1)电阻负载电阻负载由于波形正负半波对称，所以不含直流分量和偶次谐波。(4-12)基波和各次谐波有效值 (4-13)负载电流基波和各次谐波有效值 (4-14)电流基波和各次谐波标么值随 a变
6、化的曲线（基准电流为a=0时的有效值）如图4-6所示。,5,3,1o)sincos()(nnntnbtnatuwww22on21nnbaURUI/onon060120180图4-6基波3次5次7次触发延迟角a/()In/I*/%20406080100图4-6 电阻负载单相交流调压电路基波和谐波电流含量6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路11ppt课件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、7 7等次谐波。等次谐波。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。和电阻负载时相比，阻感负载时的谐波电流含量和电阻负载时相比，阻感负
7、载时的谐波电流含量少一些。少一些。当当a a 角相同时，随着阻抗角角相同时，随着阻抗角j j 的增大，谐波含量的增大，谐波含量有所减少。有所减少。L L对谐波电流有抑制作用对谐波电流有抑制作用.L.L2)2)阻感负载阻感负载6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路12ppt课件在交流电源u1的正半周RL图4-7u1i1uoV1V2VD1VD2V3V4VD4VD3图4-7 斩控式交流调压电路用V1进行斩波控制用V3给负载电流提供续流通道4.斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路13ppt课件RL图4-7u1i1uoV1V2VD1VD2V3V4VD4VD3用V2进行斩波控制用V4给负载电流提供续
8、流通道图4-7 斩控式交流调压电路4.斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路在交流电源u1的负半周14ppt课件 特性特性图4-8 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。6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路15ppt课件6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路一一.根据三相联结形式的不同，三相交流调压电路具有多种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形式图4-9 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1
9、6ppt课件1)三相四线三相四线基本原理基本原理：相当于三个单相交流相当于三个单相交流调压电路的组合，调压电路的组合，三相互相三相互相错开错开120120工作。基波和工作。基波和3 3倍次以外的谐波在三相之间倍次以外的谐波在三相之间流动，不流过零线。流动，不流过零线。问题问题：三相中三相中3 3倍次谐波同相位，倍次谐波同相位，全部流过零线。零线有很大全部流过零线。零线有很大3 3倍次谐波电流。倍次谐波电流。a a=9090时，零线电流甚至和各相电时，零线电流甚至和各相电流的有效值接近。流的有效值接近。零线的截零线的截面积应与火线一样面积应与火线一样.1.星形联结电路星形联结电路-可分为可分为三
10、线三相三线三相和和三相四线三相四线图4-9 三相交流调压电路a)星形联结6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路17ppt课件2)2)三相三线三相三线-三相全控桥电路三相全控桥电路(主要分析阻负载时的情况主要分析阻负载时的情况)图4-9 三相交流调压电路a)星形联结6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路任一相导通须和另一相构成回路。任一相导通须和另一相构成回路。三相正（或负）触发脉冲依次间三相正（或负）触发脉冲依次间隔隔120120，而每一相正、，而每一相正、负触发负触发脉冲间隔脉冲间隔180180。电流通路中至少有两个晶闸管，电流通路中至少有两个晶闸管，应采用双脉冲或宽脉应采用双脉
11、冲或宽脉 冲触发。冲触发。触发脉冲顺序和三相桥式全控整触发脉冲顺序和三相桥式全控整流电路一样，为流电路一样，为VTVT1 1 VT VT6 6,依次相依次相差差6060。相电压过零点定为相电压过零点定为a a 的起点，的起点，a a角移相范围是角移相范围是0 0 150 150。每管导通每管导通180。18ppt课件1类工作状态类工作状态-同一时刻,每相有一个晶闸管工作(共3个),线电流为ia1,ib2,ic3.i1=U相/R2类工作状态类工作状态-同一时刻,有一相两个晶闸管都不导通,另两相各有一个导通,线电流为iab1,ibc2,ica3.i2=U线/2R 改变改变的大小的大小,调压器有两种
12、工作方式调压器有两种工作方式:19ppt课件*每管导通每管导通180*一直是三管导通一直是三管导通*属属1类工作状态类工作状态6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路(1)a a=020ppt课件6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路(2)a a=30 三管导通与两管三管导通与两管 导通交替，导通交替，每管导通每管导通 180a a。1类工作状态类工作状态,2类工作状态类工作状态21ppt课件6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路3)=60 每管导通每管导通120 两管导通两管导通,2类工作状态类工作状态22ppt课件4)=90 l每个晶闸管通每个晶闸管通120，l各区间有两个
13、各区间有两个管子导通。管子导通。R负载L负载23ppt课件5)5)=120 特点：特点：每个晶闸管触发后通每个晶闸管触发后通30，断，断30，再触发，再触发导通导通30；各区间要么；各区间要么由两个管子导通构成由两个管子导通构成回路，要么没有管子回路，要么没有管子导通。导通。24ppt课件 0 a 60：三管导通与两管导通交替，每管导三管导通与两管导通交替，每管导 通通180a。但但a=0时一直是三管导通。时一直是三管导通。60 90：两管导两管导 通，每管导通通，每管导通120,90时，电流出现断续时，电流出现断续25ppt课件谐波情况电流谐波次数为6k1(k=1，2，3，)，和三相桥式全控
14、整流电路交流侧电流所含谐波的次数完全相同。谐波次数越低，含量越大。和单相交流调压电路相比，没有3倍次谐波，因三相对称时，它们不能流过三相三线电路。26ppt课件2.支路控制三角联结电路支路控制三角联结电路 图49三相交流调压电路c)支路控制三角形联结6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路由三个单相交流调压电路由三个单相交流调压电路组成，分别在不同的线电组成，分别在不同的线电压作用下工作压作用下工作。单相交流调压电路的分析方法和结论完全适用。输入线电流（即电源电流）为与该线相连的两个负载相电流之和。27ppt课件 谐波情况谐波情况c)支路控制三角形联结图49三相交流调压电路6.1.2 三相
15、交流调压电路三相交流调压电路 3倍次谐波相位和大小相同，在三角形回路中流动，而不出现在线电流中。线电流中所谐波次数为6k1(k为正整数)。在相同负载和a 角时，线电流中谐波含量少于三相三线星形电路。28ppt课件典型用例晶闸管控制电抗器 配以固定电容器，就可在从容性到感性的范围内连续调节无功功率，称为静止无功补偿装置，用来对无功功率进行动态补偿，以补偿电压波动或闪变。图4-11 晶闸管控制电抗器(TCR)电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路a 移相范围为90 180。控制a 角可连续调节流过电抗器的电流，从而调节无功功率。29ppt课件图4-11 晶闸管控制电抗器(TCR)电路a)
16、b)c)图4-12 TCR电路负载相电流和输入线电流波形 a)=120 b)=135 c)=160 6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路电路优点：电路优点：因晶闸管串接在三角形内部，流过的是相电流，因晶闸管串接在三角形内部，流过的是相电流，在同样线电流情况下，管子的容量可降低，另外线电流中无在同样线电流情况下，管子的容量可降低，另外线电流中无3的倍数次谐波分量。的倍数次谐波分量。缺点是缺点是：只适用于负载是三个分得开的单元的情况，其应用：只适用于负载是三个分得开的单元的情况，其应用范围有一定的局限性。范围有一定的局限性。30ppt课件仿真波形l 仿真工具为PECS 2.06.1.2 三
17、相交流调压电路三相交流调压电路图4-12 TCR电路负载相电流和输入线电流波形 a)=120 b)=135 c)=160a）b）c）31ppt课件*6.2 其他交流电力控制电路其他交流电力控制电路32ppt课件6.2.1 交流调功电路交流调功电路 交流调功电路与交流调压电路的异同比较相同点相同点 电路形式完全相同完全相同不同点不同点 控制方式不同不同交流调压电路在每个电源周期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。33ppt课件1.电阻负载时的工作情况电阻负载时的工作情况2pNpM电源周期控制周期
18、=M倍电源周期=2p4pMO导通段=M3pM2pMuou1uo,iowtU12图4-13 交流调功电路典型波形(M=3、N=2)图41电阻负载单相交流调压电路6.2.1 交流调功电路交流调功电路控制周期为M倍电源周期，晶闸管在前N个周期导通，后MN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。34ppt课件2.2.谐波情况谐波情况012 14谐波次数相对于电源频率的倍数图4-14交流调功电路的电流频谱图(M=3、N=2)2 4 61080.60.50.40.30.20.1051234In/I0m6.2.1 交流调功电路交流调功电路图4-14的频谱图（以控制周期为基准）
19、。In为n次谐波有效值，Io为导通时电路电流幅值。以电源周期为基准，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。而且在电源频率附近，非整数倍频率谐波的含量较大。35ppt课件6.2.2 交流电力电子开关交流电力电子开关概念概念 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区别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。36ppt课件1.1.晶闸管投切电容晶闸管投切电容（Thyristor Switch
20、edCapacitorTSC）图4-15 TSC基本原理图a)基本单元单相简图 b)分组投切单相简图6.2.2 交流电力电子开关交流电力电子开关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。37ppt课件晶闸管的投切晶闸管的投切选择晶闸管投入时刻的原则：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，这样电容器预充电电压相等，这样电容器电压不会产生跃变，就不会产电压不会产生跃变，就不会产生冲击电流。生冲击电流。理想情况下，
21、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。12ttttusiCuCVT1VT2ttuVT1uusiCuCCVT1VT2VT1图4-16 TSC理想投切时刻原理说明6.2.2 交流电力电子开关交流电力电子开关38ppt课件TSC电路也可采用晶闸管和二极管反并联的方式6.2.2 交流电力电子开关交流电力电子开关由于二极管的作用，在电路不导通时uC总会维持在电源电压峰值。成本稍低，但响应速度稍慢，投切电容器的最大时间滞后为一个周波。12ttttusiCuCVT1VT2ttuVT1uusiCuCCVT1VT2VT1图4-16 TSC
22、理想投切时刻原理说明39ppt课件6.3 交交变频电路交交变频电路 40ppt课件晶闸管交晶闸管交-交变频器交变频器.引言引言l交交-交变频电路是不通过中间环节而把工频交流电直交变频电路是不通过中间环节而把工频交流电直接变换成不同频率交流电的变频电路，故又称为直接接变换成不同频率交流电的变频电路，故又称为直接变频器或周波变换器。变频器或周波变换器。l因为没有中间直流环节，仅用一次变换就实现了变频，因为没有中间直流环节，仅用一次变换就实现了变频，所以效率较高。大功率交流电动机调速系统所用的变所以效率较高。大功率交流电动机调速系统所用的变频器主要是交频器主要是交-交变频器。交变频器。l目前，自关断
23、型变频器受自关断器件容量的限制，功目前，自关断型变频器受自关断器件容量的限制，功率还不能做得很大。强制关断型功率受到换相电容的率还不能做得很大。强制关断型功率受到换相电容的换相能力限制，同样功率不能做得很大。而普通晶闸换相能力限制，同样功率不能做得很大。而普通晶闸管容量大，价格便宜，自然换相可靠，所以对于大功管容量大，价格便宜，自然换相可靠，所以对于大功率变频器来说，一般采用由普通晶闸管组成的、采用率变频器来说，一般采用由普通晶闸管组成的、采用自然换相方式的变频器。自然换相方式的变频器。l所以，交所以，交-交变频器大多数由普通晶闸管元件构成。交变频器大多数由普通晶闸管元件构成。41ppt课件晶
24、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)u 把电网频率的交流电变成可调频率的交流电的变流电路，属于直接变频电路属于直接变频电路。u 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。42ppt课件交交变频电路交交变频电路分类分类:（1）方波型交）方波型交-交变频器交变频器43ppt课件（2）正弦波型交）正弦波型交-交变频器交变频器 正弦波型交正弦波型交-交变频器的主电路与方波型相同，但其输出交变频器的主电路与方波型相同，但其输出电压的平均值按正弦规律变化，克服了方波型变频器输出波电压的平均值按正弦规律变化，克服
25、了方波型变频器输出波形谐波成分大的缺点。形谐波成分大的缺点。l 正弦型交正弦型交-交变频器的输出电压波形交变频器的输出电压波形 重点重点介绍介绍44ppt课件1.电路构成和基本工作原理电路构成和基本工作原理 (正弦波型交正弦波型交-交变频器交变频器)ZPN输 出 电 压平 均 输 出 电 压图 4-18OuouoaP=0aP=p2aP=p2wt图4-18 单相交交变频电路原理图和输出电压波形6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器1)1)电路构成电路构成由P组和N组反并联的晶 闸管变流电路构成，和 直流电动机可逆调速用的 四象限变流电路完全相同变流器P和N都是相控整 流电路。45ppt课件P组
26、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wo。改变变流电路的控制角a，就可以改变交流输出电压的幅值。ZPN输 出 电 压平 均 输 出 电 压图 4-18OuouoaP=0aP=p2aP=p2wt图4-18 单相交交变频电路原理图和输出电压波形6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器2)工作原理工作原理46ppt课件3)3)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a a 角角进行调制。进行调制。6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器在半个周期内让
27、P组 a 角按正弦规律从90减到0或某个值，再增加到90，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，再减到零。另外半个周期可对N组进行同样的控制。uo由若干段电源电压拼接而成，在uo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。47ppt课件 输出正弦波形的获得方法输出正弦波形的获得方法:常用的方法是常用的方法是余弦交点法余弦交点法，该方法的，该方法的原则是原则是：触发：触发角的变化和切换应使得整流输出电压的瞬时值与理想角的变化和切换应使得整流输出电压的瞬时值与理想正弦电压的瞬时值误差最小。正弦电压的瞬时值误差最小。正弦波型交正弦波型交-交变频器适合于低频大功率的电气
28、传动交变频器适合于低频大功率的电气传动系统，最高输出频率是输入频率的系统，最高输出频率是输入频率的1/3或或1/2。输出电压有效值和频率的调节输出电压有效值和频率的调节 交交-交变频电路的输出电压是由若干段电源电压拼接交变频电路的输出电压是由若干段电源电压拼接而成的。在输出电压的一个周期内，所包含的电源电而成的。在输出电压的一个周期内，所包含的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波。压段数越多，其波形就越接近正弦波。2/2/0pap使控制角从使控制角从 ，改变，改变，就改变了输出，就改变了输出电压的峰值，也就改变了输出电压的有效值；改变电压的峰值，也就改变了输出电压的有效值；改变变变化的速率，
29、也就改变了输出电压的频率。化的速率，也就改变了输出电压的频率。48ppt课件2.整流与逆变工作状态整流与逆变工作状态图4-19 理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器阻感负载为例，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uo的脉动分量，就可把电路等效成图4-19a所示的正弦波交流电源和二极管的串联。49ppt课件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则输出电流滞后输出电压电压j j 角。角。两组变流电路采取无两组变流电路采取无环流工作方式，即一环流工作方式，即一组变流电路工作时，组变流电路工作时，封锁另一组变流电
30、路封锁另一组变流电路的触发脉冲。的触发脉冲。6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器50ppt课件1)1)工作状态工作状态6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器t t1 1 t t3 3期间：期间：i io o正半周，正正半周，正组工作，反组被封锁。组工作，反组被封锁。t t1 1 t t2 2：u uo o和和i io o均为正，均为正，正组整流，输出功率为正正组整流，输出功率为正.t t2 2 t t3 3 ：u uo o反向，反向，i io o仍仍为正，正组逆变，输出功为正，正组逆变，输出功率为负。率为负。t t3 3 t t5 5期间：期间：i io o负半周，负半周，反组工作，正组
31、被封锁。反组工作，正组被封锁。51ppt课件t3 t4：uo和io均为负，反组整流，输出功率为正。t4 t5：uo反向，io仍为负，反组逆变，输出功率为负。图4-19 理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器小结小结：哪一组工作由io方向决定，与uo极性无关。工作在整流还是逆变，则根据uo方向与io方向是否相同确定。52ppt课件l 当uo和io的相位差小于90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。l 当二者相位差大于90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。6.3.1 单相交交变频器单相交
32、交变频器53ppt课件1OO23456图4-20uoiowtwt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 6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器考虑无环流工作方式下考虑无环流工作方式下io过零的死区时间，一周期可过零的死区时间，一周期可分为分为6段。段。54ppt课件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余弦交点法。设Ud0为a=0时整流电路的理想空载电压，则变流电路输出电压：每次
33、控制时a角不同，表示每次控制间隔内uo的平均值。acosd0oUu0u图4-21u2u3u4u5u6u1us2us3us4us5us6us1uoaP3aP4wtwt图4-21 余弦交点法原理6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器55ppt课件设期望的正弦波输出设期望的正弦波输出电压为电压为当当 时时 ,g g 称为输出电压比：称为输出电压比：ttUUood0omsinsincoswgwa)10(0ggdomUUtUuoomosinw图4-21 余弦交点法原理6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器56ppt课件)sin(coso1twga图4-21 余弦交点法原理余弦交点法基本公式余弦交点法
34、基本公式 余弦交点法图解余弦交点法图解线电压u uabab、u uacac 、u ubcbc 、u ubaba 、u ucaca和和u ucbcb依次用依次用u u1 1 u u6 6表示。相邻两个线电压的交点对应于=0 0。6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器57ppt课件u1u6所对应的同步信号分别用us1us6表示us1us6比相应的u1u6超前30，us1us6的最大值和相应线电压a=0的时刻对应。以以a a =0=0为零时刻，则为零时刻，则u us1s1 u us6s6为余弦信号。为余弦信号。希望输出电压为uo，则各晶闸管触发时刻由相应的同步电压us1us6的下降段和uo的交点来
35、决定。图4-21 余弦交点法原理图4-21u2u3u4u5u6u1us2us3us4us5us6us1uoaP3aP4wtwt6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器58ppt课件不同不同g g 时，在时，在u uo o一周期内，一周期内，a a 随随 w w o ot t 变化的情况。变化的情况。图中，图中，u g g 较小，即输出电压较较小，即输出电压较低时低时，a a只在离只在离9090很近很近的范围内变化，电路的输的范围内变化，电路的输入功率因数非常低。入功率因数非常低。g=0g=0.1相位控制角a/()输出相位w 0 t图4-2212015018030609000.10.20.30.
36、80.91.00.80.20.30.91.0p2p2p23p图4-22 不同g g 时a和wot的关系)sin(sin2)sin(coso1o1ttwgpwga6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器59ppt课件l4.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，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输出频率提高的主要因素。就输出波形畸变和输出上限频率的关系而言，很难确定一个明确的界限。当采用6脉波三相桥式电路时，输出上限频率不高于电输出上限频率不高于电网频率的网频率的1/31/21/31/2。电网频率为
37、50Hz时，交交变频电路的输出上限频率约为20Hz。6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器60ppt课件图4-23 单相交交变频电路的功率因数(2)输入功率因数输入功率因数 不论负载功率因数是滞后的还是超前的，输入的无功不论负载功率因数是滞后的还是超前的，输入的无功电流总是滞后。电流总是滞后。输入电流相位滞后于输入电压，需要电网提供无功功率。输出电压在一周期内，a角以90为中心变化。输出电压比g g 越小，半周期内a的平均值越靠近90,含谐波越多，位移因素（基波功率因素）越低。位移因素通常大于输入功率因数负载功率因数越低，输入功率因数也越低。6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器61ppt
38、课件(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，既输出电压的谐波频谱非常复杂，既和电网频率和电网频率f fi i以以及变流电路的脉波数有关，也和输出频率及变流电路的脉波数有关，也和输出频率f fo o有关。有关。采用三相桥时，输出电压所含主要谐波的频率为采用三相桥时，输出电压所含主要谐波的频率为6f fi if fo o，6f fi i3f fo o，6f fi i5f fo o，12f fi if fo o，12f fi i3f fo o，12f fi i5f fo o，采用无环流控制方式时，由于电流方向改变时死采用无环流控制方式时，由于电流方向改变时死区的影响，将增加区的影响
39、，将增加5f fo o、7f fo o等次谐波。等次谐波。6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器62ppt课件(4)输入电流谐波输入电流谐波输入电流波形和可控整流电路的输入波形类似，但其幅值和相位均按正弦规律被调制。采用三相桥式电路的交交变频电路输入电流谐波频率 (4-19)和 (4-20)式中，k=1,2,3,；l=0,1,2,。)oiin216lffkfoiin2kfff6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器63ppt课件交交-交变频器的特点：交变频器的特点：优点优点：效率较高，效率较高，可方便地进行四象限的可逆运行可方便地进行四象限的可逆运行 低频输出波形接近为正弦波。低频输出波形接
40、近为正弦波。主要缺点是：主要缺点是：功率因数低。功率因数低。主电路使用晶闸管元件数目多主电路使用晶闸管元件数目多(36)，控制电路复杂。，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。频范围在电网二分之一以下。交交-交变频器一般只适用于球磨机、矿井提升机、交变频器一般只适用于球磨机、矿井提升机、电动车辆、大型轧钢设备等低速大容量拖动场合。电动车辆、大型轧钢设备等低速大容量拖动场合。6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器64ppt课件4.3.2 三相交交变频电路三相交交变频电路l 由三组输出电压相位各差由三组输出电
41、压相位各差120的单相交交的单相交交 变频电路组成。变频电路组成。1)电路接线方式电路接线方式公共交流母线进线方式公共交流母线进线方式输出星形联结方式输出星形联结方式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。65ppt课件(1)公共交流母线进线方式公共交流母线进线方式图4-24 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，所以三组的输出端必须隔离。为此，交流电动机的三个绕组必须拆开(6根线)。主要用于中等容量的交流调速系统。6.3.2 三
42、相交交变频电路三相交交变频电路66ppt课件(2)输出星形联结方式输出星形联结方式 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l图4-25 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 三相交交变频电路三相交交变频电路67ppt课件图4-25 输出星形联结方式三相交交变频电路a）简图 b）详图因为三组的输出联接在一起，其电源进线必须隔离，因此分别用三个变压器供电。由于输出端中点不和负载中点相联接，所以
43、在构成三相变频电路的六组桥式电路中，至少要有不同输出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。6.3.2 三相交交变频电路三相交交变频电路68ppt课件图4-25 输出星形联结方式三相交交变频电路a）简图 b）详图和整流电路一样，同一组桥内的两个晶闸管靠双触发脉冲保证同时导通。两组桥之间则是靠各自的触发脉冲有足够的宽度，以保证同时导通。6.3.2 三相交交变频电路三相交交变频电路69ppt课件2)输入输出特性输入输出特性 输出上限频率和输出电压谐波和单相交交变频电路输出上限频率和输出电压谐波和单相交交变频电路是一致的。是一致的。输入电流总输入电流由三个单相的同一相输入电流合成而得
44、到。有些谐波相互抵消，谐波种类有所减少，总的谐波幅值也有所降低。200t/ms输出电压单相输出时 U相输入电流三相输出时 U相输入电流200t/ms200t/ms图4-26 交交变频电路的输入电流波形6.3.2 三相交交变频电路三相交交变频电路70ppt课件 谐波频率为谐波频率为 和 式中k=1,2,3,l=0,1,2,。采用三相桥式电采用三相桥式电路时，输入谐波电路时，输入谐波电流的主要频率为流的主要频率为f fi i6 6f fo o、5 5f fi i 、5 5f fi i6 6f fo o 、7 7f fi i 、7 7f fi i6 6f fo o 、1111f fi i 、1111
45、f fi i6 6f fo o f fi i1212f fo o等。其中等。其中5 5f fi i次谐波次谐波的幅值最大。的幅值最大。)oiin616lffkfoiin6kfff单相输出时 U U200t/ms输出电压相输入电流三相输出时相输入电流200t/ms200t/ms图4-26 交交变频电路的输入电流波形6.3.2 三相交交变频电路三相交交变频电路71ppt课件输入功率因数输入功率因数 三相总输入功率因数应为三相总输入功率因数应为 三相电路总的有功功率为各相有功功率之和三相电路总的有功功率为各相有功功率之和但视在功率却不能简单相加，而应由总输入电流有但视在功率却不能简单相加，而应由总输
46、入电流有效值和输入电压有效值来计算，比三相各自的视在效值和输入电压有效值来计算，比三相各自的视在功率之和要小功率之和要小三相总输入功率因数要高于单相交交变频电路三相总输入功率因数要高于单相交交变频电路SPPPSPcba6.3.2 三相交交变频电路三相交交变频电路72ppt课件3)改善输入功率因数和提高输出电压改善输入功率因数和提高输出电压基本思路基本思路各相输出的是相电压，而加在负载上的是线电压。在各相电压中叠加同样的直流分量或3倍于输出频率的谐波分量，它们都不会在线电压中反映出来，因而也加不到负载上。利用这一特性可以使输入功率因数得到改善并提高输出电压。(1)(1)直流偏置直流偏置负载电动机
47、低速运行时，变频器输出电压很低，各组桥式电路的a角都在90附近，因此输入功率因数很低。给各相输出电压叠加上同样的直流分量，控制角a 将减小，但变频器输出线电压并不改变。6.3.2 三相交交变频电路三相交交变频电路73ppt课件梯形波输出控制方式。使三组单相变频器的输出均 为梯形波（也称准梯形波），主要谐波成分是三次谐波。在线电压中三次谐波相互抵消，线电压仍为正弦波。因为桥式电路较长时间工作在高输出电压区域（即梯形波的平顶区），a角较小，因此输入功率因数可提高15%左右。图4-20正弦波输出控制方式中，最大输出正弦波相电压的幅值为Ud0。在同样幅值的情况下，梯形波中的基波幅值可提高15%左右。u
48、AN的基波分量图4-27uOtuABuANuBN图4-27 梯形波控制方式的理想输出电压波形6.3.2 三相交交变频电路三相交交变频电路(2)交流偏置交流偏置74ppt课件交交变频和交直交变频的比较交交变频和交直交变频的比较8.1节中介绍间接变频电路，先把交流变换成直流，再把直流逆变成可变频率的交流，称交直交变频电路。交交变频电路的优点优点：交交变频电路的缺点缺点：接线复杂，采用三相桥式电路的三相交交变频器至少要用36只晶闸管。受电网频率和变流电路脉波数的限制，输出频率较低。输入功率因数较低。输入电流谐波含量大，频谱复杂。效率较高（一次变流）可方便地实现四象限工作低频输出波形接近正弦波6.3.
49、2 三相交交变频电路三相交交变频电路75ppt课件 应用应用主要用于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 三相交交变频电路三相交交变频电路76ppt课件*6.4 矩阵式变频器矩阵式变频器简介：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。拓扑结构：三相输入电压为ua、ub和uc 三相输出电压为uu、uv和uw图4-28 矩阵式变频器77ppt课件9个开关器件组成33矩阵，因此该电路被称为矩阵式变频电路
50、(Matrix Converter MC)或矩阵变换器。图中每个开关都是矩阵中的一个元素，采用双向可控开关，图4-28b给出了应用较多的一种开关单元。图4-28 矩阵式变频器6.4 矩阵式变频器矩阵式变频器78ppt课件优点优点输出电压为正弦波。输出频率不受电网频率的限制。输入电流也可控制为正弦波且和电压同相。功率因数为1，也可控制为需要的功率因数。能量可双向流动，适用于交流电动机的四象限运行。不通过中间直流环节而直接实现变频，效率较高。6.4 矩阵式变频器矩阵式变频器79ppt课件矩阵式变频电路的基本工作原理单相输入单相输入对单相交流电压us进行斩波控制，即进行PWM控制时，输出电压uo为(
