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1、第四章第四章 晶闸管交流变换电路晶闸管交流变换电路第一节第一节 交交变频器交交变频器第二节第二节 交流调压电路交流调压电路4.1 交交变频器u本节讲述：晶闸管交交变频电路，也称周波变流器本节讲述：晶闸管交交变频电路，也称周波变流器u交交交交变变频频器器实实际际上上是是由由晶晶闸闸管管全全控控整整流流电电路路组组合合而而成成的的交交流流电电路路，通通过过对对各各全全控控整整流流电电路路输输出出电电压压大大小小和和方方向向的的组组合合控控制制，使使负负载载得得到到一一个个电电压压和和频频率率可控的交流电。可控的交流电。u广泛用于大功率交流电动机调速传动系统，实用的广泛用于大功率交流电动机调速传动系
2、统，实用的主要是三相输出交交变频电路主要是三相输出交交变频电路图4-1 单相交交变频电路原理图和输出电压波形4.1.1单相交交变频电路一.电路构成和工作原理1、电路构成由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。2、工作原理P P组工作时，负载电流组工作时，负载电流i io o为正为正N N组工作时，组工作时，i io o为负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，就可改变两组变流器的切换频率，就可 改变输出频率改变输出频率w wo o改变变流电路的控制角改变变流电路的控制角a a，就可以就可以 改变交流输出电压的幅值
3、。改变交流输出电压的幅值。为使uo波形接近正弦波，可按正弦 规律对a角进行调制在半个周期内让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图4-19 理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态4.1.1单相交交变频电路二.变频器为阻感负载的工作状态1、电路构成以单相交交变频器为例，研究带有阻感负载的工作特点：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4-19
4、a所示的正弦波交流电源和二极管的串联。设负载阻抗角为j，则输出电流滞后输出电压j 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时，封锁另一组变流电路的触发脉冲。2、工作过程及波形分析t1t3期间：io正半周，正组工作，反组被封锁t1 t2：uo和io均为正，正组整流，输出功率为正 t2 t3：uo反向，io仍为正，正组逆变，输出功率为负 t3 t5期间：io负半周，反组工作，正组被封锁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
5、相同 来确定。4.1.1单相交交变频电路图4-20 单相交交变频电路输出电压和电流波形三.实际工作波形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：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；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。三相交交变频电路交交变频电路主要应用于大功率交流电机调速系统，交
6、交变频电路主要应用于大功率交流电机调速系统，通常使用的是三相交交变频电路。通常使用的是三相交交变频电路。三相交交变频电路由三组输出电压相位各差三相交交变频电路由三组输出电压相位各差120120的的 单相交交变频电路组成。单相交交变频电路组成。按照电路接线方式的不同，分为：输出星形联结方式公共交流母线进线方式三相交交变频电路图4-24 公共交流母线进线三相交交变频电路（简图）一一.公共交流母线进线方式公共交流母线进线方式由三组彼此独立的、输出电压相位相互 错开120的单相交交变频电路构成。电路特点：电路特点：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
7、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中三相交交变频电路二.输出星形联结方式a)b)图4-25 输出星形联结方式三相交交变频电路 a）简图 b）详图电路特点：电路特点：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。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。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
8、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。三相交交变频电路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和交直交变频电路比较，交交变频电路的优点和交直交变频电路比较，交交变频电路的优点: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;缺点是缺点是: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。4.2 交流调压电路交流调压电路u交流电力控制电路的结构 两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，控制晶闸管 就可控制交流电力u交流电力
9、控制电路的类型交流调压电路:交流调功电路:交流电力电子开关:每半个周波控制晶闸管开通相位，调节输出电压有效值以交流电周期为单位控制晶闸管通断，改变通断周期数的比，调节输出功率的平均值并不着意调节输出平均功率，而只是根据需要接通或断开电路。4.2.1单相交流调压电路单相交流调压电路一电阻负载一电阻负载图 电阻负载单相交流调压电路及其波形1、工作原理4.2.1单相交流调压电路单相交流调压电路2、数量关系负载电压有效值：晶闸管电流有效值：功率因数：负载电流有效值：输出电压与输出电压与a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。与与a
10、的关系的关系: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4.2.1单相交流调压电路单相交流调压电路二阻感负载二阻感负载负载阻抗角：j=arctan(wL/R)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。a=0时刻仍定为u1过零的时刻，a的移相范围应为j a 工作过程分析工作过程分析在t=a时刻开通VT1，负载电流满足解方程得：利用边界条件：t=a+时 io=0,可求得：VT2导通时，上述关系相同，只是io极性相反，相位差1804.2.1单相交流调压电路单相交流调压电路aj时阻感负载交流调压电路工作波
11、形4.2.2三相交流调压电路三相交流调压电路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 图 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4.2.2三相交流调压电路三相交流调压电路三相四线三相四线三相三线三相三线根据根据星形联结电路星形联结电路不同不同nn 负载abca)uaubuciaUa0VT1VT3VT4VT5VT6VT2三相交流调压电路 三相三线三相三线，电阻负载时的情况n 任一相导通须和另一相构成回路n 电流通路中至少有两个晶闸管，应采 用双脉冲或宽脉冲触发n 触发脉冲顺序和三相桥式全控整流电 路一样，为VT1 VT6,依
12、次相差60n 相电压过零点定为a的起点，a角移 相范围是0 1504.2.2三相交流调压电路三相交流调压电路nn 负载abcb)uaubuciaUa0VT1VT3VT4VT5VT6VT2三相交流调压电路 三相四线三相四线三相四线n n基本原理：相当于三个单相交流调压基本原理：相当于三个单相交流调压电路的组合，三相互相错开电路的组合，三相互相错开120120工作。工作。基波和基波和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n n问题：三相中问题：三相中3 3倍次谐波同相位，全倍次谐波同相位，全部流过零线。零线有很大部流过零线。零线有很大3 3倍次谐波倍次谐波电流。电流。a=a=9090时，零线电流甚至和各时，零线电流甚至和各相电流的有效值接近。相电流的有效值接近。