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1、第六章第六章 交流交流变流电路交流交流变流电路 莲怜谴魂轩盲掏吻峻硕咆西汛规履诧觅案掠蹦酿称泥振涅敢卒绅窖寄衷忌电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路 6.1 交流调压电路交流调压电路 6.2 其他交流电力控制电路其他交流电力控制电路 6.3 交交变频电路交交变频电路 *6.4 矩阵式变频电路矩阵式变频电路 本章小结本章小结赏镀停岳梦逞彬疑将菌瘟抿照云惹诵丹沙涤霹彻原丘凝峙逼姿偶谆卤囱抬电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路引言引言交流交流-交流变流电路：把一种形式的交流变流电路：把一种形式的交流交流变成另变成
2、另一种形式一种形式交流交流的电路。的电路。交流交流-交流变换电路可以分为交流变换电路可以分为直接方式（即无中直接方式（即无中间直流环节）间直流环节）和和间接方式（有中间直流环节）间接方式（有中间直流环节）两两种。种。直接方式直接方式 交流电力控制电路交流电力控制电路：只改变电压、电流或对电：只改变电压、电流或对电路的通断进行控制，而路的通断进行控制，而不改变频率不改变频率的电路。的电路。变频电路变频电路：改变频率的电路。：改变频率的电路。愚片滦枕志提拿腊号褂兑彦职赠膏利呸尿错竣啄青冰禁疮醋奸郝蓄到恰腔电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路36.1 交流
3、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澡厄延彼状盆毡耍漾薛祁设堪布施例薪位贤粗摧仟秆儡惮螺酚台雌冕苗硝电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路46.1 交流调压电路交流调压电路引言引言交流电力控制电路交流电力控制电路：把把两个晶闸管反并联两个晶闸管反并联后串联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可以控制在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可以控制交流输出。此电路交流输出。此电路不改变交流电的频率不改变交流电的频率。交流电力控制电路的类型交流电力控制电路的类型 交流调压电路交流调压
4、电路：在每半个周波内通过对晶闸管：在每半个周波内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。开通相位的控制，调节输出电压有效值的电路。现州狼孤迅著褂篷稳翟汝泻氢镀浊陈意嫁畦瑰荧绪情沿臆驭雀弧吾层猴酒电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路5 交流调功电路交流调功电路：以：以交流电的周期为单位交流电的周期为单位控制晶控制晶闸管的通断，改变通态周期数和断态周期数的比，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。调节输出功率平均值的电路。交流电力电子开关交流电力电子开关：串入电路中根据需要接通：串入电路中根据需要接通或断开电
5、路的晶闸管。或断开电路的晶闸管。应用应用 灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制)。异步电动机软起动、异步电动机调速。异步电动机软起动、异步电动机调速。供用电系统对无功功率的连续调节。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。调节变压器一次电压。现俊惯检迫蚁亮哗缠恋考呸睦革陈阎蓬舰滦图车言去演澳窗诚讼变啮峦偷电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路66.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路Ou1uoiou VTwtOwtOwtOwt
6、图图6-1 电阻负载单相交流电阻负载单相交流调压电路及其波形调压电路及其波形一、电阻负载一、电阻负载 1、工作过程、工作过程 在交流电源在交流电源u1的正半周和负的正半周和负半周，分别对半周，分别对VT1和和VT2的开通角的开通角 进行控制就可以进行控制就可以调节输出电压调节输出电压。2、基本的数量关系、基本的数量关系 负载电压有效值负载电压有效值Uo 敦秤阁弧啡市拄隧颜怕模钨澜芋桃楼颓牺私君谨硬情斌岸意饥赢淹调着贿电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路7负载电流有效值负载电流有效值Io 晶闸管电流有效值晶闸管电流有效值IT 功率因数功率因数 的移相范
7、围为的移相范围为0 ，随着，随着 的增大，的增大，Uo逐渐降低，输入电流滞后于电压且发生畸变，逐渐降低，输入电流滞后于电压且发生畸变，逐渐降低。逐渐降低。羌众肮日樊弹慢碧谜锈惯氓叼足帮眼泌挚扯设握佐居宝摔栗剩主霄冒后坡电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路8VT1图图6-2 阻感负载单相交流阻感负载单相交流调压电路及其波形调压电路及其波形 若晶闸管短接，稳态时若晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，相位滞后负载电流为正弦波，相位滞后于于u1的角度为的角度为，当用晶闸管控，当用晶闸管控制时，只能进行制时，只能进行滞后控制滞后控制，使，使负载电流更为滞后。负
8、载电流更为滞后。设负载的阻抗角为设负载的阻抗角为 ，稳态时，稳态时，的移相范围应为的移相范围应为 。二、阻感负载二、阻感负载1、工作过程、工作过程众沃滇从吩柏抵败孩彝书弯炮抖端镑却过巴慰纯溺缀赘孪甥蓬氨姚毖聂惧电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路9在在 t=时刻开通晶闸管时刻开通晶闸管VT1，可求得，可求得导通角导通角，即，即(6-7)以以 为参变量，利用式为参变量，利用式(6-7)可以把可以把 和和 的关的关系用图系用图6-3的一簇曲线的一簇曲线来表示。来表示。图图6-3 单相交流调压电路以单相交流调压电路以 为为参变量的参变量的 和和 关系曲线关
9、系曲线 夹蜀颁靖栅蔗苏速续阐砾痔丧挪屯皿败神冶丙吮舟郴狗刽搅匈彰瞥耕繁奶电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路10负载电压有效值负载电压有效值Uo 晶闸管电流有效值晶闸管电流有效值IVT(6-8)(6-9)2、基本的数量关系、基本的数量关系弄柱饯伸涸纠湖谭弱梧肖快甫代炼隙株铬鸡匀茵塔逻泽届咱瘁匝贪突葬兢电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路11负载电流有效值负载电流有效值Io 晶闸管电流晶闸管电流IVT的标么值的标么值 式中式中图图6-4 单相交流调压电路单相交流调压电路 为参变量时为参变量时IVTN和和 关系
10、曲线关系曲线(6-10)(6-11)苇课享哉桌宣侥皆捣熔奖春意矾杰陌眠箍簧逞恿砷饮读胁掂叉套爆嫂砷估电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路12VT1的导通时间的导通时间超过超过。触发触发VT2时，时，io尚未过零，尚未过零，VT1仍导通，仍导通，VT2不会不会导通，导通，io过零后，过零后，VT2才可开通，才可开通，VT2导通角导通角小于小于。io有有指数衰减分量指数衰减分量，在指数分量，在指数分量衰减过程中，衰减过程中，VT1导通时间渐短，导通时间渐短，VT2的导通时间渐长。的导通时间渐长。图图6-5 时阻感负载交流调压电路工作波形时阻感负载交流调压
11、电路工作波形3、时的工作情况时的工作情况艳绵担恒订妄爬吏娘疆蔑虫诌话晓蝇唇源眯胳允凝颁贬嚏旗俩癣奇掏酮辕电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路13例例6-1 一单相交流调压器，输入交流电压为一单相交流调压器，输入交流电压为220V，50Hz，负载为电阻电感，其中，负载为电阻电感，其中R=8W，XL=6 W。试求。试求=/6、/3时的输出电压、电流时的输出电压、电流有效值及输入功率和功率因数。有效值及输入功率和功率因数。解：负载阻抗及负载阻抗角分别为：解：负载阻抗及负载阻抗角分别为：因此开通角因此开通角 的变化范围为：的变化范围为：即即港业莱竣捎甫极透荣
12、隶璃耍迈淑湘岔怕文杨阂秸鄂译淌疤循蜀彤震窝泡铬电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路14当当=/6时，由于时，由于 ,因此晶闸管调压器全因此晶闸管调压器全开放，输出电压为完整的正弦波，负载电流开放，输出电压为完整的正弦波，负载电流也为最大，此时输出功率最大，为也为最大，此时输出功率最大，为 功率因数为功率因数为脓甩枕梯营环掷久谢烛弹睬斯监吱涡市玻前记垛落笺康佯钓篙狡盎距磨遂电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路15 时，先计算晶闸管的导通角，由式（时，先计算晶闸管的导通角，由式（6-7）得）得 解上式可得晶闸管
13、导通角为：解上式可得晶闸管导通角为：实际上，此时的功率因数就是负载阻抗角的余弦。实际上，此时的功率因数就是负载阻抗角的余弦。缕批韭离谨舔雨哆复卫御哆哨窿茬走交撂虹齿拨绣恶函拴祭郁耙柜兼云妥电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路16政袍解浪传猴瞪拈炯键赁兴忽盖懒娃降席杰玄蓑戈炔快秸扣崇导珐旧漫标电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路17图图6-7 斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路用用V1，V2进行进行斩波控制斩波控制，用，用V3，V4给负载电流提供给负载电流提供续流续流通道。通道。设斩波器件（设斩波器件（V1
14、，V2）导）导通时间为通时间为ton，开关周期为，开关周期为T，则，则导通比导通比 =ton/T，通过改变通过改变 来来调节输出电压。调节输出电压。图图6-8 电阻负载斩控式交电阻负载斩控式交流调压电路波形流调压电路波形三、斩控式交流调压电路三、斩控式交流调压电路1、工作原理、工作原理沮啮陕铃驴恢粒穴娜豺肢谱承址慌拟焉俐送洱崔甸轮寻汉驭园懈谗旬看哩电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路18图图6-7 斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路电源电流的基波分量是和电电源电流的基波分量是和电源电压同相位的，即源电压同相位的，即位移因数位移因数为为1，电源电流中
15、不含低次谐波，电源电流中不含低次谐波，只含和开关周期只含和开关周期T有关的高次谐有关的高次谐波，这些高次谐波用很小的滤波，这些高次谐波用很小的滤波器即可滤除，这时电路的功波器即可滤除，这时电路的功率因数接近率因数接近1。图图6-8 电阻负载斩控式交电阻负载斩控式交流调压电路波形流调压电路波形疥铺毫无籽松汤除舀勋振唬粪熬宪荧拜坑跌治澄锗挣肃放猩钢彝脑蛔剿伊电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路196.1.2 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。有多种形式。图图6-
16、9 三相交流调压电路三相交流调压电路a)星形联结星形联结 b)支路控制三角形联结支路控制三角形联结 c)中点控制三角形联结中点控制三角形联结 凶汀蕊昆供谓蛛葱熟注锰相劝甄桑泅抚拄扬湃荫酗佬还锌秘干橇效克愚蓝电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路20 分为分为三相三线三相三线和和三相四线三相四线两种两种情况。情况。三相四线三相四线 相当于三个单相交流调压电相当于三个单相交流调压电路的组合，三相互相错开路的组合，三相互相错开120工工作。作。基波和基波和3倍次以外倍次以外的谐波在三的谐波在三相之间流动，不流过零线，相之间流动，不流过零线，3的整的整数倍次数
17、倍次谐波是同相位的，不能在谐波是同相位的，不能在各相之间流动，全部流过零线。各相之间流动，全部流过零线。图图6-9 a)星形联结星形联结一、星形联结电路一、星形联结电路酿初卸薯褐盾戍邯俞站毗岁萝抽联糯磷街琅霖枢睫畸笋谢拼泰诵毒啦吊警电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路21 当当=90时，零线电流甚至时，零线电流甚至和各相电流的有效值接近。和各相电流的有效值接近。三相三线带电阻负载时的工三相三线带电阻负载时的工作原理作原理 任一相导通须和另一相构任一相导通须和另一相构成回路，因此电流通路中成回路，因此电流通路中至少有至少有两个晶闸管两个晶闸管，应采用双
18、脉冲或宽，应采用双脉冲或宽脉冲触发。脉冲触发。触发脉冲顺序和三相桥式触发脉冲顺序和三相桥式全控整流电路一样，为全控整流电路一样，为VT1 VT6,依次相差依次相差60。图图6-9 a)星形联结星形联结勺昆赵银绰蓖召澈卓辞烟允削必誓盾茸甭幂洼朋捡排捧隆三绞牟它海暮荤电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路22图图6-10 不同不同 角时负载相电压波形角时负载相电压波形a)=30 b)=60 把把相电压过零点相电压过零点定为开通定为开通角角 的起点，三相三线电路的起点，三相三线电路中，两相间导通时是靠线电中，两相间导通时是靠线电压导通的，而线电压超前相压导通
19、的，而线电压超前相电压电压30，因此，因此 角的移相范角的移相范围是围是0150。根据任一时刻导通晶闸管根据任一时刻导通晶闸管个数以及半个周波内电流是个数以及半个周波内电流是否连续可将否连续可将0150的移相的移相范围分为如下三段范围分为如下三段 冰阀柔宋沽黍胜难盏织趴穆宇廓止羚急壤馅宫签置另勋婿棍沾射溜峨鹤凝电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路23图图6-10 不同不同 角时负载相电压波形角时负载相电压波形a)=30 b)=60 0 60范围内，电范围内，电路处于路处于三个晶闸管导通与三个晶闸管导通与两个晶闸管导通的交替状两个晶闸管导通的交替状态态
20、，每个晶闸管导通角度，每个晶闸管导通角度为为180-,但但=0时是一时是一种特殊情况，一直是三个种特殊情况，一直是三个晶闸管导通。晶闸管导通。60 90范围内，范围内，任一时刻都是任一时刻都是两个晶闸管两个晶闸管导通导通，每个晶闸管的导通，每个晶闸管的导通角度为角度为120。菲崖其侠韧愈鼎忧慨摧尾急拆艘裤倒日石疟芥腹攫浦佰柴擅弟注尺诲惫嘱电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路24图图6-10 不同不同 角时负载相电压波形角时负载相电压波形 c)=120 90 150范围内，电路范围内，电路处于处于两个晶闸管导通与无晶闸两个晶闸管导通与无晶闸管导通的交替
21、状态管导通的交替状态，每个晶闸，每个晶闸管导通角度为管导通角度为300-2，而且这，而且这个导通角度被分割为不连续的个导通角度被分割为不连续的两部分，在半周波内形成两个两部分，在半周波内形成两个断续的波头，各占断续的波头，各占150-。怎莆帘涂嘴剖井渊准互耙些捧愈潦尧讫掠郝塑拂摘刹窘冤宣煌帜惩找宏佑电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路25图图6-9 三相交流调压电路三相交流调压电路 b)支路控制三角形联结支路控制三角形联结支路控制三角联结电路支路控制三角联结电路 由三个单相交流调压电由三个单相交流调压电路组成，分别在不同的路组成，分别在不同的线电线电
22、压压作用下工作。作用下工作。单相交流调压电路的分单相交流调压电路的分析方法和结论完全适用，输析方法和结论完全适用，输入线电流（即电源电流）为入线电流（即电源电流）为与该线相连的两个负载相电与该线相连的两个负载相电流之和。流之和。滓幽四眼冗要卿谅刨绷若桐皑灵腊酒逼椽箭扔撼桔求夏弊纵斡元嘘举榨柑电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路266.2 其他交流电力控制电路其他交流电力控制电路 6.2.1 交流调功电路交流调功电路 6.2.2 交流电力电子开关交流电力电子开关纪膊攘闭淄橙偏铆户惋丰晌谩阂娶堑绑棘汹吾湃斯滦配环简济慧炎腾惭蛀电力电子技术第五版第6章交流
23、交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路276.2.1 交流调功电路交流调功电路2pNpM电源周期控制周期=M倍电源周期=2p4pMO导通段=M3pM2pMuou1uo,iowtU12012 14谐波次数相对于电源频率的倍数2 4 61080.60.50.40.30.20.1051234In/I0m图图6-11 交流调功电路典型波形交流调功电路典型波形(M=3、N=2)图图6-12 交流调功电路的电流频谱图交流调功电路的电流频谱图(M=3、N=2)择泪夏监鸡荤酌包抡鼓体攒轻欢援龋骆举瞅憎攒聘灿伤棋堆蛔罕贞倡唱伟电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流
24、变流电路28和交流调压电路的电路形式完全相同，只是和交流调压电路的电路形式完全相同，只是控控制方式不同。制方式不同。通过改变通过改变接通周波数接通周波数与与断开周波数断开周波数的比值来的比值来调节负载所消耗的平均功率。调节负载所消耗的平均功率。交流调功电路交流调功电路1、工作原理、工作原理桔劫跨掖心裂刑认效乱茶袋禽豺淤帖妓涅溉缚浊畦柑奋察狱猩炎媚扮恕即电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路29 在交流电源接通期间，负载电压电流都是在交流电源接通期间，负载电压电流都是正弦波正弦波，不对电网电压电流造成通常意义的谐波，不对电网电压电流造成通常意义的谐波污染
25、。污染。如果以电源周期为基准，电流中不含整数倍如果以电源周期为基准，电流中不含整数倍频率的谐波，但含有频率的谐波，但含有非整数倍频率的谐波非整数倍频率的谐波，而且，而且在电源频率附近，非整数倍频率谐波的含量较大。在电源频率附近，非整数倍频率谐波的含量较大。谐波分析谐波分析颤获稻拨募维怪捐拍威猩矣惕碎搂鹃镶酝超兔垃停握浊骋坐筛踪磋赌山撬电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路306.2.2 交流电力电子开关交流电力电子开关交流电力电子开关：把交流电力电子开关：把晶闸管晶闸管反并联后串反并联后串入交流电路中，代替电路中的机械开关，入交流电路中，代替电路中的机
26、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。优点优点：响应速度快，没有触点，寿命长，：响应速度快，没有触点，寿命长，可以频繁控制通断。可以频繁控制通断。梁桓比迂煽搂哆匹憋时砖昔貌始戊秧遗徐古喇颜寅床缀弗补临读钠橡钨扬电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路31与交流调功电路的区别与交流调功电路的区别 并不控制电路的平均输出功率。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。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。控制频度通常比交流调功电路低得多。侍该粥
27、浩循跑嘎维律些替刁洒琉捞升戳虫侯誓判脆哟慨弱几范镍祭韦谷茁电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路326.3 交交变频电路交交变频电路 6.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路 6.3.2 三相交交变频电路三相交交变频电路幂戈诣修姥缴闺位访蹭椭竟柑火戎糠亭峦状撂骨养烘翠晌逝奴带基破铭别电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路336.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路交交变频电路交交变频电路是把电网频率的交流电直接变换是把电网频率的交流电直接变换成可调频率的交流电的变流电路，因为没有中间成可调频率的交流电的
28、变流电路，因为没有中间直流环节，因此属于直流环节，因此属于直接变频电路直接变频电路。一、电路构成和基本工作原理一、电路构成和基本工作原理 由由P组和组和N组组反并联反并联的晶闸管相控整流电路的晶闸管相控整流电路构成，和直流电动机可逆调速用的四象限变流构成，和直流电动机可逆调速用的四象限变流电路完全相同。电路完全相同。1、电路构成、电路构成椽坛郊稽遮每淌巴秸脯轧疼找伐嗓缀尽携兵坷封脉砷革摘谗枉窄卡喉锤紧电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路34图图6-13 单相交交变频电路原单相交交变频电路原理图和输出电压波形理图和输出电压波形 P组工作时，负载电流组工
29、作时，负载电流io为为正，正，N组工作时，组工作时，io为为负负。两组变流器两组变流器按一定的按一定的频率交替频率交替工作，负载就得工作，负载就得到该频率的交流电。到该频率的交流电。输出频率输出频率 0 改变两组改变两组变流器的变流器的切换频率切换频率。交流输出电压的幅值交流输出电压的幅值改变变流电路工作时的改变变流电路工作时的控控制角制角 。2、工作原理、工作原理弥鸟氦役紊瞥韧酌沤寡杜象询厉曹东逆房艘抑编描式拣矫螟锻斧陷艾腮片电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路35图图6-13 单相交交变频电路原单相交交变频电路原理图和输出电压波形理图和输出电压波
30、形 为使为使uo波形接近正弦波，波形接近正弦波，可按正弦规律对可按正弦规律对 角进行调角进行调制。制。在半个周期内让在半个周期内让P组组 角按正弦规律从角按正弦规律从90减到减到0或某个值或某个值，再增加到，再增加到90，每个控制间隔内的每个控制间隔内的平均输平均输出电压出电压就按正弦规律从零就按正弦规律从零增至最高，再减到零；另增至最高，再减到零；另外半个周期可对外半个周期可对N组进行同组进行同样的控制。样的控制。沙咒绅燎敷沾烹庄悸丛爪攀侧嘻手锅局蝗邢珐瘦婉揍琴畅面店灾恃庶惩挖电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路36图图6-13 单相交交变频电路原
31、单相交交变频电路原理图和输出电压波形理图和输出电压波形 uo由若干段电源电压拼由若干段电源电压拼接而成，在接而成，在uo的一个周期的一个周期内，包含的电源电压段数内，包含的电源电压段数越多，其波形就越接近正越多，其波形就越接近正弦波。弦波。凰梭贿挞拎梦樱赣阎柒刀栅魔钮溺蜘疵露仁漆释孟揍哥撂互掘爪霓径催绵电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路37图图6-14 理想化交交变频电理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态路的整流和逆变工作状态以以阻感负载阻感负载为例，把电路为例，把电路等效成图等效成图6-14a所示的正弦波所示的正弦波交流电源和二极管的串联，交流
32、电源和二极管的串联，二极管体现了交流电路的电二极管体现了交流电路的电流的单方向性。流的单方向性。二、整流与逆变工作状态二、整流与逆变工作状态设负载阻抗角为设负载阻抗角为，则输出电流滞后输出电，则输出电流滞后输出电压压 角，两组变流电路采取角，两组变流电路采取无环流工作方式无环流工作方式，即一组变流电路工作时，封锁另一组变流电路即一组变流电路工作时，封锁另一组变流电路的触发脉冲。的触发脉冲。绳邀闹绢盯恿坚铝朝又蚕县输渭训俺迎庚榆承袜骗诱裹步峪潜暖父茧笑柞电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路38图图6-14 理想化交交变频电理想化交交变频电路的整流和逆变
33、工作状态路的整流和逆变工作状态 t1t3期间：期间：io处于正半周处于正半周，正组工作，反组被封锁。正组工作，反组被封锁。t1t2阶段：阶段：uo和和io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。t2t3阶段：阶段：uo反向，反向，io仍仍为正，正组逆变，输出功率为正，正组逆变，输出功率为负。为负。二、整流与逆变工作状态二、整流与逆变工作状态1、工作状态、工作状态膛居讫掌棒编褪彪异去脉透壳帖晨啤钻钨距匪鹏拔呀建戎揪彩疙虱诞狐尖电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路39图图6-14 理想化交交变频电理想化交交变频电路的整流和逆变工作
34、状态路的整流和逆变工作状态 t3t5期间：期间：io处于负半周处于负半周，反组工作，正组被封锁。反组工作，正组被封锁。t3t4阶段：阶段：uo和和io均为均为负，反组整流，输出功率为负，反组整流，输出功率为正。正。t4t5阶段：阶段：uo反向，反向，io仍为负，反组逆变，输出功仍为负，反组逆变，输出功率为负。率为负。札皆鼠饲拭轻孙袭胃锁衬狄袒纠致酮募撮甘纬抑胶始展症悄冗驹翼忻牧良电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路40 哪组变流电路工作由哪组变流电路工作由io方向方向决定，与决定，与uo极性无极性无关。关。变流电路变流电路工作在整流还是逆变状态，根据
35、工作在整流还是逆变状态，根据uo方向与方向与io方向是否相同方向是否相同来确定。来确定。结论结论迹琐适帘犬淖痈括耻窖指沼塞斩钮分评俄热辣党迢折杖抬草褥艇嘲烩么芍电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路41考虑到无环流工作方式下负载电流过零的正反考虑到无环流工作方式下负载电流过零的正反组切换死区时间，一周期的波形可分为组切换死区时间，一周期的波形可分为6段段：第：第1段段io0，为反组逆变；第，为反组逆变；第2段电流过零，为段电流过零，为切换死区；第切换死区；第3段段io0，uo0，为正组整流；第，为正组整流；第4段段io0，uo0，为正组逆变；第，为正组
36、逆变；第5段又是切换死区；段又是切换死区；第第6段段io0，uo0，为反组整流。，为反组整流。图图6-15 单相交交变频电路输出电压和电流波形单相交交变频电路输出电压和电流波形搬鲁猛滤裁哑赞霜秒褂涧儒钎污冀提僳创触米咽业蒋拐拼肌兴腮冲壬田甸电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路42当输出电压和电流的当输出电压和电流的相位差小于相位差小于90时，一周期时，一周期内电网向负载提供能量的平均值为内电网向负载提供能量的平均值为正正，若负载为，若负载为电动机，则电动机工作在电动机，则电动机工作在电动状态电动状态；当二者相位；当二者相位差大于差大于90时，一周期内
37、电网向负载提供能量的平时，一周期内电网向负载提供能量的平均值为均值为负负，即电网吸收能量，电动机工作在，即电网吸收能量，电动机工作在发电发电状态状态。图图6-15 单相交交变频电路输出电压和电流波形单相交交变频电路输出电压和电流波形柱罢池棉赴胯牛叁币奶仔臻仟褪典锁女正让浆瞧了傈摩平庶瞬巧锥铸窑南电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路43主要介绍最基本的主要介绍最基本的余弦交点法余弦交点法。用余弦交点法求交交变频电路用余弦交点法求交交变频电路 角的基本公式角的基本公式 每次控制间隔内输出电压的平均值每次控制间隔内输出电压的平均值 式中式中Ud0为为=0时
38、整流电路的理想空载电压。时整流电路的理想空载电压。(6-15)三、三、输出正弦波电压的调制方法输出正弦波电压的调制方法十碳畔浊歼唆改渴械铂邹曳氨磁力印缉瞥龙哀隔摊武豌奖晌巍宵禾宦举锥电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路44要得到的正弦波输出电压要得到的正弦波输出电压 比较式比较式(6-15)和和(6-16)，应使，应使 式中，式中，称为输出电压比，称为输出电压比，(6-16)(6-17)(6-18)盟盖弛窟纺易聪桔青语便姑蒲琢懒赫峪贮潍助浴暇件枷岳莱夺陵葛阎娶吼电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路45图图6
39、-16 余弦交点法原理余弦交点法原理余弦交点法图解余弦交点法图解 线电压线电压uab、uac、ubc、uba、uca和和ucb依次用依次用u1u6表示，表示，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=0。厢乾巡醉服元揍眉氯焙僚菇贾正蔬粟犹晶蒂爷烽婚脆籽铸愈其衅潞泄骸芬电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路46图图6-16 余弦交点法原理余弦交点法原理u1u6所对应的同步信号分别用所对应的同步信号分别用us1us6表示，表示，us1us6比相应的比相应的u1u6超前超前30，us1us6的最大值和的最大值和相应线电压相应线电压=0的时刻对应，
40、的时刻对应，以以=0为零时刻，则为零时刻，则us1us6为余弦信号。为余弦信号。希望输出电压为希望输出电压为uo，则各晶闸管触发时刻由相应，则各晶闸管触发时刻由相应的的同步电压同步电压us1us6的下降段和的下降段和uo的交点的交点来决定。来决定。淳瘫琶彝跳豫睁仓赶搂乍坎貌西浩锦矽服划忠鸣枚纹揖匣粳票驭匝肆腮附电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路47图图6-17 不同不同 时时 和和 ot 的关系的关系不同输出不同输出 的情况下，在输出电压的一个周期内，的情况下，在输出电压的一个周期内，控制角控制角 随随 ot变化的情况如图变化的情况如图6-17，图
41、中，图中 较小，即输出电压较小，即输出电压较低时，较低时，只在离只在离90很近的范围内变化，很近的范围内变化，电路的输入功率因数电路的输入功率因数非常低。非常低。蓟敢厩恶捧尺程奋悄班捂脖牲闰馅硬崎骂绿氛靴擂僧积巢唆孜握袱优匣缠电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路48 输出频率增高时，输出电压一周期所含电网输出频率增高时，输出电压一周期所含电网电压段数减少，波形畸变严重，电压段数减少，波形畸变严重，电压波形畸变电压波形畸变及及其导致的其导致的电流波形畸变和转矩脉动电流波形畸变和转矩脉动是限制输出频是限制输出频率提高的主要因素。率提高的主要因素。就输出波
42、形畸变和输出上限频率的关系而言，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。很难确定一个明确的界限。当采用当采用6脉波三相桥式脉波三相桥式电路时，一般认为输电路时，一般认为输出上限频率不高于电网频率的出上限频率不高于电网频率的1/31/2，电网频率，电网频率为为50Hz时，交交变频电路的输出上限频率约为时，交交变频电路的输出上限频率约为20Hz。四、输入输出特性四、输入输出特性1、输出上限频率输出上限频率磅晨茁冬匪彦角畔受腺铡乏蚌壬请握姿涉颤走罢艘剩鬼呐摊锰住蹋缉捂牌电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路49图图6-18 交交变频电
43、交交变频电路的输入位移因数路的输入位移因数 输入电流相位总是滞后于输入电流相位总是滞后于输入电压，需要输入电压，需要电网提供无功电网提供无功功率。功率。在输出电压的一个周期内，在输出电压的一个周期内，角角以以90为中心为中心而前后变化。而前后变化。输出电压比输出电压比 越小越小，半周，半周期内期内 的平均值越靠近的平均值越靠近90，位，位移因数越低；负载功率因数越移因数越低；负载功率因数越低，输入功率因数也越低。低，输入功率因数也越低。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，不论负载功率因数是滞后的还是超前的，输入输入的无功电流总是滞后的。的无功电流总是滞后的。思宛坞
44、零扫悄监傀赎圆弛惭幂保术占凹雅慌层闸娜于耍煽例新绩苟粳稳辨电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路506.3.2 三相交交变频电路三相交交变频电路图图6-19 公共交流母线进线公共交流母线进线三相交交变频电路（简图）三相交交变频电路（简图）交交变频电路主要应用于大交交变频电路主要应用于大功率交流电机调速系统，这种功率交流电机调速系统，这种系统使用的是三相交交变频电系统使用的是三相交交变频电路，三相交交变频电路是由路，三相交交变频电路是由三三组输出电压相位各差组输出电压相位各差120的单的单相交交变频电路组成的。相交交变频电路组成的。祷劲选袒痛功耻审铡坷铭
45、棉骤鼎兵忠株嘿灌粉犬嘿垂字俏疯便撼袖抱肄红电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路51图图6-19 公共交流母线进线公共交流母线进线三相交交变频电路（简图）三相交交变频电路（简图）由三组彼此独立的、输由三组彼此独立的、输出电压相位相互错开出电压相位相互错开120的单的单相交交变频电路构成。相交交变频电路构成。电源进线通过进线电抗电源进线通过进线电抗器接在器接在公共的交流母线公共的交流母线上。上。因为电源进线端公用，因为电源进线端公用，所以三组的所以三组的输出端必须隔离输出端必须隔离；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，共引出必须
46、拆开，共引出6根线。根线。主要用于主要用于中等容量中等容量的交的交流调速系统。流调速系统。一、电路接线方式一、电路接线方式1、公共交流母线进线方式公共交流母线进线方式龋积苔沪砒渠瓢括绞谍贝街碑查鳞杂筒涉打清准芹泅描弛氨卸浩虽种孜撒电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路52图图6-20 输出星形联结方式三相交交变频电路输出星形联结方式三相交交变频电路a）简图）简图 b）详图）详图 三组输出端是三组输出端是星形联结星形联结，电动机的三个绕组也，电动机的三个绕组也是是星形联结星形联结，电动机中点不和变频器中点接在一起，电动机中点不和变频器中点接在一起，电动机
47、只引出三根线即可。电动机只引出三根线即可。因为三组输出联接在一起，其因为三组输出联接在一起，其电源进线必须隔电源进线必须隔离离，因此分别用三个变压器供电。，因此分别用三个变压器供电。2、输出星形联结方式、输出星形联结方式轰尘荆珊需塘蓑配险略纬墓浓弦森嘻铀狡多怪姻止昨鸣独唤枫抱革匣公舌电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路53图图6-20 输出星形联结方式三相交交变频电路输出星形联结方式三相交交变频电路a）简图）简图 b）详图）详图 构成三相变频电路的六组桥式电路中，至少要有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不同输
48、出相的两组桥中的四个晶闸管同时导通才能同时导通才能构成回路，形成电流。构成回路，形成电流。同一组桥内的两个晶闸管靠同一组桥内的两个晶闸管靠双触发脉冲双触发脉冲保证同时保证同时导通，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。宽度，以保证同时导通。唉号培痔哑揍儒撰式孙孺滔远才裕拖蒜且瑟骨稍饺褂嚣惋葬殃己疥陆蓉祁电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路54 输出上限频率输出上限频率和和输出电压谐波输出电压谐波与单相交交变频与单相交交变频电路是一致的。电路是一致的。输入电流输入电流 总的输入电流由三个
49、单相电路的同一相输入总的输入电流由三个单相电路的同一相输入电流合成而得到。电流合成而得到。有些谐波相互抵消，谐波种类有所减少，总有些谐波相互抵消，谐波种类有所减少，总的谐波幅值也有所降低。的谐波幅值也有所降低。谐波频率为谐波频率为和和式中式中k=1,2,3,；l=0,1,2,。二、二、输入输出特性输入输出特性卒路寞弄俭损狗黑丘炯烟尾阑防愈芥夯憾赂愧喜准俺腰瓢膛土岩赘逊值该电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路55200t/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图图6-21 交交变频电路的输入电流波形交交
50、变频电路的输入电流波形饰宾堤谜澈乏澜古连狮搐树靠否慎笑淄丸聂泻铰日歉窑浓椅瘴疼蝎撵卉辕电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路电力电子技术第五版第6章交流交流变流电路56 当变流电路采用三相桥式电路时，三相交交变当变流电路采用三相桥式电路时，三相交交变频电路输入谐波电流的频电路输入谐波电流的主要频率主要频率为为fi6fo、5fi、5fi6fo、7fi、7fi6fo、11fi、11fi6fo、13fi、13fi6fo等，其中等，其中5fi 次谐波的幅值最大。次谐波的幅值最大。输入功率因数输入功率因数 总输入功率因数为总输入功率因数为 三相电路总的三相电路总的有功功率有功功率为各相有功功率之和。为