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1、第第5章章 交流变换电路交流变换电路 概述概述 5.1 交流调压电路交流调压电路 5.2 交流调功电路交流调功电路 5.3 交流电力电子开关交流电力电子开关 5.4 交交变频电路交交变频电路 1 概述概述交交流流变变换换电电路路：把把交交流流电电能能的的参参数数（幅幅值值、频频率率、相相数数）加加以转换的电路。以转换的电路。第第5章章 交流变换电路交流变换电路引引言言交流电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
2、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25.1 交流调压电路交流调压电路 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
3、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。3单相交流调压器主电路特点：单相交流调压器主电路特点：1）电源正半周：）电源正半周：T1触发导通，电触发导通，电源的正半周施加到负载上；源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）电源电压过零：）电源电压过零：T1、T2交替交替触发导通触发导通，电源电压全部加到负电源电压全部加到负载；载；4）关断）关断T1、T2：电源电压不能电源电压不能加到负载上。加到负载上。5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路图图5.1.1
4、单相交流调压器电路单相交流调压器电路 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 41）电源电压正半周：）电源电压正半周：晶闸管晶闸管T1承受正向承受正向电压，当电压，当t=时，触发时，触发T1使其导通，负使其导通，负载上得到缺载上得到缺角正弦半波电压；角正弦半波电压；2）电电源源电电压压过过零零：T1管管电电流流下下降降为为零零而关断；而关断；3）电电源源电电压压负负半半周周：晶晶闸闸管管T2承承受受正正向向电电压压，当当t=t=+时时，触触发发T2使使其其导导通通，则则负负载载上上又又得得到到
5、了了缺缺角角的的正正弦弦负负半半波波电电压压。持持续续这这样样控控制制，在在负负载载电电阻阻上上便便得得到每半波缺到每半波缺角的正弦电压；角的正弦电压；图图5.1.15.1.1 电阻性负载时电阻性负载时单向交流电压电路及输单向交流电压电路及输出电压波形出电压波形 改变改变角的大小，便改变了输出电压有角的大小，便改变了输出电压有效值的大小。效值的大小。1 1、电阻性负载、电阻性负载工作原理：工作原理：5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路Ou1uoiouVTwtOwtOwtOwt5电阻性负载数量关系：电阻性负载数量关系：（5.1.1）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
6、值负载电流的有效值 （5.1.2）v 调压器的功率因数调压器的功率因数（5.1.3）图图5.1.15.1.1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 总总结结：随随着着角角的的增增大大，U U0 0逐逐渐渐减减小小。当当=时时，U U0 0=0=0。因因此此，单单相相交交流流电电压压器器对对于于电电阻阻性性负负载载，其其电电压可调范围为压可调范围为 0 0U U，控制角控制角的移相范围为的移相范围为0 0。5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路Ou1uoiouVTwtOwtOwtOwt6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
7、以不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，故含直流分量和偶次谐波，故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。随着为奇次谐波。随着谐波次数谐波次数n的增加，谐波含量减少。的增加，谐波含量减少。(5.1.4)(5.1.4)(n=3,5,7,)5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路7感性负载感性负载 （R-LR-L负载）负载）图图5.1.2 5.1
8、.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，负载电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化，感产生感应电动势阻止电流的变化，故电流不能立即为零；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制的大小与控制角角a a 、负载阻抗角负载阻抗角都有关。都有关。5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路0.6Ou1 u1uoiouVTwtOwtOwtwtOuuG1 G1u
9、G2OOwtwtVT18 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T T1 1导通时，负载电流导通时，负载电流I IO O满足：满足：(5.1.7)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：(5.1.8)(5.1.8)（为晶闸管的导通角）为晶闸管的导通角）v T T2 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5.1.3 5.1.3 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a a的关系的关系曲线曲线 5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路9 1 1、，
10、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。负载电压负载电压的有效的有效值值UO、晶晶闸闸管管电电流平均流平均值值IdT、电电流有效流有效值值IT以及以及负载电负载电流有效流有效值值IO分分别为别为：(5.1.9)(5.1.10)(5.1.12)(5.1.11)调压电路的工作情况调压电路的工作情况（、=、）5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路10 2 2、=可得：可得：=180=1800 0 此时，晶闸管轮流导通，相当于晶闸管被短接。此时，晶闸管轮流导通，相当于晶闸管被短接。负载电流处于连续状态，为完全的正
11、弦波。负载电流处于连续状态，为完全的正弦波。由由(5.1.8(5.1.8)5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路111 1）如果采用窄脉冲触发，会出现先触发的一只晶闸管导通，如果采用窄脉冲触发，会出现先触发的一只晶闸管导通，而另一只管子在电流下降为零时，因其门极脉冲已经消失不能而另一只管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。回路中将出现很大的直流电流分量，无法维导通的失控现象。回路中将出现很大的直流电流分量，无法维持电路的正常工作。持电路的正常工作。2 2）采用宽脉冲或脉冲列采用宽脉冲或脉冲列触发，使第二个晶闸管的触发，使第二个晶闸管的导通角导通角 。即即可使可使两
12、两个晶个晶闸闸管的管的导通角导通角=1800达到平衡。达到平衡。解决失控现象。解决失控现象。3 3、18005.1.1 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形12 图图5.1.45.1.4窄脉冲触发时的工作波形窄脉冲触发时的工作波形 总结：总结：总结：总结：v 当当 时，并采用宽脉冲触时，并采用宽脉冲触发，负载电压、电流总是完整的发，负载电压、电流总是完整的正弦波，改变控制角正弦波，改变控制角a a,负载电压、负载电压、电流的有效值不变，即电路失去电流的有效值不变，即电路失去交流调压的作用。交流调压的作用。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
13、的目的，则最小控制角压的目的，则最小控制角 （负载的功率因数角）。所以（负载的功率因数角）。所以 的移相范围为的移相范围为1801800 0 5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路13 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 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）a a 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；
14、单相交流电压器带阻感负载时电流谐波分析：单相交流电压器带阻感负载时电流谐波分析：5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路145.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路 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5.1.5(a)5.1.5(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电相当于三个独立的单相交流调压电路组合而成的；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次谐波在中线次谐波在中线中的电流大，故中线的导线截面要求与中的电流大，故中线的导线截面要求与相线一致；相线一致；v 3 3）晶闸管的门极触发脉冲信
15、号，同相）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，依次依次滞后间隔滞后间隔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；15 图图5.1.5(a)5.1.5(a)三相四线制调压电路三相四线制调压电路 v 6 6）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 a=90=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，
16、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)。5.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路 16 2 2、三相三线制交流调压电路、三相三线制交流调压电路 的特点：的特点：图图5.1.5(b)5.1.5(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
17、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，a a角移角移相范围是相范围是00150150；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；5.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路 17 图图5.1.6(a)a a=30 时负载相电压波形时负载相电压波形 v (
18、1)0a a60 时，三个晶闸时，三个晶闸管导通与两个晶闸管导通交替，管导通与两个晶闸管导通交替，每管导通每管导通180a a。但。但a a=0时时一直是三管导通，一直是三管导通，3 3、三相三线制交流调压电路改变、三相三线制交流调压电路改变 ，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5.1.6(a)所示所示a a=30时时的负载电压波形。的负载电压波形。5.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路 18 图图5.1.6(b)a a=60 时负载相电压波形时负载相电压波形 v (2)60a a90时，两管导通，时，两管导通，每管导通每管导通120；3 3、三相三线制交流调压电路、
19、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a a=60时时 负载电压波形。负载电压波形。5.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路 19 图图5.1.6(c)a a=120 时负载相电压波形时负载相电压波形 v (3)90a a 150时，两管导时，两管导通与无晶闸管导通交替，导通通与无晶闸管导通交替，导通角度为角度为3002a a，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(c)所示为所示为a a=120时时 的负
20、载电压波形。的负载电压波形。5.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路 205.2 交流调功电路交流调功电路 1 1、与调压电路的比较：与调压电路的比较：同同电电路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
21、制对象时间常数很大，以周波数为单位控制；v 晶晶闸闸管管导导通通时时刻刻为为电电源源电电压压过过零零的的时时刻刻，负负载载电电压压电电流流都都是正弦波，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。215.2 交流调功电路交流调功电路 2、电阻负载时的工作情况2pNpM电源周期控制周期=M倍电源周期=2p4pMO导通段=M3pM2pMuou1uo,iowtU12图图5.2.1 5.2.1 交流调功电路典交流调功电路典型波形型波形(M M=3=3、N N=2)=2)图图5.1.15.1.1电阻负载单相交流调压电路电阻负载单相交流调压电路控制周期为M倍电
22、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。22 3 3、谐波分析：、谐波分析：v 图图5.2.2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5.2.2 5.2.2 交流交流调调功功电电路的路的电电流流频频谱图谱图(M M=3=3、N N=2)=2)v 电电流流中中不不含含整整数数倍倍频频率率的的谐谐波波，但但含含有有非非整整数数倍倍频频率率的的谐谐波波，而而且且在在电电源源频频率率附附近近，非非整数
23、倍频率谐波的含量较大。整数倍频率谐波的含量较大。5.2 交流调功电路交流调功电路 012 14谐波次数相对于电源频率的倍数2 4 61080.60.50.40.30.20.1051234In/I0m235.3 交流电力电子开关交流电力电子开关 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
24、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；24 晶闸管投切电容器（晶闸管投切电容器（Thyristor Switched CapacitorTSC）图图5.3.1 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
25、机械开关投切电容器，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、提高功率因数、稳稳定定电电网网电电压压、改善用、改善用电质电质量量v 3 3）是一种很好的无功是一种很好的无功补偿补偿方式方式 特点：特点：5.3 交流电力电子开关交流电力电子开关25 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5.3.1 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并入电网或并入电网或从电网断开，如图从电网断开，如图5.3.15.3.1（a a）。）。v 1 1）实际）实际常用三相常用三相TSCTSC，可三角形可三角形
26、联结联结，也可星形也可星形联结联结。v 3 3）串串联电联电感很小，用来抑制感很小，用来抑制电电容容器投入器投入电电网网时时的冲的冲击电击电流流。v 4 4）为为避避免免电电容容器器组组投投切切造造成成较较大大电电流流冲冲击击，一一般般把把电电容容器器分分成成几几组组，如如图图5.3.1(b)5.3.1(b)所所示示，可可根根据据电电网网对对无无功功的的需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：5.3 交流电力电子开关交流电力电子开关26 2 2、晶闸管投切时间的选择、晶闸管投切时间的选择 v 1 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
27、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 2）理想选择：）理想选择：理想情况下，希望电容器预充电电压理想情况下，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。入过程不但没有冲击电流，电流也没有阶跃变化。图图5.3.3 TSC理想投切时刻原理说明理想投切时刻原理说明 5.3 交流电力电子开关交流电力电子开关27图图5.3.3 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
28、用，在电路不导通时u uC C总会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：5.3 交流电力电子开关交流电力电子开关285.4 交交变频电路交交变频电路 v 交交交交变变频频电电路路是是不不通通过过中中间间直直流流环环节节而而把把电电网网频频率率的的交交流流电电直直接接变变换换成成不不同同频频率率（低低于于交流电源频率）交流电的变流电路。交
29、流电源频率）交流电的变流电路。v 主要用于大功率交流电动机调速系统。主要用于大功率交流电动机调速系统。1 1）定义）定义 2 2）应用）应用295.4.1 单相输出交交变频电路单相输出交交变频电路 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（正组整流器和反组整流器 ）反并联构成；）反并联构成；图图5.4.15.4.1 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5.4.25.4.2 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
30、电路的波形图 v 正组整流器工作，反组整流器被封锁，负正组整流器工作，反组整流器被封锁，负载端输出电压为上正下负；载端输出电压为上正下负；v 负组整流器工作，正组整流器被封锁，负负组整流器工作，正组整流器被封锁，负载端得到输出电压上负下正；载端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以低于电源的频率切换正反组整流器的工作状态作状态,在负载端就可获得交变的输出电压；在负载端就可获得交变的输出电压；（如图（如图5.4.25.4.2）v 晶闸管的开通与关断必须采用无环流控制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；方式，防止两组晶闸管桥同时导通；303
31、 3）电路控制特点：）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a a固定不变时固定不变时，输出电压为含有大量的谐波矩形波输出电压为含有大量的谐波矩形波,(,(如图如图5.4.2)5.4.2)对电机的工作很不利对电机的工作很不利图图5.4.25.4.2 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5.4.35.4.3交交变频电路交交变频电路 的波形图（的波形图（a a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
32、期内让控制角a a按正按正弦规律弦规律从从90逐渐减小到逐渐减小到0，然后逐渐，然后逐渐增加增加到到90。正组整流电流的输出电压的平均值。正组整流电流的输出电压的平均值就按正弦规律变化，从零增大到最大就按正弦规律变化，从零增大到最大,然后然后从最大减小到零。从最大减小到零。反组工作的半个周期内采用上述同样的反组工作的半个周期内采用上述同样的控制方法，控制方法，就可以得到接近正弦波的输出就可以得到接近正弦波的输出电压。如图电压。如图5.4.35.4.1 单相输出交交变频电路单相输出交交变频电路 31 2 2、变频电路的工作过程（电感性负载）、变频电路的工作过程（电感性负载）v 对于电感性负载，输
33、出电压超前电流。对于电感性负载，输出电压超前电流。v 一个周期可以分为六个阶段一个周期可以分为六个阶段 第第一一阶阶段段：输输出出电电压压过过零零，u0为为正正，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。5.4.1 单相输出交交变频电路单相输出交交变频电路 33 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
34、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，正组整流器被封锁；组整流器被封锁；图图5.4.4 5.4.4 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5.4.15.4.1 单相输出单相输出交交变频电路交交变频电路 5.4.1 单相输出交交变频电路单相输出交交变频电路 34 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
35、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5.4.4 5.4.4 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5.4.15.4.1 单相输出单相输出交交变频电路交交变频电路 5.4.1 单相输出交交变频电路单相输出交交变频电路 35 3 3、输输出出正正弦弦波波电电压压的的控控制制方方法法（“余余弦弦波波交交点点法法”）设设U Ud0d0为为a a=0=0时时整流整流电电路的理想空路的理想空载电压载电压，则有：，则有：（5.4.1）希望输出的正弦波电压为希望输出的正弦波电压为 （5.4.2）每次控制时每次控制时a a不
36、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（5.4.15.4.1）与（）与（5.4.25.4.2），则使），则使 （5.4.4）g g 称称为输为输出出电压电压比比：，式（式（5.4.45.4.4）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。5.4.1 单相输出交交变频电路单相输出交交变频电路 36图图5.4.5 5.4.5 余弦交点法余弦交点法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 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
37、u1-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 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的下降的下降段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 a=0为零时刻，则为零时刻，则us1-us6为余弦信号；为余弦信号；5.4.1 单相输出交交变频电路单相输出交交变频电路 37 不同不同g g 时时，在，在u u0 0一一周周期内期内，a a
38、随随变变化的情况化的情况如如图图5.4.65.4.6，图图中中 图图5.4.6 5.4.6 不同不同g g 时时a a 和和w w0 0t t 变化的情况变化的情况 g g 较较小，即小，即输输出出电压较电压较低低时时，a a只在离只在离9090很近的范很近的范围围内内变变化，化，电电路的路的输输入功率因数非常低入功率因数非常低；5.4.1 单相输出交交变频电路单相输出交交变频电路 38 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的单相交交的单相交交变频电路组成。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
39、）输出星形联结方式）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，实际实际使用的主要是三相交交变频器。使用的主要是三相交交变频器。5.4.2 三相输出交交变频电路三相输出交交变频电路 39v 1、公共交流母线进线方式、公共交流母线进线方式图图5.4.75.4.7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12012000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
40、。接在公共的交流母线上。电源进线端公用电源进线端公用,故三相单相故三相单相变频电路的输出端必须隔离，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。主主要要用用于于中中等等容容量量的的交交流流调速系统。调速系统。5.4.2 三相输出交交变频电路三相输出交交变频电路 40v 2、输出星形联结方式、输出星形联结方式图图5.4.85.4.8输出星形联结方式的输出星形联结方式的三相交交变频电路原理图三相交交变频电路原理图 三组的输出端和电动机的三组的输出端和电动机的 三个绕组都是星形联结；三个绕组都是星形联结；电动机中点
41、和变频器中点接在电动机中点和变频器中点接在一起，电动机只引三根线即可；一起，电动机只引三根线即可；三三组组单单相相变变频频器器连连接接在在一一起起，其其电电源源进进线线必必须须隔隔离离，所所以以分分别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；同同一一组组桥桥内内的的两两个个晶晶闸闸管管靠靠双双脉脉冲冲保保证证同同时
42、时导导通通。两两组组桥之间依靠足够的脉冲宽度来保证同时有触发脉冲。桥之间依靠足够的脉冲宽度来保证同时有触发脉冲。5.4.2 三相输出交交变频电路三相输出交交变频电路 415.4.3 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 输出频率升高时，输出电压一个周期内电网输出频率升高时，输出电压一个周期内电网电压的段数就减少，所含的谐波分量就要增加电压的段数就减少，所含的谐波分量就要增加从而使输出电压波形畸变。从而使输出电压波形畸变。一一般般的的，交交流流电电路路采采用用6脉脉波波的的三三相相桥桥式式电电路路时时，最最高高输输出出频频率率不不高高于于电电网网频频率率的的1/31/2。
43、电电网网频频率率为为50HZ，交交交交变变频频电电路路的的输输出上限频率约为出上限频率约为20Hz。42 5.4.4 交交变频器的优缺点交交变频器的优缺点 优点优点v 只只有有一一次次变变流流，且且使使用用电电网网换换相相，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接线复杂，使用的晶闸管数目较多；多；v 受受电电网网频频率率和和交交流流电电路路各各脉脉冲冲数数的限制，输出频率低；的限制，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；基于以上的优缺点：基于以上的优缺点：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 43