(待分)交流調(diào)壓原理—可控硅

1、交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路采用兩單向晶閘管反并聯(lián)（圖（）或雙向晶閘（圖（），實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電正、負(fù)半周的對(duì)稱(chēng)控制，達(dá)到方便地調(diào)節(jié)輸出交流電壓大小的目的，或?qū)崿F(xiàn) 交流電路的通、斷控制。因此交流調(diào)壓電路可用于異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓調(diào)速、恒流軟 起動(dòng)，交流負(fù)載的功率調(diào)節(jié)，燈光調(diào)節(jié)，供電系統(tǒng)無(wú)功調(diào)節(jié)，用作交流無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)、 固態(tài)繼電器等，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。圖交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路一般有三種控制方式，其原理如圖所示(hlIO諒 nnrinru圖交流調(diào)壓電路控制方式（）通斷控制通斷控制是在交流電壓過(guò)零時(shí)刻導(dǎo)通或關(guān)斷晶閘管，使負(fù)載電路與交流電源接 通幾個(gè)周波，然后再斷開(kāi)幾個(gè)周波，通過(guò)改變導(dǎo)通周波數(shù)與關(guān)斷周波數(shù)的比值，實(shí)

2、 現(xiàn)調(diào)節(jié)交流電壓大小的目的。通斷控制時(shí)輸出電壓波形基本正弦，無(wú)低次諧波，但由于輸出電壓時(shí)有時(shí)無(wú)， 電壓調(diào)節(jié)不連續(xù)，會(huì)分解出分?jǐn)?shù)次諧波。如用于異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速，會(huì)因電機(jī)經(jīng)常 處于重合閘過(guò)程而出現(xiàn)大電流沖擊，因此很少采用。一般用于電爐調(diào)溫等交流功率 調(diào)節(jié)的場(chǎng)合。（）相位控制與可控整流的移相觸發(fā)控制相似，在交流的正半周時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通正向晶閘管、負(fù) 半周時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通反向晶閘管，且保持兩晶閘的移相角相同，以保證向負(fù)載輸出正、 負(fù)半周對(duì)稱(chēng)的交流電壓波形。相位控制方法簡(jiǎn)單，能連續(xù)調(diào)節(jié)輸出電壓大小。但輸出電壓波形非正弦，含有 豐富的低次諧波，在異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速應(yīng)用中會(huì)引起附加諧波損耗，產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩 等。()斬波控制

3、斬波控制利用脈寬調(diào)制技術(shù)將交流電壓波形分割成脈沖列，改變脈沖的占空比 即可調(diào)節(jié)輸出電壓大小。斬波控制輸出電壓大小可連續(xù)調(diào)節(jié)，諧波含量小，基本上克服了相位及通斷控 制的缺點(diǎn)。由于實(shí)現(xiàn)斬波控制的調(diào)壓電路半周內(nèi)需要實(shí)現(xiàn)較高頻率的通、斷，不能 采用晶閘管，須采用高頻自關(guān)斷器件，如、等。實(shí)際應(yīng)用中，采取相位控制的晶閘管型交流調(diào)壓電路應(yīng)用最廣，本章將分別討 論單相及三相交流調(diào)壓電路。圖鼻3單相交毓調(diào)壓電阻負(fù)載時(shí)波形單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路原理圖如圖所示，其工作情況與負(fù)載性質(zhì)密切相關(guān)。電阻性負(fù)載純電阻負(fù)載時(shí)交流調(diào)壓電路輸出電壓輸出電流波形如圖所示。電路工作過(guò)程是：在電源電壓1正半周、移相控制角 二時(shí)

4、刻，觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管，使正半周的 交流電壓施加到負(fù)載電阻上，電流、電壓波形相同。當(dāng)電壓過(guò)零時(shí)，因電流為零而 關(guān)斷。在控制角為二時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通，1負(fù)半周交流電壓施加在負(fù)載上，當(dāng)電壓再 次過(guò)零時(shí)，因電流為零而關(guān)斷，完成一個(gè)周波的對(duì)稱(chēng)輸出。當(dāng)時(shí)，輸出電壓：最大。當(dāng)二二：時(shí)r "。改變控制角二大小可獲得大小可調(diào)的交流電壓輸出，其波形為“缺塊”正弦波。正因?yàn)殡妷翰ㄐ斡腥睋p，才改變了輸出電壓有效值，達(dá)到了調(diào)壓的目的，但也因波形非正弦?guī)?lái)了諧波問(wèn)題。交流輸出電壓：有效值與控制角二的關(guān)系為式中-:為輸入交流電壓rl的有效值。負(fù)載電流丄有效值為'-，則交流調(diào)壓電路輸入功率因數(shù)為P Ui U 門(mén).口

5、三cos<p =二一-sin 2 住+（）對(duì)圖所示電阻負(fù)載下輸出電壓 ：進(jìn)行諧波分析。由于正、負(fù)半波對(duì)稱(chēng)，頻譜中將不含直流及偶次諧波，其富里葉級(jí)數(shù)表示為嗎（皿）二 川0汕戲十心Hn曲）（）式中坯二卑匕血2g- 2（打一心）cos(w+l)d -1 gos( - l)a -1幷一 1別 11(丹 + 1) 一 sin(w-l)a >(« = 3,5T7, )w+1“T040* 80°120'180fl圖6-4電阻負(fù)載下單相交疣調(diào)壓輸出電壓諧諛比例基波和各次諧波電壓有效值為("1,357 )()根據(jù)式（），可以繪出基波和各次諧波電壓標(biāo)么值隨控制角二

6、的變化曲線，其電壓基值取為“?？梢钥闯?，隨二增大，波形畸變嚴(yán)重，諧波含量增大。由于電阻 負(fù)載下電流、電壓同相位，圖關(guān)系也適合于電流諧波分析。綜上所述，單相交流調(diào)壓電路帶電阻性負(fù)載時(shí)，控制角二移相范圍為 -，晶閘管導(dǎo)通角卩匚二，輸出電壓有效值調(diào)節(jié)范圍為（。叫），可以采用單窄脈沖實(shí)現(xiàn)有效控制.電感一電阻性負(fù)載單相交流調(diào)壓電路帶電感一電阻性負(fù)載及各處波形如圖所示由于電感的儲(chǔ)能作用，負(fù)載電流L會(huì)在電源電壓1過(guò)零后再延遲一段時(shí)間后才能降為零，延遲的時(shí)間與負(fù)載的功率因數(shù)角有關(guān)。晶閘管的關(guān)斷是在電流過(guò)零時(shí)刻，因此，晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間：不僅與觸發(fā)控制角 二有關(guān)，還與負(fù)載功率 因數(shù)角二有關(guān)，必須根據(jù) 二與二的關(guān)系

7、分別討論為分析方便，將導(dǎo)通時(shí)刻取作時(shí)間坐標(biāo)-的原點(diǎn)，這樣電源電壓可以表達(dá)十-一:二 m（）在導(dǎo)通的角范圍內(nèi)，可寫(xiě)出電路方程()Z + 5 =龐Z7 sin( + dt在初始條件 '下，方程解為-t/()圖&了電感一電阻負(fù)載時(shí)#單相交流調(diào)壓電路（說(shuō)）及電壓r電流波瞪（也）*4式中，二是負(fù)載電流的穩(wěn)態(tài)分量，它滯后于電壓一個(gè)功率因數(shù)角 二。一為以時(shí) 間常數(shù)匸衰減的自由分量，其初始值與二 門(mén)有關(guān)。波形如圖中所 示O由于二時(shí)；，代入這個(gè)邊界條件可得f TI丿 （）這是一個(gè)關(guān)于"的超越方程，表達(dá)了導(dǎo)通角_ ；'的關(guān)系。由于；一丁時(shí) 意味負(fù)載電流連續(xù)，卩.匚時(shí)意味斷續(xù)，因此

8、也表達(dá)了電流連續(xù)與否的運(yùn)行狀態(tài)。 根據(jù)匚大小關(guān)系，：;角或電路運(yùn)行狀態(tài)不同。）當(dāng)二二-'時(shí)，利用丁作參變量，可得不同負(fù)載特性下。：二二曲線族。如 圖所示。對(duì)于任一阻抗角 二的負(fù)載，當(dāng)二二;！時(shí)兒"-o當(dāng)I以至二逐步減小 時(shí)（不包括二 二這個(gè)點(diǎn)），：；逐步從零增大到接近 廠，負(fù)載上電壓有效值 也從 零增大到接近-，負(fù)載電流L斷續(xù)，輸出電壓l為缺塊正弦波，電路有調(diào)壓功能， 如圖（）所示。I）當(dāng)二 二時(shí)，.電流中只有穩(wěn)態(tài)分量-,電流正弦、連續(xù)二。電路一工 作便進(jìn)入穩(wěn)態(tài)一 ；，輸出電壓波形正弦，調(diào)壓電路不起調(diào)壓作用，處于“失控” 狀態(tài)。此時(shí)關(guān)系如圖中 0=i8（r 的孤立點(diǎn)所示，波形

9、如圖（）所示。）當(dāng)- 丁且采用窄脈沖觸發(fā)時(shí)，由式（）可解出：'二，即每個(gè)晶閘管導(dǎo) 通時(shí)間將超過(guò)半周期。由于反并聯(lián)的兩晶閘管觸發(fā)脈沖八1 "'相位嚴(yán)格互差，故在到來(lái)時(shí)仍在導(dǎo)通，其管壓降構(gòu)成對(duì)的反向陽(yáng)極電壓，不能導(dǎo)通。而當(dāng)關(guān)斷后雖 使反偏電壓消失，但1“的窄脈沖也已消失，仍不能導(dǎo)通，造成各個(gè)周期內(nèi)只有同一 個(gè)晶閘管導(dǎo)通的“單管整流”狀態(tài)，輸出電流為單向脈沖波，含有很大直流分量， 如圖（）所示。這會(huì)對(duì)電機(jī)、電源變壓器之類(lèi)小電阻、大電感性能負(fù)載帶來(lái)嚴(yán)重危 害，此時(shí)應(yīng)考慮改用寬脈沖觸發(fā)方式。 fJ H技沖fI山Eiu川iniii加1川山in；k -1L/圖：二時(shí)亍_ *仁川關(guān)系

10、圖不同二時(shí)，波形）當(dāng)Lt且采用寬脈沖觸發(fā)時(shí)，特別是采用后沿固定、前沿可調(diào)、最大寬 度可達(dá)的脈沖列觸發(fā)時(shí)，可以保證反并聯(lián)的兩晶閘管均可靠導(dǎo)通，電流波形連續(xù)， 如圖（）所示。與二 二時(shí)不同的是無(wú)論觸發(fā)角 二多大，晶閘管均在丁 處導(dǎo)通。由于電流連續(xù)，5 -'無(wú)電壓調(diào)節(jié)功能，也處于“失控”狀態(tài)。綜上所述，交流調(diào)壓器帶電感一電阻負(fù)載時(shí)，為使電路工作正常，需保證：）'匚。）采用寬度大于的寬脈沖或后沿固定、前沿可調(diào)、最大寬度可達(dá)的脈沖列觸發(fā)。 三相交流調(diào)壓電路工業(yè)中交流電源多為三相系統(tǒng)，交流電機(jī)也多為三相電機(jī)，應(yīng)采用三相交流調(diào) 壓器實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。三相交流調(diào)壓電路與三相負(fù)載之間有多種聯(lián)接方式，其中

11、以三相接 調(diào)壓方式最為普遍。6-9 y揺三相交流調(diào)壓電路型三相交流調(diào)壓電路圖為型三相交流調(diào)壓電路，這是一種最典型、最常用的三相交流調(diào)壓電路，它 的正常工作須滿足：）三相中至少有兩相導(dǎo)通才能構(gòu)成通路，且其中一相為正向晶閘管導(dǎo)通，另一 相為反向晶閘管導(dǎo)通。）為保證任何情況下的兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，應(yīng)采用寬度大于的寬脈沖（列） 或雙窄脈沖來(lái)觸發(fā)。）從到相鄰觸發(fā)脈沖相位應(yīng)互差。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，僅分析該三相調(diào)壓電路接電阻性負(fù)載（負(fù)載功率因數(shù)角H）時(shí)，不同觸發(fā)控制角-下負(fù)載上的相電壓、電流波形，如圖所示。圖 接三相交流調(diào)壓電路輸出電壓、電流波形（電阻負(fù)載）時(shí)的波形如圖（）所示。當(dāng)：二時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通，以后每隔依次觸發(fā)

12、導(dǎo)丄甬、。區(qū)間內(nèi)，為正，u為負(fù)，、同時(shí)導(dǎo)通。在一一區(qū)間內(nèi)，、同時(shí)導(dǎo)通，。由于任何時(shí)刻均有三只晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，且晶閘管全開(kāi)放，負(fù)載上獲得全電壓。各相電壓、電流波形正弦、三相平衡。）m 時(shí)波形如圖（）所示。此時(shí)情況復(fù)雜，須分子區(qū)間分析。 二二."時(shí)，一變正，關(guān)斷，但-未到位，無(wú)法導(dǎo)通，相負(fù)載電壓。 -. ': <-0時(shí)，觸發(fā)導(dǎo)通。相、相均仍承受正向陽(yáng)極電壓保持導(dǎo)通。由于、同時(shí)導(dǎo)通，三相均有電流，此子區(qū)間內(nèi)相負(fù)載電壓（電源相電壓）。 二 J .： 一汕 時(shí)，1過(guò)零，關(guān)斷。無(wú)觸發(fā)脈沖不導(dǎo)通，三相中僅、導(dǎo)通。此時(shí)線電壓上施加在、上，故此子區(qū)間內(nèi)相負(fù)載電壓 丄 1。 二川 _： L

13、二:時(shí)，觸發(fā)導(dǎo)通，此時(shí)、同時(shí)導(dǎo)通，此子區(qū)間內(nèi)相 負(fù)載電壓 丄二1。 = '?:":二二1"時(shí)，q過(guò)零，關(guān)斷。僅、導(dǎo)通，此子區(qū)間內(nèi)相電 二二：T :二二:"時(shí)，觸發(fā)導(dǎo)通，此時(shí)、同時(shí)導(dǎo)通，此子區(qū)間內(nèi) 相電壓 2 二 1。負(fù)半周可按相同方式分子區(qū)間作出分析，從而可得如圖（）中陰影區(qū)所示一個(gè) 周波的相負(fù)載電壓 上1波形。相電流波形與電壓波形成比例。）用同樣分析法可得&二60"、卽"、12時(shí)相電壓波形，如圖（）、（）、（）所 示。a15（T時(shí)，因"曲，雖、有觸發(fā)脈沖但仍無(wú)法導(dǎo)通，交流調(diào)壓器不工作， 故控制角移相范圍為（）。當(dāng)三相

14、調(diào)壓電路接電感負(fù)載時(shí)，波形分析很復(fù)雜。由于輸出電壓與電流間存在 相位差，電壓過(guò)零瞬間電流不為零，晶閘管仍導(dǎo)通，其導(dǎo)通角不僅與控制角二有關(guān)，還和負(fù)載功率因數(shù)角 二有關(guān)。如果負(fù)載是異步電動(dòng)機(jī)，其功率因數(shù)角還隨運(yùn)行 工況而變化。El6-11116-2（2）SI.斷方式下電阻負(fù)爺電疣頻借其他交流電力控制電路當(dāng)交流調(diào)壓電路采用通斷控制時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)交流調(diào)功和交流無(wú)觸類(lèi)開(kāi)關(guān)的功 能。交流調(diào)功電路采用交流調(diào)壓電路，在交流電壓過(guò)零時(shí)刻將負(fù)載與電源接通幾個(gè)周波再斷開(kāi)幾 個(gè)周波，實(shí)現(xiàn)交流電壓的整周波通斷控制。通過(guò)改變接通周波數(shù)與斷開(kāi)周波數(shù)的比 例，實(shí)現(xiàn)負(fù)載平均功率的調(diào)節(jié)，稱(chēng)為交流調(diào)功電路，其控制思想如圖（）所示。

15、由于晶閘管導(dǎo)通都在電源電壓過(guò)零時(shí)刻， 這樣負(fù)載電壓、電流均為完整正弦波， 不會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生高、低次諧波的污染。但是可以以導(dǎo)通與關(guān)斷總時(shí)間為周期分解出 分?jǐn)?shù)次諧波來(lái)，因而從嚴(yán)格意義上講還是有一定的諧波干擾，如圖為圖（）通、斷周波數(shù)下（通二個(gè)周波、斷一個(gè)周波）電阻性負(fù)載中電流頻譜，圖中-為:次諧波有效值，二為導(dǎo)通時(shí)負(fù)載電流幅值?？梢钥闯?，電流中不含整數(shù)倍電源頻率的諧波， 但含有非整數(shù)倍頻率諧波，且在電源頻率附近非整數(shù)倍頻率諧波含量較大。如前所敘，這種調(diào)功電路主要用于電爐的溫度控制。交流無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)如果將反并聯(lián)的兩單向晶閘管或單只雙向晶閘管串入交流電路，代替機(jī)械開(kāi)關(guān) 起接通和關(guān)斷電路的作用，就構(gòu)成了交流

16、無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。這種電力電子開(kāi)關(guān)無(wú)觸點(diǎn)， 無(wú)開(kāi)關(guān)過(guò)程的電弧，響應(yīng)快，其工作頻率比機(jī)械開(kāi)關(guān)高，有很多優(yōu)點(diǎn)。但由于導(dǎo)通 時(shí)有管壓降，關(guān)斷時(shí)有陽(yáng)極漏電流，因而還不是一種理想的開(kāi)關(guān)，但已顯示出其廣 泛的應(yīng)用前景。交流無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)主電路與交流調(diào)壓電路相同，但其開(kāi)通與關(guān)斷是隨機(jī)的，可以 分為任意接通模式和過(guò)零接通模式。前者可在任何時(shí)刻使晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，后者只 能在交流電源電壓過(guò)零時(shí)才能觸發(fā)晶閘管，因而有一定開(kāi)通時(shí)延，如交流電網(wǎng)中， 最大開(kāi)通時(shí)延約。關(guān)斷時(shí)，由于晶閘管的掣住特性，不能在觸發(fā)脈沖封鎖時(shí)立即關(guān) 斷。感性負(fù)載又要等到電流過(guò)零時(shí)才能關(guān)斷，均有一定關(guān)斷時(shí)延。圖（）是一種簡(jiǎn)單交流無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。當(dāng)控制開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，

17、電源1正、負(fù)半周分別通過(guò)二極管、和接通晶閘管、的門(mén)極，使相應(yīng)晶閘管交替導(dǎo)通。如果斷開(kāi)，晶閘 管因門(mén)極開(kāi)路而不能導(dǎo)通，相當(dāng)交流電路關(guān)斷。圖晶閘管交流電力開(kāi)關(guān)采用雙向晶閘管作交流無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)電路如圖（）所示。在控制開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電源正半周雙向晶閘管以I方式觸發(fā)導(dǎo)通，電源負(fù)半周時(shí)以川一方式觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù) 載上因此而獲得交流電能。如果斷開(kāi)，因門(mén)極開(kāi)路而不能導(dǎo)通，負(fù)載上電壓為零， 相當(dāng)交流開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。交一交變頻電路交一交變頻電路是一種可直接將某固定頻率交流交換成可調(diào)頻率交流的頻率變 換電路，無(wú)需中間直流環(huán)節(jié)。與交一直一交間接變頻相比，提高了系統(tǒng)變換效率。 又由于整個(gè)變頻電路直接與電網(wǎng)相連接，各晶閘管元件上承受的

18、是交流電壓，故可 采用電網(wǎng)電壓自然換流，無(wú)需強(qiáng)迫換流裝置，簡(jiǎn)化了變頻器主電路結(jié)構(gòu)，提高了換 流能力。交一交變頻電路廣泛應(yīng)用于大功率低轉(zhuǎn)速的交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速轉(zhuǎn)動(dòng)，交流勵(lì)磁變 速恒頻發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電源等。實(shí)際使用的交一交變頻器多為三相輸入一三相輸出電 路，但其基礎(chǔ)是三相輸入一單相輸出電路，因此本節(jié)首先介紹單相輸出電路的工作 原理、觸發(fā)控制、四象限運(yùn)行特性，輸入、輸出特性等。然后介紹三相輸出電路結(jié) 構(gòu)、輸入、輸出特性及其改善措施。最后對(duì)于一種新型的綠色變頻電路一一矩陣式 交一交變換器作出介紹，使讀者了解交一交變頻技術(shù)的最新發(fā)展動(dòng)向。三相輸入一單相輸出交一交變頻電路基本工作原理三相輸入一單相輸出交一交變頻

19、器原理如圖所示，它是由兩組反并聯(lián)的三相晶 閘管可控整流橋和單相負(fù)載組成。其中圖（）接入了足夠大的輸入濾波電感，輸入 電流近似矩形波，稱(chēng)電流型電路。圖（）則為電壓型電路，其輸出電壓可為矩形波、 亦可通過(guò)控制成為正弦波。圖（）為圖（）電路輸出的矩形波電壓，用以說(shuō)明交一 交變頻電路的工作原理。當(dāng)正組變流器工作在整流狀態(tài)時(shí)、反組封鎖，以實(shí)現(xiàn)無(wú)環(huán) 流控制，負(fù)載上電壓：為上（）、下（）。反之當(dāng)反組變流器處于整流狀態(tài)而正組封 鎖時(shí)，負(fù)載電壓：為上（）、下（），負(fù)載電壓交變。若以一定頻率控制正、反兩組 變流器交替工作（切換），則向負(fù)載輸出交流電壓的頻率.就等于兩組變流器的切 換頻率，而輸出電壓：大小則決定于晶

20、閘管的觸發(fā)角 二。圖三相輸入一單相輸出交一交變頻器原理圖交一交變頻電路根據(jù)輸出電壓波形不同可分為方波型和正弦波型。方波型控制 簡(jiǎn)單，正、反兩橋工作時(shí)維持晶閘管觸發(fā)角 二恒定不變，但其輸出波形不好，低次 諧波大，用于電動(dòng)機(jī)調(diào)速傳動(dòng)時(shí)會(huì)增大電機(jī)損耗，降低運(yùn)行效率，特別增大轉(zhuǎn)矩脈 動(dòng)，很少采用。因此以下僅討論正弦型交一交變頻電路。工作狀態(tài)三相一單相正弦型交一交變頻電路如圖所示，它由兩個(gè)三相橋式可控整流電路構(gòu)成。如果輸出電壓的半周期內(nèi)使導(dǎo)通組變流器晶閘管的觸發(fā)角變化，如從逐漸減小到二二，然后再逐漸增大到 二，則相應(yīng)變流器輸出電壓的平均值就可以按正 弦規(guī)律從零變到最大、再減小至零，形成平均意義上的正弦波

21、電壓波形輸出，如圖 中所示?？梢钥闯?，輸出電壓的瞬時(shí)值波形不是平滑的正弦波，而是由片段電源電 壓波形拼接而成。在一個(gè)輸出周期中所包含的電源電壓片段數(shù)越多，波形就越接近 正弦，通常要采用六脈波的三相橋式電路或十二脈波變流電路來(lái)構(gòu)成交一交變頻器。trnI 545交一童變頻電路工作狀態(tài)在無(wú)環(huán)流工作方式時(shí)，變頻電路正、反兩組變流器輪流向負(fù)載供電。為了分析 兩組變流器的工作狀態(tài)，忽略輸出電壓、電流中的高次諧波，因此可將圖電路等效 成圖（）所示理想形式，其中交流電源表示變流器輸出的基波正弦電壓，二極管體 現(xiàn)電流的單向流動(dòng)特征，負(fù)載為感性，負(fù)載阻抗（功率因數(shù)）角為 二。圖（）給出了一個(gè)周期內(nèi)負(fù)載電壓'

22、;-、負(fù)載電流L波形，正、反兩組變流器的電壓T 7和電流以及正、反兩組變流器的工作狀態(tài)。如圖所示，在負(fù)載電 流的正半周-' -區(qū)間，正組變流器導(dǎo)通，反組變流器被封鎖。在（一' 二）區(qū)間,正組變流器導(dǎo)通后輸出電壓、電流均為正，故正組變流器向外輸出功率，工作于整流狀態(tài)。在（：廠丄）區(qū)間，負(fù)載電流方向不變，仍是正組變流器導(dǎo)通，輸出電壓卻 反了向，因此負(fù)載向正組變流器反饋功率， 正組變流器工作于逆變狀態(tài)。 在（£）區(qū)間，負(fù)載電流反向，反組變流器導(dǎo)通、正組變流器被封鎖，負(fù)載電壓、電流均為 負(fù)，故反組變流器處于整流狀態(tài)。 在（'匸）區(qū)間，電流方向不變，仍為反組導(dǎo)通， 但輸

23、出電壓反向，反組變流器工作在逆變狀態(tài)。從以上分析可知，交一交變頻電路中，正、反組變流器的導(dǎo)通由電流方向來(lái)決定，與電壓極性無(wú)關(guān)。每組變流器的工作狀態(tài) （整流或逆變），則是由輸出電壓與電流是 否同極性來(lái)決定。.輸出電壓波形正弦型交一交變頻電路實(shí)際輸出電壓波形如圖所示，圖（）（）分別表示了正、反組變流器不同工作狀態(tài)。圖（）表示正組變流器工作，點(diǎn)處其晶閘管觸發(fā)角f 11，平均電壓二最大。隨著,的增大，-I值減小，當(dāng)'時(shí)，心。半周內(nèi)平均輸出電壓如圖中虛 線所示，為一正弦波。由于整流電壓波形上部包圍的面積比下部面積大，總的功率 為正，從電源供向負(fù)載，此時(shí)正組變流器工作在整流狀態(tài)。圖（）仍為正組變流

24、器工作，但觸發(fā)角在'_ ' "間變化，變流器輸出時(shí)，反組變流器處于整圖（）、（）為反組變流器工作。當(dāng)其觸發(fā)角】時(shí)，反組變流器處于逆變狀態(tài)，負(fù)平均電壓為負(fù)值。由于整流電壓波形下部包圍的面積比上部大，總的功率為負(fù)，從 負(fù)載流向電源，此時(shí)正組變流器工作在逆變狀態(tài)。流狀態(tài)，總的功率由電源輸向負(fù)載。當(dāng) 載將向電源反饋功率。如果改變r(jià)的變化范圍（調(diào)制深度），使它們?cè)?#39;''】范圍內(nèi)調(diào)節(jié), 輸出平均電壓正弦波幅值也會(huì)改變，從而達(dá)到調(diào)壓目的。由此得出結(jié)論：正弦波交一交變頻電路是由兩組反并聯(lián)的可控整流器組成，運(yùn) 行中正、反兩組變流器的 二角要不斷加以調(diào)制，使輸出電

25、壓為正弦波。同時(shí)，正、 反組變流器也需按要求頻率不停地進(jìn)行切換，以輸出頻率可變交流。.輸入、輸出特性（）輸出頻率上限交一交變頻電路輸出電壓是由多段電源電壓片段“拼湊”而成。一個(gè)輸出周期 內(nèi)拼接的電源電壓段數(shù)越多，輸出電壓波形越接近正弦。當(dāng)輸出頻率增高時(shí)，輸出電壓一周內(nèi)所包含的電源電壓段數(shù)減少，波形將嚴(yán)重偏離正弦，致使輸出電力諧波 增加，因而限制了最高輸出頻率。由于每段電源電壓的平均持續(xù)時(shí)間決定于變流電 路的脈波數(shù)，增加構(gòu)成交一交變頻電路的兩組變流器脈波數(shù)可改善輸出波形，提高輸出頻率上限。常用脈波三相橋式變頻電路的上限頻率不能高于電網(wǎng)頻率的()輸入功率因數(shù)由于交一交變頻電路采用移相觸發(fā)控制，晶閘

26、管換流時(shí)需要從電網(wǎng)吸收感性無(wú) 功，致使不論負(fù)載功率因數(shù)是領(lǐng)先還是滯后，輸入功率因數(shù)總是滯后。圖不同下，二關(guān)系圖輸入、輸出功率因數(shù)間關(guān)系在正弦波交一交變頻電路余弦交點(diǎn)法移相觸發(fā)控制中，期望輸出的理想正弦電壓為亠-工-門(mén)：，每次觸發(fā)時(shí)該觸發(fā)角 下輸出電壓為，J-為-'一時(shí)整流電壓。當(dāng)一時(shí)可以確定出-sin必雀=jsm m雀< So丿()其中-為輸出電壓比，它是一個(gè)影響輸入功率因數(shù)的重要因素圖給出了不同下，交一交變頻電路輸出電壓在"V " 的一個(gè)周期內(nèi)移相觸發(fā)角匚的變化規(guī)律，它反映了輸入功率因數(shù)的變化。'越小，輸出電壓越低，半周期內(nèi)匚平均值越接近，位移因數(shù)或

27、功率因數(shù)就越低。圖則給出輸入功率因數(shù)與負(fù)載功率因數(shù)間關(guān)系?？梢钥闯觯词关?fù)載功率因數(shù) 為且滿電壓輸出I ll,輸入功率因數(shù)也低于。隨著負(fù)載功率因數(shù)的降低和輸出電壓比r的減小，輸入功率因數(shù)將會(huì)更低。（）輸出電壓諧波交一交變頻電路輸出電壓諧波成分非常復(fù)雜，和輸入頻率 ！、輸出頻率、電路脈波數(shù)均有關(guān)。采用三相橋式變流器的單相交一交變頻電路輸出電壓中主要諧波 頻率為。等等，包含有次諧波，它們?cè)跇?gòu)成三相輸出時(shí)會(huì)被抵消。如若采用無(wú)環(huán)流控制時(shí)， 由于確保正、反兩橋安全切換所需死區(qū)的影響，還將出現(xiàn)J I；等次諧波。（）輸入電流諧波由于交一交變頻電路輸入電流波形及幅值均按正弦規(guī)律被調(diào)制，和可控整流電 路相比，其輸入電流頻譜要復(fù)雜得多。采用三相橋式變換器的單相交一交變頻電路 的輸入電流頻率為（）和（）式中-二三相輸入一三相輸出交一交變頻電路三相輸出交一交變頻電路由三個(gè)輸出電壓相位互差的單相輸出交一交變頻電路 按照一定方式聯(lián)接而成，主要用于