第5章交流-交流變換電路

1、 交流交流-交流變換電路，是把一種形式的交流變成另一種形交流變換電路，是把一種形式的交流變成另一種形式交流的電路。在進行交流式交流的電路。在進行交流-交流變換時，可以改變其電壓、交流變換時，可以改變其電壓、電流、頻率和相數(shù)等。電流、頻率和相數(shù)等。 只改變電壓、電流或?qū)﹄娐返耐〝噙M行控制，而不改變只改變電壓、電流或?qū)﹄娐返耐〝噙M行控制，而不改變頻率的電路稱為交流電力控制電路。頻率的電路稱為交流電力控制電路。 采用相位控制的交流電力控制電路稱為交流調(diào)壓電路；采用相位控制的交流電力控制電路稱為交流調(diào)壓電路； 采用通斷控制的交流電力控制電路稱為交流調(diào)功電路；采用通斷控制的交流電力控制電路稱為交流調(diào)功電

2、路； 只進行交流電路的通斷控制即為交流無觸點開關(guān)。只進行交流電路的通斷控制即為交流無觸點開關(guān)。將一種頻率的交流變換成另一種頻率交流的電路稱為交將一種頻率的交流變換成另一種頻率交流的電路稱為交-交變交變頻電路。變頻電路大多數(shù)不改變相數(shù)。頻電路。變頻電路大多數(shù)不改變相數(shù)。 變頻電路有交變頻電路有交-交變頻電路和交交變頻電路和交-直直-交變頻電路兩種形式。交變頻電路兩種形式。 交交-交變頻電路直接把一種頻率的交流變成另一種頻率或交變頻電路直接把一種頻率的交流變成另一種頻率或可變頻率的交流，也稱為直接變頻電路。可變頻率的交流，也稱為直接變頻電路。 交交-直直-交變頻電路先把交流整流成直流，再把直流逆變

3、成交變頻電路先把交流整流成直流，再把直流逆變成另一種頻率或可變頻率的交流，這種具有直流中間環(huán)節(jié)的變另一種頻率或可變頻率的交流，這種具有直流中間環(huán)節(jié)的變頻電路也稱為間接變頻電路。頻電路也稱為間接變頻電路。 5.2節(jié)是目前應(yīng)用較多的大功率晶閘管交節(jié)是目前應(yīng)用較多的大功率晶閘管交-交變頻電路。交變頻電路。本章主要講述本章主要講述交流交流-交流變流電路交流變流電路把一種形式的交流電變成另一種形式的交流的電路把一種形式的交流電變成另一種形式的交流的電路交流電力交流電力控制電路控制電路只改變電壓、只改變電壓、電流或控制電電流或控制電路的通斷路的通斷,而不而不改變頻率的電改變頻率的電路路交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓

4、電路 相位控制相位控制交流調(diào)功電路交流調(diào)功電路 通斷控制通斷控制交交交交變頻電路變頻電路改變頻率的電路改變頻率的電路交交變頻交交變頻直接直接交直交變頻交直交變頻間接間接5.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路5.2 交交-交變頻電路交變頻電路5.3 矩陣式交矩陣式交-交變頻電路交變頻電路 交流調(diào)壓電路采用雙向交流開關(guān)進行交流電壓的控制，如把兩只反并交流調(diào)壓電路采用雙向交流開關(guān)進行交流電壓的控制，如把兩只反并聯(lián)的普通晶閘管或一只雙向晶閘管串聯(lián)在交流電路中，實現(xiàn)對交流電正、聯(lián)的普通晶閘管或一只雙向晶閘管串聯(lián)在交流電路中，實現(xiàn)對交流電正、負(fù)半周的對稱控制，調(diào)節(jié)輸出交流電壓，或?qū)崿F(xiàn)交流電路的通、斷控制。負(fù)半周

5、的對稱控制，調(diào)節(jié)輸出交流電壓，或?qū)崿F(xiàn)交流電路的通、斷控制。 交流調(diào)壓電路：在每半個周波內(nèi)通過對晶交流調(diào)壓電路：在每半個周波內(nèi)通過對晶閘管進行相位控制，調(diào)節(jié)輸出電壓有效值。閘管進行相位控制，調(diào)節(jié)輸出電壓有效值。 交流調(diào)壓電路廣泛用于交流調(diào)壓電路廣泛用于燈光控制燈光控制、異步電動機的軟起動異步電動機的軟起動、異步電動機異步電動機的調(diào)壓調(diào)速的調(diào)壓調(diào)速、供電系統(tǒng)對無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)供電系統(tǒng)對無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)、在變壓器一次側(cè)調(diào)壓并在在變壓器一次側(cè)調(diào)壓并在變壓器二次側(cè)用二極管整流等變壓器二次側(cè)用二極管整流等。交流調(diào)壓電路一般有三種控制方式。交流調(diào)壓電路一般有三種控制方式。 （1）通斷控制）通斷控制 在交

6、流電壓過零時刻導(dǎo)通或關(guān)斷晶閘管，使負(fù)載電路與交流電源接通在交流電壓過零時刻導(dǎo)通或關(guān)斷晶閘管，使負(fù)載電路與交流電源接通幾個周波，然后再斷開幾個周波，通過改變導(dǎo)通幾個周波，然后再斷開幾個周波，通過改變導(dǎo)通/關(guān)斷周波數(shù)的比值實現(xiàn)調(diào)關(guān)斷周波數(shù)的比值實現(xiàn)調(diào)壓的目的。通斷控制時輸出電壓波形為正弦。壓的目的。通斷控制時輸出電壓波形為正弦。 （2）相位控制）相位控制 在交流電壓的正、負(fù)半周觸發(fā)導(dǎo)通晶閘在交流電壓的正、負(fù)半周觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管，且保持兩只晶閘管的移相角相同，保證管，且保持兩只晶閘管的移相角相同，保證向負(fù)載輸出正、負(fù)半周對稱的交流電壓波形。向負(fù)載輸出正、負(fù)半周對稱的交流電壓波形。 （3）斬波控制）斬波

7、控制 利用脈寬調(diào)制利用脈寬調(diào)制PWM技術(shù)將正弦交流電壓技術(shù)將正弦交流電壓波形分割成脈沖列，通過改變脈沖的占空比調(diào)波形分割成脈沖列，通過改變脈沖的占空比調(diào)節(jié)輸出電壓。節(jié)輸出電壓。輸出電壓波形為正弦波，輸出電壓波形為正弦波，但電壓調(diào)節(jié)不連續(xù)。但電壓調(diào)節(jié)不連續(xù)。方法簡單，連續(xù)調(diào)節(jié)輸方法簡單，連續(xù)調(diào)節(jié)輸出電壓大小，但輸出電出電壓大小，但輸出電壓波形非正弦壓波形非正弦輸出電壓大小可以連續(xù)調(diào)節(jié)，輸出電壓大小可以連續(xù)調(diào)節(jié)，波形接近正弦波?；究朔嗖ㄐ谓咏也??；究朔辔豢刂坪屯〝嗫刂频娜秉c位控制和通斷控制的缺點5.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 5.1.1.1 5.1.1.1 電阻性負(fù)載電阻

8、性負(fù)載 電源電壓電源電壓u1正、負(fù)半周的過零點即為正、負(fù)半周的過零點即為控制角控制角的起始時刻（的起始時刻（=0）。）。 在電源電壓在電源電壓u1的正半周和負(fù)半周，分的正半周和負(fù)半周，分別觸發(fā)別觸發(fā)VT1和和VT2，就可以調(diào)節(jié)輸出電壓，就可以調(diào)節(jié)輸出電壓，電壓過零時晶閘管關(guān)斷。電壓過零時晶閘管關(guān)斷。 在穩(wěn)態(tài)情況下，應(yīng)使正、負(fù)半周的在穩(wěn)態(tài)情況下，應(yīng)使正、負(fù)半周的角角相等。負(fù)載電壓波形是電源電壓波形的一相等。負(fù)載電壓波形是電源電壓波形的一部分，負(fù)載電流與負(fù)載電壓的波形相同。部分，負(fù)載電流與負(fù)載電壓的波形相同。5.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 5.1.1.1 5.1.1.1 電阻性負(fù)載電

9、阻性負(fù)載 單相交流調(diào)壓電路帶電阻性負(fù)載，在單相交流調(diào)壓電路帶電阻性負(fù)載，在觸發(fā)角為觸發(fā)角為時，負(fù)載電壓有效值時，負(fù)載電壓有效值Uo、負(fù)載電、負(fù)載電流有效值流有效值Io、晶閘管電流有效值、晶閘管電流有效值IVT和電路和電路的功率因數(shù)的功率因數(shù)分別為分別為2o1111-2sind()sin22UUttUooUIR211VT2sin111-d()sin222 2UtUItRRooo1 o11-sin22U IUPSU IU5.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 5.1.1.1 5.1.1.1 電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載輸出電壓與輸出電壓與 的關(guān)系的關(guān)系 移相范圍為移相范圍為0 = 0。 時，輸出電壓

10、為最大。時，輸出電壓為最大。U0 = U1，隨著隨著 的增大，的增大，U0降低降低 = 時，時，U0 = 0功率因數(shù)功率因數(shù) 與與 的關(guān)系：的關(guān)系： = 0時，功率因數(shù)時，功率因數(shù) = 1 增大，增大，降低降低5.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 5.1.1.2 5.1.1.2 阻感性負(fù)載阻感性負(fù)載 由于電感的儲能作用，負(fù)載電流由于電感的儲能作用，負(fù)載電流io會在電源電壓會在電源電壓u1過零后延遲一段時間再過零后延遲一段時間再過零，其延遲時間與負(fù)載的功率因數(shù)角過零，其延遲時間與負(fù)載的功率因數(shù)角=arctan(L/R)有關(guān)。有關(guān)。 晶閘管的關(guān)斷是在電流過零時刻，晶閘管的關(guān)斷是在電流過零時

11、刻，因此，晶閘管的導(dǎo)通角因此，晶閘管的導(dǎo)通角不僅與觸發(fā)控不僅與觸發(fā)控制角制角有關(guān)，還與負(fù)載功率因數(shù)角有關(guān)，還與負(fù)載功率因數(shù)角有關(guān)。有關(guān)。5.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 5.1.1.2 5.1.1.2 阻感性負(fù)載阻感性負(fù)載 設(shè)負(fù)載的阻抗角為設(shè)負(fù)載的阻抗角為=arctan（L/R）。如果用。如果用導(dǎo)線把晶閘管完全短接，穩(wěn)態(tài)時負(fù)載電流導(dǎo)線把晶閘管完全短接，穩(wěn)態(tài)時負(fù)載電流io應(yīng)該是應(yīng)該是正弦波，其相位滯后于電源電壓正弦波，其相位滯后于電源電壓u1的角度為的角度為。 顯然，在用晶閘管控制時只能進行滯后控制，顯然，在用晶閘管控制時只能進行滯后控制，使負(fù)載電流更為滯后，而無法使其超前。使負(fù)載電

12、流更為滯后，而無法使其超前。 為了分析方便，把為了分析方便，把=0的時刻仍然定在電源電的時刻仍然定在電源電壓過零的時刻，因此，壓過零的時刻，因此，單相交流調(diào)壓電路帶阻感性單相交流調(diào)壓電路帶阻感性負(fù)載時，穩(wěn)態(tài)運行情況下控制角負(fù)載時，穩(wěn)態(tài)運行情況下控制角的移相范圍應(yīng)為的移相范圍應(yīng)為。 輸出交流電壓為輸出交流電壓為缺口正弦波缺口正弦波，改變，改變角的大小，角的大小，即可改變輸出電壓的有效值，達到調(diào)壓的目的。即可改變輸出電壓的有效值，達到調(diào)壓的目的。5.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 5.1.1.2 5.1.1.2 阻感性負(fù)載阻感性負(fù)載 由由tan1o2sin()sin()tUitetZ 可

13、得可得oo1od2sin0dtiLRiUtit式中，負(fù)載阻抗式中，負(fù)載阻抗；為晶閘管的導(dǎo)通角。為晶閘管的導(dǎo)通角。利用邊界條件：利用邊界條件：t=+時，時，io=0，可求得，可求得22()ZRLtansin()sin()e當(dāng)在當(dāng)在t=時刻導(dǎo)通晶閘管時刻導(dǎo)通晶閘管VT1，負(fù)載電流應(yīng)滿足如下微分方程和初始條件，負(fù)載電流應(yīng)滿足如下微分方程和初始條件5.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 5.1.1.2 5.1.1.2 阻感性負(fù)載阻感性負(fù)載以以為參變量，可得不同負(fù)載特性下導(dǎo)通角為參變量，可得不同負(fù)載特性下導(dǎo)通角=f（，）曲線族）曲線族 5.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 5.1.1.2

14、5.1.1.2 阻感性負(fù)載阻感性負(fù)載 在觸發(fā)角為在觸發(fā)角為時，負(fù)載電壓有效值時，負(fù)載電壓有效值Uo、晶閘管電流有效值、晶閘管電流有效值IVT和負(fù)載電流有效值和負(fù)載電流有效值Io分別為分別為 2+o11112sind()sin2sin(22 )UUttU 2+tan1VT121sinsind()2sincos(2)cos2tUItetZUZ oVT2II5.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 5.1.1.2 5.1.1.2 阻感性負(fù)載阻感性負(fù)載設(shè)晶閘管電流設(shè)晶閘管電流IVT的標(biāo)幺值為的標(biāo)幺值為 VTNVT12ZIIU5.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 5.1.1.2 5.1.1.

15、2 阻感性負(fù)載阻感性負(fù)載 阻感性負(fù)載時阻感性負(fù)載時的移相范圍為的移相范圍為。然而，然而，時，并非電路不能工作。時，并非電路不能工作。 當(dāng)當(dāng)=時，時，=0，uo=0；越小，越小，越大；越大；對于任一阻抗角對于任一阻抗角的負(fù)載，當(dāng)?shù)呢?fù)載，當(dāng)時，、時，、晶閘管的導(dǎo)通角晶閘管的導(dǎo)通角小于小于。當(dāng)當(dāng)從從至至逐步減小時（不包括逐步減小時（不包括=這一點），這一點），逐步從零增大到接近逐步從零增大到接近，Uo從零增大到接近從零增大到接近U1，io斷續(xù)，斷續(xù)，uo為缺口正弦波，電路有調(diào)壓功能。為缺口正弦波，電路有調(diào)壓功能。 =時，輸出電壓、電流波形為連續(xù)正弦，時，輸出電壓、電流波形為連續(xù)正弦，=。調(diào)壓電路不起

16、調(diào)壓作用，處于。調(diào)壓電路不起調(diào)壓作用，處于“失控失控”狀態(tài)。此時狀態(tài)。此時=f（，）關(guān)系如圖）關(guān)系如圖5-5中中=180的各點。的各點。純電阻負(fù)載純電阻負(fù)載純電感負(fù)載純電感負(fù)載5.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 5.1.1.2 5.1.1.2 阻感性負(fù)載阻感性負(fù)載當(dāng)阻感負(fù)載當(dāng)阻感負(fù)載 時電路工作情況時電路工作情況 VT1提前開通，負(fù)載提前開通，負(fù)載L被過充電，其放被過充電，其放電時間也將延長，使得電時間也將延長，使得VT1的導(dǎo)通角大的導(dǎo)通角大于于t=+時刻觸發(fā)時刻觸發(fā)VT2時，時，io尚未過零，尚未過零，VT1仍在導(dǎo)通，仍在導(dǎo)通，VT2不通。不通。io過零后，過零后，VT1關(guān)斷，關(guān)斷

17、，VT2的觸發(fā)寬脈沖尚未消失，的觸發(fā)寬脈沖尚未消失，VT2就會正常開通。就會正常開通。 VT2導(dǎo)通角小于導(dǎo)通角小于若采用窄脈沖觸發(fā)，若采用窄脈沖觸發(fā)，VT2的觸發(fā)脈沖消的觸發(fā)脈沖消失，失，VT2不能導(dǎo)通，造成每個周期內(nèi)只不能導(dǎo)通，造成每個周期內(nèi)只有一只晶閘管導(dǎo)通的有一只晶閘管導(dǎo)通的“單管整流單管整流”狀態(tài)，狀態(tài)，輸出電流為單向缺口半波，含有很大的輸出電流為單向缺口半波，含有很大的直流分量，因此必須改用寬脈沖觸發(fā)。直流分量，因此必須改用寬脈沖觸發(fā)。 5.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 5.1.1.2 5.1.1.2 阻感性負(fù)載阻感性負(fù)載 因為因為，VT1提前提前開通，負(fù)載開通，負(fù)載L被

18、過充電，其被過充電，其放電時間也將延長，使得放電時間也將延長，使得VT1的導(dǎo)通角大于的導(dǎo)通角大于，并使，并使VT2推遲開通，推遲開通，VT2的導(dǎo)通的導(dǎo)通角自然小于角自然小于。 在這種情況下，式在這種情況下，式5-5和式和式5-6所解得的所解得的io表達式表達式仍是適用的，只是仍是適用的，只是t的適的適用范圍不再是用范圍不再是t+，而是擴展到而是擴展到t。5.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 5.1.1.2 5.1.1.2 阻感性負(fù)載阻感性負(fù)載 因為這種情況下因為這種情況下io已不已不存在斷流區(qū)，其過渡過程存在斷流區(qū)，其過渡過程和帶和帶R-L負(fù)載的單相交流電負(fù)載的單相交流電路在路在t=（

19、）時合閘）時合閘所發(fā)生的過渡過程完全相所發(fā)生的過渡過程完全相同。同。 負(fù)載電流負(fù)載電流io由兩個分量由兩個分量組成，第一項為正弦穩(wěn)態(tài)組成，第一項為正弦穩(wěn)態(tài)分量，第二項為指數(shù)衰減分量，第二項為指數(shù)衰減分量。分量。5.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 5.1.1.2 5.1.1.2 阻感性負(fù)載阻感性負(fù)載衰減過程中，衰減過程中，VT1的導(dǎo)通時間的導(dǎo)通時間逐漸縮短，逐漸縮短，VT2的導(dǎo)通時間逐漸的導(dǎo)通時間逐漸延長。最后，延長。最后，VT1和和VT2的導(dǎo)通的導(dǎo)通時間都趨近到時間都趨近到，其穩(wěn)態(tài)的工作，其穩(wěn)態(tài)的工作情況和情況和=時完全相同。時完全相同。 晶閘管在晶閘管在t=處才開始導(dǎo)通，處才開始導(dǎo)

20、通，電流連續(xù)，電流連續(xù)，uo=u1，無電壓調(diào)節(jié)，無電壓調(diào)節(jié)功能，所以也處于功能，所以也處于“失控失控”狀狀態(tài)。態(tài)。5.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 5.1.1.3 5.1.1.3 單相交流調(diào)壓電路的諧波分析單相交流調(diào)壓電路的諧波分析 控制角控制角越接近越接近90，波形畸變越，波形畸變越嚴(yán)重，諧波含量也越大。嚴(yán)重，諧波含量也越大。 負(fù)載電壓和負(fù)載電流（即電源電流）均不是正弦波，其中負(fù)載電壓和負(fù)載電流（即電源電流）均不是正弦波，其中含有大量的諧波成分。含有大量的諧波成分。 以電阻性負(fù)載為例，對負(fù)載電壓以電阻性負(fù)載為例，對負(fù)載電壓uo進行諧波分析。結(jié)果如圖進行諧波分析。結(jié)果如圖5-8所示

21、。所示。 5.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 5.1.1.4 5.1.1.4 斬控式交流調(diào)壓電路斬控式交流調(diào)壓電路 斬控式交流調(diào)壓電路一般采用全控型器件作為開關(guān)元件，斬控式交流調(diào)壓電路一般采用全控型器件作為開關(guān)元件，其基本原理和直流斬波電路有類似之處，只是直流斬波電路的其基本原理和直流斬波電路有類似之處，只是直流斬波電路的輸入是直流電壓，而斬控式交流調(diào)壓電路的輸入是正弦交流電輸入是直流電壓，而斬控式交流調(diào)壓電路的輸入是正弦交流電壓。壓。 在交流電源電壓在交流電源電壓u1的正半周，用的正半周，用V1進行斬波控制，用進行斬波控制，用V3給給負(fù)載電流提供續(xù)流通路；在負(fù)載電流提供續(xù)流通路；在

22、u1的負(fù)半周，用的負(fù)半周，用V2進行斬波控制，進行斬波控制，用用V4給負(fù)載電流提供續(xù)流通路。給負(fù)載電流提供續(xù)流通路。 設(shè)斬波器件（設(shè)斬波器件（V1或或V2）導(dǎo)通時間為）導(dǎo)通時間為ton，開關(guān)周期為，開關(guān)周期為T，則，則導(dǎo)通比為導(dǎo)通比為D=ton/T。 和直流斬波電路一樣，也可以通過改變和直流斬波電路一樣，也可以通過改變D來調(diào)節(jié)輸出電壓。來調(diào)節(jié)輸出電壓。 5.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 5.1.1.4 5.1.1.4 斬控式交流調(diào)壓電路斬控式交流調(diào)壓電路 采用全控型器件作為開關(guān)元件采用全控型器件作為開關(guān)元件輸入是正弦交流電壓輸入是正弦交流電壓交流電源電壓交流電源電壓u1的正半周，用

23、的正半周，用V1進行進行斬波控制，用斬波控制，用V3給負(fù)載電流提供續(xù)流通給負(fù)載電流提供續(xù)流通路路在在u1的負(fù)半周，用的負(fù)半周，用V2進行斬波控制，進行斬波控制，用用V4給負(fù)載電流提供續(xù)流通路。給負(fù)載電流提供續(xù)流通路。斬控式交流調(diào)壓電路帶電阻性負(fù)載時，斬控式交流調(diào)壓電路帶電阻性負(fù)載時，電路的功率因數(shù)接近電路的功率因數(shù)接近1。5.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 根據(jù)聯(lián)結(jié)形式的不同根據(jù)聯(lián)結(jié)形式的不同三相三相Y形聯(lián)結(jié)形聯(lián)結(jié) 三相負(fù)載三相負(fù)載形聯(lián)結(jié)形聯(lián)結(jié)三相晶閘管控制三相晶閘管控制形聯(lián)結(jié)形聯(lián)結(jié)三相半控三相半控Y形聯(lián)結(jié)形聯(lián)結(jié)5.1.2.1 5.1.2.1 Y形三相交流調(diào)壓電路形三相交流調(diào)壓電路

24、Y形三相交流調(diào)壓電路可分為形三相交流調(diào)壓電路可分為三相三線制（三相三線制（Y形）形）三相四線制（三相四線制（YO形）：相當(dāng)于形）：相當(dāng)于三個單相交流調(diào)壓電路的組合，三個單相交流調(diào)壓電路的組合，三相互相錯開三相互相錯開120工作，單相工作，單相交流調(diào)壓電路的工作原理和分析交流調(diào)壓電路的工作原理和分析方法均適用于這種電路。方法均適用于這種電路。5.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 5.1.2.1 5.1.2.1 Y形三相交流調(diào)壓電路形三相交流調(diào)壓電路 在單相交流調(diào)壓電路中，電流中在單相交流調(diào)壓電路中，電流中含有基波和各奇次諧波。組成三相電含有基波和各奇次諧波。組成三相電路后，基波和路后，基

25、波和3的整數(shù)倍次以外的諧的整數(shù)倍次以外的諧波在三相之間流動，不流過零線。而波在三相之間流動，不流過零線。而3的整數(shù)倍次諧波是同相位的，不能的整數(shù)倍次諧波是同相位的，不能在各相之間流動，要全部流過零線，在各相之間流動，要全部流過零線，因此零線中會有很大的因此零線中會有很大的3次諧波電流次諧波電流及其他及其他3的整數(shù)倍次諧波電流。當(dāng)?shù)恼麛?shù)倍次諧波電流。當(dāng)=90時，零線電流的大小甚至與各時，零線電流的大小甚至與各相電流的有效值接近。在選擇線徑和相電流的有效值接近。在選擇線徑和變壓器時必須注意這一問題。變壓器時必須注意這一問題。5.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 5.1.2.1 5.1.2.

26、1 Y形三相交流調(diào)壓電路形三相交流調(diào)壓電路 最典型、最常用的三相交流最典型、最常用的三相交流調(diào)壓電路，它正常工作時必須滿調(diào)壓電路，它正常工作時必須滿足：足： （1） 三相中至少有兩相導(dǎo)三相中至少有兩相導(dǎo)通才能構(gòu)成通路，且其中一相為通才能構(gòu)成通路，且其中一相為正向晶閘管導(dǎo)通，另一相為反向正向晶閘管導(dǎo)通，另一相為反向晶閘管導(dǎo)通；晶閘管導(dǎo)通； （2）為保證任何情況下的）為保證任何情況下的兩只晶閘管同時導(dǎo)通，應(yīng)采用寬兩只晶閘管同時導(dǎo)通，應(yīng)采用寬度大于度大于60的寬脈沖（列）或雙的寬脈沖（列）或雙窄脈沖觸發(fā)；窄脈沖觸發(fā)； （3）從）從VT1到到VT6，相鄰的，相鄰的觸發(fā)脈沖相位應(yīng)互差觸發(fā)脈沖相位應(yīng)互差6

27、0。結(jié)論：結(jié)論：Y形三相交流調(diào)壓電路形三相交流調(diào)壓電路控制角控制角的移相范圍為：的移相范圍為：0 150 5.1.3 其他交流電力控制電路其他交流電力控制電路 5.1.3.1 5.1.3.1 交流調(diào)功電路交流調(diào)功電路電路形式：交流調(diào)功電路和交流調(diào)壓電路完全相同電路形式：交流調(diào)功電路和交流調(diào)壓電路完全相同控制方式：控制方式：交流調(diào)壓電路：在每個交流電源周期都對輸出電壓波形進行控制交流調(diào)壓電路：在每個交流電源周期都對輸出電壓波形進行控制交流調(diào)功電路：通斷控制，將負(fù)載與交流電源接通幾個整周波，再斷交流調(diào)功電路：通斷控制，將負(fù)載與交流電源接通幾個整周波，再斷開幾個整周波，通過改變接通周波數(shù)與斷開周波數(shù)

28、的比值來調(diào)節(jié)負(fù)載開幾個整周波，通過改變接通周波數(shù)與斷開周波數(shù)的比值來調(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的平均功率。所消耗的平均功率。 控制晶閘管導(dǎo)通的時刻為：電源電壓過零的時刻控制晶閘管導(dǎo)通的時刻為：電源電壓過零的時刻5.1.3 其他交流電力控制電路其他交流電力控制電路 5.1.3.1 5.1.3.1 交流調(diào)功電路交流調(diào)功電路 設(shè)控制周期為設(shè)控制周期為M倍電源周倍電源周期，其中晶閘管在前期，其中晶閘管在前N個周期個周期導(dǎo)通，后導(dǎo)通，后M-N個周期關(guān)斷。個周期關(guān)斷。 當(dāng)當(dāng)M=3、N=2時的電路波時的電路波形如圖形如圖5-13所示。所示。 負(fù)載電壓和負(fù)載電流（電負(fù)載電壓和負(fù)載電流（電源電流）的重復(fù)周期為源電流）的重復(fù)

29、周期為M倍電倍電源周期。在負(fù)載為電阻性時，源周期。在負(fù)載為電阻性時，負(fù)載電流波形與負(fù)載電壓波形負(fù)載電流波形與負(fù)載電壓波形相同。相同。 5.1.3 其他交流電力控制電路其他交流電力控制電路 5.1.3.2 5.1.3.2 交流電力電子開關(guān)交流電力電子開關(guān) 略略晶閘管交交變頻電路也稱晶閘管交交變頻電路也稱周波變流器周波變流器（Cycloconvertor）將電網(wǎng)頻率的交流電直接交換成可調(diào)頻率交流電的變流電路，因為沒有中將電網(wǎng)頻率的交流電直接交換成可調(diào)頻率交流電的變流電路，因為沒有中間環(huán)節(jié)，因此屬于間環(huán)節(jié)，因此屬于直接變頻電路直接變頻電路交交-交變頻電路比交交變頻電路比交-直直-交間接變頻電路交間接

30、變頻電路提高變換效率提高變換效率由于整個變頻電路直接與電網(wǎng)相連接，各晶閘管元件上承受的是交流由于整個變頻電路直接與電網(wǎng)相連接，各晶閘管元件上承受的是交流電壓，電壓，提高了換流能力提高了換流能力。 廣泛應(yīng)用于大功率低轉(zhuǎn)速的交流電動機調(diào)速傳動系統(tǒng)和交流勵磁變速恒頻廣泛應(yīng)用于大功率低轉(zhuǎn)速的交流電動機調(diào)速傳動系統(tǒng)和交流勵磁變速恒頻發(fā)電機的勵磁電源。發(fā)電機的勵磁電源。實際使用：三相輸入實際使用：三相輸入-三相輸出電路，三相輸出電路，三相輸入三相輸入-單相輸出電路是基礎(chǔ)單相輸出電路是基礎(chǔ)電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、觸發(fā)控電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、觸發(fā)控制方法、四象限運行性能和輸入制方法、四象限運行性能和輸入輸出特性

31、輸出特性5.2.1 三相輸入三相輸入-單相輸出交單相輸出交-交變頻電路交變頻電路 5.2.1.1 5.2.1.1 電路構(gòu)成和基本工作原理電路構(gòu)成和基本工作原理 三相輸入三相輸入-單相輸出交單相輸出交-交變頻電路是由兩組反并聯(lián)的晶閘交變頻電路是由兩組反并聯(lián)的晶閘管變流電路和單相負(fù)載組成的，與直流電動機反并聯(lián)可逆調(diào)管變流電路和單相負(fù)載組成的，與直流電動機反并聯(lián)可逆調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)完全相同。速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)完全相同。 5.2.1 三相輸入三相輸入-單相輸出交單相輸出交-交變頻電路交變頻電路 5.2.1.1 5.2.1.1 電路構(gòu)成和基本工作原理電路構(gòu)成和基本工作原理 a在正、反兩組變流器的輸入側(cè)接有足夠大

32、的輸入濾波電感，使輸入電流近似為矩形波，在正、反兩組變流器的輸入側(cè)接有足夠大的輸入濾波電感，使輸入電流近似為矩形波，稱為電流型電路；稱為電流型電路；b則為電壓型電路，其輸出電壓可為矩形波則為電壓型電路，其輸出電壓可為矩形波,亦可通過控制成為正弦波。亦可通過控制成為正弦波。變流器正組變流器正組P和反組和反組N都都是相控變流是相控變流電路電路5.2.1 三相輸入三相輸入-單相輸出交單相輸出交-交變頻電路交變頻電路 5.2.1.1 5.2.1.1 電路構(gòu)成和基本工作原理電路構(gòu)成和基本工作原理 工作原理工作原理當(dāng)正組變流器工作在整流狀態(tài)時，封當(dāng)正組變流器工作在整流狀態(tài)時，封鎖反組，負(fù)載鎖反組，負(fù)載Z上

33、的電壓上的電壓uo為上正下負(fù)；為上正下負(fù)；當(dāng)反組變流器工作在整流狀態(tài)而正組當(dāng)反組變流器工作在整流狀態(tài)而正組封鎖時，負(fù)載電壓封鎖時，負(fù)載電壓uo為下正上負(fù)。為下正上負(fù)。若以一定的頻率控制正、反兩組變流若以一定的頻率控制正、反兩組變流器交替工作，則負(fù)載上交流電壓的頻率器交替工作，則負(fù)載上交流電壓的頻率fo就等于兩組變流器的切換頻率。就等于兩組變流器的切換頻率。輸出電壓輸出電壓uo的大小決定于晶閘管的觸的大小決定于晶閘管的觸發(fā)角發(fā)角?？刂品椒刂品椒o環(huán)流控制無環(huán)流控制-由于一組變流器工作時，另由于一組變流器工作時，另一組變流器被封鎖，所以在正、反兩組變一組變流器被封鎖，所以在正、反兩組變流器之間沒

34、有電流流過。流器之間沒有電流流過。根據(jù)輸出電壓波形的不同根據(jù)輸出電壓波形的不同方波型方波型-電路控制簡單，工作時觸發(fā)角電路控制簡單，工作時觸發(fā)角恒定不變，輸出矩形波，不好基本不用恒定不變，輸出矩形波，不好基本不用正弦波型正弦波型工作時按正弦規(guī)律控制觸發(fā)工作時按正弦規(guī)律控制觸發(fā)角角，輸出波形近似正弦波，常用輸出波形近似正弦波，常用5.2.1 三相輸入三相輸入-單相輸出交單相輸出交-交變頻電路交變頻電路 5.2.1.1 5.2.1.1 電路構(gòu)成和基本工作原理電路構(gòu)成和基本工作原理 5.2.1 三相輸入三相輸入-單相輸出交單相輸出交-交變頻電路交變頻電路 5.2.1.1 5.2.1.1 電路構(gòu)成和基

35、本工作原理電路構(gòu)成和基本工作原理 控制方法控制方法-無環(huán)流控制：無環(huán)流控制：由于一組變流器工作時，另一組變流由于一組變流器工作時，另一組變流器被封鎖，所以在正、反兩組變流器之間沒有電流流過。器被封鎖，所以在正、反兩組變流器之間沒有電流流過。 交交-交變頻電路根據(jù)輸出電壓波形的不同可分為交變頻電路根據(jù)輸出電壓波形的不同可分為方波型方波型和和正弦波型正弦波型兩種。兩種。 方波型交方波型交-交變頻電路控制簡單，正、反兩組變流器工作交變頻電路控制簡單，正、反兩組變流器工作時維持晶閘管的觸發(fā)角時維持晶閘管的觸發(fā)角恒定不變，但其輸出波形不好，低次恒定不變，但其輸出波形不好，低次諧波大，用于交流電機調(diào)速傳動

36、時會增大電機的損耗，增大諧波大，用于交流電機調(diào)速傳動時會增大電機的損耗，增大轉(zhuǎn)矩脈動，降低運行效率，因此很少被采用。以下僅討論正轉(zhuǎn)矩脈動，降低運行效率，因此很少被采用。以下僅討論正弦波型交弦波型交-交變頻電路。交變頻電路。5.2.1 三相輸入三相輸入-單相輸出交單相輸出交-交變頻電路交變頻電路 5.2.1.2 5.2.1.2 整流與逆變工作狀態(tài)整流與逆變工作狀態(tài) 電路由兩組三相橋式全控變流電路構(gòu)成電路由兩組三相橋式全控變流電路構(gòu)成為了使輸出電壓為了使輸出電壓uo的波形接近正弦波，可以在輸出的波形接近正弦波，可以在輸出電壓的半個周期內(nèi)對導(dǎo)通組變流器的晶閘管按正弦電壓的半個周期內(nèi)對導(dǎo)通組變流器的晶

37、閘管按正弦規(guī)律對規(guī)律對角進行調(diào)制，從角進行調(diào)制，從=90逐漸減小到逐漸減小到=0，然后再逐漸增大到然后再逐漸增大到=90，輸出形成平均意義上的，輸出形成平均意義上的正弦電壓波形。正弦電壓波形。 輸出電壓的瞬時值波形不是平滑的正弦波，而是由輸出電壓的瞬時值波形不是平滑的正弦波，而是由若干段電源電壓波形拼接而成。在輸出電壓的一個若干段電源電壓波形拼接而成。在輸出電壓的一個周期中所包含的電源電壓段數(shù)越多，其波形就越接周期中所包含的電源電壓段數(shù)越多，其波形就越接近正弦，通常要采用六脈波的三相橋式變流電路或近正弦，通常要采用六脈波的三相橋式變流電路或十二脈波變流電路來構(gòu)成交十二脈波變流電路來構(gòu)成交-交變

38、頻器。交變頻器。 5.2.1 三相輸入三相輸入-單相輸出單相輸出交交-交變頻電路交變頻電路 工作狀態(tài)工作狀態(tài)i0正半周：電壓電流同向，正組整流正半周：電壓電流同向，正組整流 電壓電流反向，正組逆變電壓電流反向，正組逆變i0負(fù)半周：電壓電流同向，反組整流負(fù)半周：電壓電流同向，反組整流 電壓電流反向，反組逆變電壓電流反向，反組逆變結(jié)論：結(jié)論：在一個輸出電壓周期內(nèi)在一個輸出電壓周期內(nèi)正、反組變流電路的導(dǎo)通與否由輸出正、反組變流電路的導(dǎo)通與否由輸出電流的方向決定，與輸出電壓極性無電流的方向決定，與輸出電壓極性無關(guān)；每組變流器的工作狀態(tài)則由輸出關(guān)；每組變流器的工作狀態(tài)則由輸出電壓的方向與輸出電流的方向是

39、否相電壓的方向與輸出電流的方向是否相同來決定同來決定5.2.1 三相輸入三相輸入-單相輸出單相輸出交交-交變頻電路交變頻電路 輸出電壓波形輸出電壓波形 圖圖5-22 a表示正組變流器表示正組變流器P工作，工作， P/2，半周內(nèi)平均輸出電壓如圖中，半周內(nèi)平均輸出電壓如圖中虛線所示，為正弦半波，正組變流器虛線所示，為正弦半波，正組變流器P工作在整流狀態(tài)。工作在整流狀態(tài)。 圖圖5-22 b仍為正組變流器仍為正組變流器P工作，工作， P /2，變流器輸出平均電壓為負(fù)值，變流器輸出平均電壓為負(fù)值，正組變流器正組變流器P工作在逆變狀態(tài)。工作在逆變狀態(tài)。 圖圖5-22 c、d為反組變流器為反組變流器N工作。

40、工作。當(dāng)其觸發(fā)角當(dāng)其觸發(fā)角N/2時，反組變流器時，反組變流器N處于整流狀態(tài)；當(dāng)處于整流狀態(tài)；當(dāng)N/2時，反組變時，反組變流器流器N處于逆變狀態(tài)。處于逆變狀態(tài)。5.2.1 三相輸入三相輸入-單相輸出單相輸出交交-交變頻電路交變頻電路 5.2.1.3 5.2.1.3 輸出電壓波形輸出電壓波形 圖圖5-24 5-24 三相輸入三相輸入- -單相輸出正弦型交單相輸出正弦型交- -交變頻電路輸出電壓和電流波形交變頻電路輸出電壓和電流波形 圖圖5-24 5-24 三相輸入三相輸入- -單相輸出正弦型交單相輸出正弦型交- -交變頻電路輸出電壓和電流波形交變頻電路輸出電壓和電流波形 第第1段段 i00,反組逆

41、變反組逆變第第2段電流過零為無環(huán)流死區(qū)段電流過零為無環(huán)流死區(qū)第第3段段 i00,u00,正組整流正組整流第第4段段 i00,u00,正組逆變正組逆變第第5段電流過零為無環(huán)流死區(qū)段電流過零為無環(huán)流死區(qū)第第6段段 i00,u00,反組整流變反組整流變5.2.1 三相輸入三相輸入-單相輸出單相輸出交交-交變頻電路交變頻電路 輸出電壓、電流波形輸出電壓、電流波形 5.2.1 三相輸入三相輸入-單相輸出交單相輸出交-交變頻電路交變頻電路 5.2.1.4 5.2.1.4 輸出正弦波電壓的調(diào)制方法輸出正弦波電壓的調(diào)制方法 要實現(xiàn)交要實現(xiàn)交-交變頻電路輸出電壓波形正弦化，必須不斷改變晶閘管交變頻電路輸出電壓波

42、形正弦化，必須不斷改變晶閘管的觸發(fā)角的觸發(fā)角。應(yīng)用最為廣泛的方法：應(yīng)用最為廣泛的方法：余弦交點控制法余弦交點控制法 基本思想基本思想-使構(gòu)成交使構(gòu)成交-交變頻電路的各可控交流器輸出的電壓盡交變頻電路的各可控交流器輸出的電壓盡可能接近理想正弦波形，使實際輸出電壓波形與理想正弦波形之間可能接近理想正弦波形，使實際輸出電壓波形與理想正弦波形之間的偏差最小。的偏差最小。5.2.1 三相輸入三相輸入-單相輸出交單相輸出交-交變頻電路交變頻電路 5.2.1.5 5.2.1.5 輸入輸出特性輸入輸出特性 略略5.2.2 三相輸入三相輸入-三相輸出交三相輸出交-交變頻電路交變頻電路 5.2.2.1 5.2.2

43、.1 電路接線方式電路接線方式 交交-交變頻電路主要應(yīng)用于低速、大功率交流電機變頻調(diào)速系統(tǒng)，這交變頻電路主要應(yīng)用于低速、大功率交流電機變頻調(diào)速系統(tǒng)，這種系統(tǒng)使用的是三相交種系統(tǒng)使用的是三相交-交變頻電路。三相交交變頻電路。三相交-交變頻電路是由三組輸出電交變頻電路是由三組輸出電壓相位互差壓相位互差120的單相交的單相交-交變頻電路組成的。交變頻電路組成的。 三相交三相交-交變頻電路主要有兩種接線方式交變頻電路主要有兩種接線方式公共交流母線進線方式公共交流母線進線方式輸出輸出Y形聯(lián)結(jié)方式形聯(lián)結(jié)方式 5.2.2 三相輸入三相輸入-三相輸出交三相輸出交-交變頻電路交變頻電路 5.2.2.1 5.2.

44、2.1 電路接線方式電路接線方式 公共交流母線進線三相交公共交流母線進線三相交- -交變頻電路交變頻電路 公共交流母線進線方式公共交流母線進線方式的三相交的三相交-交變交變頻電路由三組彼此獨立、輸出電壓相位相互頻電路由三組彼此獨立、輸出電壓相位相互錯開錯開120的單相交的單相交-交變頻電路構(gòu)成，其電交變頻電路構(gòu)成，其電源進線通過交流進線電抗器接在公共的交流源進線通過交流進線電抗器接在公共的交流母線上。因為電源進線端公用，所以三組單母線上。因為電源進線端公用，所以三組單相交相交-交變頻電路的輸出端必須隔離。為此，交變頻電路的輸出端必須隔離。為此，交流電動機的三個繞組必須拆開，共引出六交流電動機的三個繞組必須拆開，共引出六根線。主要用于中等容量的交流調(diào)速系統(tǒng)。根線。主要用于中等容量的交流調(diào)速系統(tǒng)。5.2.2 三相輸入三相輸入-三相輸出交三相輸出交-交變頻電路交變頻電路 5.2.2.1 5.2.2.1 電路接線方式電路接線方式 輸出輸出Y Y形聯(lián)結(jié)三相交形聯(lián)結(jié)三相交- -交變頻電路交變頻電路 輸出星形聯(lián)結(jié)方式輸出星形聯(lián)結(jié)方式的三