電力電子課第6章4交流

第六章交流-交流變換電路1Chapter

6 AC-AC

Converter主講：伍文俊§6.5

交-交變頻電路(AC-AC

Frequency

Converter)一、Introduction1）定義把固定頻率的交流電變換成可調(diào)頻率交流電的變換電路。2）分類直接變頻電路AC-AC周波變換器（Cycloconverter）矩陣變換器（Matrix

converter)---綠色變頻器間接變頻電路

AC-DC-AC3）用途交流電機(jī)調(diào)速、風(fēng)力發(fā)電等2相控法代表：余弦交點(diǎn)法主要思路：用整流電路的直流電壓平均值去逼近交流輸出電壓的瞬時(shí)值。適于：周波變換器脈沖寬度調(diào)制適于：矩陣變換器和間接變頻器4）主要控制方法3二、Single-phase

AC-AC

Frequency

Converter1）基本工作原理變換器組選擇：由輸出負(fù)載電流決定，與負(fù)載電壓無(wú)關(guān)；

變換器工作狀態(tài)：由輸出負(fù)載電壓和電流方向的異同決定；同向：整流；

異向：逆變42）拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)方式單相-單相交交變頻三相-單相交交變頻3）與直流電動(dòng)機(jī)可逆調(diào)速的差別主電路：完全相同；控制方法：不同，在每個(gè)負(fù)載周期內(nèi)，正組變換器和反組變換器交替工作。4）控制角固定正組工作，反組封鎖，負(fù)載端電壓為正；負(fù)組工作，正組封鎖，負(fù)載端電壓為負(fù)；以低于電源的頻率切換正反組；晶閘管的開通與關(guān)斷必須采用無(wú)環(huán)流控制方式，防止兩組晶閘管橋同時(shí)導(dǎo)通；55）余弦交點(diǎn)法控制角不固定，隨著輸出電壓幅值變化而變化。調(diào)制思路：用整流電路的直流電壓平均值去逼近交流輸出電壓的瞬時(shí)值。①反組逆變io

<0，uo

>0②無(wú)環(huán)流死區(qū)③正組整流io

>0，uo

>0④正組逆變io>0，uo

<0⑤無(wú)環(huán)流死區(qū)⑥反組整流io

<0，uo

<061

11UdoUdmcos

a

=

sin

wt

=

g

sin

wt實(shí)現(xiàn)方法：A、計(jì)算法不同控制a

，變換器輸出的平均電壓：Ud

=

Ud

0

cos

a理想輸出的正弦波電壓為：u

d

=

U

dm

sin

w

t某一時(shí)刻t1變換器的控制角為：采樣時(shí)間間隔大于等于（m為波頭數(shù)），采樣點(diǎn)越多，負(fù)載波形越逼近于理想輸出波形，諧波越少。2

πm其中：

g

:輸出電壓比。7B、調(diào)制法us

2=

Us

2

m

cos

w

s

t調(diào)制波ur：理想的輸出波形；ud=

Udm

sin(wt

+

f)ud

(t1

)

=

us

2

(t1

)Us

2

m=

Ud

0某一時(shí)刻t1：ud

(t1

)

=

Udm

sin(wt1

+

f)us

2

(

t1

)=U

s

2

m

coswst1則此刻變換器的控制角為：a1

=wst1并且：此時(shí)變換器輸出電壓：Ud

=

Ud

0

cos

a1若令：巧妙！載波uc：用來(lái)與調(diào)制波交接產(chǎn)生可變控制角的一組余弦波。余弦峰點(diǎn)為對(duì)應(yīng)功率器件的自然換相點(diǎn)。8圖6.4.6 不同g

時(shí)ag較小，即輸出電壓較低時(shí)，a只在離和9w00t°變很化近的的情況范圍內(nèi)變化，電路的輸入功率因數(shù)非常低。a

=cos-1(gsinwt

)=p

/

2-sin-1(gsinwt

)6）輸出電壓和控制角的關(guān)系其中：g

：輸出電壓比，g

=

Udm

(0

￡

g

￡

1)Ud097）輸入輸出特性輸出上限頻率?輸出頻率增高時(shí)，輸出電壓一周期所含電網(wǎng)電壓段數(shù)減少，波形畸變嚴(yán)重，電壓波形畸變及其導(dǎo)致的電流波形畸變和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是限制輸出頻率提高的主要因素。?就輸出波形畸變和輸出上限頻率的關(guān)系而言，很難確定一個(gè)明確的界限。?當(dāng)采用6脈波三相橋式電路時(shí)，一般認(rèn)為輸出上限頻率不高于電網(wǎng)頻率的1/3~1/2，電網(wǎng)頻率為50Hz時(shí)，交-交變頻電路的輸出上限頻率約為20Hz。10輸入功率因數(shù)?輸入電流相位總是滯后于輸入電壓，需要電網(wǎng)提供無(wú)功功率----相位控制。?在輸出電壓的一個(gè)周期內(nèi)，a角以90°為中心而前后變化。?輸出電壓比g越小，半周期內(nèi)a的平均值越靠近90°，位移因數(shù)越低；負(fù)載功率因數(shù)越低，輸入功率因數(shù)也越低。11輸出電壓諧波?輸出電壓的諧波頻譜非常復(fù)雜，既和電網(wǎng)頻率fi以及變流電路的脈波數(shù)有關(guān)，也和輸出頻率fo有關(guān)。?采用三相橋式電路時(shí)，輸出電壓主要諧波的頻率為：6fi±fo，6fi±3fo，6fi±5fo，…12fi±fo，12fi±3fo，12fi±5fo，…?采用無(wú)環(huán)流控制方式時(shí)，由于電流方向改變時(shí)死區(qū)的影響，將增加5fo、7fo等次諧波。12輸入電流諧波特性?輸入電流波形和可控整流電路的輸入波形類似，但其幅值和相位均按正弦規(guī)律被調(diào)制。?采用三相橋式電路的交交變頻電路輸入電流諧波頻率為(以三相橋式-單相交交變頻為例)：fin

=

(6k–1)

fi

–2lfofin

=

fi

–

2kfok=1,2,3,…;l=0,1,2,3,….單相-單相交交變頻仿真：

全圖13放大由三組輸出電壓相位各相差1200的單相交－交變頻電路組成。電路接線形式主要：三、Three-phase

AC-AC

Frequency

Converter{公共交流母線進(jìn)線方式輸出星形聯(lián)結(jié)方式1、公共交流母線進(jìn)線方式電源進(jìn)線端公用,故三相單相變頻電路的輸出端必須隔離。142、輸出星形聯(lián)結(jié)方式三組單相變頻器連接在一起，其電源進(jìn)線必須隔離；由于變頻器輸出中點(diǎn)不和負(fù)載中點(diǎn)相聯(lián)結(jié)，所以在構(gòu)成三相變頻器的六組橋式電路中，至少要有不同相的兩組橋中的四個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通才能構(gòu)成回路，形成電流。15四、Output

Frequency

Limit16輸出頻率升高時(shí)，輸出電壓一個(gè)周期內(nèi)電網(wǎng)電壓的段數(shù)就減少，所含的諧波分量就要增加從而使輸出電壓波形畸變。一般的，交流電路采用6脈波的三相橋式電路時(shí)，最高輸出頻率不高于電網(wǎng)頻率的1/3～1/2。電網(wǎng)頻率為50Hz，交－交變頻電路的輸出上限頻率約為20Hz。五、Advantages

and

disadvantages優(yōu)點(diǎn)只有一次變流，且使用電網(wǎng)換相，提高了變流效率；可以很方便的實(shí)現(xiàn)四象限工作；低頻時(shí)輸出波形接近正弦波。缺點(diǎn)接線復(fù)雜，使用的晶閘管數(shù)目較多；受電網(wǎng)頻率和交流電路各脈沖數(shù)的限制，輸出頻率低；采用相控方式，功率因數(shù)較低；鑒于居于以上的優(yōu)缺點(diǎn)：交－交變頻器主要用于500kW或1000kW以上，轉(zhuǎn)速在600r/min以下的大功率低轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速裝置中。目前已在礦石碎機(jī)、水泥球磨機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)及扎機(jī)主傳動(dòng)裝置中獲得了較多的應(yīng)用。它既可用于異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，也可以用于同步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。三相全橋？17六、Matrix

Co