《交流交流變換電路》課件

引言

6.1交流調壓電路

6.2其他交流電力控制電路

6.3交交變頻電路

本章要點第6章交流——交流變換電路1精選ppt引言第6章交流——交流變換電路1精選ppt本章主要講述交流-交流變流電路

把一種形式的交流變成另一種形式交流的電路變頻電路改變頻率的電路交交變頻直接交直交變頻間接交流電力控制電路只改變電壓,電流或控制電路的通斷,而不改變頻率的電路。交流調壓電路相位控制交流調功電路通斷控制交流電力電子開關第6章交流——交流變換電路2精選ppt本章主要講述交流-交流變流電路變頻電路改變頻率的6.1交流調壓電路

原理兩個晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，通過對晶閘管的控制就可控制交流電力。

電路圖3精選ppt6.1交流調壓電路原理電路圖3精選pp應用

1燈光控制（如調光臺燈和舞臺燈光控制)。2異步電動機軟起動。3異步電動機調速。4供用電系統(tǒng)對無功功率的連續(xù)調節(jié)。5在高壓小電流或低壓大電流直流電源中，用于調節(jié)變壓器一次電壓。6.1交流調壓電路4精選ppt應用6.1交流調壓電路4精選ppt

6.1.1單相交流調壓電路

6.1.2三相交流調壓電路6.1交流調壓電路5精選ppt6.1交流調壓電路5精選pptOu1uoiouVTwtOwtOwtOwt6.1.1單相交流調壓電路1)電阻負載圖6-1電阻負載單相交流調壓電路及其波形輸出電壓與α的關系:移相范圍為0≤a

≤π。

a

=0時，輸出電壓為最大。Uo=U1,隨a

的增大，Uo降低，a

=π時，Uo=0。λ與a的關系:

a=0時，功率因數(shù)λ=1，a增大，輸入電流滯后于電壓且畸變，λ降低。6精選pptOu1uoiouVTwtOwtOwtOwt6.1.1單相若晶閘管短接，穩(wěn)態(tài)時負載電流為正弦波，相位滯后于u1的角度為j，當用晶閘管控制時，只能進行滯后控制，使負載電流更為滯后。a

=0時刻仍定為u1過零的時刻，a的移相范圍應為j

≤a

≤π。1)阻感負載

0.6Ou1uoiouVTwtOwtOwtwtOuG1uG2OOwtwt圖6-2電阻負載單相交流調壓電路及其波形

負載阻抗角：

j

=arctan(wL

/R)VT16.1.1單相交流調壓電路7精選ppt若晶閘管短接，穩(wěn)態(tài)時負載電流為正弦波，相位滯后于u1的q020100601401802010060/(°)180140a/(°)j=90°75°60°45°30°15°0°圖6-3單相交流調壓電路以a為參變量的θ和a關系曲線

wt=a時刻開通晶閘管VT1，可求得θ

當a=j

時θ=π當a>j

時θ<π以j為參變量，利用上式可把a和θ的關系表示成右圖。6.1.1單相交流調壓電路8精選pptq020100601401802010060/(°)180圖6-3單相交流調壓電路a為參變量時IVTN和a關系曲線j

=90°0.10.20.30.40.51601800401208075°60°45°j

=0a/(°)IVTN負載電流有效值(6-10)IVT的標幺值(6-11)6.1.1單相交流調壓電路9精選ppt圖6-3單相交流調壓電路a為參變量時IVTN和a關系曲圖6-4a<j時阻感負載交流調壓電路工作波形當阻感負載,a

<j時電路工作情況。圖6-2阻感負載單相交流調壓電路VT1的導通時間超過π。觸發(fā)VT2時，io尚未過零，VT1仍導通，VT2不會導通。io過零后，VT2才可開通，VT2導通角小于π。衰減過程中，VT1導通時間漸短，VT2的導通時間漸長。6.1.1單相交流調壓電路10精選ppt圖6-4a<j時阻感負載交流調壓電路工作波形當阻感負載,6.1.1單相交流調壓電路◆例6-1一單相交流調壓器，輸入交流電壓為220V，50Hz，負載為電阻電感，其中R=8Ω，XL=6Ω。試求=/6、/3時的輸出電壓、電流有效值及輸入功率和功率因數(shù)。解：負載阻抗及負載阻抗角分別為：

因此開通角的變化范圍為：

即①當=/6時，由于<,因此晶閘管調壓器全開放，輸出電壓為完整的正弦波，負載電流也為最大，此時輸出功率最大，為

11精選ppt6.1.1單相交流調壓電路◆例6-1一單相交流調壓器，輸6.1.1單相交流調壓電路功率因數(shù)為實際上，此時的功率因數(shù)也就是負載阻抗角的余弦。②時，先計算晶閘管的導通角，由式（6-7）得

解上式可得晶閘管導通角為：12精選ppt6.1.1單相交流調壓電路功率因數(shù)為實際上，此時的功率因數(shù)6.1.1單相交流調壓電路13精選ppt6.1.1單相交流調壓電路13精選ppt3)單相交流調壓電路的諧波分析

電阻負載由于波形正負半波對稱，所以不含直流分量和偶次諧波。

(6-12)

基波和各次諧波有效值

(6-13)負載電流基波和各次諧波有效值

(6-14)電流基波和各次諧波標幺值隨a變化的曲線（基準電流為a=0時的有效值）如圖6-5所示。圖6-5電阻負載單相交流調壓電路基波和諧波電流含量6.1.1單相交流調壓電路14精選ppt3)單相交流調壓電路的諧波分析 電阻負載由于波形正負半電流諧波次數(shù)和電阻負載時相同，也只含3、5、7…等次諧波。隨著次數(shù)的增加，諧波含量減少。和電阻負載時相比，阻感負載時的諧波電流含量少一些。當a角相同時，隨著阻抗角j的增大，諧波含量有所減少。阻感負載6.1.1單相交流調壓電路15精選ppt電流諧波次數(shù)和電阻負載時相同，也只含3、5、7…等次諧波。阻4)斬控式交流調壓電路在交流電源u1的正半周圖6-8斬控式交流調壓電路6.1.1單相交流調壓電路用V1進行斬波控制用V3給負載電流提供續(xù)流通道16精選ppt4)斬控式交流調壓電路在交流電源u1的正半周圖6-8用V2進行斬波控制用V4給負載電流提供續(xù)流通道圖6-8斬控式交流調壓電路4)斬控式交流調壓電路在交流電源u1的負半周6.1.1單相交流調壓電路17精選ppt用V2進行斬波控制用V4給負載電流提供續(xù)流通道圖6-8斬

特性圖6-9電阻負載斬控式交流調壓電路波形6.1.1單相交流調壓電路電源電流的基波分量和電源電壓同相位，即位移因數(shù)為1。電源電流不含低次諧波，只含和開關周期T有關的高次諧波。功率因數(shù)接近1。18精選ppt特性圖6-9電阻負載斬控式交流調壓電路波形6.1.16.1.2三相交流調壓電路根據三相聯(lián)結形式的不同，三相交流調壓電路具有多種形式三相交流調壓電路a)星形聯(lián)結b)線路控制三角形聯(lián)結c)支路控制三角形聯(lián)結d)中點控制三角形聯(lián)結19精選ppt6.1.2三相交流調壓電路根據三相聯(lián)結形式的不同，三相三相四線基本原理：相當于三個單相交流調壓電路的組合，三相互相錯開120°工作。基波和3倍次以外的諧波在三相之間流動，不流過零線。問題：三相中3倍次諧波同相位，全部流過零線。零線有很大3倍次諧波電流。a=90°時，零線電流甚至和各相電流的有效值接近。1)星形聯(lián)結電路

可分為三線三相和三相四線圖6-6三相交流調壓電路a)星形聯(lián)結6.1.2三相交流調壓電路20精選ppt三相四線1)星形聯(lián)結電路可分為三線三相和三三相三線圖6-6三相交流調壓電路a)星形聯(lián)結6.1.2三相交流調壓電路任一相導通須和另一相構成回路。電流通路中至少有兩個晶閘管，應采用雙脈沖或寬脈沖觸發(fā)。觸發(fā)脈沖順序和三相橋式全控整流電路一樣，為VT1~VT6,依次相差60°。相電壓過零點定為a的起點，a角移相范圍是0°~150°。21精選ppt三相三線圖6-6三相交流調壓電路6.1.2三相交流諧波情況6.1.2三相交流調壓電路電流諧波次數(shù)為6k±1(k=1，2，3，…)，和三相橋式全控整流電路交流側電流所含諧波的次數(shù)完全相同。諧波次數(shù)越低，含量越大。和單相交流調壓電路相比，沒有3倍次諧波，因三相對稱時，它們不能流過三相三線電路。22精選ppt諧波情況6.1.2三相交流調壓電路電流諧波次數(shù)為6k±2）

支路控制三角聯(lián)結電路

c)支路控制三角形聯(lián)結6.1.2三相交流調壓電路由三個單相交流調壓電路組成，分別在不同的線電壓作用下工作。單相交流調壓電路的分析方法和結論完全適用。輸入線電流（即電源電流）為與該線相連的兩個負載相電流之和。23精選ppt2）支路控制三角聯(lián)結電路c)支路控制三角形聯(lián)結

諧波情況c)支路控制三角形聯(lián)結6.1.2三相交流調壓電路3倍次諧波相位和大小相同，在三角形回路中流動，而不出現(xiàn)在線電流中。線電流中所諧波次數(shù)為6k±1(k為正整數(shù))。在相同負載和a角時，線電流中諧波含量少于三相三線星形電路。24精選ppt諧波情況c)支路控制三角形聯(lián)結6.1.2三相交流調6.2其他交流電力控制電路6.2.1

交流調功電路6.2.2交流電力電子開關25精選ppt6.2其他交流電力控制電路25精選ppt6.2.1交流調功電路交流調功電路與交流調壓電路的異同比較相同點

電路形式完全相同不同點

控制方式不同交流調壓電路在每個電源周期都對輸出電壓波形進行控制。交流調功電路是將負載與交流電源接通幾個周期,在斷開幾個周期,通過通斷周波數(shù)的比值來調節(jié)負載所消耗的平均功率。26精選ppt6.2.1交流調功電路交流調功電路與交流調壓電路的異同比電阻負載時的工作情況2pNpM電源周期控制周期=M倍電源周期=2p4pMO導通段=M3pM2pMuou1uo,iowtU12圖6-13交流調功電路典型波形(M=3、N=2)圖6－1電阻負載單相交流調壓電路6.2.1交流調功電路控制周期為M倍電源周期，晶閘管在前N個周期導通，后M－N個周期關斷。負載電壓和負載電流（也即電源電流）的重復周期為M倍電源周期。27精選ppt電阻負載時的工作情況2pNpM電源周期控制周期=M倍電源周6.2.2交流電力電子開關概念把晶閘管反并聯(lián)后串入交流電路中，代替電路中的機械開關，起接通和斷開電路的作用。優(yōu)點

響應速度快，無觸點，壽命長，可頻繁控制通斷。與交流調功電路的區(qū)別并不控制電路的平均輸出功率。通常沒有明確的控制周期，只是根據需要控制電路的接通和斷開?？刂祁l度通常比交流調功電路低得多。28精選ppt6.2.2交流電力電子開關概念把晶閘管反并聯(lián)后串入交晶閘管投切電容（ThyristorSwitched——Capacitor——TSC）圖6-15TSC基本原理圖a)基本單元單相簡圖b)分組投切單相簡圖6.2.2交流電力電子開關作用對無功功率控制，可提高功率因數(shù)，穩(wěn)定電網電壓，改善供電質量。性能優(yōu)于機械開關投切的電容器。結構和原理晶閘管反并聯(lián)后串入交流電路。實際常用三相，可三角形聯(lián)結，也可星形聯(lián)結。29精選ppt晶閘管投切電容（ThyristorSwitched——Ca晶閘管的投切選擇晶閘管投入時刻的原則：該時刻交流電源電壓和電容器預充電電壓相等，這樣電容器電壓不會產生躍變，就不會產生沖擊電流。理想情況下，希望電容器預充電電壓為電源電壓峰值，這時電源電壓的變化率為零，電容投入過程不但沒有沖擊電流，電流也沒有階躍變化。12ttttusiCuCVT1VT2ttuVT1uusiCuCCVT1VT2VT1圖6-16TSC理想投切時刻原理說明6.2.2交流電力電子開關30精選ppt晶閘管的投切12ttttusiCuCVT1VT2ttuVT16.3交交變頻電路

6.3.1單相交交變頻器

6.3.2三相交交變頻器31精選ppt6.3交交變頻電路31精選ppt6.3.1單相交交變頻器晶閘管交交變頻電路，也稱周波變流器(Cycloconvertor)

把電網頻率的交流電變成可調頻率的交流電的變流電路，屬于直接變頻電路。廣泛用于大功率交流電動機調速傳動系統(tǒng)，實際使用的主要是三相輸出交交變頻電路。32精選ppt6.3.1單相交交變頻器晶閘管交交變頻電路，也稱周波變流1電路構成和基本工作原理圖6-11單相交交變頻電路原理圖和輸出電壓波形6.3.1單相交交變頻器電路構成如圖6-18，由P組和N組反并聯(lián)的晶閘管變流電路構成，和直流電動機可逆調速用的四象限變流電路完全相同。變流器P和N都是相控整流電路。33精選ppt1電路構成和基本工作原理圖6-11單相交交變頻電路原理工作原理P組工作時，負載電流io為正。N組工作時，io為負。兩組變流器按一定的頻率交替工作，負載就得到該頻率的交流電。改變兩組變流器的切換頻率，就可改變輸出頻率wo。改變變流電路的控制角a，就可以改變交流輸出電壓的幅值。圖6-11單相交交變頻電路原理圖和輸出電壓波形6.3.1單相交交變頻器34精選ppt工作原理圖6-11單相交交變頻電路原理圖和輸出電壓波形6為使uo波形接近正弦波，可按正弦規(guī)律對a角進行調制。6.3.1單相交交變頻器在半個周期內讓P組a

角按正弦規(guī)律從90°減到0°或某個值，再增加到90°，每個控制間隔內的平均輸出電壓就按正弦規(guī)律從零增至最高，再減到零。另外半個周期可對N組進行同樣的控制。uo由若干段電源電壓拼接而成，在uo的一個周期內，包含的電源電壓段數(shù)越多，其波形就越接近正弦波。35精選ppt為使uo波形接近正弦波，可按正弦規(guī)律對a角進行調制。6.3

2

整流與逆變工作狀態(tài)理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài)6.3.1單相交交變頻器阻感負載為例，也適用于交流電動機負載。把交交變頻電路理想化，忽略變流電路換相時uo的脈動分量，就可把電路等效成圖6-19a所示的正弦波交流電源和二極管的串聯(lián)。36精選ppt2整流與逆變工作狀態(tài)理想化交交變頻電路的整流和逆變工設負載阻抗角為j

，則輸出電流滯后輸出電壓j角。兩組變流電路采取無環(huán)流工作方式，即一組變流電路工作時，封鎖另一組變流電路的觸發(fā)脈沖。理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài)6.3.1單相交交變頻器37精選ppt設負載阻抗角為j，則輸出電流滯后輸出電壓j角。理想化交交3輸出正弦波電壓的調制方法介紹最基本的、廣泛使用的余弦交點法。設Ud0為a

=0時整流電路的理想空載電壓，則有

每次控制時a角不同，表示每次控制間隔內uo的平均值。圖6-13余弦交點法原理6.3.1單相交交變頻器38精選ppt3輸出正弦波電壓的調制方法介紹最基本的、廣泛使用的余弦設期望的正弦波輸出電壓為(6-16）比較式(6-15)和(6-16)，應使

(6-17)

g稱為輸出電壓比：

圖6-13余弦交點法原理6.3.1單相交交變頻器39精選ppt設期望的正弦波輸出電壓為圖6-13余弦交點法原理6.3.圖6-13余弦交點法原理6.3.1單相交交變頻器余弦交點法基本公式

(6-18)余弦交點法圖解線電壓uab、uac、ubc、uba、uca和ucb依次用u1~u6表示。相鄰兩個線電壓的交點對應于a

=0。40精選ppt圖6-13余弦交點法原理6.3.1單相交交變頻器余弦u1~u6所對應的同步信號分別用us1~us6表示us1~us6比相應的u1~u6超前30°，us1~us6的最大值和相應線電壓a

=0的時刻對應。以a

=0為零時刻，則us1~us6為余弦信號。希望輸出電壓為uo，則各晶閘管觸發(fā)時刻由相應的同步電壓us1~us6的下降段和uo的交點來決定。圖6-13余弦交點法原理6.3.1單相交交變頻器41精選pptu1~u6所對應的同步信號分別用us1~us6表示圖6-13不同g

時，在uo一周期內，a隨wot變化的情況。圖中，g較小，即輸出電壓較低時，a只在離90°很近的范圍內變化，電路的輸入功率因數(shù)非常低。圖6-22不同g時a和wot的關系6.3.1單相交交變頻器42精選ppt不同g時，在uo一周期內，a隨wot變化的情況。4

輸入輸出特性6.3.1單相交交變頻器輸出上限頻率

輸出頻率增高時，輸出電壓一周期所含電網電壓段數(shù)減少，波形畸變嚴重。電壓波形畸變及其導致的電流波形畸變和轉矩脈動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系而言，很難確定一個明確的界限。當采用6脈波三相橋式電路時，輸出上限頻率不高于電網頻率的1/3~1/2。電網頻率為50Hz時，交交變頻電路的輸出上限頻率約為20Hz。43精選ppt4輸入輸出特性6.3.1單相交交變頻器輸出上限頻率6.3.2三相交交變頻電路

由三組輸出電壓相位各差120°的單相交交變頻電路組成。1

電路接線方式公共交流母線進線方式輸出星形聯(lián)結方式交交變頻電路主要應用于大功率交流電機調速系統(tǒng)，使用的是三相交交變頻電路。44精選ppt6.3.2三相交交變頻電路由三組輸出電壓相位各差1(1)公共交流母線進線方式圖6-24公共交流母線進線三相交交變頻電路（簡圖）6.3.2三相交交變頻電路由三組彼此獨立的、輸出電壓相位相互錯開120°的單相交交變頻電路構成。電源進線通過進線電抗器接在公共的交流母線上。因為電源進線端公用，所以三組的輸出端必須隔離。為此，交流電動機的三個繞組必須拆開。主要用于中等。容量的交流調速系統(tǒng)。45精選ppt(1)公共交流母線進線方式圖6-24公共交流母線進線三相(2)輸出星形聯(lián)結方式三組的輸出端是星形聯(lián)結，電動機的三個繞組也是星形聯(lián)結電動機中點不和變頻器中點接在一起，電動機只引出三根線即可

圖6-25輸出星形聯(lián)結方式三相交交變頻電路a）簡圖b）詳圖三組的輸出端是星形聯(lián)結，電動機的三個繞組也是星形聯(lián)結。電動機中點不和變頻器中點接在一起，電動機只引出三根線即可。6.3.2三相交交變頻電路46精選ppt(2)輸出星形聯(lián)結方式 圖6-25輸出星形聯(lián)結方式三相圖6-25輸出星形聯(lián)結方式三相交交變頻電路a）簡圖b）詳圖因為三組的輸出聯(lián)接在一起，其電源進線必須隔離，因此分別用三個變壓器供電。由于輸出端中點不和負載中點相聯(lián)接，所以在構成三相變頻電路的六組橋式電路中，至少要有不同輸出相的兩組橋中的四個晶閘管同時導通才能構成回路，形成電流。6.3.2三相交交變頻電路47精選ppt圖6-25輸出星形聯(lián)結方式三相交交變頻電路因為三組的輸出圖6-25輸出星形聯(lián)結方式三相交交變頻電路a）簡圖b）詳圖和整流電路一樣，同一組橋內的兩個晶閘管靠雙觸發(fā)脈沖保證同時導通。兩組橋之間則是靠各自的觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，以保證同時導通。6.3.2三相交交變頻電路48精選ppt圖6-25輸出星形聯(lián)結方式三相交交變頻電路和整流電路一樣交交變頻和交直交變頻的比較間接變頻電路，先把交流變換成直流，再把直流逆變成可變頻率的交流，稱交直交變頻電路。交交變頻電路的優(yōu)點：交交變頻電路的缺點：接線復雜，采用三相橋式電路的三相交交變頻器至少要用36只晶閘管。受電網頻率和變流電路脈波數(shù)的限制，輸出頻率較低。輸入功率因數(shù)較低。輸入電流諧波含量大，頻譜復雜。效率較高（一次變流）可方便地實現(xiàn)四象限工作低頻輸出波形接近正弦波6.3.2三相交交變頻電路49精選ppt交交變頻和交直交變頻的比較效率較高（一次變流）6.3.2應用主要用于500kW或1000kW以上的大功率、低轉速的交流調速電路中。目前已在軋機主傳動裝置、鼓風機、礦石破碎機、球磨機、卷揚機等場合應用。既可用于異步電動機，也可用于同步電動機傳動。6.3.2三相交交變頻電路50精選ppt應用6.3.2三相交交變頻電路50精選ppt本章小結本章的要點如下：(1)交流—交流變流電路的分類及其基本概念；(2)單相交流調壓電路的電路構成，在電阻負載和阻感負載時的工作原理和電路特性；(3)三相交流調壓電路的基本構成和基本工作原理；(4)交流調功電路和交流電力電子開關的基本概念；(5)晶閘管相位控制交交變頻電路的電路構成、工作原理和輸入輸出特性；(6)各種交流—交流變流電路的主要應用；51精選ppt本章小結本章的要點如下：51精選ppt標幺值per-unitvalue定義:基準值的選?。阂愿髯粤康念~定值為基準值實際值基準值實際值基準值Z，r，xZN單相值單相額定值P，Q，SSN三相值三相額定值相值額定相值一次側量一次側量額定值線值額定線值二次側量二次側量額定值52精選ppt標幺值per-unitvalue定義:基準值的選?。阂愿髯詷绥壑祊er-unitvalue優(yōu)點：1）額定值的標幺值為1。2）折算前、后標幺值相等（不需折算）。3）線值標幺值和相值標幺值相等。4）單相的標幺值和三相的標幺值相等。6）電壓等級差別大，但標幺值表示的參數(shù)變化范圍不大。5）百分值=標幺值100（%）53精選ppt標幺值per-unitvalue優(yōu)點：1）額定值的標幺值為標幺值per-unitvalue例：8）物理意義不同的量，標幺值相等。7）標幺值表示的電壓和電流，能反映設備運行情況。54精選ppt標幺值per-unitvalue例：8）物理意義不同的量，標幺值per-unitvalue缺點：1）標幺值無單位，物理概念模糊。2）物理意義不同的量，標幺值相等。55精選ppt標幺值per-unitvalue缺點：1）標幺值無單位，物

引言

6.1交流調壓電路

6.2其他交流電力控制電路

6.3交交變頻電路

本章要點第6章交流——交流變換電路56精選ppt引言第6章交流——交流變換電路1精選ppt本章主要講述交流-交流變流電路

把一種形式的交流變成另一種形式交流的電路變頻電路改變頻率的電路交交變頻直接交直交變頻間接交流電力控制電路只改變電壓,電流或控制電路的通斷,而不改變頻率的電路。交流調壓電路相位控制交流調功電路通斷控制交流電力電子開關第6章交流——交流變換電路57精選ppt本章主要講述交流-交流變流電路變頻電路改變頻率的6.1交流調壓電路

原理兩個晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，通過對晶閘管的控制就可控制交流電力。

電路圖58精選ppt6.1交流調壓電路原理電路圖3精選pp應用

1燈光控制（如調光臺燈和舞臺燈光控制)。2異步電動機軟起動。3異步電動機調速。4供用電系統(tǒng)對無功功率的連續(xù)調節(jié)。5在高壓小電流或低壓大電流直流電源中，用于調節(jié)變壓器一次電壓。6.1交流調壓電路59精選ppt應用6.1交流調壓電路4精選ppt

6.1.1單相交流調壓電路

6.1.2三相交流調壓電路6.1交流調壓電路60精選ppt6.1交流調壓電路5精選pptOu1uoiouVTwtOwtOwtOwt6.1.1單相交流調壓電路1)電阻負載圖6-1電阻負載單相交流調壓電路及其波形輸出電壓與α的關系:移相范圍為0≤a

≤π。

a

=0時，輸出電壓為最大。Uo=U1,隨a

的增大，Uo降低，a

=π時，Uo=0。λ與a的關系:

a=0時，功率因數(shù)λ=1，a增大，輸入電流滯后于電壓且畸變，λ降低。61精選pptOu1uoiouVTwtOwtOwtOwt6.1.1單相若晶閘管短接，穩(wěn)態(tài)時負載電流為正弦波，相位滯后于u1的角度為j，當用晶閘管控制時，只能進行滯后控制，使負載電流更為滯后。a

=0時刻仍定為u1過零的時刻，a的移相范圍應為j

≤a

≤π。1)阻感負載

0.6Ou1uoiouVTwtOwtOwtwtOuG1uG2OOwtwt圖6-2電阻負載單相交流調壓電路及其波形

負載阻抗角：

j

=arctan(wL

/R)VT16.1.1單相交流調壓電路62精選ppt若晶閘管短接，穩(wěn)態(tài)時負載電流為正弦波，相位滯后于u1的q020100601401802010060/(°)180140a/(°)j=90°75°60°45°30°15°0°圖6-3單相交流調壓電路以a為參變量的θ和a關系曲線

wt=a時刻開通晶閘管VT1，可求得θ

當a=j

時θ=π當a>j

時θ<π以j為參變量，利用上式可把a和θ的關系表示成右圖。6.1.1單相交流調壓電路63精選pptq020100601401802010060/(°)180圖6-3單相交流調壓電路a為參變量時IVTN和a關系曲線j

=90°0.10.20.30.40.51601800401208075°60°45°j

=0a/(°)IVTN負載電流有效值(6-10)IVT的標幺值(6-11)6.1.1單相交流調壓電路64精選ppt圖6-3單相交流調壓電路a為參變量時IVTN和a關系曲圖6-4a<j時阻感負載交流調壓電路工作波形當阻感負載,a

<j時電路工作情況。圖6-2阻感負載單相交流調壓電路VT1的導通時間超過π。觸發(fā)VT2時，io尚未過零，VT1仍導通，VT2不會導通。io過零后，VT2才可開通，VT2導通角小于π。衰減過程中，VT1導通時間漸短，VT2的導通時間漸長。6.1.1單相交流調壓電路65精選ppt圖6-4a<j時阻感負載交流調壓電路工作波形當阻感負載,6.1.1單相交流調壓電路◆例6-1一單相交流調壓器，輸入交流電壓為220V，50Hz，負載為電阻電感，其中R=8Ω，XL=6Ω。試求=/6、/3時的輸出電壓、電流有效值及輸入功率和功率因數(shù)。解：負載阻抗及負載阻抗角分別為：

因此開通角的變化范圍為：

即①當=/6時，由于<,因此晶閘管調壓器全開放，輸出電壓為完整的正弦波，負載電流也為最大，此時輸出功率最大，為

66精選ppt6.1.1單相交流調壓電路◆例6-1一單相交流調壓器，輸6.1.1單相交流調壓電路功率因數(shù)為實際上，此時的功率因數(shù)也就是負載阻抗角的余弦。②時，先計算晶閘管的導通角，由式（6-7）得

解上式可得晶閘管導通角為：67精選ppt6.1.1單相交流調壓電路功率因數(shù)為實際上，此時的功率因數(shù)6.1.1單相交流調壓電路68精選ppt6.1.1單相交流調壓電路13精選ppt3)單相交流調壓電路的諧波分析

電阻負載由于波形正負半波對稱，所以不含直流分量和偶次諧波。

(6-12)

基波和各次諧波有效值

(6-13)負載電流基波和各次諧波有效值

(6-14)電流基波和各次諧波標幺值隨a變化的曲線（基準電流為a=0時的有效值）如圖6-5所示。圖6-5電阻負載單相交流調壓電路基波和諧波電流含量6.1.1單相交流調壓電路69精選ppt3)單相交流調壓電路的諧波分析 電阻負載由于波形正負半電流諧波次數(shù)和電阻負載時相同，也只含3、5、7…等次諧波。隨著次數(shù)的增加，諧波含量減少。和電阻負載時相比，阻感負載時的諧波電流含量少一些。當a角相同時，隨著阻抗角j的增大，諧波含量有所減少。阻感負載6.1.1單相交流調壓電路70精選ppt電流諧波次數(shù)和電阻負載時相同，也只含3、5、7…等次諧波。阻4)斬控式交流調壓電路在交流電源u1的正半周圖6-8斬控式交流調壓電路6.1.1單相交流調壓電路用V1進行斬波控制用V3給負載電流提供續(xù)流通道71精選ppt4)斬控式交流調壓電路在交流電源u1的正半周圖6-8用V2進行斬波控制用V4給負載電流提供續(xù)流通道圖6-8斬控式交流調壓電路4)斬控式交流調壓電路在交流電源u1的負半周6.1.1單相交流調壓電路72精選ppt用V2進行斬波控制用V4給負載電流提供續(xù)流通道圖6-8斬

特性圖6-9電阻負載斬控式交流調壓電路波形6.1.1單相交流調壓電路電源電流的基波分量和電源電壓同相位，即位移因數(shù)為1。電源電流不含低次諧波，只含和開關周期T有關的高次諧波。功率因數(shù)接近1。73精選ppt特性圖6-9電阻負載斬控式交流調壓電路波形6.1.16.1.2三相交流調壓電路根據三相聯(lián)結形式的不同，三相交流調壓電路具有多種形式三相交流調壓電路a)星形聯(lián)結b)線路控制三角形聯(lián)結c)支路控制三角形聯(lián)結d)中點控制三角形聯(lián)結74精選ppt6.1.2三相交流調壓電路根據三相聯(lián)結形式的不同，三相三相四線基本原理：相當于三個單相交流調壓電路的組合，三相互相錯開120°工作?；ê?倍次以外的諧波在三相之間流動，不流過零線。問題：三相中3倍次諧波同相位，全部流過零線。零線有很大3倍次諧波電流。a=90°時，零線電流甚至和各相電流的有效值接近。1)星形聯(lián)結電路

可分為三線三相和三相四線圖6-6三相交流調壓電路a)星形聯(lián)結6.1.2三相交流調壓電路75精選ppt三相四線1)星形聯(lián)結電路可分為三線三相和三三相三線圖6-6三相交流調壓電路a)星形聯(lián)結6.1.2三相交流調壓電路任一相導通須和另一相構成回路。電流通路中至少有兩個晶閘管，應采用雙脈沖或寬脈沖觸發(fā)。觸發(fā)脈沖順序和三相橋式全控整流電路一樣，為VT1~VT6,依次相差60°。相電壓過零點定為a的起點，a角移相范圍是0°~150°。76精選ppt三相三線圖6-6三相交流調壓電路6.1.2三相交流諧波情況6.1.2三相交流調壓電路電流諧波次數(shù)為6k±1(k=1，2，3，…)，和三相橋式全控整流電路交流側電流所含諧波的次數(shù)完全相同。諧波次數(shù)越低，含量越大。和單相交流調壓電路相比，沒有3倍次諧波，因三相對稱時，它們不能流過三相三線電路。77精選ppt諧波情況6.1.2三相交流調壓電路電流諧波次數(shù)為6k±2）

支路控制三角聯(lián)結電路

c)支路控制三角形聯(lián)結6.1.2三相交流調壓電路由三個單相交流調壓電路組成，分別在不同的線電壓作用下工作。單相交流調壓電路的分析方法和結論完全適用。輸入線電流（即電源電流）為與該線相連的兩個負載相電流之和。78精選ppt2）支路控制三角聯(lián)結電路c)支路控制三角形聯(lián)結

諧波情況c)支路控制三角形聯(lián)結6.1.2三相交流調壓電路3倍次諧波相位和大小相同，在三角形回路中流動，而不出現(xiàn)在線電流中。線電流中所諧波次數(shù)為6k±1(k為正整數(shù))。在相同負載和a角時，線電流中諧波含量少于三相三線星形電路。79精選ppt諧波情況c)支路控制三角形聯(lián)結6.1.2三相交流調6.2其他交流電力控制電路6.2.1

交流調功電路6.2.2交流電力電子開關80精選ppt6.2其他交流電力控制電路25精選ppt6.2.1交流調功電路交流調功電路與交流調壓電路的異同比較相同點

電路形式完全相同不同點

控制方式不同交流調壓電路在每個電源周期都對輸出電壓波形進行控制。交流調功電路是將負載與交流電源接通幾個周期,在斷開幾個周期,通過通斷周波數(shù)的比值來調節(jié)負載所消耗的平均功率。81精選ppt6.2.1交流調功電路交流調功電路與交流調壓電路的異同比電阻負載時的工作情況2pNpM電源周期控制周期=M倍電源周期=2p4pMO導通段=M3pM2pMuou1uo,iowtU12圖6-13交流調功電路典型波形(M=3、N=2)圖6－1電阻負載單相交流調壓電路6.2.1交流調功電路控制周期為M倍電源周期，晶閘管在前N個周期導通，后M－N個周期關斷。負載電壓和負載電流（也即電源電流）的重復周期為M倍電源周期。82精選ppt電阻負載時的工作情況2pNpM電源周期控制周期=M倍電源周6.2.2交流電力電子開關概念把晶閘管反并聯(lián)后串入交流電路中，代替電路中的機械開關，起接通和斷開電路的作用。優(yōu)點

響應速度快，無觸點，壽命長，可頻繁控制通斷。與交流調功電路的區(qū)別并不控制電路的平均輸出功率。通常沒有明確的控制周期，只是根據需要控制電路的接通和斷開?？刂祁l度通常比交流調功電路低得多。83精選ppt6.2.2交流電力電子開關概念把晶閘管反并聯(lián)后串入交晶閘管投切電容（ThyristorSwitched——Capacitor——TSC）圖6-15TSC基本原理圖a)基本單元單相簡圖b)分組投切單相簡圖6.2.2交流電力電子開關作用對無功功率控制，可提高功率因數(shù)，穩(wěn)定電網電壓，改善供電質量。性能優(yōu)于機械開關投切的電容器。結構和原理晶閘管反并聯(lián)后串入交流電路。實際常用三相，可三角形聯(lián)結，也可星形聯(lián)結。84精選ppt晶閘管投切電容（ThyristorSwitched——Ca晶閘管的投切選擇晶閘管投入時刻的原則：該時刻交流電源電壓和電容器預充電電壓相等，這樣電容器電壓不會產生躍變，就不會產生沖擊電流。理想情況下，希望電容器預充電電壓為電源電壓峰值，這時電源電壓的變化率為零，電容投入過程不但沒有沖擊電流，電流也沒有階躍變化。12ttttusiCuCVT1VT2ttuVT1uusiCuCCVT1VT2VT1圖6-16TSC理想投切時刻原理說明6.2.2交流電力電子開關85精選ppt晶閘管的投切12ttttusiCuCVT1VT2ttuVT16.3交交變頻電路

6.3.1單相交交變頻器

6.3.2三相交交變頻器86精選ppt6.3交交變頻電路31精選ppt6.3.1單相交交變頻器晶閘管交交變頻電路，也稱周波變流器(Cycloconvertor)

把電網頻率的交流電變成可調頻率的交流電的變流電路，屬于直接變頻電路。廣泛用于大功率交流電動機調速傳動系統(tǒng)，實際使用的主要是三相輸出交交變頻電路。87精選ppt6.3.1單相交交變頻器晶閘管交交變頻電路，也稱周波變流1電路構成和基本工作原理圖6-11單相交交變頻電路原理圖和輸出電壓波形6.3.1單相交交變頻器電路構成如圖6-18，由P組和N組反并聯(lián)的晶閘管變流電路構成，和直流電動機可逆調速用的四象限變流電路完全相同。變流器P和N都是相控整流電路。88精選ppt1電路構成和基本工作原理圖6-11單相交交變頻電路原理工作原理P組工作時，負載電流io為正。N組工作時，io為負。兩組變流器按一定的頻率交替工作，負載就得到該頻率的交流電。改變兩組變流器的切換頻率，就可改變輸出頻率wo。改變變流電路的控制角a，就可以改變交流輸出電壓的幅值。圖6-11單相交交變頻電路原理圖和輸出電壓波形6.3.1單相交交變頻器89精選ppt工作原理圖6-11單相交交變頻電路原理圖和輸出電壓波形6為使uo波形接近正弦波，可按正弦規(guī)律對a角進行調制。6.3.1單相交交變頻器在半個周期內讓P組a

角按正弦規(guī)律從90°減到0°或某個值，再增加到90°，每個控制間隔內的平均輸出電壓就按正弦規(guī)律從零增至最高，再減到零。另外半個周期可對N組進行同樣的控制。uo由若干段電源電壓拼接而成，在uo的一個周期內，包含的電源電壓段數(shù)越多，其波形就越接近正弦波。90精選ppt為使uo波形接近正弦波，可按正弦規(guī)律對a角進行調制。6.3

2

整流與逆變工作狀態(tài)理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài)6.3.1單相交交變頻器阻感負載為例，也適用于交流電動機負載。把交交變頻電路理想化，忽略變流電路換相時uo的脈動分量，就可把電路等效成圖6-19a所示的正弦波交流電源和二極管的串聯(lián)。91精選ppt2整流與逆變工作狀態(tài)理想化交交變頻電路的整流和逆變工設負載阻抗角為j

，則輸出電流滯后輸出電壓j角。兩組變流電路采取無環(huán)流工作方式，即一組變流電路工作時，封鎖另一組變流電路的觸發(fā)脈沖。理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài)6.3.1單相交交變頻器92精選ppt設負載阻抗角為j，則輸出電流滯后輸出電壓j角。理想化交交3輸出正弦波電壓的調制方法介紹最基本的、廣泛使用的余弦交點法。設Ud0為a

=0時整流電路的理想空載電壓，則有

每次控制時a角不同，表示每次控制間隔內uo的平均值。圖6-13余弦交點法原理6.3.1單相交交變頻器93精選ppt3輸出正弦波電壓的調制方法介紹最基本的、廣泛使用的余弦設期望的正弦波輸出電壓為(6-16）比較式(6-15)和(6-16)，應使

(6-17)

g稱為輸出電壓比：

圖6-13余弦交點法原理6.3.1單相交交變頻器94精選ppt設期望的正弦波輸出電壓為圖6-13余弦交點法原理6.3.圖6-13余弦交點法原理6.3.1單相交交變頻器余弦交點法基本公式

(6-18)余弦交點法圖解線電壓uab、uac、ubc、uba、uca和ucb依次用u1~u6表示。相鄰兩個線電壓的交點對應于a

=0。95精選ppt圖6-13余弦交點法原理6.3.1單相交交變頻器余弦u1~u6所對應的同步信號分別用us1~us6表示us1~us6比相應的u1~u6超前30°，us1~us6的最大值和相應線電壓a

=0的時刻對應。以a

=0為零時刻，則us1~us6為余弦信號。希望輸出電壓為uo，則各晶閘管觸發(fā)時刻由相應的同步電壓us1~us6的下降段和uo的交點來決定。圖6-13余弦交點法原理6.3.1單相交交變頻器96精選pptu1~u6所對應的同步信號分別用us1~us6表示圖6-13不同g

時，在uo一周期內，a隨wot變化的情況。圖中，g較小，即輸出電壓較低時，a只在離90°很近的范圍內變化，電路的輸入功率因數(shù)非常低。圖6-22不同g時a和wot的關系6.3.1單相交交變頻器97精選ppt不同g時，在uo一周期內，a隨wot變化的情況。4

輸入輸出特性6.3.1單相交交變頻器輸出上限頻率

輸出頻率增高時，輸出電壓一周期所含電網電壓段數(shù)減少，波形畸變嚴重。電壓波形畸變及其導致的電流波形畸變和轉矩脈動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系而言，很難確定一個明確的界限。當采用6脈波三相橋式電路時，輸出上限頻率不高于電網頻率的1/3~1/2。電網頻率為50Hz時，交交變頻電路的輸出上限頻率約為20Hz。98精選ppt4輸入輸出特性6.3.1單相交交變頻器輸出上限頻率6.3.2三相交交變頻電路

由三組輸出電壓相位各差120°的單相交