交流電力控制電路和交交變頻電路教學(xué)課件

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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(diào)壓電路相位控制交流調(diào)功電路通斷控制第6章交流電力控制電路和交交變頻電路本章主要講述交流-交流變流電路變頻電路改變頻率的6.1交流調(diào)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6.1交流調(diào)壓電路原理電路圖應(yīng)用

1燈光控制（如調(diào)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(diào)速。4供用電系統(tǒng)對無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。5在高壓小電流或低壓大電流直流電源中，用于調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。6.1交流調(diào)壓電路應(yīng)用6.1交流調(diào)壓電路

6.1.1單相交流調(diào)壓電路

6.1.2三相交流調(diào)壓電路6.1交流調(diào)壓電路6.1交流調(diào)壓電路1）電阻負(fù)載ROu1uoioVT1VT2u1uoiouVTwtOwtOwtOwt6.1.1單相交流調(diào)壓電路在u1的正半周和負(fù)半周，分別對VT1和VT2的開通角a進(jìn)行控制就可以調(diào)節(jié)輸出電壓正負(fù)半周a起始時刻（a=0）均為電壓過零時刻，穩(wěn)態(tài)時，正負(fù)半周的a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（也即電源電流）和負(fù)載電壓的波形相同1）電阻負(fù)載ROu1uoioVT1VT2u1uoiouVTw圖4-1電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及其波形數(shù)量關(guān)系負(fù)載電壓有效值(6-1)

負(fù)載電流有效值(6-2)晶閘管電流有效值(6-3)功率因數(shù)(6-4)

()()papapwwppa-+==ò2sin21dsin21121oUttUURUIoo=())22sin1(21sin221121papawwppa+-=????è?=òRUtdRtUITpapapl-+====2sin211oo1ooUUIUIUSPROu1uoioVT1VT2u1uoiouVTwtOwtOwtOwt6.1.1單相交流調(diào)壓電路圖4-1電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及其波形數(shù)量關(guān)輸出電壓與a的關(guān)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(guān)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6.1.1單相交流調(diào)壓電路輸出電壓與a的關(guān)系:6.1.1單相交流調(diào)壓電路若晶閘管短接，穩(wěn)態(tài)時負(fù)載電流為正弦波，相位滯后于u1的角度為j，當(dāng)用晶閘管控制時，只能進(jìn)行滯后控制，使負(fù)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(yīng)為j≤a≤π。2)阻感負(fù)載

0.6Ou1

u1uoiouVTwtOwtOwtwtOuuG1

G1uG2OOwtwt圖6-1電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及其波形

負(fù)載阻抗角：

j=arctan(wL/R)VT16.1.1單相交流調(diào)壓電路若晶閘管短接，穩(wěn)態(tài)時負(fù)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4-3單相交流調(diào)壓電路以a為參變量的θ和a關(guān)系曲線

wt=a時刻開通晶閘管VT1，可求得θ

（6－7）當(dāng)a=j時θ=π當(dāng)a>j時θ<π以j為參變量，利用（6－7)可把a和θ的關(guān)系表示成右圖。6.1.1單相交流調(diào)壓電路q020100601401802010060/(°)180圖6-5a<j時阻感負(fù)載交流調(diào)壓電路工作波形當(dāng)阻感負(fù)載,a<j時電路工作情況。圖6-2阻感負(fù)載單相交流調(diào)壓電路VT1的導(dǎo)通時間超過π。觸發(fā)VT2時，io尚未過零，VT1仍導(dǎo)通，VT2不會導(dǎo)通。io過零后，VT2才可開通，VT2導(dǎo)通角小于π。io指數(shù)分量衰減過程中，VT1導(dǎo)通時間漸短，VT2的導(dǎo)通時間漸長。6.1.1單相交流調(diào)壓電路圖6-5a<j時阻感負(fù)載交流調(diào)壓電路工作波形當(dāng)阻感負(fù)載,3)單相交流調(diào)壓電路的諧波分析

電阻負(fù)載由于U0波形正負(fù)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(fù)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(biāo)么值隨a變化的曲線（基準(zhǔn)電流為a=0時的有效值）如圖6-6所示。圖6-6電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路基波和諧波電流含量6.1.1單相交流調(diào)壓電路3)單相交流調(diào)壓電路的諧波分析 電阻負(fù)載由于U0電流諧波次數(shù)和電阻負(fù)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(fù)載時相比，阻感負(fù)載時的諧波電流含量少一些。當(dāng)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(fù)載6.1.1單相交流調(diào)壓電路電流諧波次數(shù)和電阻負(fù)載時相同，也只含3、5、7…等次諧波。阻4)斬控式交流調(diào)壓電路在交流電源u1的正半周圖6-7斬控式交流調(diào)壓電路6.1.1單相交流調(diào)壓電路用V1進(jìn)行斬波控制用V3給負(fù)載電流提供續(xù)流通道4)斬控式交流調(diào)壓電路在交流電源u1的正半周圖6-7用V2進(jìn)行斬波控制用V4給負(fù)載電流提供續(xù)流通道圖6-7斬控式交流調(diào)壓電路4)斬控式交流調(diào)壓電路在交流電源u1的負(fù)半周6.1.1單相交流調(diào)壓電路用V2進(jìn)行斬波控制用V4給負(fù)載電流提供續(xù)流通道圖6-7斬特性圖6-8電阻負(fù)載斬控式交流調(diào)壓電路波形6.1.1單相交流調(diào)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(guān)周期T有關(guān)的高次諧波。功率因數(shù)接近1。特性圖6-8電阻負(fù)載斬控式交流調(diào)壓電路波形6.1.16.1.2三相交流調(diào)壓電路根據(jù)三相聯(lián)結(jié)形式的不同，三相交流調(diào)壓電路具有多種形式圖6-9三相交流調(diào)壓電路a)星形聯(lián)結(jié)b)線路控制三角形聯(lián)結(jié)c)支路控制三角形聯(lián)結(jié)d)中點控制三角形聯(lián)結(jié)6.1.2三相交流調(diào)壓電路根據(jù)三相聯(lián)結(jié)形式的不同，三相三線四相基本原理：相當(dāng)于三個單相交流調(diào)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(jié)電路

可分為三線三相和三線四相圖6-9三相交流調(diào)壓電路a)星形聯(lián)結(jié)6.1.2三相交流調(diào)壓電路三線四相1)星形聯(lián)結(jié)電路可分為三線三相和三三相三線，主要分析阻負(fù)載時的情況圖6-9三相交流調(diào)壓電路a)星形聯(lián)結(jié)6.1.2三相交流調(diào)壓電路任一相導(dǎo)通須和另一相構(gòu)成回路。電流通路中至少有兩個晶閘管，應(yīng)采用雙脈沖或?qū)捗}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°。三相三線，主要分析阻負(fù)載時的情況圖6-9三相交流調(diào)壓電路(2)0°<a<60°：三管導(dǎo)通與兩管導(dǎo)通交替，每管導(dǎo)通180°－a。4.1.2三相交流調(diào)壓電路60°≤a<90°：兩管導(dǎo)通，每管導(dǎo)通120°。(3)(4)90°≤a<150°：兩管導(dǎo)通與無晶閘管導(dǎo)通交替，導(dǎo)通角度為2（150°－a）。(1)a=0°：任何時刻都有三管導(dǎo)通，每管導(dǎo)通180°。(2)0°<a<60°：三管導(dǎo)通與兩管導(dǎo)通交替，每VT1

VT2

VT3

VT4

VT5

VT6

uA uB uC =0o

uRA uAB uAC 圖6-13=0oo時的三相交流調(diào)壓電路波形 VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6 uA uB uAC uAB VT1

VT2

VT3

VT4

VT5

VT6

uA uB uC =30o

uRA t1

t2

t3

t4

t5

圖6-14=30o時的三相交流調(diào)壓電路波形 uAC uAB VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VTVT1VT2VT3VT4VT5VT6uAuBuC=90ouABuACuRAt1t2t3t4t5圖6-16

=90oo時的三相交流調(diào)壓電路波形VT1VT2VT3VT4VT5VT6uAuBuC=90ouVT1VT2VT3VT4VT5VT6uAuBuC=120ouABuACuRAt1t2t3t4t5圖6-17

=120oo時的三相交流調(diào)壓電路波形VT1VT2VT3VT4VT5VT6uAuBuC=120o諧波情況6.1.2三相交流調(diào)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(cè)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(diào)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。諧波情況6.1.2三相交流調(diào)壓電路電流諧波次數(shù)為6k±2）

支路控制三角聯(lián)結(jié)電路

圖6－9三相交流調(diào)壓電路c)支路控制三角形聯(lián)結(jié)6.1.2三相交流調(diào)壓電路由三個單相交流調(diào)壓電路組成，分別在不同的線電壓作用下工作。單相交流調(diào)壓電路的分析方法和結(jié)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(fù)載相電流之和。2）支路控制三角聯(lián)結(jié)電路圖6－9三相交流調(diào)壓電

諧波情況c)支路控制三角形聯(lián)結(jié)圖6－9三相交流調(diào)壓電路6.1.2三相交流調(diào)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))。通過定量分析，在相同負(fù)載和a角時，線電流中諧波含量少于三相三線星形電路。諧波情況c)支路控制三角形聯(lián)結(jié)圖6－9三相交流調(diào)壓電路6典型用例——晶閘管控制電抗器（ThyristorControlledReactor—TCR）配以固定電容器，就可在從容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率，稱為靜止無功補償裝置(StaticVarCampensator—SVC），用來對無功功率進(jìn)行動態(tài)補償，以補償電壓波動或閃變。圖6-11晶閘管控制電抗器(TCR)電路6.1.2三相交流調(diào)壓電路a移相范圍為90°~180°?？刂芶角可連續(xù)調(diào)節(jié)流過電抗器的電流，從而調(diào)節(jié)無功功率。典型用例——晶閘管控制電抗器（ThyristorContr6.2其他交流電力控制電路6.2.1交流調(diào)功電路6.2.2交流電力電子開關(guān)6.2其他交流電力控制電路6.2.1交流調(diào)功電路交流調(diào)功電路與交流調(diào)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(diào)壓電路在每個電源周期都對輸出電壓波形進(jìn)行控制。交流調(diào)功電路是將負(fù)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(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的平均功率。6.2.1交流調(diào)功電路交流調(diào)功電路與交流調(diào)壓電路的異同比電阻負(fù)載時的工作情況2pNpM電源周期控制周期=M倍電源周期=2p4pMO導(dǎo)通段=M3pM2pMuou1uo,iowtU12圖6-13交流調(diào)功電路典型波形(M=3、N=2)圖6－1電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路6.2.1交流調(diào)功電路控制周期為M倍電源周期，晶閘管在前N個周期導(dǎo)通，后M－N個周期關(guān)斷。負(fù)載電壓和負(fù)載電流（也即電源電流）的重復(fù)周期為M倍電源周期。電阻負(fù)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(guān)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(guān)，起接通和斷開電路的作用。優(yōu)點

響應(yīng)速度快，無觸點，壽命長，可頻繁控制通斷。與交流調(diào)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(jù)需要控制電路的接通和斷開?？刂祁l度通常比交流調(diào)功電路低得多。6.2.2交流電力電子開關(guān)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(guān)作用對無功功率控制，可提高功率因數(shù)，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，改善供電質(zhì)量。性能優(yōu)于機械開關(guān)投切的電容器。結(jié)構(gòu)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(jié)，也可星形聯(lián)結(jié)。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(yù)充電電壓相等，這樣電容器電壓不會產(chǎn)生躍變，就不會產(chǎn)生沖擊電流。理想情況下，希望電容器預(yù)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(guān)晶閘管的投切12ttttusiCuCVT1VT2ttuVT1TSC電路也可采用晶閘管和二極管反并聯(lián)的方式6.2.2交流電力電子開關(guān)由于二極管的作用，在電路不導(dǎo)通時uC總會維持在電源電壓峰值。成本稍低，但響應(yīng)速度稍慢，投切電容器的最大時間滯后為一個周波。12ttttusiCuCVDVTttuVT1uusiCuCCVDVTVT圖6-16TSC理想投切時刻原理說明TSC電路也可采用晶閘管和二極管反并聯(lián)的方式6.2.2交6.3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6.3交交變頻電路6.3.1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(wǎng)頻率的交流電變成可調(diào)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(diào)速傳動系統(tǒng)，實際使用的主要是三相輸出交交變頻電路。6.3.1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(gòu)成和基本工作原理圖6-18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(gòu)成如圖4-18，由P組和N組反并聯(lián)的晶閘管變流電路構(gòu)成，和直流電動機可逆調(diào)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。1)電路構(gòu)成和基本工作原理圖6-18單相交交變頻電路原工作原理P組工作時，負(fù)載電流io為正。N組工作時，io為負(fù)。兩組變流器按一定的頻率交替工作，負(fù)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6-18單相交交變頻電路原理圖和輸出電壓波形6.3.1單相交交變頻器工作原理圖6-18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(jìn)行調(diào)制。6.3.1單相交交變頻器在半個周期內(nèi)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(nèi)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(jìn)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(nèi)，包含的電源電壓段數(shù)越多，其波形就越接近正弦波。為使uo波形接近正弦波，可按正弦規(guī)律對a角進(jìn)行調(diào)制。6.3

2)

整流與逆變工作狀態(tài)圖6-19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(fù)載為例，也適用于交流電動機負(fù)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)。2)整流與逆變工作狀態(tài)圖6-19理想化交交變頻電設(shè)負(fù)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。圖6-19理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài)6.3.1單相交交變頻器設(shè)負(fù)載阻抗角為j，則輸出電流滯后輸出電壓j角。圖6-19工作狀態(tài)圖4-19理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài)圖6-19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t1~t3期間：io正半周，正組工作，反組被封鎖。t1~t2：uo和io均為正，正組整流，輸出功率為正。t2~t3：uo反向，io仍為正，正組逆變，輸出功率為負(fù)。工作狀態(tài)圖4-19理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài)t3~t5期間：io負(fù)半周，反組工作，正組被封鎖。t3~t4：uo和io均為負(fù)，反組整流，輸出功率為正。t4~t5：uo反向，io仍為負(fù)，反組逆變，輸出功率為負(fù)。圖6-19理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài)6.3.1單相交交變頻器小結(jié)：哪一組工作由io方向決定，與uo極性無關(guān)。工作在整流還是逆變，則根據(jù)uo方向與io方向是否相同確定。t3~t5期間：io負(fù)半周，反組工作，正組被封鎖。圖6當(dāng)uo和io的相位差小于90°時，一周期內(nèi)電網(wǎng)向負(fù)載提供能量的平均值為正，電動機工作在電動狀態(tài)。當(dāng)二者相位差大于90°時，一周期內(nèi)電網(wǎng)向負(fù)載提供能量的平均值為負(fù)，電網(wǎng)吸收能量，電動機為發(fā)電狀態(tài)?？紤]無環(huán)流工作方式下io過零的死區(qū)時間，一周期可分為6段。圖4-20單相交交變頻電路輸出電壓和電流波形第1段

io

<0，uo

>0，反組逆變第2段電流過零，為無環(huán)流死區(qū)第3段

io>0，uo>0，正組整流

第4段

io>0，uo

<0，正組逆變

第5段又是無環(huán)流死區(qū)

第6段

io

<0，uo

<0，為反組整流

6.3.1單相交交變頻器當(dāng)uo和io的相位差小于90°時，一周期內(nèi)電網(wǎng)向負(fù)載提供4)

輸入輸出特性6.3.1單相交交變頻器(1)輸出上限頻率

輸出頻率增高時，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，很難確定一個明確的界限。當(dāng)采用6脈波三相橋式電路時，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，交交變頻電路的輸出上限頻率約為20Hz。4)輸入輸出特性6.3.1單相交交變頻器(1)輸出圖6-23單相交交變頻電路的功率因數(shù)(2)輸入功率因數(shù)6.3.1單相交交變頻器輸入電流相位滯后于輸入電壓，需要電網(wǎng)提供無功功率。一周期內(nèi)，a角以90°為中心變化。輸出電壓比g越小，半周期內(nèi)a的平均值越靠近90°。負(fù)載功率因數(shù)越低，輸入功率因數(shù)也越低。不論負(fù)載功率因數(shù)是滯后的還是超前的，輸入的無功電流總是滯后。負(fù)載功率因數(shù)（超前）負(fù)載功率因數(shù)（滯后）輸入位移因數(shù)圖6-23單相交交(2)輸入功率因數(shù)6.3.1單相(3)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)。采用三相橋時，輸出電壓所含主要諧波的頻率為6fi±fo，6fi±3fo，6fi±5fo，…12fi±fo，12fi±3fo，12fi±5fo，…采用無環(huán)流控制方式時，由于電流方向改變時死區(qū)的影響，將增加5fo、7fo等次諧波。6.3.1單相交交變頻器(3)輸出電壓諧波6.3.1單相交交變頻器(4)輸入電流諧波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 (6-19)和 (6-20)式中，k=1,2,3,…；l=0,1,2,…。6.3.1單相交交變頻器(4)輸入電流諧波6.3.1單相交交變頻器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(jìn)線方式輸出星形聯(lián)結(jié)方式交交變頻電路主要應(yīng)用于大功率交流電機調(diào)速系統(tǒng)，使用的是三相交交變頻電路。6.3.2三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(jìn)線方式圖6-24公共交流母線進(jìn)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(gòu)成。電源進(jìn)線通過進(jìn)線電抗器接在公共的交流母線上。因為電源進(jìn)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(diào)速系統(tǒng)。(1)公共交流母線進(jìn)線方式圖6-24公共交流母線進(jìn)線三相(2)輸出星形聯(lián)結(jié)方式三組的輸出端是星形聯(lián)結(jié)，電動機的三個繞組也是星形聯(lián)結(jié)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6-20輸出星形聯(lián)結(jié)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(jié)，電動機的三個繞組也是星形聯(lián)結(jié)。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(2)輸出星形聯(lián)結(jié)方式 圖6-20輸出星形聯(lián)結(jié)方式三相圖6-20輸出星形聯(lián)結(jié)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(jìn)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(fù)載中點相聯(lián)接，所以在構(gòu)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(dǎo)通才能構(gòu)成回路，形成電流。6.3.2三相交交變頻電路圖6-20輸出星形聯(lián)結(jié)方式三相交交變頻電路因為三組的輸出圖6-20輸出星形聯(lián)結(jié)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(nèi)的兩個晶閘管靠雙觸發(fā)脈沖保證同時導(dǎo)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(dǎo)通。6.3.2三相交交變頻電路圖6-20輸出星形聯(lián)結(jié)方式三相交交變頻電路和整流電路一樣2)

輸入輸出特性輸出上限頻率和輸出電壓諧波和單相交交變頻電路是一致的。輸入電流總輸入電流由三個單相的同一相輸入電流合成而得到。有些諧波相互抵消，諧波種類有所減少，總的諧波幅值也有所降低。6.3.2三相交交變頻電路2)輸入輸出特性輸入電流6.3.2三相交交變頻電路輸入功率因數(shù)

三相總輸入功率因數(shù)應(yīng)為

(6-23)三相電路總的有功功率為各相有功功率之和但視在功率卻不能簡單相加，而應(yīng)由總輸入電流有效值和輸入電壓有效值來計算，比三相各自的視在功率之和要小三相總輸入功率因數(shù)要高于單相交交變頻電路6.3.2三相交交變頻電路輸入功率因數(shù)6.3.2三相交交變頻電路3)

改善輸入功率因數(shù)和提高輸出電壓6.3.2三相交交變頻電路基本思路各相輸出的是相電壓，而加在負(fù)載上的是線電壓。在各相電壓中疊加同樣的直流分量或3倍于輸出頻率的諧波分量，它們都不會在線電壓中反映出來，因而也加不到負(fù)載上。利用這一特性可以使輸入功率因數(shù)得到改善并提高輸出電壓。直流偏置負(fù)載電動機低速運行時，變頻器輸出電壓很低，各組橋式電路的a角都在90°附近，因此輸入功率因數(shù)很低。給各相輸出電壓疊加上同樣的直流分量，控制角a將減小，但變頻器輸出線電壓并不改變。3)改善輸入功率因數(shù)和提高輸出電壓6.3.2三相交交交流偏置梯形波輸出控制方式。使三組單相變頻器的輸出均為梯形波（也稱準(zhǔn)梯形波），主要諧波成分是三次諧波。在線電壓中三次諧波相互抵消，線電壓仍為正弦波。因為橋式電路較長時間工作在高輸出電壓區(qū)域（即梯形波的平頂區(qū)），a角較小，因此輸入功率因數(shù)可提高15%左右。圖6-15正弦波輸出控制方式中，最大輸出正弦波相電壓的幅值為Ud0。在同樣幅值的情況下，梯形波中的基波幅值可提高15%左右。值可圖6-22梯形波控制方式的理想輸出電壓波形6.3.2三相交交變頻電路交流偏置圖6-22梯形波控制方式的理想輸出電壓波形6.3交交變頻和交直交變頻的比較10.2節(jié)中介紹間接變頻電路，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(fù)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(wǎng)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(fù)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(yīng)用主要用于500kW或1000kW以上的大功率、低轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速電路中。目前已在軋機主傳動裝置、鼓風(fēng)機、礦石破碎機、球磨機、卷揚機等場合應(yīng)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應(yīng)用6.3.2三相交交變頻電路優(yōu)點輸出電壓為正弦波。輸出頻率不受電網(wǎng)頻率的限制。輸入電流也可控制為正弦波且和電壓同相。功率因數(shù)為1，也可控制為需要的功率因數(shù)。能量可雙向流動，適用于交流電動機的四象限運行。不通過中間直流環(huán)節(jié)而直接實現(xiàn)變頻，效率較高。6.4矩陣式變頻器優(yōu)點6.4矩陣式變頻器6.4矩陣式變頻電路6.4矩陣式變頻電路6.4矩陣式變頻器

a、b、c任一相負(fù)載端不能同時接到兩個交流電源相電壓。另外18個開關(guān)管的開關(guān)順序應(yīng)確保既不會導(dǎo)致交流電源兩相短路，又不會引起感性負(fù)載時負(fù)載開路過電壓。6.4矩陣式變頻器a、b、c任一相負(fù)載端本章小結(jié)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(diào)壓電路的電路構(gòu)成，在電阻負(fù)載和阻感負(fù)載時的工作原理和電路特性；(3)三相交流調(diào)壓電路的基本構(gòu)成和基本工作原理；(4)交流調(diào)功電路和交流電力電子開關(guān)的基本概念；(5)晶閘管相位控制交交變頻電路的電路構(gòu)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(yīng)用；本章小結(jié)本章的要點如下：交流電力控制電路和交交變頻電路幻燈片PPT本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請自行刪除，謝謝！交流電力控制電路和交交變頻電路幻燈片PPT本課件PP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(diào)壓電路相位控制交流調(diào)功電路通斷控制第6章交流電力控制電路和交交變頻電路本章主要講述交流-交流變流電路變頻電路改變頻率的6.1交流調(diào)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6.1交流調(diào)壓電路原理電路圖應(yīng)用

1燈光控制（如調(diào)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(diào)速。4供用電系統(tǒng)對無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。5在高壓小電流或低壓大電流直流電源中，用于調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。6.1交流調(diào)壓電路應(yīng)用6.1交流調(diào)壓電路

6.1.1單相交流調(diào)壓電路

6.1.2三相交流調(diào)壓電路6.1交流調(diào)壓電路6.1交流調(diào)壓電路1）電阻負(fù)載ROu1uoioVT1VT2u1uoiouVTwtOwtOwtOwt6.1.1單相交流調(diào)壓電路在u1的正半周和負(fù)半周，分別對VT1和VT2的開通角a進(jìn)行控制就可以調(diào)節(jié)輸出電壓正負(fù)半周a起始時刻（a=0）均為電壓過零時刻，穩(wěn)態(tài)時，正負(fù)半周的a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（也即電源電流）和負(fù)載電壓的波形相同1）電阻負(fù)載ROu1uoioVT1VT2u1uoiouVTw圖4-1電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及其波形數(shù)量關(guān)系負(fù)載電壓有效值(6-1)

負(fù)載電流有效值(6-2)晶閘管電流有效值(6-3)功率因數(shù)(6-4)

()()papapwwppa-+==ò2sin21dsin21121oUttUURUIoo=())22sin1(21sin221121papawwppa+-=????è?=òRUtdRtUITpapapl-+====2sin211oo1ooUUIUIUSPROu1uoioVT1VT2u1uoiouVTwtOwtOwtOwt6.1.1單相交流調(diào)壓電路圖4-1電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及其波形數(shù)量關(guān)輸出電壓與a的關(guān)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(guān)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6.1.1單相交流調(diào)壓電路輸出電壓與a的關(guān)系:6.1.1單相交流調(diào)壓電路若晶閘管短接，穩(wěn)態(tài)時負(fù)載電流為正弦波，相位滯后于u1的角度為j，當(dāng)用晶閘管控制時，只能進(jìn)行滯后控制，使負(fù)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(yīng)為j≤a≤π。2)阻感負(fù)載

0.6Ou1

u1uoiouVTwtOwtOwtwtOuuG1

G1uG2OOwtwt圖6-1電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及其波形

負(fù)載阻抗角：

j=arctan(wL/R)VT16.1.1單相交流調(diào)壓電路若晶閘管短接，穩(wěn)態(tài)時負(fù)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4-3單相交流調(diào)壓電路以a為參變量的θ和a關(guān)系曲線

wt=a時刻開通晶閘管VT1，可求得θ

（6－7）當(dāng)a=j時θ=π當(dāng)a>j時θ<π以j為參變量，利用（6－7)可把a和θ的關(guān)系表示成右圖。6.1.1單相交流調(diào)壓電路q020100601401802010060/(°)180圖6-5a<j時阻感負(fù)載交流調(diào)壓電路工作波形當(dāng)阻感負(fù)載,a<j時電路工作情況。圖6-2阻感負(fù)載單相交流調(diào)壓電路VT1的導(dǎo)通時間超過π。觸發(fā)VT2時，io尚未過零，VT1仍導(dǎo)通，VT2不會導(dǎo)通。io過零后，VT2才可開通，VT2導(dǎo)通角小于π。io指數(shù)分量衰減過程中，VT1導(dǎo)通時間漸短，VT2的導(dǎo)通時間漸長。6.1.1單相交流調(diào)壓電路圖6-5a<j時阻感負(fù)載交流調(diào)壓電路工作波形當(dāng)阻感負(fù)載,3)單相交流調(diào)壓電路的諧波分析

電阻負(fù)載由于U0波形正負(fù)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(fù)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(biāo)么值隨a變化的曲線（基準(zhǔn)電流為a=0時的有效值）如圖6-6所示。圖6-6電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路基波和諧波電流含量6.1.1單相交流調(diào)壓電路3)單相交流調(diào)壓電路的諧波分析 電阻負(fù)載由于U0電流諧波次數(shù)和電阻負(fù)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(fù)載時相比，阻感負(fù)載時的諧波電流含量少一些。當(dāng)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(fù)載6.1.1單相交流調(diào)壓電路電流諧波次數(shù)和電阻負(fù)載時相同，也只含3、5、7…等次諧波。阻4)斬控式交流調(diào)壓電路在交流電源u1的正半周圖6-7斬控式交流調(diào)壓電路6.1.1單相交流調(diào)壓電路用V1進(jìn)行斬波控制用V3給負(fù)載電流提供續(xù)流通道4)斬控式交流調(diào)壓電路在交流電源u1的正半周圖6-7用V2進(jìn)行斬波控制用V4給負(fù)載電流提供續(xù)流通道圖6-7斬控式交流調(diào)壓電路4)斬控式交流調(diào)壓電路在交流電源u1的負(fù)半周6.1.1單相交流調(diào)壓電路用V2進(jìn)行斬波控制用V4給負(fù)載電流提供續(xù)流通道圖6-7斬特性圖6-8電阻負(fù)載斬控式交流調(diào)壓電路波形6.1.1單相交流調(diào)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(guān)周期T有關(guān)的高次諧波。功率因數(shù)接近1。特性圖6-8電阻負(fù)載斬控式交流調(diào)壓電路波形6.1.16.1.2三相交流調(diào)壓電路根據(jù)三相聯(lián)結(jié)形式的不同，三相交流調(diào)壓電路具有多種形式圖6-9三相交流調(diào)壓電路a)星形聯(lián)結(jié)b)線路控制三角形聯(lián)結(jié)c)支路控制三角形聯(lián)結(jié)d)中點控制三角形聯(lián)結(jié)6.1.2三相交流調(diào)壓電路根據(jù)三相聯(lián)結(jié)形式的不同，三相三線四相基本原理：相當(dāng)于三個單相交流調(diào)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(jié)電路

可分為三線三相和三線四相圖6-9三相交流調(diào)壓電路a)星形聯(lián)結(jié)6.1.2三相交流調(diào)壓電路三線四相1)星形聯(lián)結(jié)電路可分為三線三相和三三相三線，主要分析阻負(fù)載時的情況圖6-9三相交流調(diào)壓電路a)星形聯(lián)結(jié)6.1.2三相交流調(diào)壓電路任一相導(dǎo)通須和另一相構(gòu)成回路。電流通路中至少有兩個晶閘管，應(yīng)采用雙脈沖或?qū)捗}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°。三相三線，主要分析阻負(fù)載時的情況圖6-9三相交流調(diào)壓電路(2)0°<a<60°：三管導(dǎo)通與兩管導(dǎo)通交替，每管導(dǎo)通180°－a。4.1.2三相交流調(diào)壓電路60°≤a<90°：兩管導(dǎo)通，每管導(dǎo)通120°。(3)(4)90°≤a<150°：兩管導(dǎo)通與無晶閘管導(dǎo)通交替，導(dǎo)通角度為2（150°－a）。(1)a=0°：任何時刻都有三管導(dǎo)通，每管導(dǎo)通180°。(2)0°<a<60°：三管導(dǎo)通與兩管導(dǎo)通交替，每VT1

VT2

VT3

VT4

VT5

VT6

uA uB uC =0o

uRA uAB uAC 圖6-13=0oo時的三相交流調(diào)壓電路波形 VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6 uA uB uAC uAB VT1

VT2

VT3

VT4

VT5

VT6

uA uB uC =30o

uRA t1

t2

t3

t4

t5

圖6-14=30o時的三相交流調(diào)壓電路波形 uAC uAB VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VTVT1VT2VT3VT4VT5VT6uAuBuC=90ouABuACuRAt1t2t3t4t5圖6-16

=90oo時的三相交流調(diào)壓電路波形VT1VT2VT3VT4VT5VT6uAuBuC=90ouVT1VT2VT3VT4VT5VT6uAuBuC=120ouABuACuRAt1t2t3t4t5圖6-17

=120oo時的三相交流調(diào)壓電路波形VT1VT2VT3VT4VT5VT6uAuBuC=120o諧波情況6.1.2三相交流調(diào)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(cè)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(diào)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。諧波情況6.1.2三相交流調(diào)壓電路電流諧波次數(shù)為6k±2）

支路控制三角聯(lián)結(jié)電路

圖6－9三相交流調(diào)壓電路c)支路控制三角形聯(lián)結(jié)6.1.2三相交流調(diào)壓電路由三個單相交流調(diào)壓電路組成，分別在不同的線電壓作用下工作。單相交流調(diào)壓電路的分析方法和結(jié)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(fù)載相電流之和。2）支路控制三角聯(lián)結(jié)電路圖6－9三相交流調(diào)壓電

諧波情況c)支路控制三角形聯(lián)結(jié)圖6－9三相交流調(diào)壓電路6.1.2三相交流調(diào)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))。通過定量分析，在相同負(fù)載和a角時，線電流中諧波含量少于三相三線星形電路。諧波情況c)支路控制三角形聯(lián)結(jié)圖6－9三相交流調(diào)壓電路6典型用例——晶閘管控制電抗器（ThyristorControlledReactor—TCR）配以固定電容器，就可在從容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率，稱為靜止無功補償裝置(StaticVarCampensator—SVC），用來對無功功率進(jìn)行動態(tài)補償，以補償電壓波動或閃變。圖6-11晶閘管控制電抗器(TCR)電路6.1.2三相交流調(diào)壓電路a移相范圍為90°~180°?？刂芶角可連續(xù)調(diào)節(jié)流過電抗器的電流，從而調(diào)節(jié)無功功率。典型用例——晶閘管控制電抗器（ThyristorContr6.2其他交流電力控制電路6.2.1交流調(diào)功電路6.2.2交流電力電子開關(guān)6.2其他交流電力控制電路6.2.1交流調(diào)功電路交流調(diào)功電路與交流調(diào)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(diào)壓電路在每個電源周期都對輸出電壓波形進(jìn)行控制。交流調(diào)功電路是將負(fù)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(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的平均功率。6.2.1交流調(diào)功電路交流調(diào)功電路與交流調(diào)壓電路的異同比電阻負(fù)載時的工作情況2pNpM電源周期控制周期=M倍電源周期=2p4pMO導(dǎo)通段=M3pM2pMuou1uo,iowtU12圖6-13交流調(diào)功電路典型波形(M=3、N=2)圖6－1電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路6.2.1交流調(diào)功電路控制周期為M倍電源周期，晶閘管在前N個周期導(dǎo)通，后M－N個周期關(guān)斷。負(fù)載電壓和負(fù)載電流（也即電源電流）的重復(fù)周期為M倍電源周期。電阻負(fù)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(guān)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(guān)，起接通和斷開電路的作用。優(yōu)點

響應(yīng)速度快，無觸點，壽命長，可頻繁控制通斷。與交流調(diào)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(jù)需要控制電路的接通和斷開?？刂祁l度通常比交流調(diào)功電路低得多。6.2.2交流電力電子開關(guān)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(guān)作用對無功功率控制，可提高功率因數(shù)，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，改善供電質(zhì)量。性能優(yōu)于機械開關(guān)投切的電容器。結(jié)構(gòu)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(jié)，也可星形聯(lián)結(jié)。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(yù)充電電壓相等，這樣電容器電壓不會產(chǎn)生躍變，就不會產(chǎn)生沖擊電流。理想情況下，希望電容器預(yù)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(guān)晶閘管的投切12ttttusiCuCVT1VT2ttuVT1TSC電路也可采用晶閘管和二極管反并聯(lián)的方式6.2.2交流電力電子開關(guān)由于二極管的作用，在電路不導(dǎo)通時uC總會維持在電源電壓峰值。成本稍低，但響應(yīng)速度稍慢，投切電容器的最大時間滯后為一個周波。12ttttusiCuCVDVTttuVT1uusiCuCCVDVTVT圖6-16TSC理想投切時刻原理說明TSC電路也可采用晶閘管和二極管反并聯(lián)的方式6.2.2交6.3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6.3交交變頻電路6.3.1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(wǎng)頻率的交流電變成可調(diào)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(diào)速傳動系統(tǒng)，實際使用的主要是三相輸出交交變頻電路。6.3.1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(gòu)成和基本工作原理圖6-18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(gòu)成如圖4-18，由P組和N組反并聯(lián)的晶閘管變流電路構(gòu)成，和直流電動機可逆調(diào)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。1)電路構(gòu)成和基本工作原理圖6-18單相交交變頻電路原工作原理P組工作時，負(fù)載電流io為正。N組工作時，io為負(fù)。兩組變流器按一定的頻率交替工作，負(fù)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6-18單相交交變頻電路原理圖和輸出電壓波形6.3.1單相交交變頻器工作原理圖6-18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(jìn)行調(diào)制。6.3.1單相交交變頻器在半個周期內(nèi)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(nèi)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(jìn)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(nèi)，包含的電源電壓段數(shù)越多，其波形就越接近正弦波。為使uo波形接近正弦波，可按正弦規(guī)律對a角進(jìn)行調(diào)制。6.3

2)

整流與逆變工作狀態(tài)圖6-19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(fù)載為例，也適用于交流電動機負(fù)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)。2)整流與逆變工作狀態(tài)圖6-19理想化交交變頻電設(shè)負(fù)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。圖6-19理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài)6.3.1單相交交變頻器設(shè)負(fù)載阻抗角為j，則輸出電流滯后輸出電壓j角。圖6-19工作狀態(tài)圖4-19理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài)圖6-19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t1~t3期間：io正半周，正組工作，反組被封鎖。t1~t2：uo和io均為正，正組整流，輸出功率為正。t2~t3：uo反向，io仍為正，正組逆變，輸出功率為負(fù)。工作狀態(tài)圖4-19理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài)t3~t5期間：io負(fù)半周，反組工作，正組被封鎖。t3~t4：uo和io均為負(fù)，反組整流，輸出功率為正。t4~t5：uo反向，io仍為負(fù)，反組逆變，輸出功率為負(fù)。圖6-19理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài)6.3.1單相交交變頻器小結(jié)：哪一組工作由io方向決定，與uo極性無關(guān)。工作在整流還是逆變，則根據(jù)uo方向與io方向是否相同確定。t3~t5期間：io負(fù)半周，反組工作，正組被封鎖。圖6當(dāng)uo和io的相位差小于90°時，一周期內(nèi)電網(wǎng)向負(fù)載提供能量的平均值為正，電動機工作在電動狀態(tài)。當(dāng)二者相位差大于90°時，一周期內(nèi)電網(wǎng)向負(fù)載提供能量的平均值為負(fù)，電網(wǎng)吸收能量，電動機為發(fā)電狀態(tài)?？紤]無環(huán)流工作方式下io過零的死區(qū)時間，一周期可分為6段。圖4-20單相交交變頻電路輸出電壓和電流波形第1段

io

<0，uo

>0，反組逆變第2段電流過零，為無環(huán)流死區(qū)第3段

io>0，uo>0，正組整流

第4段

io>0，uo

<0，正組逆變

第5段又是無環(huán)流死區(qū)

第6段

io

<0，uo

<0，為反組整流

6.3.1單相交交變頻器當(dāng)uo和io的相位差小于90°時，一周期內(nèi)電網(wǎng)向負(fù)載提供4)

輸入輸出特性6.3.1單相交交變頻器(1)輸出上限頻率

輸出頻率增高時，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，很難確定一個明確的界限。當(dāng)采用6脈波三相橋式電路時，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，交交變頻電路的輸出上限頻率約為20Hz。4)輸入輸出特性6.3.1單相交交變頻器(1)輸出圖6-23單相交交變頻電路的功率因數(shù)(2)輸入功率因數(shù)6.3.1單相交交變頻器輸入電流相位滯后于輸入電壓，需要電網(wǎng)提供無功功率。一周期內(nèi)，a角以90°為中心變化。輸出電壓比g越小，半周期內(nèi)a的平均值越靠近90°。負(fù)載功率因數(shù)越低，輸入功率因數(shù)也越低。不論負(fù)載功率因數(shù)是滯后的還是超前的，輸入的無功電流總是滯后。負(fù)載功率因數(shù)（超前）負(fù)載功率因數(shù)（滯后）輸入位移因數(shù)圖6-23單相交交(2)輸入功率因數(shù)6.3.1單相(3)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)。采用三相橋時，輸出電壓所含主要諧波的頻率為6fi±fo，6fi±3fo，6fi±5fo，…12fi±fo，12fi±3fo，12fi±5fo，…采用無環(huán)流控制方式時，由于電流方向改變時死區(qū)的影響，將增加5fo、7fo等次諧波。6.3.1單相交交變頻器(3)輸出電壓諧波6.3.1單相交交變頻器(4)輸入電流諧波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 (6-19)和 (6-20)式中，k=1,2,3,…；l=0,1,2,…。6.3.1單相交交變頻器(4)輸入電流諧波6.3.1單相交交變頻器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(jìn)線方式輸出星形聯(lián)結(jié)方式交交變頻電路主要應(yīng)用于大功率交流電機調(diào)速系統(tǒng)，使用的是三相交交變頻電路。6.3.2三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(jìn)線方式圖6-24公共交流母線進(jìn)線三相交交變頻電路（簡圖）