电力电子技术第6章交流电力控制电路和交交变频电路课件

1、第第6 6章章 交流电力控制电路和交交变频电路交流电力控制电路和交交变频电路1电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路 交交变频 直接 交直交变频 间接n 本章主要讲述本章主要讲述 交流交流- -交流变流电路交流变流电路n 把一种形式的交流变成另一种形式交把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路流的电路第第6 6章章 交流电力控制电路和交交变频电路交流电力控制电路和交交变频电路交流电力控制电路只改变电压、电流或控制电路的通断,而不改变频率的电路。 变频电路改变频率的电路交流调压电路 相位控制交流调功电路 通断控制2电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路 6.1 交流调压电

2、路交流调压电路n 交流调压原理交流调压原理两个晶闸管反并联后串两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可控对晶闸管的控制就可控制交流电力。制交流电力。 电路电路图图3电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路 6.1 交流调压电路交流调压电路n 应用应用 1 1 灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制) )。 2 2 异步电动机软起动。异步电动机软起动。 3 3 异步电动机调速。异步电动机调速。 4 4 供用电系统对无功功率的连续调节。供用电系统对无功功率的连续调节。 5 5 在高压小电流或低压大电流直流电源中，在高压小

3、电流或低压大电流直流电源中， 用于调节变压器一次电压。用于调节变压器一次电压。4电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1 交流调压电路交流调压电路5电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路 6.1.1 6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路wwwwrou1uoiovt1vt2u1uoiouvttototot图6-1 电阻负载单相交流调压电路及其波形n1 电阻负载电阻负载 与与a a 的关系：的关系： a a 0 0时，功率因数时，功率因数 1 1， a a 增大，输入电流滞后于电压增大，输入电流滞后于电压且畸变，且畸变， 降低。降低。 输出电压与输出电压与 a

4、a 的关系的关系： 移相范围为移相范围为0 0 a a 。 a a 0 0时，输出电压为最大。时，输出电压为最大。 u u0 0u u1 1，随，随a a的增大，的增大，u u0 0降低，降低， a a 时，时，u u0 00 0。6电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路 若晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，相位滞后于u1的角度为j ，当用晶闸管控制时，只能进行滞后控制，使负载电流更为滞后。 设设a a =0=0时刻仍定为时刻仍定为u u1 1过零过零的时刻，阻感负载稳态时的时刻，阻感负载稳态时a a 的的移相范围应为移相范围应为j j a a 。 6.1.1 单相交流调压电路单

5、相交流调压电路n2 阻感负载阻感负载0.6ou u1 1uoi ou vtwtowtowtwtoug1ug2oowtwt图6-2 阻感负载单相交流调压电路及其波形 负载阻抗角： j = arctan(wl / r)vt17电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路 若晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，相位滞后于u1的角度为j ，当用晶闸管控制时，只能进行滞后控制，使负载电流更为滞后。 设a =0时刻仍定为u1过零的时刻，阻感负载稳态时a 的移相范围应为j a 。 6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路n2 阻感负载阻感负载0.6ou u1 1uoi ou vtwtowtowtw

6、toug1ug2oowtwt图6-2 阻感负载单相交流调压电路及其波形 负载阻抗角： j = arctan(wl / r)vt18电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路 若晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，相位滞后于u1的角度为j ，当用晶闸管控制时，只能进行滞后控制，使负载电流更为滞后。 设设a a =0=0时刻仍定为时刻仍定为u u1 1过零过零的时刻，阻感负载稳态时的时刻，阻感负载稳态时a a 的的移相范围应为移相范围应为j j a a 。 6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路n2 阻感负载阻感负载0.6ou u1 1uoi ou vtwtowtowtwtoug1u

7、g2oowtwt图6-2 阻感负载单相交流调压电路及其波形 负载阻抗角： j = arctan(wl / r)vt19电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路图6-5 aj时阻感负载交流调压电路工作波形wtwtwtwt图4-5aaaoooou1ig1ig2iojit1it2 当阻感负载当阻感负载, a a j j 时电路时电路工作情况动态过程工作情况动态过程 vtvt1 1的导通时间超过的导通时间超过 。 触发触发vt2vt2时，时， i io o尚未过尚未过零零， vt1vt1仍导通，仍导通， vt2vt2不会导通。不会导通。i io o

8、过零后，过零后，vt2vt2才可才可开通，开通，vt2vt2导通导通角小于角小于 。 衰减过程中，衰减过程中， vt1vt1导通导通时间渐短，时间渐短， vt2vt2的导通的导通时间渐长。时间渐长。 结论：阻感负载当结论：阻感负载当a a j j 时，其稳态工作情况和时，其稳态工作情况和a a j j 时完全相同。时完全相同。图6-2 阻感负载单相交流调压电路10电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路n4 4 斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路rl图4-7u1i1uov1v2vd1vd2v3v4vd4vd3用v1进行斩波控制用v3给负载

9、电流提供续流通道在交流电源u1的正半周图6-7 斩控式交流调压电路 一般采用全控型器件作为开关器件；一般采用全控型器件作为开关器件； 工作原理与直流斩波电路相似。工作原理与直流斩波电路相似。11电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路rl图4-7u1i1uov1v2vd1vd2v3v4vd4vd3用v2进行斩波控制用v4给负载电流提供续流通道图6-7 斩控式交流调压电路n4 4 斩控式交流调压电路在交流电源u1的负半周12电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路n图图6 68 8给出了电

10、阻负载时斩控式给出了电阻负载时斩控式交流调压电路的负载电压交流调压电路的负载电压u uo o和电和电源电流源电流i i1 1波形。波形。q电源电流的基波分量和电源电电源电流的基波分量和电源电压同相位，即位移因数为压同相位，即位移因数为1 1。q电源电流不含低次谐波，只含电源电流不含低次谐波，只含和开关周期和开关周期t t有关的高次谐波。有关的高次谐波。q功率因数接近功率因数接近1 1。图图6-8 电阻负载斩控电阻负载斩控式交流调压电路波形式交流调压电路波形13电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路 6.1.1 6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路n1 单相交流调压电路（电单

11、相交流调压电路（电阻负载）阻负载）n2 2 斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路14电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路n根据三相联结形式的不同，三相交流调压电路具有多种形式图6-9 三相交流调压电路a) 星形联结b) 线路控制三角形联结c) 支路控制三角形联结d) 中点控制三角形联结15电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路n三相四线三相四线q基本原理：相当于三个单相基本原理：相当于三个单相交流调压电路的组合，三相交流调压电路的组合，三相互相错开互相错开120120工作。基波工作

12、。基波和和3 3倍次以外的谐波在三相倍次以外的谐波在三相之间流动，不流过零线。之间流动，不流过零线。问题：三相中问题：三相中3 3倍次谐波同倍次谐波同相位，全部流过零线。零线相位，全部流过零线。零线有很大有很大3 3倍次谐波电流。倍次谐波电流。 a a = =9090时，零线电流甚至和时，零线电流甚至和各相电流的有效值接近。各相电流的有效值接近。1 1 星形联结电路 可分为三相三线和三相四线可分为三相三线和三相四线图6-9 三相交流调压电路a) 星形联结16电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路n三相三线，主要分析电阻负载时三相三线，主要

13、分析电阻负载时 的情况的情况q任一相导通须和另一相构成回路。任一相导通须和另一相构成回路。q电流通路中至少有两个晶闸管，应电流通路中至少有两个晶闸管，应采用双脉冲或宽脉冲触发。采用双脉冲或宽脉冲触发。q触发脉冲顺序和三相桥式全控整触发脉冲顺序和三相桥式全控整 流电路一样，为流电路一样，为vtvt1 1 vt vt6 6, ,依次依次 相差相差6060。q相电压过零点定为相电压过零点定为a a 的起点，的起点， a a角角 移相范围是移相范围是0 0150150。图图6-9 6-9 三相交流调压电路三相交流调压电路a) a) 三相三线星形联结三相三线星形联结17电力电子技术第6章-交流电力控制电

14、路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路n三相三线，主要分析电阻负载时三相三线，主要分析电阻负载时 的情况的情况qa a =0 =0（相电压过零点起点）情况（相电压过零点起点）情况图图6-9 6-9 三相交流调压电路三相交流调压电路 三相三线星形联结三相三线星形联结18电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路n三相三线，主要分析电阻负载时三相三线，主要分析电阻负载时 的情况的情况qa a =0 =0（相电压过零点起点）情况（相电压过零点起点）情况特点：每管持续导通特点：每管持续导通180 180 ； 除换相点外，每个时刻

15、都有三个管子同时导通。除换相点外，每个时刻都有三个管子同时导通。19电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路n三相三线，三相三线，a a =30 =30情况情况图图6-9 6-9 三相交流调压电路三相交流调压电路 三相三线星形联结三相三线星形联结20电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路n三相三线，三相三线，a a =30 =30情况情况0 0 30 30期间，期间，vt4vt4关断，关断，vt1vt1因无触发脉冲不导通。故因无触发脉冲不导通。故a a相负载相负载的相电压为零。的相电压

16、为零。21电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路n三相三线，三相三线，a a =30 =30情况情况3030 60 60期间，期间，vt1vt1加入触发加入触发脉冲导通，三相同时导通，构成脉冲导通，三相同时导通，构成三相流通回路。故三相流通回路。故a a相负载的相电相负载的相电压为压为a a相的相电压。相的相电压。22电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路n三相三线，三相三线，a a =30 =30情况情况6060 90 90期间，期间，vt5vt5关断，而关断，而vt2vt2因无触

17、发脉冲而未导通，只有因无触发脉冲而未导通，只有a a、b b两相流通回路。故两相流通回路。故a a相负载相负载的相电压为的相电压为(uab/2) (uab/2) 。23电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路n三相三线，三相三线，a a =30 =30情况情况9090 120 120期间，期间， vt2vt2触发导触发导通，故通，故a a相负载的相电压为相负载的相电压为a a相的相的相电压相电压uaua。24电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路n三相三线，三相三线，a a =30 =

18、30情况情况120120 150 150期间，期间，vt6vt6关断，关断，而而vt3vt3因无触发脉冲而未导通，只因无触发脉冲而未导通，只有有a a、c c两相流通回路。故两相流通回路。故a a相负载相负载的相电压为的相电压为(uac/2) (uac/2) 。25电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路n三相三线，三相三线，a a =30 =30情况情况150150 180 180期间，期间， vt3vt3触发触发导通。故导通。故a a相负载的相电压为相负载的相电压为a a相相的相电压的相电压uaua。26电力电子技术第6章-交流电力控制

19、电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路n三相三线，三相三线，a a =30 =30情况情况导通特点：每管持续导通（导通特点：每管持续导通（180 180 -30 -30 ）；有的区间是两相流通）；有的区间是两相流通回路，有的区间是三相流通回路。回路，有的区间是三相流通回路。27电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路n三相三线，三相三线，a a =60 =60情况情况0 0 60 60期间，期间， ua=0ua=0。28电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路n三

20、相三线，三相三线，a a =60 =60情况情况6060 120 120期间，期间， ua=ua=（uab/2uab/2）。）。29电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路n三相三线，三相三线，a a =60 =60情况情况120120 150 150期间，期间， ua=ua=（uac/2uac/2）。）。30电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路n三相三线，三相三线，a a =60 =60情况情况120120 150 150期间，期间， ua=ua=（uac/2uac/2）。）。导通

21、特点：每管持续导通（导通特点：每管持续导通（180 180 -60 -60 ），且每个区间是两相流），且每个区间是两相流通回路。通回路。31电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路n三相三线，三相三线，a a =90 =90情况情况30 30 90 90 ）3030 90 90期间，期间， ua=0ua=0。32电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路n三相三线，三相三线，a a =90 =90情况情况30 30 90 90 ）9090 150 150期间，期间， ua=uab/2ua=

22、uab/2。33电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路n三相三线，三相三线，a a =90 =90情况情况30 30 90 90 ）150150 210 210期间，期间， ua=uac/2ua=uac/2。34电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路n三相三线，三相三线，a a =120 =120情况情况30 30 90 90 ）3030 120 120期间，期间， ua=0ua=0。35电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路n

23、三相三线，三相三线，a a =120 =120情况情况30 30 90 90 ）120120 150 150期间，期间， ua=uab/2ua=uab/2。36电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路n三相三线，三相三线，a a =120 =120情况情况30 30 90 90 ）150150 180 180期间，期间， ua=0ua=0。37电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路n三相三线，三相三线，a a =120 =120情况情况30 30 90 90 ）180180 210 2

24、10期间，期间， ua=uac/2ua=uac/2。38电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路n三相三线，三相三线，a a =120 =120情况情况特点：每管触发后导通特点：每管触发后导通30 30 ，关关断断30 30 39电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路l(1)0(1)0a a6060：三管导通与两管三管导通与两管导通交替，每管导通交替，每管导通导通(180(180a a) ) 。但但a a=0=0时一直时一直是三管导通。是三管导通。图6-10 不同a角时负载相电压波形a

25、) a =30按以下三段范围分别讨论：40电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路(2)(2) 60 a a 90：两管导通，每管两管导通，每管导通导通120。图6-10 不同a角时负载相电压波形b) a =6041电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路l(3)90(3)90a a150150：两管导通与无晶闸管两管导通与无晶闸管导通交替，导通角度导通交替，导通角度为为(300(3002 2 a a) )。图6-11 不同a角时负载相电压波形 c) a =12042电力电子技术第6章-

26、交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路n谐波情况谐波情况q电流谐波次数为电流谐波次数为6 6k k1(1(k k=1=1，2 2，3 3，) )，和三相桥式全控，和三相桥式全控整流电路交流侧电流所含谐波的次数完全相同。整流电路交流侧电流所含谐波的次数完全相同。q谐波次数越低，谐波含量越大。谐波次数越低，谐波含量越大。q和单相交流调压电路相比，没有和单相交流调压电路相比，没有3 3倍次谐波，因三相对称时，倍次谐波，因三相对称时，它们不能流过三相三线电路。它们不能流过三相三线电路。43电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路

27、三相交流调压电路n2 2 支路控制三角联结电路n由三个单相交流调压电路组成，由三个单相交流调压电路组成，分别在不同的线电压作用下工分别在不同的线电压作用下工作作。q单相交流调压电路的分 析方法和结论完全适用。输入线电流（即电源电流）为与该线相连的两 个负载相电流之和。 图612三相交流调压电路c)支路控制三角形联结44电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路 图4-9 谐波情况谐波情况 3倍次谐波相位和大小相同，在三角形回路中流动，而不出现在线电流中。 线电流中所谐波次数为6k1(k为正整数)。 在相同负载和a 角时，线电流中谐波含量少于三

28、相三线星形电路。图613三相交流调压电路c)支路控制三角形联结45电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.2 其他交流电力控制电路其他交流电力控制电路46电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.2.1 交流调功电路交流调功电路n 交流调功电路与交流调压电路的异同比较交流调功电路与交流调压电路的异同比较n 相同点相同点 电路形式完全相同电路形式完全相同n 不同点不同点 控制方式不同控制方式不同q交流调压电路在每个电源周期都对输出电压波形进行交流调压电路在每个电源周期都对输出电压波形进行控制。控制。 q交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周期交流调功电路是将负载与交流

29、电源接通几个周期, ,再断再断开几个周期开几个周期, ,通过通断周波数的比值来调节负载所消耗通过通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。的平均功率。47电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.2.1 交流调功电路交流调功电路n 电阻负载时的工作情电阻负载时的工作情况况q控制周期为控制周期为m m倍电源周倍电源周期，晶闸管在前期，晶闸管在前n n个周个周期导通，后期导通，后m mn n个周期个周期关断。关断。q负载电压和负载电流负载电压和负载电流（也即电源电流）的重（也即电源电流）的重复周期为复周期为mm倍电源周期。倍电源周期。q常用于电炉的温度控制。常用于电炉的温度控制。（不

30、适合调光灯）（不适合调光灯）m电源周期控制周期=m倍电源周期4mo导通段=2nm3m2muou1uo,iowtu12图图6-13 6-13 交流调功电路交流调功电路典型波形典型波形( (m m =3=3、n n =2)=2)图6-1电阻负载单相交流调压电路48电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.2.2 交流电力电子开关交流电力电子开关n概念：概念： 把晶闸管反并联后串入交流电路中，代替电把晶闸管反并联后串入交流电路中，代替电路中的机械开关，起接通和断开电路的作用。路中的机械开关，起接通和断开电路的作用。n优点：优点： 响应速度快，无触点，寿命长，可频繁控制响应速度快，无触点，

31、寿命长，可频繁控制通断。通断。n与交流调功电路的区别与交流调功电路的区别q并不控制电路的平均输出功率。并不控制电路的平均输出功率。q通常没有明确的控制周期，只是根据需要控制电路的接通和通常没有明确的控制周期，只是根据需要控制电路的接通和断开。断开。q控制频度通常比交流调功电路低得多。控制频度通常比交流调功电路低得多。49电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.3 交交变频电路交交变频电路 50电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器u 晶闸管交交变频电路，也称周波变流器晶闸管交交变频电路，也称周波变流器(cycloconverto

32、r)(cycloconvertor)u 把电网频率的交流电变成可调频率的交流把电网频率的交流电变成可调频率的交流电的变流电路，属于直接变频电路。电的变流电路，属于直接变频电路。u 广泛用于大功率交流电动机调速传动系统，广泛用于大功率交流电动机调速传动系统，实际使用的主要是三相输出交交变频电路。实际使用的主要是三相输出交交变频电路。51电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器n1 1 电路构成和基本电路构成和基本工作原理工作原理n电路构成电路构成q如图如图6-186-18，由，由p p组和组和n n组反并联的晶闸管组反并联的晶闸管变流电路构成。变

33、流电路构成。变流器变流器p p和和n n都是相控都是相控整流电路（三相半波整流电路（三相半波可控整流电路）可控整流电路） 。图6-18 单相交交变频电路原理图和输出电压波形52电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器n1 1 电路构成和基本工电路构成和基本工作原理作原理n电路构成电路构成q如图如图6-186-18，由，由p p组和组和n n组组反并联的晶闸管变流电路反并联的晶闸管变流电路构成。构成。变流器变流器p p和和n n都是相控整都是相控整流电路（三相半波可控整流电路（三相半波可控整流电路）流电路） 。图6-18 单相交交变频电路原理图和

34、输出电压波形53电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器n1 1 电路构成和基本电路构成和基本工作原理工作原理n电路构成电路构成q如图如图6-186-18，由，由p p组和组和n n组反并联的晶闸管组反并联的晶闸管变流电路构成。变流电路构成。变流器变流器p p和和n n都是相控都是相控整流电路（三相半波整流电路（三相半波可控整流电路）可控整流电路） 。图6-18 单相交交变频电路原理图和输出电压波形54电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器n1 1 电路构成和基本电路构成和基本工作原理工作原理

35、n电路构成电路构成q如图如图6-186-18，由，由p p组和组和n n组反并联的晶闸管组反并联的晶闸管变流电路构成。变流电路构成。变流器变流器p p和和n n都是相控都是相控整流电路（三相半波整流电路（三相半波可控整流电路）可控整流电路） 。图6-18 单相交交变频电路原理图和输出电压波形55电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器n工作原理工作原理qp p组工作时，负载电流组工作时，负载电流i io o为为正。正。qn n组工作时，组工作时，i io o为负。为负。q两组变流器按一定的频率两组变流器按一定的频率交替工作，负载就得到该交替工作

36、，负载就得到该频率的交流电。频率的交流电。n改变两组变流器的切换改变两组变流器的切换频率，就可改变输出频频率，就可改变输出频率率w wo o 。n改变变流电路的控制角改变变流电路的控制角a a，就可以改变交流输，就可以改变交流输出电压的幅值。出电压的幅值。图6-18 单相交交变频电路原理图和输出电压波形zpn输出电压平均输出电压ououoap=0ap=2ap=2wt56电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器n为使为使u uo o波形接近正弦波，可按正弦规律对波形接近正弦波，可按正弦规律对a a 角进行角进行调制。调制。q在半个周期内让在半个周

37、期内让p p组组 a a 角按正弦规律从角按正弦规律从9090减到减到0 0或某或某个值，再增加到个值，再增加到9090，每个控制间隔内的平均输出电压就，每个控制间隔内的平均输出电压就按正弦规律从零增至最高，再减到零。另外半个周期可对按正弦规律从零增至最高，再减到零。另外半个周期可对n n组进行同样的控制。组进行同样的控制。qu uo o由若干段电源电压拼接而成，在由若干段电源电压拼接而成，在u uo o的一个周期内，包含的一个周期内，包含的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波。的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波。57电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.3.1 单相交

38、交变频器单相交交变频器n 2 2 整流与逆变工作状整流与逆变工作状态态q以阻感负载为例，也适用于以阻感负载为例，也适用于交流电动机负载。交流电动机负载。把交交变频电路理想化，忽把交交变频电路理想化，忽略变流电路换相时略变流电路换相时u uo o的脉动的脉动分量，就可把电路等效成图分量，就可把电路等效成图6-14a6-14a所示的正弦波交流电所示的正弦波交流电源和二极管的串联。源和二极管的串联。图6-19 理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态58电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器n 2 2 整流与逆变工整流与逆变工作状态作状态图6-19

39、理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态q设负载阻抗角为设负载阻抗角为j j ，则输出，则输出电流滞后输出电压电流滞后输出电压j j 角。角。q两组变流电路采取无环流两组变流电路采取无环流工作方式，即一组变流电工作方式，即一组变流电路工作时，封锁另一组变路工作时，封锁另一组变流电路的触发脉冲。流电路的触发脉冲。59电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器n 2 2 整流与逆变工作状态整流与逆变工作状态图6-19 理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态n工作状态工作状态nt t1 1 t t3 3期间：期间：i io o正半周，正组正半周，正组工作

40、，反组被封锁。工作，反组被封锁。qt t1 1 t t2 2： u uo o和和i io o均为正，均为正，正组整流，输出功率为正。正组整流，输出功率为正。qt t2 2 t t3 3 ： u uo o反向，反向， i io o仍仍为正，正组逆变，输出功为正，正组逆变，输出功率为负。率为负。60电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器n 2 2 整流与逆变工作状态整流与逆变工作状态图6-19 理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态n工作状态工作状态nt t1 1 t t3 3期间：期间：i io o正半周，正组正半周，正组工作，反组被封锁。工作

41、，反组被封锁。qt t1 1 t t2 2： u uo o和和i io o均为正，均为正，正组整流，输出功率为正。正组整流，输出功率为正。qt t2 2 t t3 3 ： u uo o反向，反向， i io o仍仍为正，正组逆变，输出功为正，正组逆变，输出功率为负。率为负。61电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器n 2 2 整流与逆变工作状态整流与逆变工作状态图6-19 理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态n工作状态工作状态nt t1 1 t t3 3期间：期间：i io o正半周，正组正半周，正组工作，反组被封锁。工作，反组被封锁。qt

42、 t1 1 t t2 2： u uo o和和i io o均为正，均为正，正组整流，输出功率为正。正组整流，输出功率为正。qt t2 2 t t3 3 ： u uo o反向，反向， i io o仍仍为正，正组逆变，输出功为正，正组逆变，输出功率为负。率为负。62电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器n 2 2 整流与逆变工作状态整流与逆变工作状态图6-19 理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态nt t3 3 t t5 5期间：期间： i io o负半周，反组工负半周，反组工作，正组被封锁。作，正组被封锁。qt t3 3 t t4 4 ：u u

43、o o和和i io o均为负，反均为负，反组整流，输出功率为正。组整流，输出功率为正。qt t4 4 t t5 5 ： u uo o反向，反向， i io o仍为仍为负，反组逆变，输出功率为负，反组逆变，输出功率为负。负。n小结：小结：q哪一组工作由哪一组工作由i io o方向决定，方向决定，与与u uo o极性无关。极性无关。q工作在整流还是逆变，则根工作在整流还是逆变，则根据据u uo o方向与方向与i io o方向是否相同方向是否相同确定。确定。63电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器n 2 2 整流与逆变工作状态整流与逆变工作状态图

44、6-19 理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态nt t3 3 t t5 5期间：期间： i io o负半周，反组工负半周，反组工作，正组被封锁。作，正组被封锁。qt t3 3 t t4 4 ：u uo o和和i io o均为负，反均为负，反组整流，输出功率为正。组整流，输出功率为正。qt t4 4 t t5 5 ： u uo o反向，反向， i io o仍为仍为负，反组逆变，输出功率为负，反组逆变，输出功率为负。负。n小结：小结：q哪一组工作由哪一组工作由i io o方向决定，方向决定，与与u uo o极性无关。极性无关。q工作在整流还是逆变，则根工作在整流还是逆变，则根据据u uo o方向

45、与方向与i io o方向是否相同方向是否相同确定。确定。64电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路当uo和io的相位差小于90时，一周期内电网向负载提供能量的平均值为正，电动机工作在电动状态。当二者相位差大于90时，一周期内电网向负载提供能量的平均值为负，电网吸收能量，电动机为发电状态。6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器图6-20 单相交交变频电路输出电压和电流波形n小结：小结：q哪一组工作由哪一组工作由i io o方向决定，与方向决定，与u uo o极极性无关。性无关。q工作在整流还是逆变，则根据工作在整流还是逆变，则根据u uo o方向与方向与i io o方向是否相同确定

46、。方向是否相同确定。65电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路考虑无环流工作方式下io过零的死区时间，一周期可分为6段。6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器1oo23456图4-20uoiowtwt图6-20 单相交交变频电路输出电压和电流波形第1段 io 0，反组逆变第2段 电流过零，为无环流死区第3段 io 0， uo 0，正组整流 第4段 io 0， uo 0，正组逆变 第5段 又是无环流死区 第6段 io 0， uo 0，为反组整流 66电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器n q 设设u ud0d0为为a a = 0

47、= 0时整流时整流电路的理想空载电压，电路的理想空载电压，则有则有 (6-15) (6-15) q交交变频电路每次控制交交变频电路每次控制a a角都是不同的。角都是不同的。 表示每次控制间隔内表示每次控制间隔内u uo o的平均值。的平均值。acosd0ouu0u3 3 输出正弦波电压的调制方法余弦交点法1oo23456图4-20uoiowtwt67电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器q设期望的正弦波输出电压为设期望的正弦波输出电压为 (6-16(6-16）q比较式比较式(6-15)(6-15)和和(6-16)(6-16)，应使，应使 (6

48、-17)(6-17)q g g 称为输出电压比：称为输出电压比：q余弦交点法基本公式余弦交点法基本公式 (6-18)(6-18)ttuuood0omsinsincoswgwa)10(0ggdomuutuuoomosinw)sin(coso1twga1oo23456图4-20uoiowtwt68电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器n余弦交点法图解：余弦交点法图解：q线电压线电压u uabab、 u uacac 、 u ubcbc 、 u ubaba 、 u ucaca和和u ucbcb依次用依次用u u1 1 u u6 6表示。表示。相邻两个

49、线电压的交点对应相邻两个线电压的交点对应于于a a =0=0。图6-16 余弦交点法原理图4-21u2u3u4u5u6u1us2us3us4us5us6us1uoap3ap4wtwt69电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器qu u1 1 u u6 6所对应的同步信号分所对应的同步信号分别用别用u us1s1 u us6s6表示表示qu us1s1 u us6s6比相应的比相应的u u1 1 u u6 6超超前前3030，u us1s1 u us6s6的幅值和的幅值和相应线电压在相应线电压在a a =0=0的时刻对的时刻对应。应。q以以a a

50、 =0=0作为零时刻，则作为零时刻，则u us1s1 u us6s6为余弦信号。为余弦信号。q各晶闸管触发时刻由相应的各晶闸管触发时刻由相应的同步电压同步电压u us1s1 u us6s6的下降段的下降段和期望的输出电压和期望的输出电压u uo o的交点的交点来决定。来决定。图6-21 余弦交点法原理图4-21u2u3u4u5u6u1us2us3us4us5us6us1uoap3ap4wtwt70电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器n图图6 61717表示表示不同不同g g 时，时，在在u uo o一个周期内，一个周期内， a a 随随 w

51、 w o ot t 变化的情况。变化的情况。n g g 较小，即输出电压较较小，即输出电压较低时，低时，a a只在离只在离9090很近很近的范围内变化，电路的输的范围内变化，电路的输入功率因数非常低。入功率因数非常低。g = 0g = 0.1相位控制角a/( )输出相位w 0 t图4-2212015018030609000.91.02223图6-22 不同g g 时a和wot的关系)sin(sin2)sin(coso1o1ttwgwga71电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器n4 4 输

52、入输出特性输入输出特性n 1)1) 输出上限频率输出上限频率 q输出频率增高时，输出电压一周期内所含电网电压段数减少，输出频率增高时，输出电压一周期内所含电网电压段数减少，波形畸变严重。波形畸变严重。q电压波形畸变及其导致的电流波形畸变和电动机转矩脉动是电压波形畸变及其导致的电流波形畸变和电动机转矩脉动是限制输出频率提高的主要因素。限制输出频率提高的主要因素。q就输出波形畸变和输出上限频率的关系而言，很难确定一个就输出波形畸变和输出上限频率的关系而言，很难确定一个明确的界限。明确的界限。当采用当采用6 6脉波三相桥式电路时，输出上限频率不高于电网频脉波三相桥式电路时，输出上限频率不高于电网频率

53、的率的1/31/21/31/2。电网频率为。电网频率为50hz50hz时，交交变频电路的输出时，交交变频电路的输出上限频率约为上限频率约为20hz20hz。72电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器0.8 0.6 0.4 0.2 0g =1.0输入位移因数负载功率因数 （ 滞后 ）负载功率因数 （ 超前 ）图4-2301.0图6-23 单相交交变频电路的功率因数2)2) 输入功率因数输入功率因数 输入电流相位滞后于输入电压，输入电流相位滞后于输入电压，需要电网提供无功功

54、率。需要电网提供无功功率。 输出电压比输出电压比g g 越小，半周期内越小，半周期内a a的平均值越靠近的平均值越靠近9090，位移因，位移因数越低。数越低。 负载功率因数越低，输入功率负载功率因数越低，输入功率因数也越低。因数也越低。不论负载功率因数是滞后的还不论负载功率因数是滞后的还是超前的，输入的无功电流总是超前的，输入的无功电流总是滞后。是滞后。输入位移因数 负载功率因数（超前）负载功率因数（滞后）73电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器3)3) 输出电压谐波输出电压谐波n输出电压的谐波频谱非常复杂，既和电网频率输出电压的谐波频谱非

55、常复杂，既和电网频率f fi i以及变流以及变流电路的脉波数有关，也和输出频率电路的脉波数有关，也和输出频率f fo o有关。有关。n采用三相桥时，输出电压所含主要谐波的频率为采用三相桥时，输出电压所含主要谐波的频率为q6 6f fi if fo o，6 6f fi i3 3f fo o，6 6f fi i5 5f fo o，q1212f fi if fo o，1212f fi i3 3f fo o，1212f fi i5 5f fo o，n采用无环流控制方式时，由于电流方向改变时死区的影响，采用无环流控制方式时，由于电流方向改变时死区的影响，将增加将增加5 5f fo o、7 7f fo o

56、等次谐波。等次谐波。74电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.3.1 单相交交变频器单相交交变频器n4)4) 输入电流谐波输入电流谐波q输入电流波形和可控整流电路的输入波形类似，但输入电流波形和可控整流电路的输入波形类似，但其幅值和相位均按正弦规律被调制，各次谐波的幅其幅值和相位均按正弦规律被调制，各次谐波的幅值较可控整流电路的谐波幅值小。值较可控整流电路的谐波幅值小。q采用三相桥式电路的交交变频电路输入电流谐波频采用三相桥式电路的交交变频电路输入电流谐波频率率n n 式中，式中，k k= =1,2,3,1,2,3,；l l= =0,1,2,0,1,2,。75电力电子技术第6章

57、-交流电力控制电路和交交变频电路6.3.2 三相交交变频电路三相交交变频电路l 由三组输出电压相位各差120的单相交交变频电路组成。1 1 电路接线方式公共交流母线进线方式公共交流母线进线方式输出星形联结方式输出星形联结方式交交变频电路主要应用于大功率交流电机调速系统，使用的是三相交交变频电路。76电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.3.2 三相交交变频电路三相交交变频电路n1 1）公共交流母线进线方式）公共交流母线进线方式q由三组彼此独立的、输出电由三组彼此独立的、输出电压相位相互错开压相位相互错开120120的单相的单相交交变频电路构成。交交变频电路构成。q电源进线通过进

58、线电抗器接电源进线通过进线电抗器接在公共的交流母线上。在公共的交流母线上。q因为电源进线端公用，所以因为电源进线端公用，所以三组的输出端必须隔离。为三组的输出端必须隔离。为此，交流电动机的三个绕组此，交流电动机的三个绕组必须拆开。必须拆开。q主要用于中等容量的交流调主要用于中等容量的交流调速系统。速系统。图6-24 公共交流母线进线三相交交变频电路（简图）77电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路n2)2) 输出星形联结方式输出星形联结方式6.3.2 三相交交变频电路三相交交变频电路图4-25 输出星形联结方式三相交交变频电路a）简图 b）详图 三组的输出端是星形联结，电动机的三个

59、绕组也是三组的输出端是星形联结，电动机的三个绕组也是星形联结。星形联结。 电动机中点不和变频器中点接在一起，电动机只引电动机中点不和变频器中点接在一起，电动机只引出三根线即可。出三根线即可。78电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.3.2 三相交交变频电路三相交交变频电路图4-25 输出星形联结方式三相交交变频电路a）简图 b）详图 因为三组的输出联接在一起，其电源进线必须隔离，因此分因为三组的输出联接在一起，其电源进线必须隔离，因此分别用三个变压器供电。别用三个变压器供电。 由于输出端中点不和负载中点相联接，所以在构成三相变频由于输出端中点不和负载中点相联接，所以在构成三相变

60、频电路的六组桥式电路中，至少要有不同输出相的两组桥中的电路的六组桥式电路中，至少要有不同输出相的两组桥中的四个晶闸管同时导通才能构成回路，形成电流。四个晶闸管同时导通才能构成回路，形成电流。2) 输出星形联结方式79电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.3.2 三相交交变频电路三相交交变频电路图4-25 输出星形联结方式三相交交变频电路a）简图 b）详图 和整流电路一样，同一组桥内的两个晶闸管靠双触发脉冲保证同时导通。 两组桥之间则是靠各自的触发脉冲有足够的宽度，以保证同时导通。2) 输出星形联结方式80电力电子技术第6章-交流电力控制电路和交交变频电路6.3.2 三相交交变频