第6章 交流-交流变换电路

1、第6章 交流-交流变换电路6-1 交流电压控制电路6-2 相控交交变频电路6-3 矩阵式交交变频器前言第6章 交流/交流变换电路 交流/交流变换电路是直接直接从交流电变换得到另一种形式的交流电的电力电子电路。交流电压控制电路交流调压交流调功改变电压不对频率进行变换交流变频电路周波变换器实现频率变换6-1 交流电压控制电路 典型应用典型应用 1 灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制) 2 异步电动机软起动 3 小型异步电动机调压调速 4 供用电系统对无功功率的连续调节 5 加热炉温度控制6-1 交流电压控制电路6-1-1 单相交流调压控制方式：1.通断控制2.相位控制6-1-1 单相交流调压控制方

2、式：1.通断控制输出电压有效值:6-1-1 单相交流调压2.相位控制a wt wt ou 1u 输出电压有效值:)22sin(1)sin2(222aawwaUtdtUUo6-1-2 三相交流调压主要接线形式有 三相四线联接（ 联接） 三相三线联接（Y 联接） 三角形联接（ 联接）等YN D通常用于小功率电机调速温度控制等场合6-1-2 三相交流调压三相四线联接（ 联接）YN三角形联接（ 联接）D三相四线联接、三角形联接三相交流调压可看作是三个单相交流调压电路的组合,可仿照单相交流调压方法进行控制.6-1-2 三相交流调压中线上是否存在电流?6-1-2 三相交流调压三相三线联接（Y联接）工作原理

3、 1 由于没有零线，每相电流必须和另一相构成回路.与三相全控桥整流电路一样，应采用宽脉冲或双窄脉冲触发。 2 的点应定在各相电压过零点 0a3 触发相位自 至 ，依次滞后间隔为60 1T6T6-1-2 三相交流调压4 存在两种不同的工作状态 1类工作状态同一时刻，每一 相均有一晶闸管导电2类工作状态同一时刻，有一 相两只晶闸管都不导电， 另两相各有一只晶闸管 导电6-1-2 三相交流调压三相三线联接三相交流调压 电阻负载波形(控制角=30)6-1-2 三相交流调压三相三线联接三相交流调压 电阻负载波形(控制角=60)6-1-3 电力电子开关 和采用通断控制方法控制输出功率相似，利用晶闸管的开通

4、可控与反向阻断特性，将反并联的晶闸管串联到电路中，可作为无触点开关来使用。此时电路的目的不是控制输出平均功率，而是根据需要接通与断开电路。 和机械开关相比，这种电力电子开关响应速度快，不存在触点氧化等问题，因而寿命长。电力电子开关应用例 无功补偿装置晶闸管投切电容器（TSC： Thyristor Switched Capcitor）中利用晶闸管实现补偿电容的投入与切除，实现输入功率因数在期望值附近。TSC单相主电路 6-2 相控交交变频电路6.2.16.2.1单相交单相交- -交变频电路交变频电路1) 基本结构与工作原理基本结构与工作原理将两个相控整流电路反并联并控制它们分时向负载供电，则可在

5、负载上获得交流电 6.2.16.2.1单相交单相交- -交变频电路交变频电路2) 整流与逆变工作状态整流与逆变工作状态 负载电流正半周，正组变流电路工作 负载电流负半周，反组变流电路工作 3) 输出正弦波电压的控制方法 设期望输出的正弦电压: tUUomo0sinw整流电路输出平均电压: acosdodUU doU:整流器理想空载电压 为获得期望输出电压，应使每次控制角改变的间隔内整流输出电压平均值和期望电压相等. odUUdoomUU其中)sin(cos01twa4) 无环流控制及有环流控制 无环流控制方式无环流控制方式 控制电路保证两个反并联的相控整流电路不同时工作，从而两个整流电路之间不

6、存在电流同时通过。在无环流方式下，由于在负载电流换向、在整流器之间切换工作时为保证无环流而必须留一定的死区时间，使得输出电压的波形畸变增大死区时间，使得输出电压的波形畸变增大。 4) 无环流控制及有环流控制 在有环流方式下，可以避免出现电流断续现象，并可消除电流死区，从而使变频电路的输出特性得以改善，然而控制较无环流方式复杂。 有环流控制方式有环流控制方式正反两组变流电路之间设置环流电抗器。运行时，两组变流电路都施加触发脉冲，正组触发角 和反组触发角 保持的关系 。此时由于正反组输出电压瞬时值不等,两组变流电路之间存在环流。 paNa180NPaa6-2-2 三相交交变频电路交-交变频器主要用

7、于交流调速系统中，因此实际使用的主要是三相交-交变频器。三相交-交变频电路是由三组输出电压相位各差120的单相交-交变频电路组成的，因此上一节的许多分析和结论对三相交-交变频电路也是适用的。 三相交-交变频电路形式:公共交流母线进线、三相半波整流器构成的方式公共交流母线进线、三相桥式整流器构成的方式输入隔离输出星形联结的桥式整流器方式6-2-2 三相交交变频电路1) 三相交-交变频主电路 1) 三相交-交变频主电路 1) 三相交-交变频主电路6-2-2 三相交交变频电路输出频率上限:约为输入频率的1/3 2 输入输出特性 输入功率因数 SP总的表观功率应比三组单相变频电路表观功率之和小。因此，

8、三相交三相交-交变电路的总输入功交变电路的总输入功率因数要高于单相变频电路的输入功率因数率因数要高于单相变频电路的输入功率因数。 输出电压谐波/输入电流谐波较大3 交-交变频器和交-直-交变频器的比较 交-交变频器优点： 只用一次变流，提高了变流效率 可以方便地实现四象限工作。相控整流装置既可整流，也可以实现有源逆变，因此交-交变频器容易实现能量的双向流动。 低频时输出波形接近正弦波 6-2-2 三相交交变频电路交-交变频器主要缺点： 接线复杂，使用的晶闸管较多 受电网频率和变流电路脉波数的限制输出频率较低，输出电压谐波成分大 采用相控方式，输入功率因数较低 交-交变频器主要用于500kW以上

9、，转速在600r/min以下的大功率、低转速的交流调速装置中。它既可用于异步电动机传动，也可用于同步电动机传动。 6-2-2 三相交交变频电路6-2-2 三相交交变频电路6-3 矩阵式交交变频器相控交交变频电路具有输入功率因数低、输入电流谐波严重、输出频率低(低于输入频率)等缺陷，使其应用受到限制。采用全控器件的矩阵式交交变频电路具有输出频率几乎不受限制、输入电流谐波成份少等优点，是一种具有应用前景的新型直接交交变频电路。6-3-1 矩阵式交交变频器结构与工作原理 注意组合系数S11、S12、S13是随时间变化的 对输出u相波形 uu=S11ua+S12ub+S13uc 控制系数S11、S12

10、、S13，可使uu具有三相输入包络线内的任意波形。 Sij闭合Sij=1， 否则 Sij=0 6-3-1 矩阵式交交变频器结构与工作原理 对输出u相波形 uu=S11ua+S12ub+S13uc 根据PWM控制的基本原理，如果开关器件工作频率较高，则在一个开关周期内，上式可近似表示为：cbauuuuu131211ij表示Sij在一个开关周期中的导通比通过控制开关的导通占空比可控制输出电压 6-3 矩阵式交交变频器6.3.2 矩阵式交交变频电路的控制 6.3.2 矩阵式交交变频电路的控制 1 采用晶闸管的交-交调压电路本质是利用晶闸管的阻断特性周期性地将负载与输入电源隔开：即周期性地使输入电源不能作用在负载上，因此交-交调压电路的输出电压有效值一定低于输入电压的有效值，同时通过控制触发角或通断比来调节输出电压。2 采用通断控制方案的交-交调压电路可用来控制输出功率或作电力电子开关使用。本本 章章 小小 结结3 相控交-交调压电路输出电压谐波成份较大，输入侧电流的谐波成份也较大 4 相控交-交变频器的电路结构基本上都采用反并联的整流装置作为交-交变频的核心，其基本思想是利用相