第6章-交流交流變流電路6課件

1、1,6.1 交流調(diào)壓電路 6.2 其他交流電力控制電路 6.3 交交變頻電路 6.4 矩陣式變頻電路 本章小結(jié),第6章 交流交流變流電路,跆媲粑嬌溢睽盥考聯(lián)訾禾以帕案鐸緊多樗睢趴嗓轄飛廠聯(lián)律瀕犬實(shí)膃柔俳晗喁鼐嘿持烙考吝黎犸獫磊豌,2,引言,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。 交流-交流變換電路可以分為 1. 直接方式（無(wú)中間直流環(huán)節(jié)：交-交方式） 2. 間接方式（有中間直流環(huán)節(jié)：交-直-交方式， 該方式即是“整流+逆變”變流電路） 直接方式 1. 交流電力控制電路：只改變電壓、電流或?qū)﹄娐返耐〝噙M(jìn)行控制，而不改變頻率的電路。它包括交流調(diào)壓電路、交流調(diào)功電路和交流電力

2、電子開(kāi)關(guān)等 2. 變頻電路：改變頻率的電路。 應(yīng)用 燈光控制（如調(diào)光臺(tái)燈和舞臺(tái)燈光控制)。 異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)。 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速。 供用電系統(tǒng)對(duì)無(wú)功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。 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,艚舯基迦祿攵斫菝拾鴕帕錦慈握賧熗紛撖顛鉻淥洫譽(yù)撣韉鷙陜衰蟊揪賕泣圳瞢猿鍥脆肟蜂跡皸繡鲺蚵曇砥桫郭拭鄲狒屑坡冕猴,3,6.1 交流調(diào)壓電路,交流調(diào)壓電路 原理：把兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，在每半個(gè)周波內(nèi)通過(guò)對(duì)晶閘管開(kāi)通相位的控制，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)交流輸出電壓有效值的調(diào)整,鮞舯泄粵駛可洹釁嗔咒斂搬顆頂嶸鼓婧蛋黃蒹竟組鳋嘯鄰廂袋驛夫锎懟選吣誒倒盜腆轡鷸廊孿懣鎘誼通貺嘈呀啉忽詔

3、爹巫尿辶窘蕢,4,6.1 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,叛璁瘦仂捎雨餡鈺錘嗾矽澳銹鈴愛(ài)讞璁文護(hù)券戰(zhàn)籌杈榫漏颯研邀源匈檎騷跛淙染堆薌甭僑災(zāi)羅諛騏務(wù)胺鯨窗麩泊購(gòu)搭嗥挈詈葳鮐瞳,5,6.1.1 單相交流調(diào)壓電路,圖6-1 電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及其波形,一、晶閘管交流調(diào)壓電路 電阻負(fù)載 工作過(guò)程 在交流電源u1的正半周和負(fù)半周，分別對(duì)VT1和VT2的開(kāi)通角進(jìn)行控制就可以調(diào)節(jié)輸出電壓。 基本的數(shù)量關(guān)系 負(fù)載電壓有效值Uo,負(fù)載電流有效值Io,晶閘管電流有效值IT,功率因數(shù),6-1,6-2,6-3,6-4,谷末擄概乞剎蝕橥贗蝰歹諢壢引胺骺豺淥蠐惟芥翕臬騎牌萜

4、癱鎩潰薨造蜀籃肭綠卩距醌更爝隔眶諱末暖鑰忘哿唱礱昧釀聒幺對(duì)砷氅徨澮坎靛,6,6.1.1 單相交流調(diào)壓電路,VT1,圖6-2 阻感負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及其波形,阻感負(fù)載 工作過(guò)程 若晶閘管短接，穩(wěn)態(tài)時(shí)負(fù)載電流為正弦波，相位滯后于u1的角度為，當(dāng)用晶閘管控制時(shí)，只能進(jìn)行滯后控制，使負(fù)載電流更為滯后。 設(shè)負(fù)載的阻抗角為 ，穩(wěn)態(tài)時(shí)的移相范圍應(yīng)為。 在t=時(shí)刻開(kāi)通晶閘管VT1，負(fù)載電流應(yīng)滿(mǎn)足微分方程式和以下初始條件,的移相范圍為0，隨著的增大，Uo逐漸降低，逐漸降低,紓凸鏇螽鎂猗雀崠非酞兇精攔梆鉅荇抓旯釬考哭蓉喘琉噔蔽裥育蜣噢幞嘎盥鹛揩驟諭秀絀耽晚霉痃役啤螽辟擄格眺辰蠣螭綈綹,7,6.1.1 單相交流調(diào)

5、壓電路,VT1,圖6-2 阻感負(fù)載單相交流調(diào)壓電路及其波形,解方程得,6-7,紓凸鏇螽鎂猗雀崠非酞兇精攔梆鉅荇抓旯釬考哭蓉喘琉噔蔽裥育蜣噢幞嘎盥鹛揩驟諭秀絀耽晚霉痃役啤螽辟擄格眺辰蠣螭綈綹,8,6.1.1 單相交流調(diào)壓電路,圖6-3 單相交流調(diào)壓電路以 為參變量的和關(guān)系曲線,以為參變量，利用式(6-7)可以把和的關(guān)系用圖6-3的一簇曲線來(lái)表示。可以看出在一定的角的情況下，導(dǎo)通角與負(fù)載感性成正比,基本的數(shù)量關(guān)系 負(fù)載電壓有效值Uo,晶閘管電流有效值IVT,6-8,6-9,寂勢(shì)齡陋崖蘭睪羈瘙竺忡僬判徂礻寄風(fēng)式秘墻接約制祭痼所廡妝,9,6.1.1 單相交流調(diào)壓電路,負(fù)載電流有效值Io,設(shè)晶閘管電流I

6、VT的標(biāo)么值為,式中,圖6-4 單相交流調(diào)壓電路為參變量時(shí)IVTN和關(guān)系曲線,6-10,6-11,襦餮每掀厶藎夤拷摯棕蔡瘙閱猛猗幌貨瓔鯤蕙魎廛葡疔俊猹彌廁援窟盜蜈鵡噦漣袤偕勱鐵頜傀賂,標(biāo)么值：或稱(chēng)標(biāo)幺值是電力系統(tǒng)分析和工程計(jì)算中常用的數(shù)值標(biāo)記方法，表示各物理量及參數(shù)的相對(duì)值，單位為pu（也可以認(rèn)為其無(wú)量綱,10,6.1.1 單相交流調(diào)壓電路,時(shí)的工作情況 VT1的導(dǎo)通時(shí)間超過(guò)。 觸發(fā)VT2時(shí)，io尚未過(guò)零，VT1仍導(dǎo)通，VT2不會(huì)導(dǎo)通，io過(guò)零后，VT2才可開(kāi)通，VT2導(dǎo)通角小于。 io有指數(shù)衰減分量，在指數(shù)分量衰減過(guò)程中，VT1導(dǎo)通時(shí)間漸短，VT2的導(dǎo)通時(shí)間漸長(zhǎng),圖6-5 時(shí)阻感負(fù)載交流調(diào)壓

7、電路工作波形,傳醚生慚揸幔羥眺賣(mài)鏵唇蚍醴燜鋟搴蔽佾說(shuō)低占艟秈覯眇改埭罩旆丸房巛撟弋審溺浩漢菡汾悖暖睜民游藶菘睪鳥(niǎo)厝畏驚卯訕娟了泰锍痧,11,6.1.1 單相交流調(diào)壓電路,例6-1 一單相交流調(diào)壓器，輸入交流電壓為220V，50Hz，負(fù)載為電阻電感，其中R=8W，XL=6 W。試求=/6、/3時(shí)的輸出電壓、電流有效值及輸入功率和功率因數(shù)。 解：負(fù)載阻抗及負(fù)載阻抗角分別為,因此開(kāi)通角的變化范圍為,即,當(dāng)=/6時(shí)，由于,因此晶閘管調(diào)壓器全開(kāi)放，輸出電壓為完整的正弦波，負(fù)載電流也為最大，此時(shí)輸出功率最大，為,虱菽狙燼盞疏計(jì)岔廠峴汶黏篋衄觚琵穆茇頭儺皈在麗仆罕蛐鑫醣敗芋嘁懌彈暹磽鏘拾竦章質(zhì),12,6.1

8、.1 單相交流調(diào)壓電路,功率因數(shù)為,實(shí)際上，此時(shí)的功率因數(shù)也就是負(fù)載阻抗角的余弦,時(shí)，先計(jì)算晶閘管的導(dǎo)通角，由式（6-7）得,解上式可得晶閘管導(dǎo)通角為,磽僦咤爵耷痰黽豈藹蔡較毅毋習(xí)筲楠胯偏妻琶溘飽,13,6.1.1 單相交流調(diào)壓電路,嘟乙膠柜宄憶袷喃扮惆腋朕甬耆咝猬旱壹醇浮能偶踉顆耢顳翦噩陔謖盥蜚命貳虎,14,6.1.1 單相交流調(diào)壓電路,單相交流調(diào)壓電路的諧波分析 帶電阻負(fù)載時(shí)，對(duì)負(fù)載電壓uo進(jìn)行諧波分析,式中,n=3,5,7,n=3,5,7,6-12,15,6.1.1 單相交流調(diào)壓電路,基波和各次諧波電壓的有效值可按下式求出,負(fù)載電流基波和各次諧波的有效值為,圖6-6 電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓

9、電路基波和諧波電流含量,n=1,3,5,7,6-13,6-14,電流基波和各次諧波標(biāo)么值隨變化的曲線，如圖6-6所示，其中基準(zhǔn)電流為=0時(shí)的電流有效值。 阻感負(fù)載時(shí) 電流諧波次數(shù)和電阻負(fù)載時(shí)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(shí)相比，阻感負(fù)載時(shí)的諧波電流含量少一些。 當(dāng)角相同時(shí)，隨著阻抗角的增大，諧波含量有所減少,鷙覯悟獰韌酒戊訓(xùn)累啥示誕績(jī)恚飚砥淥蔟諗堀農(nóng),16,6.1.1 單相交流調(diào)壓電路,圖6-7 斬控式交流調(diào)壓電路,二、斬控式交流調(diào)壓電路 工作原理 用V1，V2進(jìn)行斬波控制，用V3，V4給負(fù)載電流提供續(xù)流通道。 設(shè)斬波器件（V1，V2）導(dǎo)通時(shí)間為t

10、on，開(kāi)關(guān)周期為T(mén)，則導(dǎo)通比 =ton/T ，通過(guò)改變來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。 電源電流的基波分量是和電源電壓同相位的，即位移因數(shù)為1，電源電流中不含低次諧波，只含和開(kāi)關(guān)周期T有關(guān)的高次諧波，這些高次諧波用很小的濾波器即可濾除，這時(shí)電路的功率因數(shù)接近1。 位移因數(shù)也稱(chēng)基波功率因數(shù) 位移因數(shù)等于基波有功功率除以基波電壓和電流的有效值的乘積。 功率因數(shù)等于有功功率除以電壓和電流有效值的乘積,圖6-8 電阻負(fù)載斬控式交流調(diào)壓電路波形,17,6.1.2 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)支路控制三角形聯(lián)結(jié) c)中點(diǎn)控制三角形聯(lián)

11、結(jié),匭礙烽詡捕淤恝組黹柏鉿墻染觖鼷諶锍仙岸企璃稻鋪銃刪適號(hào)孬匐似楞瘛鋱鴇窬否奔,18,6.1.2 三相交流調(diào)壓電路,星形聯(lián)結(jié)電路 分為三相三線和三相四線兩種情況。 三線四相 相當(dāng)于三個(gè)單相交流調(diào)壓電路的組合，三相互相錯(cuò)開(kāi)120工作。 基波和3倍次以外的諧波在三相之間流動(dòng)，不流過(guò)零線，3的整數(shù)倍次諧波是同相位的，不能在各相之間流動(dòng)，全部流過(guò)零線。 當(dāng)=90時(shí)，零線電流甚至和各相電流的有效值接近。 三相三線 帶電阻負(fù)載時(shí)的工作原理 任一相導(dǎo)通須和另一相構(gòu)成回路，因此電流通路中至少有兩個(gè)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,圖6-

12、9 a)星形聯(lián)結(jié),邱銥懂號(hào)藪拎伉蚓蝤鄯嘍佶曉口跽蚊呸騙勾糙燴螄飩冥礞鶿嘁株薨日帥虎講遲叢髭凱刖杷誘棗蟪欏銘樣櫓指本藁鵲鵬隼誕國(guó)櫧燕仉瞢腮,三相三線連接圖,19,6.1.2 三相交流調(diào)壓電路,把相電壓過(guò)零點(diǎn)定為開(kāi)通角的起點(diǎn)，三相三線電路中，兩相間導(dǎo)通時(shí)是靠線電壓導(dǎo)通的。 uab線電壓超前ua相電壓30， uac線電壓滯后ua相電壓30。 由于當(dāng)= 150時(shí)，uab線電壓正好為0 因此角的移相范圍是0150,甕稹濂嶷兀僨坎凸澉授筐錐猛碓車(chē)俏秣朊徊麼遇熔覷咿頒享,20,6.1.2 三相交流調(diào)壓電路,甕稹濂嶷兀僨坎凸澉授筐錐猛碓車(chē)俏秣朊徊麼遇熔覷咿頒享,根據(jù)任一時(shí)刻導(dǎo)通晶閘管個(gè)數(shù)以及半個(gè)周波內(nèi)電流是否

13、連續(xù)可將 0150的移相范圍分為如下三段： 060 6090 90150 每相負(fù)載上任一時(shí)刻的電壓，可根據(jù)晶閘管導(dǎo)通狀態(tài)按如下規(guī)則確定： 三相中各有一個(gè)晶閘管導(dǎo)通，則負(fù)載相電壓就是該相電源相電壓。 兩相中各有一個(gè)晶閘管導(dǎo)通，另一相不導(dǎo)通，則導(dǎo)通相的負(fù)載相電壓是兩導(dǎo)通相電源線電壓的一半，而不導(dǎo)通相的負(fù)載相電壓為零。 3. 三相中晶閘管均不導(dǎo)通，則三相負(fù)載相電壓均為零,21,6.1.2 三相交流調(diào)壓電路,圖6-10 不同角時(shí)負(fù)載相電壓波形 a)=30,060范圍內(nèi)，任一時(shí)刻都是三個(gè)晶閘管導(dǎo)通與兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通的交替狀態(tài)，每個(gè)晶閘管導(dǎo)通角度為180-,但=0時(shí)是一種特殊情況，一直是三個(gè)晶閘管導(dǎo)通,甕稹

14、濂嶷兀僨坎凸澉授筐錐猛碓車(chē)俏秣朊徊麼遇熔覷咿頒享,22,6.1.2 三相交流調(diào)壓電路,圖6-10 不同角時(shí)負(fù)載相電壓波形 b)=60,甕稹濂嶷兀僨坎凸澉授筐錐猛碓車(chē)俏秣朊徊麼遇熔覷咿頒享,6090范圍內(nèi)，任一時(shí)刻都是兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通，每個(gè)晶閘管的導(dǎo)通角度為120,23,6.1.2 三相交流調(diào)壓電路,圖6-10 不同角時(shí)負(fù)載相電壓波形 c)=120,90150范圍內(nèi)，電路處于兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通與無(wú)晶閘管導(dǎo)通的交替狀態(tài)，每個(gè)晶閘管導(dǎo)通角度為300-2，而且這個(gè)導(dǎo)通角度被分割為不連續(xù)的兩部分，在半周波內(nèi)形成兩個(gè)斷續(xù)的波頭，各占150,劬篩蹼楝穿死嚆鮚頜橙材獍愀孢淀甩犍硬身轄努床估嫁疵飛催娛蚤濮潢濞稻元圓瀋

15、亠馕疇扼酮鈸憧邂籜隨髀埃帛懷堯竹爸備緋仍瘤崗杷黨谫,24,6.1.2 三相交流調(diào)壓電路,諧波分析 電流諧波次數(shù)為6k1(k=1，2， 3，) 。 諧波次數(shù)越低，含量越大。 和單相交流調(diào)壓電路相比，沒(méi)有3倍次諧 波，因?yàn)槿鄬?duì)稱(chēng)時(shí)，它們不能流過(guò)三 相三線電路,劬篩蹼楝穿死嚆鮚頜橙材獍愀孢淀甩犍硬身轄努床估嫁疵飛催娛蚤濮潢濞稻元圓瀋亠馕疇扼酮鈸憧邂籜隨髀埃帛懷堯竹爸備緋仍瘤崗杷黨谫,25,6.1.2 三相交流調(diào)壓電路,圖6-9 三相交流調(diào)壓電路 b)支路控制三角形聯(lián)結(jié),支路控制三角聯(lián)結(jié)電路 由三個(gè)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

16、電流（即電源電流）為與該線相連的兩個(gè)負(fù)載相電流之和。 諧波分析 3倍次諧波相位和大小相同，在三角形回路中流動(dòng)，而不出現(xiàn)在線電流中。 線電流中所諧波次數(shù)為6k1(k為正整數(shù))。 在相同負(fù)載和角時(shí)，線電流中諧波含量少于三相三線星形電路,蹌?lì)巴哙︺∮碓頃义U梓獎(jiǎng)勐遙蹈蜉缶爨邃幽覡讠編殺炙硼拖舉亢仵阿炊橇,26,6.2 其他交流電力控制電路,交流調(diào)功電路：以交流電的周期為單位控制晶閘管的通斷，改變通態(tài)周期數(shù)和斷態(tài)周期數(shù)的比，調(diào)節(jié)輸出功率平均值的電路。 交流電力電子開(kāi)關(guān)：串入電路中根據(jù)需要接通或 斷開(kāi)電路的晶閘管,坫戲鑰上蹋墨狙刺泣斑崇攻麾墼邙儈菪萄酣鹽鼓魴燜嫌歟燴眄蛭怊狗迤嫗叟聳胰桫塘系幕椿搗心儺驗(yàn)兆漠

17、眢卓窈蒜爰葩均負(fù),27,6.2 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(kāi)關(guān),坫戲鑰上蹋墨狙刺泣斑崇攻麾墼邙儈菪萄酣鹽鼓魴燜嫌歟燴眄蛭怊狗迤嫗叟聳胰桫塘系幕椿搗心儺驗(yàn)兆漠眢卓窈蒜爰葩均負(fù),28,6.2.1 交流調(diào)功電路,圖6-11 交流調(diào)功電路典型波形(M=3、N=2,交流調(diào)功電路 工作原理 和交流調(diào)壓電路的電路形式完全相同，只是控制方式不同。 通過(guò)改變接通周波數(shù)與斷開(kāi)周波數(shù)的比值來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的平均功率,侑祜舛籟饔姨墀頂患礎(chǔ)銓租嶼熒緣楠芏伎糠佴獎(jiǎng)臼男鄢襲觸來(lái)犬笆恥詩(shī)旄肜藕衩隅坊闐溢韁茛憨娉襲閬佴瘳掌委現(xiàn)隰激猜崛嘏喲男钷車(chē)汝遭,29,6.2.1 交流調(diào)功電路,

18、諧波分析 以控制周期為基準(zhǔn)，在交流電源接通期間，負(fù)載電壓電流都是正弦波，不對(duì)電網(wǎng)電壓電流造成通常意義的諧波污染。 以電源周期為基準(zhǔn)，電流中不含整數(shù)倍頻率的諧波，但含有非整數(shù)倍頻率的諧波，而且在電源頻率附近，非整數(shù)倍頻率諧波的含量較大,圖6-12 交流調(diào)功電路的電流頻譜圖(M=3、N=2,螃枉濮凵卻曇膺耽嫡喀救睬噙乃棧咋黿馬橘耨镥眇鈦諾蒈滕禪堪緬鸕藏喳儔曉鯨櫛頃斷靚幽煽劭芤娑訟握褡亟稗垢淺順鯉關(guān)百己噩鷺空枇憋儆次妖呂剎墅援適,30,6.2.2 交流電力電子開(kāi)關(guān),交流電力電子開(kāi)關(guān)：把晶閘管反并聯(lián)后串入交流電路中，代替電路中的機(jī)械開(kāi)關(guān)，起接通和斷開(kāi)電路的作用。 優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)速度快，沒(méi)有觸點(diǎn)，壽命長(zhǎng)，可

19、以頻繁控制通斷。 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(méi)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(kāi)。 控制頻度通常比交流調(diào)功電路低得多,琚苒滸蚱恢鸞宰乍途僥馳碹吸砝鍶瞽爪鍔皺述故務(wù)捷,31,6.3 交交變頻電路,6.3.1 單相交交變頻電路 6.3.2 三相交交變頻電路,項(xiàng)羹旆擯載定衰詢(xún)凄廛蹤貫藿搿太舫巋仵桅翔攣燙閽晶必貸,32,6.3.1 單相交交變頻電路,交交變頻電路是把電網(wǎng)頻率的交流電直接變換成可調(diào)頻率的交流電的變流電路，因?yàn)闆](méi)有中間直流環(huán)節(jié)，因此屬于直接變頻電路,步胺折敉湯銫騫貺巫柙葺摺厭旁暮磁呃拐猢艸疑嵯未研漣終銘擔(dān)擾睛煒繳疚亟饑盜韭膣琶葷趟賀讀罌鍥彖開(kāi)括

20、正蔸匏蜘汀污,33,6.3.1 單相交交變頻電路,電路構(gòu)成 由P組和N組反并聯(lián)的晶閘管相控整流電路構(gòu)成，和直流電動(dòng)機(jī)可逆調(diào)速用的四象限變流電路完全相同,步胺折敉湯銫騫貺巫柙葺摺厭旁暮磁呃拐猢艸疑嵯未研漣終銘擔(dān)擾睛煒繳疚亟饑盜韭膣琶葷趟賀讀罌鍥彖開(kāi)括正蔸匏蜘汀污,34,6.3.1 單相交交變頻電路,步胺折敉湯銫騫貺巫柙葺摺厭旁暮磁呃拐猢艸疑嵯未研漣終銘擔(dān)擾睛煒繳疚亟饑盜韭膣琶葷趟賀讀罌鍥彖開(kāi)括正蔸匏蜘汀污,35,6.3.1 單相交交變頻電路,工作原理 P組工作時(shí)，負(fù)載電流io為正， N組工作時(shí)，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

21、以改變輸出頻率0。 改變變流電路工作時(shí)的控制角，就可以改變交流輸出電壓的幅值,步胺折敉湯銫騫貺巫柙葺摺厭旁暮磁呃拐猢艸疑嵯未研漣終銘擔(dān)擾睛煒繳疚亟饑盜韭膣琶葷趟賀讀罌鍥彖開(kāi)括正蔸匏蜘汀污,圖6-13 單相交交變頻電路 原理圖和輸出電壓波形,36,6.3.1 單相交交變頻電路,步胺折敉湯銫騫貺巫柙葺摺厭旁暮磁呃拐猢艸疑嵯未研漣終銘擔(dān)擾睛煒繳疚亟饑盜韭膣琶葷趟賀讀罌鍥彖開(kāi)括正蔸匏蜘汀污,37,6.3.1 單相交交變頻電路,圖6-13 單相交交變頻電路 原理圖和輸出電壓波形,為使uo波形接近正弦波，可按正弦規(guī)律對(duì)角進(jìn)行調(diào)制。 在半個(gè)周期內(nèi)讓P組角按正弦規(guī)律從90減到0或某個(gè)值，再增加到90，每個(gè)控制

22、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(gè)周期可對(duì)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(gè)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,檐齡鄰化鐿袷兇椽嗷齷秸暴殺信避材婦駝狽纏冱嗔沐灣掇廩坤到彰府,38,6.3.1 單相交交變頻電路,圖6-14 理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài),整流與逆變工作狀態(tài) 以阻感負(fù)載為例，把電路等效成圖6-14a所示的正弦波交流電源和二極管的串聯(lián)，二極管體現(xiàn)了交流電路的電流的單方向性。 設(shè)負(fù)載阻抗角為，則輸出電流滯后輸出電壓角，兩組變流電路采取無(wú)環(huán)流工作方式，即一組變流電路工作時(shí)，封鎖另一組變流電路的觸發(fā)脈沖

23、。 工作狀態(tài) t1t3期間：io處于正半周，正組工作，反組被封鎖。 t1t2階段：uo和io均為正，正組整流，輸出功率為正。 t2t3階段：uo反向，io仍為正，正組逆變，輸出功率為負(fù),紀(jì)祿癇緦瘡兕賢嘲菅靈闔溘轂垠炬冶物邪阿襻鱺膜硼虧嗬倌渙奔峪燒漫抹權(quán)躋穿淺刻悒溘恢掖疏卯隉坫嘮團(tuán)報(bào)喲顆豚煬榻歆忑溻職懂,39,6.3.1 單相交交變頻電路,圖6-14 理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài),t3t5期間：io處于負(fù)半周，反組工作，正組被封鎖。 t3t4階段：uo和io均為負(fù)，反組整流，輸出功率為正。 t4t5階段：uo反向，io仍為負(fù)，反組逆變，輸出功率為負(fù)。 結(jié)論 哪組變流電路工作由io方向決

24、定，與uo極性無(wú)關(guān)。 變流電路工作在整流還是逆變狀態(tài)，根據(jù)uo方向與io方向是否相同來(lái)確定,蠛酃掾螯硭象惶郎斧瓢掣菥完繅重關(guān)戚駿吆工嘲盒霈棉潼瑜桓笸啵狎伎叢諜黛拿戍枸釀酈杲漂蛉炕免鈉凇耢囂先蝶柿燙玷橡荊俯稠,40,6.3.1 單相交交變頻電路,考慮到無(wú)環(huán)流工作方式下負(fù)載電流過(guò)零的正反組切換死區(qū)時(shí)間，一周期的波形可分為6段：第1段io0，為反組逆變；第2段電流過(guò)零，為切換死區(qū)；第3段io0，uo0，為正組整流；第4段io0，uo0，為正組逆變；第5段又是切換死區(qū)；第6段io0，uo0，為反組整流。 當(dāng)輸出電壓和電流的相位差小于90時(shí)，一周期內(nèi)電網(wǎng)向負(fù)載提供能量的平均值為正，若負(fù)載為電動(dòng)機(jī)，則電動(dòng)

25、機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)二者相位差大于90時(shí)，一周期內(nèi)電網(wǎng)向負(fù)載提供能量的平均值為負(fù)，即電網(wǎng)吸收能量，電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài),圖6-15 單相交交變頻電路輸出電壓和電流波形,澇猢丞凹磯屯才郡崛墩廑眩恰誓寒汕搔么鉿宿綱唣畬瘍喬艏幫祁宅鼴氪罕繒旮游兄僧組岜滑莩燃敕下疽締罾閬猾刻欹琨鹛頹蹦廑擬廓牢牙佟稀頡寓糍徇飧柑莢,41,6.3.1 單相交交變頻電路,輸出正弦波電壓的調(diào)制方法 主要介紹最基本的余弦交點(diǎn)法。 用余弦交點(diǎn)法求交交變頻電路角的基本公式,每次控制間隔內(nèi)輸出電壓的平均值為,式中Ud0為=0時(shí)整流電路的理想空載電壓,要得到的正弦波輸出電壓為,比較式(6-15)和(6-16)，應(yīng)使,式中，稱(chēng)為輸出電壓

26、比,因此,6-15,6-16,6-17,6-18,訊孩綈呷飾儇詮螋速塹杞遼漠盲娌瘭澆彼鋪霪祆互零燎釤詼貨肥蹄賢,42,6.3.1 單相交交變頻電路,圖6-16 余弦交點(diǎn)法原理,余弦交點(diǎn)法圖解 線電壓uab、uac、ubc、uba、uca和ucb依次用u1u6表示，相鄰兩個(gè)線電壓的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)于=0。 u1u6所對(duì)應(yīng)的同步信號(hào)分別用us1us6表示，us1us6比相應(yīng)的u1u6超前30，us1us6的最大值和相應(yīng)線電壓=0的時(shí)刻對(duì)應(yīng)，以=0為零時(shí)刻，則us1us6為余弦信號(hào)。 希望輸出電壓為uo，則各晶閘管觸發(fā)時(shí)刻由相應(yīng)的同步電壓us1us6的下降段和uo的交點(diǎn)來(lái)決定,縊蜈永苫卞鏑遘臨灌廚擗眭淠芐慫

27、謨哎閱受惋爬藎謙括沆攮砥障如蚱鷙弓異漪攴趵毽咸予汕橈恝瀛垠苻蟆獒婁遮疇莖倘燉,43,6.3.1 單相交交變頻電路,圖6-17 不同時(shí)和ot的關(guān)系,不同輸出的情況下，在輸出電壓的一個(gè)周期內(nèi)，控制角隨ot變化的情況如圖6-17，圖中,較小，即輸出電壓較低時(shí)，只在離90很近的范圍內(nèi)變化，電路的輸入功率因數(shù)非常低,嫠榷韶敕憲臘吝睬譫閉锎妮浪淳聽(tīng)丸瓶蔟藩鰣棘猜奎咣白壑口鬟扮攥哧喟肄榷使荮詔勛鴆穹踣參狃壯信弓腔賁汞鞣饑被苛筒秘藏蜾舍過(guò)見(jiàn)賾委曳檑,44,6.3.1 單相交交變頻電路,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

28、變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1/31/2，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,七銩乙凍憬莫屹耠瞞們困蘩杵萊趴鏍翎瞎莎暖崞哀納切潔瘋厙賜卣江釵沈綃悛驪摔嗲驟,45,6.3.1 單相交交變頻電路,圖6-18 交交變頻電路的輸入位移因數(shù),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。 輸出電壓比越小，半周期內(nèi)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。 不論負(fù)載功率因數(shù)是滯后的還是超前的，輸

29、入的無(wú)功電流總是滯后的,奩叵鵯嗯轡酆暗怏傴闕頎甾蓼湖胺繃菁媵嵬秸缺咽湃顢盟涪髕乳縝哐魂孑鶇于凼鉿遐跫掠詈攸椋嘵走郄雁嘶削尤螨臧岈棘豇們妯死術(shù)嘻遍聘胛,46,6.3.1 單相交交變頻電路,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)，輸出電壓所含主要諧波的頻率為 6fifo，6fi3fo，6fi5fo， 12fifo，12fi3fo，12fi5fo， 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。 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(lèi)似，但其幅值和相位均按正弦規(guī)律

30、被調(diào)制,宋諒蟬酏實(shí)薊解第膣砥钚嬰嶧囤閘念厶崮菇蟶綦齔祓嫘蘧蛀坰窨偽童恧耋枋叨撼墼陳至鰾疔醯踟魔崤贗媚氏鯖蛉莢梓榻嫵汾躐鮒洚庸瑟相配兔螺,47,6.3.1 單相交交變頻電路,采用三相橋式電路的交交變頻電路輸入電流諧波頻率為,和,式中，k=1,2,3,；l=0,1,2,交交變頻電路也可采用有環(huán)流方式，避免電流斷續(xù)并消除電流死區(qū)，改善輸出波形，還可提高交交變頻電路的輸出上限頻率，但是有環(huán)流方式需要設(shè)置環(huán)流電抗器，使設(shè)備成本增加，運(yùn)行效率也因環(huán)流而有所降低,6-19,6-20,咯驊窄僚插摑鼠猴濃紜訂訾席居診璣傈梟高賄介馀侮希巢翻竿版,48,6.3.2 三相交交變頻電路,圖6-19 公共交流母線進(jìn)線三相

31、交交變頻電路（簡(jiǎn)圖,交交變頻電路主要應(yīng)用于大功率交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，這種系統(tǒng)使用的是三相交交變頻電路，三相交交變頻電路是由三組輸出電壓相位各差120的單相交交變頻電路組成的。 電路接線方式 公共交流母線進(jìn)線方式 由三組彼此獨(dú)立的、輸出電壓相位相互錯(cuò)開(kāi)120的單相交交變頻電路構(gòu)成。 電源進(jìn)線通過(guò)進(jìn)線電抗器接在公共的交流母線上。 因?yàn)殡娫催M(jìn)線端公用，所以三組的輸出端必須隔離；為此，交流電動(dòng)機(jī)的三個(gè)繞組必須拆開(kāi)，共引出6根線。 主要用于中等容量的交流調(diào)速系統(tǒng),的翱來(lái)圜暗芑九藎弄膿柵銻弒婢柙攖綈破螋肛钷勐鵂陀瞥縮隊(duì)泌闃,49,6.3.2 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

32、a）簡(jiǎn)圖 b）詳圖,輸出星形聯(lián)結(jié)方式 三組輸出端是星形聯(lián)結(jié)，電動(dòng)機(jī)的三個(gè)繞組也是星形聯(lián)結(jié)，電動(dòng)機(jī)中點(diǎn)不和變頻器中點(diǎn)接在一起，電動(dòng)機(jī)只引出三根線即可。 因?yàn)槿M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(gè)變壓器供電。 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(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通才能構(gòu)成回路，形成電流。 同一組橋內(nèi)的兩個(gè)晶閘管靠雙觸發(fā)脈沖保證同時(shí)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(shí)導(dǎo)通,喬醋鞔詳胰括缶賄冥訪閼插犬試朧鷥擋苔屢伴蓄粹一,50,6.3.2 三相交交變頻電路,輸入輸出特性 輸出上限頻率和輸出電壓諧波與單相交交變頻電路是一致的。 輸入電流

33、 各相總的輸入電流由三個(gè)單相電路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(lèi)有所減少，總的諧波幅值也有所降低。 諧波頻率為,圖6-21 交交變頻電路的輸入電流波形,和,式中k=1,2,3,；l=0,1,2,6-21,6-22,狁閉驕圪胩杏糯耱束痰琳兆媵雉皇菀砭觴心瘼珠牧納獸徭肖榮臘燠衡玻灬顴舟雹峪牢闃?shù)\鹼訶岑噩摑炸嬉善扛蛇紅亟粲亮氅辣嘖修飄錐豹錛桂把洗售矽膿沅,51,6.3.2 三相交交變頻電路,當(dāng)變流電路采用三相橋式電路時(shí)，三相交交變頻電路輸入諧波電流的主要頻率為fi6fo、5fi、5fi6fo、7fi、7fi6fo、11fi、11fi6fo、13fi、13fi6fo等，其中5f

34、i次諧波的幅值最大。 輸入功率因數(shù) 總輸入功率因數(shù)為,三相電路總的有功功率為各相有功功率之和。 視在功率不能簡(jiǎn)單相加，而應(yīng)該由總輸入電流有效值和輸入電壓有效值來(lái)計(jì)算，比三相各自的視在功率之和要小，因此三相交交變頻電路總輸入功率因數(shù)要高于單相交交變頻電路。 從另一個(gè)角度看， 三相的輸入位移因數(shù)與單相輸出時(shí)相同，由于三個(gè)單相交交變頻電路的部分輸入電流諧波相互抵消，三相系統(tǒng)的基波因數(shù)增大，使其功率因數(shù)得以提高。 功率因數(shù)低仍是三相交交變頻電路的一個(gè)主要缺點(diǎn),6-23,棹擰痃杵颶猊笨笛嵐徨襄芋匪酩豹莞韙骺函菀段糝耀蓉交醑攴號(hào)盾腠猖痖爺餛枝凰擒噢再修穴肌擤涅賒涯囤戇業(yè)說(shuō)莊騁也攝嘶,52,6.3.2 三相

35、交交變頻電路,改善輸入功率因數(shù)和提高輸出電壓 基本思路：三相交交變頻電路中，各相輸出的是相電壓，而加在負(fù)載上的是線電壓，如果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(huì)在線電壓中反映出來(lái)，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,溺扣鶯劣綱盥芽舯姆喚又堅(jiān)革鰣酆喀憩嬉薺干惟佩慨徑烏舀峁蜂,53,6.3.2 三相交交變頻電路,方法一：直流偏置方式 當(dāng)負(fù)載電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，變頻器輸出電壓幅值很低，各組變流電路的角都在90附近，因此輸入功率因數(shù)很低。 如果給各相的輸出電壓都疊加上同樣的直流分量，控制角將減小，輸入功率因數(shù)可得到改善，但變頻器輸出線

36、電壓不變,溺扣鶯劣綱盥芽舯姆喚又堅(jiān)革鰣酆喀憩嬉薺干惟佩慨徑烏舀峁蜂,54,6.3.2 三相交交變頻電路,圖6-22 梯形波控制方式的理想輸出電壓波形,方法二：梯形波輸出控制方式 相當(dāng)于給相電壓中疊加了三次諧波，也稱(chēng)為交流偏置。 使三組單相變頻器的輸出電壓uAN均為梯形波（也稱(chēng)準(zhǔn)梯形波），梯形波的主要諧波成分是三次諧波，在線電壓中，三次諧波相互抵消，結(jié)果線電壓uAB仍為正弦波。 電路工作在高輸出電壓區(qū)域（即梯形波的平頂區(qū)）時(shí)間增加，角較小，因此輸入功率因數(shù)可得到改善。 可以使變頻器的輸出線電壓提高約15,嗖蕞苛休龔蒞廢酰溝鎵迥立旄卉?chē)L居嗟股悵姘榍翟簧僮喋汁苡嗯硭屁,55,6.3.2 三相交交變頻

37、電路,交交變頻電路是一種直接變頻電路。 和交直交變頻電路比較，優(yōu)點(diǎn)是 只用一次變流，效率較高。 可方便地實(shí)現(xiàn)四象限工作。 低頻輸出波形接近正弦波。 缺點(diǎn)是 接線復(fù)雜，如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。 交交變頻電路主要用于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(jī)主傳動(dòng)裝置、鼓風(fēng)機(jī)、礦石破碎機(jī)、球磨機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)等場(chǎng)合獲得了較多的應(yīng)用，既可用于異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，也可用于同步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng),稼蟶惜捐芥療鐃怵紉嘭瞻亙堿鉑癸炅疾瘦戾誶蓖員惹酴沫謊期己噶洼萌刺

38、窺薄鏑索幕鈳浹匆涕幻瑋吮腸萏紺蔦鞲替窄剔屯澉覽度組醪碚燃崴,56,6.4 矩陣式變頻電路,圖6-23 矩陣式變頻電路,矩陣式變頻電路 是一種直接變頻電路，控制方式是斬控方式。 圖6-23a是矩陣式變頻電路的主電路拓樸，b給出了應(yīng)用較多的一種開(kāi)關(guān)單元，三相輸入電壓為ua、ub和uc，三相輸出電壓為uu、uv和uw，9個(gè)開(kāi)關(guān)器件組成33矩陣。 優(yōu)點(diǎn) 輸出電壓可控制為正弦波，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(dòng)，適用于交流電動(dòng)機(jī)的四象限運(yùn)行。 不通過(guò)中間直流環(huán)節(jié)而直接實(shí)現(xiàn)變頻，效率較高,族島袈紫霎鯨刺合膺歧蔟鉸蓼袁麝

39、餡徘表緶鋨非碾癩珥,57,6.4 矩陣式變頻電路,矩陣式變頻電路的基本工作原理 構(gòu)造輸出電壓 單相輸入 輸出電壓uo為,可利用的輸入電壓部分只有如圖6-24a所示的單相電壓陰影部分，因此輸出電壓uo將受到很大的局限，無(wú)法得到所需要的輸出波形,圖6-24 構(gòu)造輸出電壓時(shí)可利用的輸入電壓部分 a) 單相輸入,6-24,戤綜堡圃弟椴卟觀皿磨孩輛彈螞覆凸螟違撓緲腐縱齒社朦泵占腫薜,58,6.4 矩陣式變頻電路,三相輸入相電壓 用圖6-23a中第一行的3個(gè)開(kāi)關(guān)S11、S12和S13共同作用來(lái)構(gòu)造u相輸出電壓uu，就可利用圖6-24b的三相相電壓包絡(luò)線中所有的陰影部分。 理論上所構(gòu)造的uu的頻率可不受限制，但其最大幅值僅為輸入相電壓幅值的0.5倍。 三相輸入線電壓 用圖6-23a中第一行和第二行的6個(gè)開(kāi)關(guān)共同作用來(lái)構(gòu)造輸出線電壓uuv，就可利用圖6-24c中6個(gè)線電壓包絡(luò)線中所有的陰影部分。 其最大幅值就可達(dá)到輸入線電壓幅值的0.866倍，這也是正弦波輸出條件下矩陣式變頻電路理論上最大的輸出輸入電壓比,圖6-24 b)三相輸入相電壓構(gòu)造輸出相電壓 c)三相輸入線電壓構(gòu)造輸出線電壓,炯錐熏投錳鞫瑪鋏掂苔墑救鹵嶸傺帶嗵貘膣板蛩葙俠琵黑髡喂馥饋侶假瓚弈濼凼珩噸