交流-交流變換電路

1、第第4章章 交流交流-交流變換電路交流變換電路交流調壓：交流電力控制電路只改變交流電交流電力控制電路只改變交流電壓、電流的幅值或對交流電路進行通斷控制壓、電流的幅值或對交流電路進行通斷控制，而不改變交流電的頻率。它包括交流開關，而不改變交流電的頻率。它包括交流開關、交流調功和交流調壓等、交流調功和交流調壓等。交-交變頻交流電力控制電路主要采用通斷控制或相位控制方式。交流電力控制電路主要采用通斷控制或相位控制方式。交流開關和交流調功主要采用通斷控制，而交流調壓通常采用交流開關和交流調功主要采用通斷控制，而交流調壓通常采用相位控制。相位控制。1）通斷控制。即把晶閘管作為開關，將負載與交流電源接通）

2、通斷控制。即把晶閘管作為開關，將負載與交流電源接通幾個周期，然后再斷開一定周期，通過改變通斷時間比值達幾個周期，然后再斷開一定周期，通過改變通斷時間比值達到調壓目的。這種控制方式電路簡單，功率因數(shù)高，適用于到調壓目的。這種控制方式電路簡單，功率因數(shù)高，適用于較大時間常數(shù)的負載；缺點是輸出電壓或功率調節(jié)不平滑。較大時間常數(shù)的負載；缺點是輸出電壓或功率調節(jié)不平滑。2）相位控制。它使晶閘管在電源電壓每一周期內選定的時刻）相位控制。它使晶閘管在電源電壓每一周期內選定的時刻將負載與電源接通，改變選定的導通時刻就可達到調壓的目將負載與電源接通，改變選定的導通時刻就可達到調壓的目的。的。單相交流調壓電路三相

3、交流調壓電路4.1.1、單相交流調壓電路、單相交流調壓電路1、單相調壓電路的結構和工作原理、單相調壓電路的結構和工作原理(電阻性負載電阻性負載)圖圖4-1（1）電路結構和工作原理波形）電路結構和工作原理波形（2）仿真與實驗波形）仿真與實驗波形由于正、負半波對稱，頻譜中將不含直流及偶次諧波應用電路：電風扇無極調速器 P1722、單相調壓電路的結構和工作原理、單相調壓電路的結構和工作原理(阻阻-感負載感負載)圖圖4-3（1）電路結構和工作原理波形）電路結構和工作原理波形綜上所述，交流調壓器帶電感電阻負載時，為使電路工作正常，需保證：1） ；2）采用寬度大于60o的寬脈沖或后沿固定、前沿可調、最大寬

4、度可達180o的脈沖列觸發(fā)。 （2）電感性負載的工作情況）電感性負載的工作情況當電源電壓反向過零時，由于負載電感產生感應當電源電壓反向過零時，由于負載電感產生感應電動勢阻止電流變化，故電流不能立即為零，此電動勢阻止電流變化，故電流不能立即為零，此時晶閘管導通角時晶閘管導通角的大小，不但與控制角的大小，不但與控制角有關，有關，而且與負載阻抗角而且與負載阻抗角有關。兩只晶閘管門極的起有關。兩只晶閘管門極的起始控制點分別定在電源電壓每個半周的起始點，始控制點分別定在電源電壓每個半周的起始點，的最大范圍是的最大范圍是 。 單相交流調壓可歸納以下三點：單相交流調壓可歸納以下三點： 帶電阻性負載時，負載電

5、流波形與單相橋式帶電阻性負載時，負載電流波形與單相橋式可控整流交流側電流波形一致，改變控制角可控整流交流側電流波形一致，改變控制角可可以改變負載電壓有效值。以改變負載電壓有效值。 帶電感性負載時，不能用窄脈沖觸發(fā)，否則帶電感性負載時，不能用窄脈沖觸發(fā)，否則當當時會發(fā)生有一個晶閘管無法導通的現(xiàn)象，時會發(fā)生有一個晶閘管無法導通的現(xiàn)象，電流出現(xiàn)很大的直流分量。電流出現(xiàn)很大的直流分量。 帶電感性負載時，帶電感性負載時，的移相范圍為的移相范圍為 180180度度 ，帶電阻性負載時移相范圍為帶電阻性負載時移相范圍為0 0 180180度。度。 4.1.2 三相交流調壓器三相交流調壓器工業(yè)中交流電源多為三相

6、系統(tǒng)，交流電機也多為三相電機，應采用三相交流調三相交流調壓電路與三相負載之間有多種聯(lián)接方式，其中以三相Y接調壓方式最為普遍。Y0型型1、負載、負載Y形連接帶中性線的三相交流調壓電路形連接帶中性線的三相交流調壓電路 圖圖4-7 它由它由3個單相晶閘管交流調壓器組合而成，其公個單相晶閘管交流調壓器組合而成，其公共點為三相調壓器中線，每一相可以作為一個單共點為三相調壓器中線，每一相可以作為一個單相調壓器單獨分析，其工作原理和波形與單相交相調壓器單獨分析，其工作原理和波形與單相交流調壓相同。流調壓相同。 在晶閘管交流調壓電路中，每相負載電流為正在晶閘管交流調壓電路中，每相負載電流為正負對稱的缺角正弦波

7、，它包含有較大的奇次諧波負對稱的缺角正弦波，它包含有較大的奇次諧波電流，電流，3次諧波電流的相位是相同的，中性線的次諧波電流的相位是相同的，中性線的電流為一相電流為一相3次諧波電流的三倍，且數(shù)值較大，次諧波電流的三倍，且數(shù)值較大，這種電路的應用有一定的局限性。這種電路的應用有一定的局限性。 2 2、Y Y型：型： 這是一種最典型、最常用的三相交流調壓電路圖圖4-10它的正常工作須滿足： 三相中至少有兩相導通才能構成通路，且其中三相中至少有兩相導通才能構成通路，且其中一相為正向晶閘管導通，另一相為反向晶閘管導一相為正向晶閘管導通，另一相為反向晶閘管導通；通； 三相正三相正(或負或負)觸發(fā)脈沖依次

8、間隔觸發(fā)脈沖依次間隔120度，而每度，而每一相正、負觸發(fā)脈沖間隔一相正、負觸發(fā)脈沖間隔180度。度。從從VT1到到VT6相相鄰觸發(fā)脈沖相位應互差鄰觸發(fā)脈沖相位應互差60 為保證任何情況下的兩個晶閘管同時導通，為保證任何情況下的兩個晶閘管同時導通，應采用寬度大于應采用寬度大于60o的寬脈沖（列）或雙窄脈沖的寬脈沖（列）或雙窄脈沖來觸發(fā)來觸發(fā)（2）三相調壓電路在電感性負載時的工作情況）三相調壓電路在電感性負載時的工作情況 三相交流調壓電路在電感性負載下的情況要比三相交流調壓電路在電感性負載下的情況要比單相電路復雜得多，很難用數(shù)學表達式進行描述單相電路復雜得多，很難用數(shù)學表達式進行描述從實驗可知，當

9、三相交流調壓電路帶電感性負載從實驗可知，當三相交流調壓電路帶電感性負載時，同樣要求觸發(fā)脈沖為寬脈沖，而脈沖移相范時，同樣要求觸發(fā)脈沖為寬脈沖，而脈沖移相范圍為：圍為：0150 。隨著。隨著增大則輸出電壓減小。增大則輸出電壓減小。 2、其它交流電力控制電路當交流調壓電路采用通斷控制時，還可以實現(xiàn)交流調功和交流無觸類開關的功能。2.1 .交流調功電路交流調功電路采用交流調壓電路，在交流電壓過零時刻將負載與電源接通幾個周波再斷開幾個周波，實現(xiàn)交流電壓的整周波通斷控制。通過改變接通周波數(shù)與斷開周波數(shù)的比例，實現(xiàn)負載平均功率的調節(jié)，稱為交流調功電路，由于晶閘管導通都在電源電壓過零時刻，這樣負載電壓、電流

10、均為完整正弦波，不會對電網(wǎng)產生高、低次諧波的污染。22調功器的輸出功率調功器輸出電壓有效值設定周期Tc內導通的周波數(shù)為n，每個周波的周期為T nCPTnTP nCUTnTU 圖圖7-4 過零觸發(fā)調節(jié)周波電壓的波形過零觸發(fā)調節(jié)周波電壓的波形把把晶閘管晶閘管反并聯(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。，起接通和斷開電路的作用。優(yōu)點：響應速度快，沒有觸點，壽命長，可以頻繁控制通優(yōu)點：響應速度快，沒有觸點，壽命長，可以頻繁控制通斷。斷。 與交流調功電路的區(qū)別與交流調功電路的區(qū)別 并不控制電路的平均輸出功率。并不控制電路的平均輸出功率

11、。 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。通和斷開。 控制頻度通常比交流調功電路低得多?？刂祁l度通常比交流調功電路低得多。 2、交流電力電子開關交流電力電子開關自動控溫電熱爐電路采用光耦合器的交流開關電路4.2 晶閘管交晶閘管交-交變頻器交變頻器交交-交變頻電路是不通過中間環(huán)節(jié)而把工頻交流電直接變交變頻電路是不通過中間環(huán)節(jié)而把工頻交流電直接變換成不同頻率交流電的變頻電路，故又稱為換成不同頻率交流電的變頻電路，故又稱為直接變頻器或直接變頻器或周波變換器周波變換器。因為沒有中間直流環(huán)節(jié)，僅用一次變換就實。因為沒有中間直流環(huán)節(jié)，僅用

12、一次變換就實現(xiàn)了變頻，所以效率較高?，F(xiàn)了變頻，所以效率較高。交交-交變頻器大多數(shù)由普通晶閘管元件構成。交變頻器大多數(shù)由普通晶閘管元件構成。4.2.1 單相交單相交-交變頻電路交變頻電路 1、基本結構和工作原理、基本結構和工作原理單相交單相交-交變頻電路由兩組反并聯(lián)交變頻電路由兩組反并聯(lián)的晶閘管整流器構成。的晶閘管整流器構成。（1）方波型交）方波型交-交變頻器交變頻器圖圖4-27圖圖4-28bacTn負載iaidudVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1d2wtu2udwtiVT1wtwtuVT1d1uaubuct1t3t5t6t2t4 （2）正弦波型交）正弦波型交-交變頻器交變頻器正弦波

13、型交正弦波型交- -交變頻器的主電路與方波型相同，但交變頻器的主電路與方波型相同，但其輸出電壓的平均值按正弦規(guī)律變化，克服了方波其輸出電壓的平均值按正弦規(guī)律變化，克服了方波型變頻器輸出波形諧波成分大的缺點。型變頻器輸出波形諧波成分大的缺點。在正組橋整流工作時，使控制角在正組橋整流工作時，使控制角從從 ， 輸出的平均電壓由低到高再到低變化。而在正組橋輸出的平均電壓由低到高再到低變化。而在正組橋逆變工作時，使控制角逆變工作時，使控制角從從 ，就可，就可以獲得平均值可變的負向逆變電壓。以獲得平均值可變的負向逆變電壓。 2/02/2/2/ 正弦型交正弦型交- -交變頻器的輸出電壓波形交變頻器的輸出電壓

14、波形 圖圖4-29 2 2、輸出正弦波形的獲得方法、輸出正弦波形的獲得方法常用的方法是余弦交點法，該方法的原則是：觸發(fā)角的常用的方法是余弦交點法，該方法的原則是：觸發(fā)角的變化和切換應使得整流輸出電壓的瞬時值與理想正弦電變化和切換應使得整流輸出電壓的瞬時值與理想正弦電壓的瞬時值誤差最小。壓的瞬時值誤差最小。正弦波型交正弦波型交-交變頻器適合于低頻大功率的電氣傳動系統(tǒng)，交變頻器適合于低頻大功率的電氣傳動系統(tǒng)，最高輸出頻率是輸入頻率的最高輸出頻率是輸入頻率的1/3或或1/2。 3 3、輸出電壓有效值和頻率的調節(jié)、輸出電壓有效值和頻率的調節(jié)交交-交變頻電路的輸出電壓是由若干段電源電壓拼接而成交變頻電路

15、的輸出電壓是由若干段電源電壓拼接而成的。在輸出電壓的一個周期內，所包含的電源電壓段數(shù)的。在輸出電壓的一個周期內，所包含的電源電壓段數(shù)越多，其波形就越接近正弦波。越多，其波形就越接近正弦波。使控制角從使控制角從 ，改變，改變0，就改變了輸出電壓，就改變了輸出電壓的峰值，也就改變了輸出電壓的有效值；改變的峰值，也就改變了輸出電壓的有效值；改變變化的速變化的速率，也就改變了輸出電壓的頻率。率，也就改變了輸出電壓的頻率。 2/2/0 交交- -交變頻器的特點交變頻器的特點：交交- -交變頻器由于其直接變換的優(yōu)點：效率較高，可交變頻器由于其直接變換的優(yōu)點：效率較高，可方便地進行可逆運行。方便地進行可逆運

16、行。主要缺點是：主要缺點是：功率因數(shù)低。功率因數(shù)低。主電路使用晶閘管元件數(shù)目多，控制電路復雜。主電路使用晶閘管元件數(shù)目多，控制電路復雜。變頻器輸出頻率受到其電網(wǎng)頻率的限制，最大變變頻器輸出頻率受到其電網(wǎng)頻率的限制，最大變頻范圍在電網(wǎng)二分之一以下。頻范圍在電網(wǎng)二分之一以下。 交交- -交變頻器一般只適用于球磨機、礦井提升機、電交變頻器一般只適用于球磨機、礦井提升機、電動車輛、大型軋鋼設備等低速大容量拖動場合。動車輛、大型軋鋼設備等低速大容量拖動場合。 4.2.2 三相三相-單相交單相交-交變頻電路交變頻電路將兩組三相可逆整流器反并聯(lián)即可構成單相變頻電路。將兩組三相可逆整流器反并聯(lián)即可構成單相變頻

17、電路。 三相半波三相半波-單相交單相交-交變頻電路交變頻電路 三相橋式三相橋式-單相交單相交-交變頻電路交變頻電路 圖圖4-30圖圖4-314.2.3 三相交三相交-交變頻電路交變頻電路交交-交變頻器主要用于交流調速系統(tǒng)中，因此實際交變頻器主要用于交流調速系統(tǒng)中，因此實際使用的主要是三相交使用的主要是三相交-交變頻器。三相交交變頻器。三相交-交變頻交變頻器電路是由三組輸出電壓相位互差的單相交器電路是由三組輸出電壓相位互差的單相交-交變交變頻電路組成的。頻電路組成的。1 1、電路的接線方式、電路的接線方式三相交三相交-交變頻電路主要有兩種接線方式，即公共交變頻電路主要有兩種接線方式，即公共交流母

18、線進線方式和輸出星形聯(lián)結方式。交流母線進線方式和輸出星形聯(lián)結方式。 （1）公共交流母線進線方式）公共交流母線進線方式 它由三組彼此獨立、輸出電壓相位互差它由三組彼此獨立、輸出電壓相位互差120度的單相交度的單相交-交交變頻電路組成，其電源進線通過電抗器接在公共的交流母變頻電路組成，其電源進線通過電抗器接在公共的交流母線上。由于電源進線端公用，所以三組單相變頻電路的輸線上。由于電源進線端公用，所以三組單相變頻電路的輸出端必須隔離。為此，交流電機的三個繞組必須拆開，共出端必須隔離。為此，交流電機的三個繞組必須拆開，共引出六根線。引出六根線。 圖圖4-32 （2 2）輸出星形連接方式）輸出星形連接方

19、式 由于變頻器輸出端中點不和負載中點相連接，所以在構成三由于變頻器輸出端中點不和負載中點相連接，所以在構成三相變頻器的六組橋式電路中，至少要有不同相的兩組橋中的相變頻器的六組橋式電路中，至少要有不同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。四個晶閘管同時導通才能構成回路，形成電流。 圖圖4-332 2、具體電路結構、具體電路結構三相橋式整流器組成的三相三相橋式整流器組成的三相-三相交三相交-交變頻電路，采用交變頻電路，采用公共交流母線進線方式公共交流母線進線方式 圖圖4-34三相橋式整流器組成的三相三相橋式整流器組成的三相-三相交三相交-交變頻電路，給電動交變頻電路，給電動機負載

20、供電，采用輸出星形聯(lián)結方式（負載未畫出）機負載供電，采用輸出星形聯(lián)結方式（負載未畫出） 圖圖4-35交交變頻電路是一種交交變頻電路是一種直接變頻電路直接變頻電路。 和交直交變頻電路比較，優(yōu)點是和交直交變頻電路比較，優(yōu)點是 只用只用一次一次變流，效率較高。變流，效率較高。 可方便地實現(xiàn)可方便地實現(xiàn)四象限四象限工作。工作。 低頻輸出波形接近低頻輸出波形接近正弦波正弦波。 缺點是缺點是 接線復雜，如采用三相橋式電路的三相交交變頻器至少接線復雜，如采用三相橋式電路的三相交交變頻器至少要用要用36只晶閘管。只晶閘管。 受電網(wǎng)頻率和變流電路脈波數(shù)的限制，受電網(wǎng)頻率和變流電路脈波數(shù)的限制，輸出頻率較低輸出頻

21、率較低；輸入功率因數(shù)較低輸入功率因數(shù)較低。 輸入電流輸入電流諧波諧波含量大，頻譜復雜。含量大，頻譜復雜。 交交變頻電路主要用于交交變頻電路主要用于500kW或或1000kW以上以上的的大功率大功率、低轉速低轉速的交流調速電路中，目前已在軋機主傳動裝置、鼓風的交流調速電路中，目前已在軋機主傳動裝置、鼓風機、礦石破碎機、球磨機、卷揚機等場合獲得了較多的應用機、礦石破碎機、球磨機、卷揚機等場合獲得了較多的應用，既可用于異步電動機傳動，也可用于同步電動機傳動。，既可用于異步電動機傳動，也可用于同步電動機傳動。 變頻器的調速原理變頻器的調速原理 改變輸入頻率 （無級調速）變頻器變頻器N=60F/P P：極對數(shù) F：頻率N：轉速改變極對數(shù) （有級調速）調速原理：調速原理：調速方法：調速方法：交交-直直-交變頻器的主要結構框圖交變頻器的主要結構框圖整流器逆變器中間電路電動機控制電路交交-直直-交變頻器原理圖交變頻器原理圖M交交直RA 變頻器制動方式變頻器制動方式能耗制動能耗制動1.能耗制動能耗制動M當泵升電壓超過一定值時，。導通，從而把負載反饋的能量消耗在R。上。R。RA