第6章 交流-交流變流電路

1、第第6章章 交流交流-交流變流電路交流變流電路 6.1 6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路 6.2 6.2 其他交流電力控制電路其他交流電力控制電路 6.3 6.3 交交- -交變頻電路交變頻電路 6.4 6.4 矩陣式變頻電路矩陣式變頻電路第第6章章 交流交流-交流變流電路交流變流電路 交流交流- -交流變流電路是把一種形式的交流電交流變流電路是把一種形式的交流電變?yōu)榱硪环N形式的交流電的電路。在進(jìn)行交流變?yōu)榱硪环N形式的交流電的電路。在進(jìn)行交流- -交流變流時(shí)，可以改變相關(guān)的交流變流時(shí)，可以改變相關(guān)的電壓電壓（電流電流）、）、頻頻率率和和相數(shù)相數(shù)等。交流等。交流- -交流變流電路可以分為交流變流

2、電路可以分為直接直接方式和方式和間接間接方式兩種。方式兩種。 在交流在交流- -交流變流電路中，只改變電壓、電交流變流電路中，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流或?qū)﹄娐返耐〝噙M(jìn)行控制而不改變頻率的電路稱為稱為交流電力控制電路交流電力控制電路，改變頻率的電路稱為，改變頻率的電路稱為變變頻電路頻電路。 6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路 把兩個(gè)晶閘管把兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，后串聯(lián)在交流電路中，通過對(duì)晶閘管的控制就可以控制交流通過對(duì)晶閘管的控制就可以控制交流輸出輸出。這種。這種電路不改變交流電的頻率，稱為電路不改變交流電的頻率，稱為交流電力控制電交流電力控制

3、電路路。在每半個(gè)周期內(nèi)通過對(duì)晶閘管開通相位的控。在每半個(gè)周期內(nèi)通過對(duì)晶閘管開通相位的控制，可以方便地調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值，這種電制，可以方便地調(diào)節(jié)輸出電壓的有效值，這種電路稱為路稱為交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路。以交流電的周期為單位控。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)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，可以方便地調(diào)節(jié)輸出功率的平均值，這種的比，可以方便地調(diào)節(jié)輸出功率的平均值，這種電路稱為電路稱為交流調(diào)功電路交流調(diào)功電路。6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路 交流調(diào)壓電路廣泛應(yīng)用于燈光控制及異步電交流調(diào)壓電路廣泛應(yīng)用于燈光控制及異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)，也可用于異步

4、電動(dòng)機(jī)調(diào)速。在電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)，也可用于異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速。在電力系統(tǒng)中，這種電路還常用于對(duì)無功功率的連續(xù)力系統(tǒng)中，這種電路還常用于對(duì)無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。此外，在調(diào)節(jié)。此外，在高電壓小電流高電壓小電流或或低電壓大電流低電壓大電流的的直流電源中，也常采用交流調(diào)壓電路來調(diào)節(jié)變壓直流電源中，也常采用交流調(diào)壓電路來調(diào)節(jié)變壓器一次電壓（避免二次側(cè)使用多個(gè)晶閘管進(jìn)行串、器一次電壓（避免二次側(cè)使用多個(gè)晶閘管進(jìn)行串、并聯(lián)）。并聯(lián)）。 交流調(diào)壓電路可分為單相交流調(diào)壓電路和三交流調(diào)壓電路可分為單相交流調(diào)壓電路和三相交流調(diào)壓電路。前者是后者的基礎(chǔ)。相交流調(diào)壓電路。前者是后者的基礎(chǔ)。6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路單相交流

5、調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載 電路原理及波形圖電路原理及波形圖 6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載 電路分析電路分析 圖中晶閘管圖中晶閘管VT1和和VT2反向并聯(lián)反向并聯(lián)，也可采用雙，也可采用雙向晶閘管。在交流電源向晶閘管。在交流電源u1的正半周和負(fù)半周，分別的正半周和負(fù)半周，分別對(duì)對(duì)VT1和和VT2的導(dǎo)通角的導(dǎo)通角 進(jìn)行控制，就可以調(diào)節(jié)電進(jìn)行控制，就可以調(diào)節(jié)電路的輸出電壓路的輸出電壓uo。正、負(fù)半周。正、負(fù)半周 的起始時(shí)刻均為電的起始時(shí)刻均為電壓過零點(diǎn)。在穩(wěn)態(tài)情況下，應(yīng)使正、負(fù)半周的壓過零點(diǎn)。在穩(wěn)態(tài)情況下，應(yīng)使正、負(fù)半周的

6、 角角相等。相等。 由圖可見，負(fù)載電壓波形是電源電壓波形的一由圖可見，負(fù)載電壓波形是電源電壓波形的一部分，負(fù)載電流與負(fù)載電壓波形相似。部分，負(fù)載電流與負(fù)載電壓波形相似。 6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載 電路參數(shù)計(jì)算電路參數(shù)計(jì)算 設(shè)晶閘管觸發(fā)角為設(shè)晶閘管觸發(fā)角為 ，則負(fù)載電壓有效值，則負(fù)載電壓有效值Uo、負(fù)載電流有效值負(fù)載電流有效值Io 分別為分別為 RUIUttUUoo121o2sin21)d(sin21 6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載 電路參數(shù)計(jì)算電路參數(shù)計(jì)算 設(shè)晶閘管觸發(fā)角為設(shè)晶

7、閘管觸發(fā)角為 ，晶閘管有效電流值，晶閘管有效電流值IVT和和電路功率因數(shù)電路功率因數(shù) 分別為分別為 2sin2122sin121dsin2211oo1oo121VTUUIUIUSPRU)t(RtUI6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載 電路參數(shù)計(jì)算電路參數(shù)計(jì)算 可以看出，可以看出， 角的移相范圍是角的移相范圍是 。當(dāng)。當(dāng) 時(shí)，相當(dāng)于晶閘管一直導(dǎo)通，輸出電壓為最時(shí)，相當(dāng)于晶閘管一直導(dǎo)通，輸出電壓為最大，大，Uo = U1。隨著。隨著 的增大，的增大，Uo逐漸降低。當(dāng)控制逐漸降低。當(dāng)控制角角 時(shí)，時(shí)，Uo降為降為0。 電路的功率因數(shù)電路的功率因數(shù)

8、在在 時(shí)為時(shí)為1，隨，隨 的增的增大，大， 也逐漸降低，輸入電流滯后于電壓且發(fā)生畸也逐漸降低，輸入電流滯后于電壓且發(fā)生畸變。變。 0 0 0 6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 阻感性負(fù)載阻感性負(fù)載 電路原理及波形圖電路原理及波形圖 6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 阻感性負(fù)載阻感性負(fù)載 電路分析電路分析 設(shè)負(fù)載的阻抗角為設(shè)負(fù)載的阻抗角為 。如果短。如果短接晶閘管，接晶閘管，穩(wěn)態(tài)時(shí)穩(wěn)態(tài)時(shí)負(fù)載電流應(yīng)為負(fù)載電流應(yīng)為正弦波正弦波，其相位滯，其相位滯后于電源電壓后于電源電壓u1的角度為的角度為 。當(dāng)用晶閘管控制時(shí)，。當(dāng)用晶閘管控制時(shí)，由于電

9、感電壓的作用，很顯然只能進(jìn)行滯后控制，由于電感電壓的作用，很顯然只能進(jìn)行滯后控制，即：即： 。這樣會(huì)使負(fù)載電流更為滯后。為了方便，。這樣會(huì)使負(fù)載電流更為滯后。為了方便，把把 時(shí)刻仍定為電源電壓的過零點(diǎn)，顯然，阻時(shí)刻仍定為電源電壓的過零點(diǎn)，顯然，阻感負(fù)載下穩(wěn)態(tài)時(shí)感負(fù)載下穩(wěn)態(tài)時(shí) 的移相范圍為的移相范圍為 。 )arctan(R/L 0 6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 阻感性負(fù)載阻感性負(fù)載 電路分析電路分析 設(shè)在設(shè)在 時(shí)刻開通晶閘管時(shí)刻開通晶閘管VT1，負(fù)載電流應(yīng)，負(fù)載電流應(yīng)滿足如下方程和初始條件滿足如下方程和初始條件 t0sin2ddo1oo titURitiL解

10、方程后可得：解方程后可得： tan)(1o)sin()sin(2/tetZUi 6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 阻感性負(fù)載阻感性負(fù)載 電路分析電路分析 設(shè)設(shè) 為晶閘管的導(dǎo)通角，則有為晶閘管的導(dǎo)通角，則有 。上式中的上式中的Z 可表示為可表示為 22)(LRZ 利用邊界條件：利用邊界條件： 時(shí)時(shí) ，可得，可得 滿足下滿足下式式 tan)sin()sin(/e t t0o i 以以 為參變量，由上式可繪制出為參變量，由上式可繪制出 和和 的關(guān)系圖，的關(guān)系圖，如下頁所示。如下頁所示。 6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 阻感性負(fù)載阻感性

11、負(fù)載 和和 的關(guān)系的關(guān)系 6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 阻感性負(fù)載阻感性負(fù)載 電路分析電路分析 當(dāng)晶閘管的觸發(fā)角為當(dāng)晶閘管的觸發(fā)角為 時(shí)，負(fù)載電壓有效值時(shí)，負(fù)載電壓有效值Uo、晶閘管電流有效值晶閘管電流有效值IVT、負(fù)載電流有效值、負(fù)載電流有效值Io分別為分別為 )(2sin2sin1 )d(sin21121o UttUU cos)2cos(sin2 )d()(2112oVT ZUtiIVTo2 II 6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 阻感性負(fù)載阻感性負(fù)載 當(dāng)當(dāng) 時(shí)的電路分析時(shí)的電路分析 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，VT1和和VT2的導(dǎo)通角

12、的導(dǎo)通角 均小均小于于 ， 越小，越小， 越大；當(dāng)越大；當(dāng) 時(shí)，時(shí)， 。若。若 繼續(xù)減小，在繼續(xù)減小，在 時(shí)刻觸發(fā)晶閘管時(shí)刻觸發(fā)晶閘管VT1，則晶，則晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間將超過閘管的導(dǎo)通時(shí)間將超過 。到。到 時(shí)刻觸發(fā)晶時(shí)刻觸發(fā)晶閘管閘管VT2時(shí)，負(fù)載電流時(shí)，負(fù)載電流io尚未過零，尚未過零，VT1繼續(xù)導(dǎo)通，繼續(xù)導(dǎo)通，則則VT2不會(huì)導(dǎo)通。不會(huì)導(dǎo)通。 由于由于VT1提前開通，負(fù)載提前開通，負(fù)載L被過充電，其放電時(shí)被過充電，其放電時(shí)間也將延長(zhǎng)，使得間也將延長(zhǎng)，使得VT1結(jié)束導(dǎo)電時(shí)刻大于結(jié)束導(dǎo)電時(shí)刻大于 ，并，并使使VT2推遲開通，推遲開通，VT2的導(dǎo)通角也小于的導(dǎo)通角也小于 。 0 t 6.1 交流調(diào)壓電

13、路交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 阻感性負(fù)載阻感性負(fù)載 當(dāng)當(dāng) 時(shí)的電路波形時(shí)的電路波形 6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 阻感性負(fù)載阻感性負(fù)載 當(dāng)當(dāng) 時(shí)的電路波形時(shí)的電路波形 由圖可見，負(fù)載電流由圖可見，負(fù)載電流io連續(xù)連續(xù)，其表達(dá)式計(jì)算與前，其表達(dá)式計(jì)算與前述方法相同，只是適用范圍擴(kuò)展為述方法相同，只是適用范圍擴(kuò)展為 。由分。由分析可知，析可知，io由兩個(gè)分量組成，第一項(xiàng)為由兩個(gè)分量組成，第一項(xiàng)為正弦穩(wěn)態(tài)分量正弦穩(wěn)態(tài)分量，第二項(xiàng)為第二項(xiàng)為指數(shù)衰減分量指數(shù)衰減分量。在指數(shù)分量的衰減過程中，。在指數(shù)分量的衰減過程中，VT1的導(dǎo)通時(shí)間逐漸縮短，的導(dǎo)通時(shí)

14、間逐漸縮短，VT2的導(dǎo)通時(shí)間逐漸增的導(dǎo)通時(shí)間逐漸增長(zhǎng)。當(dāng)指數(shù)分量長(zhǎng)。當(dāng)指數(shù)分量衰減至零衰減至零后，后，VT1和和VT2的導(dǎo)通時(shí)的導(dǎo)通時(shí)間均為間均為 ，其穩(wěn)態(tài)時(shí)的工作情況與，其穩(wěn)態(tài)時(shí)的工作情況與 時(shí)完全相時(shí)完全相同，整個(gè)過程的工作波形如上圖同，整個(gè)過程的工作波形如上圖(d)所示。所示。 t 6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路的諧波分析單相交流調(diào)壓電路的諧波分析 由前述的單相交流調(diào)壓電路電阻性負(fù)載和電感由前述的單相交流調(diào)壓電路電阻性負(fù)載和電感性負(fù)載電路波形可以看出，負(fù)載電壓和負(fù)載電流均性負(fù)載電路波形可以看出，負(fù)載電壓和負(fù)載電流均不是正弦波，所以含有大量諧波?，F(xiàn)以不是正弦波，所以含有大

15、量諧波。現(xiàn)以電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載為例，對(duì)負(fù)載電壓為例，對(duì)負(fù)載電壓uo進(jìn)行諧波分析。由于波形正負(fù)進(jìn)行諧波分析。由于波形正負(fù)面積對(duì)稱相等，所以不含直流分量和偶次諧波，利面積對(duì)稱相等，所以不含直流分量和偶次諧波，利用傅里葉級(jí)數(shù)可表示為用傅里葉級(jí)數(shù)可表示為 ,nnntnbtnatu531o)sincos()( 6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路的諧波分析單相交流調(diào)壓電路的諧波分析 其中：其中：)12(cos2211 Ua )-(22sin2211 Ub 11)cos(1111)cos(1121 nnnnUan 1)sin(111)sin(1121nnnnUbn,n753 6.1 交流調(diào)壓

16、電路交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路的諧波分析單相交流調(diào)壓電路的諧波分析 由此可得基波和各次諧波的有效值為：由此可得基波和各次諧波的有效值為：22o21nnnbaU ,n7531 負(fù)載電流基波和各次諧波的有效值為負(fù)載電流基波和各次諧波的有效值為RUInnoo 阻感負(fù)載時(shí)阻感負(fù)載時(shí)也可利用上述方法進(jìn)行分析，只是也可利用上述方法進(jìn)行分析，只是公式較為復(fù)雜。電源電流諧波次數(shù)與電阻負(fù)載時(shí)相公式較為復(fù)雜。電源電流諧波次數(shù)與電阻負(fù)載時(shí)相同，只含有同，只含有3、5、7、等次諧波，但等次諧波，但諧波含量諧波含量有所有所減少減少。6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路斬控式交流調(diào)壓電路斬控式交流調(diào)壓電路 電路原理圖電路原

17、理圖 6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路斬控式交流調(diào)壓電路斬控式交流調(diào)壓電路 電路分析電路分析 斬控式斬控式交流調(diào)壓電路原理與直流斬波電路有類交流調(diào)壓電路原理與直流斬波電路有類似之處，只是其輸入電壓為交流正弦。在交流電源似之處，只是其輸入電壓為交流正弦。在交流電源u1的正半周，用的正半周，用V1進(jìn)行斬波控制，用進(jìn)行斬波控制，用V3給負(fù)載電流給負(fù)載電流提供續(xù)流通道；在交流電源提供續(xù)流通道；在交流電源u1的負(fù)半周，用的負(fù)半周，用V2進(jìn)行進(jìn)行斬波控制，用斬波控制，用V4給負(fù)載電流提供續(xù)流通道。斬波器給負(fù)載電流提供續(xù)流通道。斬波器件（件（V1或或V2）的導(dǎo)通時(shí)間為）的導(dǎo)通時(shí)間為ton，開關(guān)周期為，開關(guān)周

18、期為T，導(dǎo)，導(dǎo)通比為通比為 。與直流斬波電路一樣，可以通。與直流斬波電路一樣，可以通過改變過改變 來調(diào)節(jié)輸出電壓。來調(diào)節(jié)輸出電壓。T/ton 6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路斬控式交流調(diào)壓電路斬控式交流調(diào)壓電路 電路波形電路波形 阻性負(fù)載阻性負(fù)載 6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路斬控式交流調(diào)壓電路斬控式交流調(diào)壓電路 電路分析電路分析 阻性負(fù)載阻性負(fù)載 可以看出，電源電流的基波分量是和電源電壓可以看出，電源電流的基波分量是和電源電壓同相位的。通過傅里葉分析可知，電源電流中不含同相位的。通過傅里葉分析可知，電源電流中不含低次諧波，只含有和開關(guān)周期低次諧波，只含有和開關(guān)周期T有關(guān)的高次諧波。這有關(guān)的

19、高次諧波。這些高次諧波用很小的濾波器即可消除，所以這種電些高次諧波用很小的濾波器即可消除，所以這種電路的功率因數(shù)接近路的功率因數(shù)接近1。6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 電路原理圖電路原理圖 6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 電路分析電路分析 根據(jù)三相聯(lián)結(jié)形式的不同，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，其中星形聯(lián)結(jié)電路和支路控制三角具有多種形式，其中星形聯(lián)結(jié)電路和支路控制三角形聯(lián)結(jié)電路較為常用。形聯(lián)結(jié)電路較為常用。 星形聯(lián)結(jié)電路分為三相三線和三相四線兩種情星形聯(lián)結(jié)電路分為三相三線和三相四線兩種情況

20、。三相四線時(shí)，相當(dāng)于三個(gè)單相交流調(diào)壓電路的況。三相四線時(shí)，相當(dāng)于三個(gè)單相交流調(diào)壓電路的組合，三相互相間隔組合，三相互相間隔120，單相交流調(diào)壓電路的工，單相交流調(diào)壓電路的工作原理和分析方法均適用于這種電路。作原理和分析方法均適用于這種電路。 6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 電路分析電路分析 在單相交流調(diào)壓電路中，電流中含有基波和各在單相交流調(diào)壓電路中，電流中含有基波和各奇次奇次諧波。組成三相電路后，諧波。組成三相電路后，各相各相的基波和非的基波和非3的整的整數(shù)倍次諧波在三相之間流動(dòng)，不流過中性線。而各數(shù)倍次諧波在三相之間流動(dòng)，不流過中性線。而各相的相的3的整數(shù)

21、倍次諧波是同相位的，它們不能在各相的整數(shù)倍次諧波是同相位的，它們不能在各相之間流動(dòng)，全部流過中性線。因此中性線中會(huì)有很之間流動(dòng)，全部流過中性線。因此中性線中會(huì)有很大的大的3次諧波及其他次諧波及其他3的整數(shù)倍次諧波電流。所以在的整數(shù)倍次諧波電流。所以在選擇導(dǎo)線線徑和變壓器時(shí)需格外注意。選擇導(dǎo)線線徑和變壓器時(shí)需格外注意。 6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 三相三線時(shí)電阻性負(fù)載工作原理三相三線時(shí)電阻性負(fù)載工作原理 三相中任一相在導(dǎo)通時(shí)必須和另一相構(gòu)成回路，三相中任一相在導(dǎo)通時(shí)必須和另一相構(gòu)成回路，因此和三相橋式全控整流電路一樣，電流流通路徑因此和三相橋式全控整流電路一

22、樣，電流流通路徑中有兩個(gè)晶閘管，所以應(yīng)采用中有兩個(gè)晶閘管，所以應(yīng)采用雙脈沖雙脈沖或或?qū)捗}沖寬脈沖觸發(fā)。觸發(fā)。三相觸發(fā)脈沖依次相差三相觸發(fā)脈沖依次相差120 ，同一相的兩個(gè)反并聯(lián)，同一相的兩個(gè)反并聯(lián)晶閘管觸發(fā)脈沖相差晶閘管觸發(fā)脈沖相差180 。因此和三相橋式全控整。因此和三相橋式全控整流電路一樣，晶閘管觸發(fā)順序?yàn)榱麟娐芬粯樱чl管觸發(fā)順序?yàn)閂T1VT6，相位，相位依次相差依次相差60 。6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 三相三線時(shí)三相三線時(shí)電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載工作原理工作原理 如果把晶閘管換成二極管，則相電流和相電壓如果把晶閘管換成二極管，則相電流和相電壓同相位，

23、且相電壓過零時(shí)二極管開始導(dǎo)通。所以把同相位，且相電壓過零時(shí)二極管開始導(dǎo)通。所以把相電壓過零點(diǎn)相電壓過零點(diǎn)定為觸發(fā)角定為觸發(fā)角 的起點(diǎn)。三相三線電路的起點(diǎn)。三相三線電路中，兩相間導(dǎo)通是靠線電壓導(dǎo)通的，而線電壓超前中，兩相間導(dǎo)通是靠線電壓導(dǎo)通的，而線電壓超前相電壓相電壓30 ，因此，因此 角的移相范圍是角的移相范圍是0 150 。 在任一時(shí)刻，可能是三相中各有一個(gè)晶閘管導(dǎo)在任一時(shí)刻，可能是三相中各有一個(gè)晶閘管導(dǎo)通，所以負(fù)載相電壓就是電源相電壓；也可能三相通，所以負(fù)載相電壓就是電源相電壓；也可能三相中有兩相各有一個(gè)晶閘管導(dǎo)通，另一相不導(dǎo)通，這中有兩相各有一個(gè)晶閘管導(dǎo)通，另一相不導(dǎo)通，這時(shí)導(dǎo)通相的負(fù)載

24、相電壓是電源線電壓的一半。時(shí)導(dǎo)通相的負(fù)載相電壓是電源線電壓的一半。 6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 三相三線時(shí)電阻性負(fù)載工作原理三相三線時(shí)電阻性負(fù)載工作原理 根據(jù)任一時(shí)刻導(dǎo)通晶閘管的個(gè)數(shù)以及半個(gè)周期根據(jù)任一時(shí)刻導(dǎo)通晶閘管的個(gè)數(shù)以及半個(gè)周期內(nèi)電流是否連續(xù)可將內(nèi)電流是否連續(xù)可將 0 150 的移相范圍分為如下的移相范圍分為如下三段：三段：（1） 范圍內(nèi)，電路處于三個(gè)晶閘管和范圍內(nèi)，電路處于三個(gè)晶閘管和兩個(gè)晶閘管交替導(dǎo)通的狀態(tài)，每個(gè)晶閘管導(dǎo)通度數(shù)兩個(gè)晶閘管交替導(dǎo)通的狀態(tài)，每個(gè)晶閘管導(dǎo)通度數(shù)為為 。 為為0時(shí)一直是三個(gè)晶閘管導(dǎo)通。時(shí)一直是三個(gè)晶閘管導(dǎo)通。（2） 范圍內(nèi)

25、，電路任一時(shí)刻均有兩個(gè)范圍內(nèi)，電路任一時(shí)刻均有兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通，每個(gè)晶閘管導(dǎo)通度數(shù)為晶閘管導(dǎo)通，每個(gè)晶閘管導(dǎo)通度數(shù)為120 。 600 180 9060 6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 三相三線時(shí)電阻性負(fù)載工作原理三相三線時(shí)電阻性負(fù)載工作原理 根據(jù)任一時(shí)刻導(dǎo)通晶閘管的個(gè)數(shù)以及半個(gè)周期根據(jù)任一時(shí)刻導(dǎo)通晶閘管的個(gè)數(shù)以及半個(gè)周期內(nèi)電流是否連續(xù)可將內(nèi)電流是否連續(xù)可將 0 150 的移相范圍分為如下的移相范圍分為如下三段：三段：（3） 范圍內(nèi)，電路處于兩個(gè)晶閘管導(dǎo)范圍內(nèi)，電路處于兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通和無晶閘管導(dǎo)通的交替狀態(tài)，每個(gè)晶閘管導(dǎo)通度通和無晶閘管導(dǎo)通的交替狀態(tài)，每個(gè)晶閘管

26、導(dǎo)通度數(shù)為數(shù)為 ，而且這個(gè)導(dǎo)通角度被分割為不連續(xù)，而且這個(gè)導(dǎo)通角度被分割為不連續(xù)的兩部分，在半個(gè)周波內(nèi)形成兩個(gè)斷續(xù)的波頭，各的兩部分，在半個(gè)周波內(nèi)形成兩個(gè)斷續(xù)的波頭，各占占 。 2300 15090 1506.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 三相三線時(shí)電阻性負(fù)載電路波形三相三線時(shí)電阻性負(fù)載電路波形 - - 306.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 三相三線時(shí)電阻性負(fù)載電路波形三相三線時(shí)電阻性負(fù)載電路波形 306.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 三相三線時(shí)電阻性負(fù)載電路波形三相三線時(shí)電阻性負(fù)載電路波形 - -

27、 606.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 三相三線時(shí)電阻性負(fù)載電路波形三相三線時(shí)電阻性負(fù)載電路波形 - - 606.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 三相三線時(shí)電阻性負(fù)載電路波形三相三線時(shí)電阻性負(fù)載電路波形 - - 1206.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 三相三線時(shí)電阻性負(fù)載電路波形三相三線時(shí)電阻性負(fù)載電路波形 - - 1206.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 三相三線時(shí)電阻性負(fù)載三相三線時(shí)電阻性負(fù)載 從波形上可以看出，負(fù)載電流中含有很多諧波。從波形上可以看出，負(fù)載電流中含有

28、很多諧波。通過傅里葉分析可知，所含諧波的次數(shù)為通過傅里葉分析可知，所含諧波的次數(shù)為 （ ），這和三相橋式全控整流電路交流），這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，而且諧波的次數(shù)側(cè)電流所含諧波的次數(shù)完全相同，而且諧波的次數(shù)越低，其含量越大。越低，其含量越大。 在阻感負(fù)載情況下，同樣可參照電阻負(fù)載和前在阻感負(fù)載情況下，同樣可參照電阻負(fù)載和前述單相阻感負(fù)載時(shí)的分析方法。當(dāng)述單相阻感負(fù)載時(shí)的分析方法。當(dāng) 時(shí)，負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流最大且為正弦波，相當(dāng)于此時(shí)全部晶閘管均被電流最大且為正弦波，相當(dāng)于此時(shí)全部晶閘管均被短接。短接。 16 k,k321 6.2 其他交流電力控制電路其他交流電力控

29、制電路交流調(diào)功電路交流調(diào)功電路 交流調(diào)功電路和交流調(diào)壓電路的電路形式完全交流調(diào)功電路和交流調(diào)壓電路的電路形式完全相同，只是控制方式不同。交流調(diào)功電路不是在每相同，只是控制方式不同。交流調(diào)功電路不是在每個(gè)交流電源周期都對(duì)輸出電壓波形進(jìn)行控制，而是個(gè)交流電源周期都對(duì)輸出電壓波形進(jìn)行控制，而是將負(fù)載與交流電源接通幾個(gè)整周波，再斷開幾個(gè)整將負(fù)載與交流電源接通幾個(gè)整周波，再斷開幾個(gè)整周波，通過改變周波，通過改變接通周波數(shù)接通周波數(shù)與與斷開周波數(shù)斷開周波數(shù)的的比值比值來來調(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的平均功率。這種電路常用于電路調(diào)節(jié)負(fù)載所消耗的平均功率。這種電路常用于電路的溫度控制，因其直接調(diào)節(jié)對(duì)象是電路的平均輸出的溫

30、度控制，因其直接調(diào)節(jié)對(duì)象是電路的平均輸出功率，所以被稱為功率，所以被稱為交流調(diào)功電路交流調(diào)功電路。6.2 其他交流電力控制電路其他交流電力控制電路交流調(diào)功電路交流調(diào)功電路 電路典型波形電路典型波形 6.2 其他交流電力控制電路其他交流電力控制電路交流調(diào)功電路交流調(diào)功電路 晶閘管的導(dǎo)通時(shí)刻通常設(shè)置在電源電壓的過零晶閘管的導(dǎo)通時(shí)刻通常設(shè)置在電源電壓的過零點(diǎn)，這樣在交流電源接通期間，負(fù)載電壓和電流均點(diǎn)，這樣在交流電源接通期間，負(fù)載電壓和電流均為正弦波，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)電壓電流造成通常意義的諧為正弦波，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)電壓電流造成通常意義的諧波污染。波污染。 通常設(shè)交流調(diào)功電路的控制周期為電源周期的通常設(shè)交流調(diào)功

31、電路的控制周期為電源周期的M倍，其中晶閘管在前倍，其中晶閘管在前N個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，后個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，后M-N個(gè)周個(gè)周期關(guān)斷。上圖為期關(guān)斷。上圖為 M=3、N=2 時(shí)電路的工作波形。時(shí)電路的工作波形。6.2 其他交流電力控制電路其他交流電力控制電路交流電力電子開關(guān)交流電力電子開關(guān) 把晶閘管反并聯(lián)后串入交流電路中，代替電路把晶閘管反并聯(lián)后串入交流電路中，代替電路中的機(jī)械開關(guān)，可以起到接通和斷開電路的作用，中的機(jī)械開關(guān)，可以起到接通和斷開電路的作用，這就是這就是交流電力電子開關(guān)交流電力電子開關(guān)。與機(jī)械開關(guān)相比，這種。與機(jī)械開關(guān)相比，這種開關(guān)響應(yīng)速度快，無觸點(diǎn)，壽命長(zhǎng)，可頻繁控制電開關(guān)響應(yīng)速度快，無觸點(diǎn)，

32、壽命長(zhǎng)，可頻繁控制電路的通斷。路的通斷。 在公共電網(wǎng)中，交流電力電容器的投入與切斷在公共電網(wǎng)中，交流電力電容器的投入與切斷是控制無功功率的重要手段。是控制無功功率的重要手段。通過對(duì)無功功率的控通過對(duì)無功功率的控制，可以提高功率因數(shù)、穩(wěn)定電網(wǎng)電壓、改善供電制，可以提高功率因數(shù)、穩(wěn)定電網(wǎng)電壓、改善供電質(zhì)量?？刹捎觅|(zhì)量。可采用晶閘管投切電容器晶閘管投切電容器（ TSC，Thyristor Switched Capacitor）的方法來實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償。）的方法來實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償。6.3 交交-交變頻電路交變頻電路 交交-交變頻電路是把電網(wǎng)頻率的交流電直接交變頻電路是把電網(wǎng)頻率的交流電直接變換成頻率可調(diào)的交流

33、電的變流電路，也稱為變換成頻率可調(diào)的交流電的變流電路，也稱為周周波變換器波變換器（Cycloconvertor）。由于沒有中間直）。由于沒有中間直流環(huán)節(jié)，所以屬于流環(huán)節(jié)，所以屬于直接變頻直接變頻電路。電路。 交交-交變頻電路廣泛應(yīng)用于大功率交流電動(dòng)交變頻電路廣泛應(yīng)用于大功率交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)，分為單相和三相輸出交機(jī)調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)，分為單相和三相輸出交-交變交變頻電路。實(shí)際應(yīng)用中主要是三相輸出交頻電路。實(shí)際應(yīng)用中主要是三相輸出交-交變頻交變頻電路。電路。6.3 交交-交變頻電路交變頻電路單相交單相交- -交變頻電路交變頻電路 電路原理圖及輸出電壓波形電路原理圖及輸出電壓波形6.3 交交-交變頻

34、電路交變頻電路單相交單相交- -交變頻電路交變頻電路 電路分析電路分析 電路由電路由P組和組和N組反并聯(lián)的晶閘管變流電路構(gòu)成。組反并聯(lián)的晶閘管變流電路構(gòu)成。變流器變流器P和和N均為相控整流電路，兩組整流電路均為相控整流電路，兩組整流電路按一按一定頻率交替定頻率交替工作，在負(fù)載側(cè)可得到該頻率的交流電。工作，在負(fù)載側(cè)可得到該頻率的交流電。當(dāng)當(dāng)P組工作時(shí)，負(fù)載電流組工作時(shí)，負(fù)載電流io為正；為正；N組工作時(shí)，組工作時(shí)，io為負(fù)。為負(fù)。改變兩組變流器的切換頻率，就可改變電路的輸出改變兩組變流器的切換頻率，就可改變電路的輸出頻率頻率 ；頻率固定，改變變流器的控制角；頻率固定，改變變流器的控制角 ，就可，

35、就可以改變輸出電壓以改變輸出電壓uo的幅值。的幅值。 o 6.3 交交-交變頻電路交變頻電路單相交單相交- -交變頻電路交變頻電路 電路分析電路分析 為使輸出電壓為使輸出電壓uo的波形接近正弦波，可按照正的波形接近正弦波，可按照正弦規(guī)律對(duì)弦規(guī)律對(duì) 角進(jìn)行調(diào)制。如圖所示，設(shè)變流器角進(jìn)行調(diào)制。如圖所示，設(shè)變流器P和和N均采用三相半波控制電路，在半個(gè)周期內(nèi)讓正組變均采用三相半波控制電路，在半個(gè)周期內(nèi)讓正組變流器流器P的的 角按一定規(guī)律從角按一定規(guī)律從90 逐漸減少到逐漸減少到0 或某個(gè)或某個(gè)值，然后再逐漸增大到值，然后再逐漸增大到90 。這樣，每個(gè)控制間隔內(nèi)。這樣，每個(gè)控制間隔內(nèi)的平均輸出電壓就會(huì)按

36、照正弦規(guī)律從零逐漸增至最的平均輸出電壓就會(huì)按照正弦規(guī)律從零逐漸增至最高，再逐漸減少至零，如圖中的虛線所示。在另半高，再逐漸減少至零，如圖中的虛線所示。在另半個(gè)周期對(duì)反組變流器個(gè)周期對(duì)反組變流器N也按同樣規(guī)律進(jìn)行控制。也按同樣規(guī)律進(jìn)行控制。 6.3 交交-交變頻電路交變頻電路單相交單相交- -交變頻電路交變頻電路 電路分析電路分析 從圖中也可以看出，輸出電壓從圖中也可以看出，輸出電壓uo并不是平滑的并不是平滑的正弦波，而是由若干段電源電壓波形拼接而成的。正弦波，而是由若干段電源電壓波形拼接而成的。在交流輸出電壓的一個(gè)周期內(nèi)，如果所包含的電壓在交流輸出電壓的一個(gè)周期內(nèi)，如果所包含的電壓段數(shù)段數(shù)越多

37、，則其波形越容易越多，則其波形越容易接近于正弦波接近于正弦波。所以在。所以在單相交單相交-交變頻電路中，變流器交變頻電路中，變流器P和和N常采用常采用6脈波的脈波的三相橋式電路或三相橋式電路或12脈波變流電路。脈波變流電路。6.3 交交-交變頻電路交變頻電路單相交單相交- -交變頻電路交變頻電路 整流與整流與逆變工作狀態(tài)逆變工作狀態(tài) 交交-交變頻電路的負(fù)載可以是阻感負(fù)載、電阻負(fù)交變頻電路的負(fù)載可以是阻感負(fù)載、電阻負(fù)載、阻容負(fù)載或交流電動(dòng)機(jī)負(fù)載。如果將交載、阻容負(fù)載或交流電動(dòng)機(jī)負(fù)載。如果將交-交變頻交變頻電路理想化，忽略變流電路換相時(shí)輸出電壓的脈動(dòng)電路理想化，忽略變流電路換相時(shí)輸出電壓的脈動(dòng)分量

38、，電路就可等效為由正弦波交流電源和二極管分量，電路就可等效為由正弦波交流電源和二極管構(gòu)成的電路，如下頁圖所示。其中交流電源表示變構(gòu)成的電路，如下頁圖所示。其中交流電源表示變流電路可輸出交流正弦電壓，二極管體現(xiàn)了變流電流電路可輸出交流正弦電壓，二極管體現(xiàn)了變流電路電流的單方向性。路電流的單方向性。6.3 交交-交變頻電路交變頻電路單相交單相交- -交變頻電路交變頻電路 整流與整流與逆變工作狀態(tài)逆變工作狀態(tài) 6.3 交交-交變頻電路交變頻電路單相交單相交- -交變頻電路交變頻電路 整流與整流與逆變工作狀態(tài)逆變工作狀態(tài) 設(shè)負(fù)載為阻感性負(fù)載，其阻抗角為設(shè)負(fù)載為阻感性負(fù)載，其阻抗角為 ，即輸出，即輸出電

39、流滯后于輸出電壓電流滯后于輸出電壓 角。為避免兩組變流器之間角。為避免兩組變流器之間產(chǎn)生產(chǎn)生環(huán)流環(huán)流（在兩組變流器之間流動(dòng)而不經(jīng)過負(fù)載的（在兩組變流器之間流動(dòng)而不經(jīng)過負(fù)載的電流），兩組變流器在工作時(shí)不能同時(shí)施加觸發(fā)脈電流），兩組變流器在工作時(shí)不能同時(shí)施加觸發(fā)脈沖，即一組變流器工作時(shí)應(yīng)封鎖另一組變流器的觸沖，即一組變流器工作時(shí)應(yīng)封鎖另一組變流器的觸發(fā)脈沖，這種方式也稱為發(fā)脈沖，這種方式也稱為無環(huán)流工作方式無環(huán)流工作方式。 6.3 交交-交變頻電路交變頻電路單相交單相交- -交變頻電路交變頻電路 整流與整流與逆變工作狀態(tài)逆變工作狀態(tài) 由于變流電路的單向?qū)щ娦?，在由于變流電路的單向?qū)щ娦?，在t1t3

40、期間負(fù)載期間負(fù)載電流的正半周，只能是正組變流器電流的正半周，只能是正組變流器P工作，反組變流工作，反組變流器器N被封鎖。其中在被封鎖。其中在t1t2階段，輸出電壓和輸出電階段，輸出電壓和輸出電流均為正，故正組變流器工作于流均為正，故正組變流器工作于整流狀態(tài)整流狀態(tài)，輸出功，輸出功率為正；在率為正；在t2t3階段，輸出電壓反向，但輸出電流階段，輸出電壓反向，但輸出電流仍為正，所以正組變流器仍為正，所以正組變流器P應(yīng)工作于應(yīng)工作于逆變狀態(tài)逆變狀態(tài)，輸出，輸出功率為負(fù)。功率為負(fù)。6.3 交交-交變頻電路交變頻電路單相交單相交- -交變頻電路交變頻電路 整流與整流與逆變工作狀態(tài)逆變工作狀態(tài) 在在t3t

41、5階段，負(fù)載電流的負(fù)半周，只能是反組階段，負(fù)載電流的負(fù)半周，只能是反組變流器變流器N工作，正組變流器工作，正組變流器P被封鎖。其中在被封鎖。其中在t3t4階階段，輸出電壓和輸出電流均為負(fù)，故反組變流器工段，輸出電壓和輸出電流均為負(fù)，故反組變流器工作于作于整流狀態(tài)整流狀態(tài)，輸出功率為正；在，輸出功率為正；在t4t5期間，輸出期間，輸出電壓反向后為正，但輸出電流仍為負(fù)，所以反組變電壓反向后為正，但輸出電流仍為負(fù)，所以反組變流器工作于流器工作于逆變狀態(tài)逆變狀態(tài)，輸出功率為負(fù)。，輸出功率為負(fù)。6.3 交交-交變頻電路交變頻電路單相交單相交- -交變頻電路交變頻電路 整流與整流與逆變工作狀態(tài)逆變工作狀態(tài)

42、 所以，在阻感負(fù)載情況下，在一個(gè)輸出電壓周所以，在阻感負(fù)載情況下，在一個(gè)輸出電壓周期內(nèi)，交期內(nèi)，交-交變頻電路有交變頻電路有4種種工作狀態(tài)。工作狀態(tài)。 哪一組變流器正在工作取決于電路輸出電流的哪一組變流器正在工作取決于電路輸出電流的方向，與輸出電壓極性無關(guān)；而變流電路是工作于方向，與輸出電壓極性無關(guān)；而變流電路是工作于整流狀態(tài)還是逆變狀態(tài)，則完全取決于輸出電壓與整流狀態(tài)還是逆變狀態(tài)，則完全取決于輸出電壓與輸出電流的方向是否一致。輸出電流的方向是否一致。6.3 交交-交變頻電路交變頻電路單相交單相交- -交變頻電路交變頻電路 整流與整流與逆變工作狀態(tài)逆變工作狀態(tài) 下頁圖是單相交下頁圖是單相交-交

43、變頻電路輸出電壓和電流的交變頻電路輸出電壓和電流的波形圖。如果考慮到無環(huán)流工作方式下負(fù)載電流過波形圖。如果考慮到無環(huán)流工作方式下負(fù)載電流過零的零的死區(qū)時(shí)間死區(qū)時(shí)間，則一個(gè)周期內(nèi)波形可分為，則一個(gè)周期內(nèi)波形可分為6段：段： 第第1段：段：io 0 ，反組逆變狀態(tài)；，反組逆變狀態(tài)； 第第2段：電流過零，無環(huán)流死區(qū)（切換死區(qū)）；段：電流過零，無環(huán)流死區(qū)（切換死區(qū)）； 第第3段：段：io 0，uo 0 ，正組整流狀態(tài)；，正組整流狀態(tài)； 第第4段：段：io 0，uo 0 ，正組逆變狀態(tài)；，正組逆變狀態(tài)； 第第5段：電流過零，無環(huán)流死區(qū)；段：電流過零，無環(huán)流死區(qū)； 第第6段：段：io 0，uo 0 ，反組

44、整流狀態(tài)。，反組整流狀態(tài)。6.3 交交-交變頻電路交變頻電路單相交單相交- -交變頻電路交變頻電路 整流與整流與逆變工作狀態(tài)逆變工作狀態(tài) 6.3 交交-交變頻電路交變頻電路單相交單相交- -交變頻電路交變頻電路 輸出正弦波的調(diào)制方法輸出正弦波的調(diào)制方法 - - 余弦交點(diǎn)法余弦交點(diǎn)法 它是一種通過不斷改變控制角它是一種通過不斷改變控制角 ，使交，使交-交變頻交變頻電路的輸出電壓波形基本為正弦波的調(diào)制方法。電路的輸出電壓波形基本為正弦波的調(diào)制方法。 設(shè)設(shè)Ud0為為 時(shí)整流電路的理想空載電壓，則時(shí)整流電路的理想空載電壓，則控制角為控制角為 時(shí)變流電路的輸出電壓為時(shí)變流電路的輸出電壓為 其中其中 為每

45、次控制間隔內(nèi)輸出電壓的平均值。對(duì)交為每次控制間隔內(nèi)輸出電壓的平均值。對(duì)交交變頻電路來說，每次控制時(shí)交變頻電路來說，每次控制時(shí) 角都是不同的。角都是不同的。 再設(shè)再設(shè)希望的希望的正弦波輸出電壓為正弦波輸出電壓為 0 ou tUuoomosin cosd0oUu 6.3 交交-交變頻電路交變頻電路單相交單相交- -交變頻電路交變頻電路 輸出正弦波的調(diào)制方法輸出正弦波的調(diào)制方法 - - 余弦交點(diǎn)法余弦交點(diǎn)法 則將兩式進(jìn)行比較后可得則將兩式進(jìn)行比較后可得 10 tosin arccos ttUUood0omsin sincos 其中其中 稱為輸出電壓比，通常稱為輸出電壓比，通常 。所以有。所以有這就是

46、余弦交點(diǎn)法求交這就是余弦交點(diǎn)法求交-交變頻電路觸發(fā)角交變頻電路觸發(fā)角 的基本的基本公式。公式。6.3 交交-交變頻電路交變頻電路單相交單相交- -交變頻電路交變頻電路 輸出正弦波的調(diào)制方法輸出正弦波的調(diào)制方法 - - 余弦交點(diǎn)法余弦交點(diǎn)法 6.3 交交-交變頻電路交變頻電路單相交單相交- -交變頻電路交變頻電路 輸出正弦波的調(diào)輸出正弦波的調(diào)制方法制方法 - - 余弦交點(diǎn)法余弦交點(diǎn)法 圖中電網(wǎng)線電壓圖中電網(wǎng)線電壓uab、uac、ubc、uba、uca、ucb依依次用次用u1 u6表示，相鄰兩線電壓的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)于表示，相鄰兩線電壓的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)于 。 u1 u6所對(duì)應(yīng)的所對(duì)應(yīng)的同步余弦信號(hào)同步余弦信號(hào)分

47、別用分別用uS1uS6表示。表示。 uS1uS6比相應(yīng)的比相應(yīng)的u1 u6超前超前30 。也就是說。也就是說uS1uS6的最大值正好和相應(yīng)線電壓的的最大值正好和相應(yīng)線電壓的 時(shí)刻相對(duì)應(yīng)，如時(shí)刻相對(duì)應(yīng)，如果以果以 為零時(shí)刻，則為零時(shí)刻，則uS1uS6為為余弦信號(hào)余弦信號(hào)。設(shè)期。設(shè)期望的輸出電壓為望的輸出電壓為uo，則各晶閘管的觸發(fā)時(shí)刻由相應(yīng)，則各晶閘管的觸發(fā)時(shí)刻由相應(yīng)的同步電壓的同步電壓uS1uS6的正半周的下降段和的正半周的下降段和uo的交點(diǎn)來的交點(diǎn)來決定。決定。0 0 0 6.3 交交-交變頻電路交變頻電路單相交單相交- -交變頻電路交變頻電路 輸出正弦波的調(diào)輸出正弦波的調(diào)制方法制方法 -

48、- 余弦交點(diǎn)法余弦交點(diǎn)法 圖圖6-17給出了在不同輸出電壓比給出了在不同輸出電壓比 的情況下，在的情況下，在一個(gè)輸出電壓周期內(nèi)，觸發(fā)角一個(gè)輸出電壓周期內(nèi)，觸發(fā)角 隨隨 變化的情況。變化的情況。當(dāng)當(dāng) 較小時(shí)，輸出電壓較低，較小時(shí)，輸出電壓較低， 只離只離90很近的范圍很近的范圍內(nèi)變化，電路的輸入功率因數(shù)非常低。內(nèi)變化，電路的輸入功率因數(shù)非常低。 余弦交點(diǎn)法可用模擬電路來實(shí)現(xiàn)，但線路復(fù)雜，余弦交點(diǎn)法可用模擬電路來實(shí)現(xiàn)，但線路復(fù)雜，且不易實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制?？刹捎糜?jì)算機(jī)控制，除方便計(jì)且不易實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制。可采用計(jì)算機(jī)控制，除方便計(jì)算算 外，還可以進(jìn)行其他復(fù)雜運(yùn)算，使整個(gè)系統(tǒng)獲得外，還可以進(jìn)行其他復(fù)雜運(yùn)算，使

49、整個(gè)系統(tǒng)獲得較好的性能。較好的性能。 t0 6.3 交交-交變頻電路交變頻電路單相交單相交- -交變頻電路交變頻電路 輸入輸出特性輸入輸出特性 1）輸出上限頻率輸出上限頻率。交。交-交變頻電路的輸出電壓是交變頻電路的輸出電壓是由許多段電網(wǎng)電壓拼接而成的。輸出電壓一個(gè)周期由許多段電網(wǎng)電壓拼接而成的。輸出電壓一個(gè)周期內(nèi)拼接的內(nèi)拼接的電網(wǎng)電壓段數(shù)電網(wǎng)電壓段數(shù)越多，就越容易使輸出電壓越多，就越容易使輸出電壓波形接近于正弦波。每段電網(wǎng)電壓的波形接近于正弦波。每段電網(wǎng)電壓的平均持續(xù)時(shí)間平均持續(xù)時(shí)間是由變流電路的是由變流電路的脈波數(shù)脈波數(shù)決定的。因此，當(dāng)輸出頻率決定的。因此，當(dāng)輸出頻率增高時(shí)，輸出電壓一周期

50、內(nèi)所含電網(wǎng)電壓的段數(shù)就增高時(shí)，輸出電壓一周期內(nèi)所含電網(wǎng)電壓的段數(shù)就會(huì)減少，波形畸變就越嚴(yán)重。會(huì)減少，波形畸變就越嚴(yán)重。電壓波形畸變電壓波形畸變以及由以及由此產(chǎn)生的此產(chǎn)生的電流波形畸變電流波形畸變和和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是限制輸出頻率是限制輸出頻率提高的主要因素。提高的主要因素。6.3 交交-交變頻電路交變頻電路單相交單相交- -交變頻電路交變頻電路 輸入輸出特性輸入輸出特性 1）輸出上限頻率輸出上限頻率。 構(gòu)成交構(gòu)成交-交變頻電路的兩組變流器脈波數(shù)越多，交變頻電路的兩組變流器脈波數(shù)越多，其輸出上限頻率將會(huì)越大。其輸出上限頻率將會(huì)越大。 以常用的以常用的6脈波三相橋式電路而言，一般認(rèn)為輸脈波三相橋式

51、電路而言，一般認(rèn)為輸出上限頻率不應(yīng)高于電網(wǎng)頻率的出上限頻率不應(yīng)高于電網(wǎng)頻率的1/31/2。電網(wǎng)頻率。電網(wǎng)頻率為為50Hz時(shí)，交時(shí)，交-交變頻電路的上限頻率約為交變頻電路的上限頻率約為20Hz。 6.3 交交-交變頻電路交變頻電路單相交單相交- -交變頻電路交變頻電路 輸入輸出特性輸入輸出特性 2）輸入功率因數(shù)輸入功率因數(shù)。交。交-交變頻電路采用的是相位交變頻電路采用的是相位控制方式，因此其輸入電流的相位總是滯后于輸入控制方式，因此其輸入電流的相位總是滯后于輸入電壓，需要電網(wǎng)提供無功功率。在輸出電壓的一個(gè)電壓，需要電網(wǎng)提供無功功率。在輸出電壓的一個(gè)周期內(nèi)，周期內(nèi)， 角是以角是以90 為中心而前后

52、變化的。輸出電為中心而前后變化的。輸出電壓比壓比 越小，半周期內(nèi)越小，半周期內(nèi) 的平均值越靠近的平均值越靠近90 ，位移，位移因數(shù)越低。同時(shí)，負(fù)載的功率因數(shù)越低，輸入功率因數(shù)越低。同時(shí)，負(fù)載的功率因數(shù)越低，輸入功率因數(shù)也越低。而且不論負(fù)載功率因數(shù)是超前的還是因數(shù)也越低。而且不論負(fù)載功率因數(shù)是超前的還是滯后的，輸入的無功電流總是滯后的。滯后的，輸入的無功電流總是滯后的。 6.3 交交-交變頻電路交變頻電路單相交單相交- -交變頻電路交變頻電路 輸入輸出特性輸入輸出特性 3）輸出電壓諧波輸出電壓諧波。交。交-交變頻電路輸出電壓的諧波交變頻電路輸出電壓的諧波頻譜是非常復(fù)雜的，它既和電網(wǎng)頻率頻譜是非常

53、復(fù)雜的，它既和電網(wǎng)頻率fi以及變流電路以及變流電路的脈波數(shù)有關(guān)，也和輸出頻率的脈波數(shù)有關(guān)，也和輸出頻率fo有關(guān)。有關(guān)。 對(duì)于采用三相橋式電路的交對(duì)于采用三相橋式電路的交-交變頻電路來說，交變頻電路來說，輸出電壓中所含主要諧波的頻率為輸出電壓中所含主要諧波的頻率為 采用無環(huán)流控制方式時(shí)，由于電流方向改變時(shí)死采用無環(huán)流控制方式時(shí)，由于電流方向改變時(shí)死區(qū)的影響，使輸出電壓中增加了區(qū)的影響，使輸出電壓中增加了5fo、7fo等次諧波。等次諧波。,ff,ff,ff,ff,ff,ffoioioioioioi5123121256366 6.3 交交-交變頻電路交變頻電路單相交單相交- -交變頻電路交變頻電路 輸入輸出特性輸入輸出特性 4）輸入電流諧波輸入電流諧波。單相交。單相交-交變頻電路的輸入電交變頻電路的輸入電流波形和可控整流電路的輸入波形類似，但其幅值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-交變頻電路輸入電流諧波頻率為交變頻電路輸入