《電力電子技術(shù)》第五版第6章交流交流變流電路.ppt

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1、第六章 交流交流變流電路 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) 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 直接方式（即無(wú)中 間直流環(huán)節(jié)） 和 間接方式（有中間直流環(huán)節(jié)） 兩 種。 直接方式 交流電力控制電路 ：只改變電壓、電流或?qū)﹄?路的通斷進(jìn)行控制，而 不改變頻率 的電路。 變頻電路 ：改變頻率的電路。 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 6.1 交流調(diào)壓電路 引言 交流電力控制電路 ： 把 兩個(gè)晶閘管反并

2、聯(lián) 后串聯(lián) 在交流電路中，通過(guò)對(duì)晶閘管的控制就可以控制 交流輸出。此電路 不改變交流電的頻率 。 交流電力控制電路的類(lèi)型 交流調(diào)壓電路 ：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，調(diào)節(jié)輸出電壓有效值的電路。 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。 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。 6.1.1 單相交流

3、調(diào)壓電路 O u 1 u o i o u VT w t O w t O w t O w t 圖 6-1 電阻負(fù)載單相交 流調(diào)壓電路及其波形 一、電阻負(fù)載 1、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 。 2、基本的數(shù)量關(guān)系 負(fù)載電壓有效值 Uo ww 2s i n2 1ds i n21 121o UttUU 負(fù)載電流有效值 Io R UI o o 晶閘管電流有效值 IT ) 2 2s i n1( 2 1s i n2 2 1 1 2 1 ww RUtdR tUI T 功率因數(shù) 2s i n 2 1 1 o o1 oo U U I

4、U IU S P 的移相范圍為 0，隨著 的增大， Uo逐 漸降低，輸入電流滯后于電壓且發(fā)生畸變， 逐 漸降低。 VT1 圖 6-2 阻感負(fù)載單相交流 調(diào)壓電路及其波形 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 。 )/(tg 1 RLw 二、阻感負(fù)載 1、工作過(guò)程 在 wt=時(shí)刻開(kāi)通晶閘管 VT1，可求得 導(dǎo)通角 ，即 tg)s i n ()s i n ( e (6-7) 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(xiàn)

5、來(lái)表示。 圖 6-3 單相交流調(diào)壓電路以 為 參變量的 和 關(guān)系曲線(xiàn) 負(fù)載電壓有效值 Uo )22s i n (2s i n 2 1 )()s i n2( 1 1 2 1o ww U tdtUU 晶閘管電流有效值 IVT ww w c os )2c os (s i n 2 )d()s i n ()s i n ( 2 2 1 1 2 tg1 VT Z U tet Z U I t (6-8) (6-9) 2、基本的數(shù)量關(guān)系 負(fù)載電流有效值 Io VTo 2 II 晶閘管電流 IVT的標(biāo)么值 1 VTVTN 2 U ZII 式中 22 )( LRZ w 圖 6-4 單相交流調(diào)壓電路 為參變量時(shí) IV

6、TN和 關(guān)系曲線(xiàn) (6-10) (6-11) 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)。 w t w t w t w t 圖4 - 5 O O O O u 1 i G1 i G2 i o i T1 i T2 圖 6-5 時(shí)阻感負(fù)載交流調(diào)壓電路工作波形 3、 時(shí)的工作情況 87.366 4 3 5.0)86a r c t a n ()a r c t a n ( RX L 6 4 3 5.0 例

7、 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： 1022 LXRZ 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 )(22220 AZII oin )(38722 WRIP inin 功率因數(shù)為 8.022220 3872 o1 IU P in 3 e t a n)6435.03s i n ()6435.03s i n ( 時(shí)，

8、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： 2.1 5 67 2 7.2 實(shí)際上，此時(shí)的功率因數(shù)就是負(fù)載阻抗角的余弦。 8.0 )727.26435.032c o s (727.2s i n727.2 102 220 )(55.13 A )(16.19 AIII VToin c os )2c os (s i n 2 1 VT Z UI )(29372 WRIP inin 697.016.19220 2937 o1 IU P in R L 圖4 - 7 u 1 i 1 u o V 1 V 2 VD 1 VD 2 V 3 V 4 VD 4 VD 3 圖 6-7 斬控式交

9、流調(diào)壓電路 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 ton，開(kāi)關(guān)周期為 T， 則導(dǎo)通比 =ton/T ， 通過(guò)改變 來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。 圖 6-8 電阻負(fù)載斬控式交流調(diào)壓電路波形 三、斬控式交流調(diào)壓電路 1、工作原理 R L 圖4 - 7 u 1 i 1 u o V 1 V 2 VD 1 VD 2 V 3 V 4 VD 4 VD 3 圖 6-7 斬控式交流調(diào)壓電路 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

10、波器即可濾除，這時(shí)電路的功 率因數(shù)接近 1。 圖 6-8 電阻負(fù)載斬控式 交流調(diào)壓電路波形 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)結(jié) 分為 三相三線(xiàn) 和 三相四線(xiàn) 兩種 情況。 三相四線(xiàn) 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(xiàn)， 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(xiàn)。 圖 6-9 a)星形聯(lián)結(jié) 一、星形聯(lián)結(jié)電路 當(dāng) =90 時(shí)，零線(xiàn)電流甚 至和各

11、相電流的有效值接近。 三相三線(xiàn)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)?脈沖觸發(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 6-9 a)星形聯(lián)結(jié) 圖 6-10 不同 角時(shí)負(fù)載相電壓波形 a)=30 b)=60 把 相電壓過(guò)零點(diǎn) 定為開(kāi) 通角 的起點(diǎn)，三相三線(xiàn)電 路中，兩相間導(dǎo)通時(shí)是靠 線(xiàn)電壓導(dǎo)通的，而線(xiàn)電壓 超前相電壓 30 ，因此 角 的移相范圍是 0 150 。 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 流是否連續(xù)可將 0 150 的移相范圍分為如下三段 圖 6-10

12、 不同 角時(shí)負(fù)載相電壓波形 a)=30 b)=60 0 60 范圍內(nèi)， 電路處于 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。 60 90 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 。 圖 6-10 不同 角時(shí)負(fù)載相電壓波形 c)=120 90 150 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 -。 圖 6-9 三相

13、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(xiàn)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(xiàn)電流（即電源電流）為 與該線(xiàn)相連的兩個(gè)負(fù)載相電 流之和。 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) 6.2.1 交流調(diào)功電路 2 N M 電源周期 控制周期 = M 倍電源周期 = 2 4 M O 導(dǎo)通段 = M 3 M 2 M u o u 1 u o , i o w t U 1 2 0 12 14 諧波次數(shù) 相對(duì)于電源頻率的倍數(shù) 2 4 6 10 8 0.6 0.5 0.

14、4 0.3 0.2 0.1 0 5 1 2 3 4 I n / I 0m 圖 6-11 交流調(diào)功電路典型波形 (M=3、 N=2) 圖 6-12 交流調(diào)功電路的電流頻譜圖 (M=3、 N=2) 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。 交流調(diào)功電路 1、工作原理 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。 如果以電源周期為基準(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。 諧波分析 6.2

15、.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。 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 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 。 一、電路構(gòu)成和基本工作

16、原理 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。 1、電路構(gòu)成 Z P N 輸出電壓 平均輸出電壓 O u o u o P = 0 P = 2 P = 2 w t 圖 6-13 單相交交變頻電路原 理圖和輸出電壓波形 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。 輸出頻率 w0 改變兩 組變流器的 切換頻率 。 交流輸出電壓的幅值 改變變流電路工作時(shí)的 控 制角 。 2、工作原理 圖 6-13 單相交交變頻電路原 理圖和輸出電壓波形 為使 uo

17、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。 Z P N 輸出電壓 平均輸出電壓 O u o u o P = 0 P = 2 P = 2 w t 圖 6-13 單相交交變頻電路原 理圖和輸出電壓波形 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。 Z P N 輸出電壓 平均輸出電壓 O u o u o P = 0 P = 2 P = 2

18、 w t 圖 6-14 理想化交交變頻電 路的整流和逆變工作狀態(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。 二、整流與逆變工作狀態(tài) 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。 圖 6-14 理想化交交變頻電 路的整流和逆變工作狀態(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

19、率 為負(fù)。 二、整流與逆變工作狀態(tài) 1、工作狀態(tài) 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)。 哪組變流電路工作由 io方向 決定，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。 結(jié)論 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

20、 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。 圖 6-15 單相交交變頻電路輸出電壓和電流波形 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)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 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

21、均值 c o sd0o Uu 式中 Ud0為 =0時(shí)整流電路的理想空載電壓。 (6-15) 三、 輸出正弦波電壓的調(diào)制方法 要得到的正弦波輸出電壓 tUu oomo s in w 比較式 (6-15)和 (6-16)，應(yīng)使 ttUU oo d0 om s ins inc o s ww 式中， 稱(chēng)為輸出電壓比， )10( d0 om U U )si n(c o s o1 tw (6-16) (6-17) (6-18) 圖4 - 2 1 u 2 u 3 u 4 u 5 u 6 u 1 u s2 u s3 u s4 u s5 u s6 u s1 u o P3 P4 w t w t 圖 6-16 余弦

22、交點(diǎn)法原理 余弦交點(diǎn)法圖解 線(xiàn)電壓 uab、 uac、 ubc、 uba、 uca和 ucb依次用 u1u6表示， 相鄰兩個(gè)線(xiàn)電壓的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)于 =0。 圖4 - 2 1 u 2 u 3 u 4 u 5 u 6 u 1 u s2 u s3 u s4 u s5 u s6 u s1 u o P3 P4 w t w t 圖 6-16 余弦交點(diǎn)法原理 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(xiàn)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

23、電壓 us1us6的下降段和 uo的交點(diǎn) 來(lái)決定。 = 0 = 0 . 1 相位控制角 / ( ) 輸出相位 w 0 t 圖4 - 2 2 1 2 0 1 5 0 1 8 0 30 60 90 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 8 0 . 9 1 . 0 0 . 8 0 . 2 0 . 3 0 . 9 1 . 0 2 2 2 3 圖 6-17 不同 時(shí) 和 wot 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 wot變化的情況如圖 6-17，圖中 )s in(s in 2 )s in(c o s o 1 o 1 t t w w 較小，即輸出電壓 較低時(shí)， 只在

24、離 90 很近的范圍內(nèi)變 化， 電路的輸入功率 因數(shù)非常低。 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 電流波形畸變和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng) 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。 四、輸入輸出特性 1、 輸出上限頻率 圖 6-18 交交變頻電 路的輸入位移因數(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。 在輸出電壓的一

25、個(gè)周期內(nèi)， 角 以 90 為中心 而前后變化。 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。 2、輸入功率因數(shù) 不論負(fù)載功率因數(shù)是滯后的還是超前的， 輸入 的無(wú)功電流總是滯后的。 6.3.2 三相交交變頻電路 圖 6-19 公共交流母線(xiàn)進(jìn)線(xiàn) 三相交交變頻電路（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。 圖 6-19 公共交流母線(xiàn)進(jìn)線(xiàn) 三相交交變頻電路（簡(jiǎn)圖） 由三組彼此獨(dú)立的、輸 出電壓相位相互

26、錯(cuò)開(kāi) 120 的單 相交交變頻電路構(gòu)成。 電源進(jìn)線(xiàn)通過(guò)進(jìn)線(xiàn)電抗 器接在 公共的交流母線(xiàn) 上。 因?yàn)殡娫催M(jìn)線(xiàn)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(xiàn)。 主要用于 中等容量 的交 流調(diào)速系統(tǒng)。 一、電路接線(xiàn)方式 1、 公共交流母線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)方式 圖 6-20 輸出星形聯(lián)結(jié)方式三相交交變頻電路 a）簡(jiǎn)圖 b）詳圖 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(xiàn)即可。 因?yàn)槿M輸出聯(lián)接在一起，其 電源進(jìn)線(xiàn)必須 隔離 ，因此分別用三個(gè)變壓器供電。 2、輸出星形聯(lián)結(jié)方式 圖 6-20 輸出

27、星形聯(lián)結(jié)方式三相交交變頻電路 a）簡(jiǎn)圖 b）詳圖 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。 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 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 oiin 616 lffkf 和 oiin 6 kfff 式中 k=1,2,3, ； l=0,1,2, 。

28、二、 輸入輸出特性 200 t / ms 輸出電壓 單相輸出時(shí) U 相輸入電流 三相輸出時(shí) U 相輸入電流 200 t / ms 200 t / ms 圖 6-21 交交變頻電路的輸入電流波形 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 fi 6fo、 5fi、 5fi 6fo、 7fi、 7fi 6fo、 11fi、 11fi 6fo、 13fi、 13fi 6fo等，其中 5fi 次諧波的幅值最大。 輸入功率因數(shù) 總輸入功率因數(shù)為 S PPP S P cba 三相電路總的 有功功率 為各相有功功率之和。 (6-23) 視在功率 不能簡(jiǎn)單相加，而應(yīng)該由總輸入

29、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)。 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(xiàn)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(xiàn)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

30、電壓。 三、改善輸入功率因數(shù)和提高輸出電壓 直流偏臵 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，但變頻器 輸出線(xiàn)電壓 并不改變。 u A N 的基波分量 圖4 - 2 7 u O t u AB u A N u B N 圖 6-22 梯形波控制方式 的理想輸出電壓波形 相當(dāng)于給相電壓中疊加了三 次諧波，也稱(chēng)為 交流偏臵 。 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(xiàn)電壓中，三次諧 波相互抵消，結(jié)果線(xiàn)電壓

31、 uAB仍 為正弦波。 梯形波輸出控制方式 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電壓提高約 15%。 交交變頻電路是一種 直接變頻電路 。 交交變頻電路的優(yōu)缺點(diǎn)（ 和交直交變頻電路比較） 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 。 優(yōu)點(diǎn) 接線(xiàn)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

32、 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)裝臵、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)。 缺點(diǎn) 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 3 3矩陣。 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。 優(yōu)點(diǎn) 本章小結(jié) 本章的要點(diǎn)如下 交流 交流變流電路的分類(lèi)及其基本概念 。 單相交流調(diào)壓電路的電路構(gòu)成 ， 在電阻負(fù)載和 阻感負(fù)載時(shí)的工作原理和電路特性 。 三相交流調(diào)壓電路的基本構(gòu)成和基本工作原理 。 交流調(diào)功電路和交流電力電子開(kāi)關(guān)的基本概念。 晶閘管相位控制交交變頻電路的電路構(gòu)成 、 工作 原理和輸入輸出特性 。 各種交流 交流變流電路的主要應(yīng)用 。 矩陣式交交變頻電路的基本概念 。