关于交流交流变换电路课件
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电力电子应用技术最新版精品课件-第四章交流-交流变换电路
t
不通io过零后， VT2开通， VT2导通角小于π； iG1
➢ 原有的io表达式仍适用，只是α ≤ωt <∞；
O iG2
➢
过渡过程和带R-L负载的单相交流电路在ωt = α (α
O io
iT1
t t
< φ)时合闸的过渡过程相同；
O iT2
t
➢ io由两个分量组成：正弦稳态分量、指数衰减分量； <时阻感负载图交4-流5 调压电路工作波形
交流调功电路：以交流电周期为单位控制晶闸管的通断，改变通态周期数和断态 周期数的比，调节输出功率平均值的电路。
交流斩波调压电路：改变占空比，调节输出电压有效值。 交流电力电子开关：串入电路中根据需要接通或断开电路的晶闸管。
■ 应用 灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）
异步电动机软起动
异步电动机调速
VD1 V1
i1
斩波控制
u1
V2 VD2
斩波控制
V3
VD4
R
uo
VD3 V4 L
续流通道 续流通道
图4-9 交图流4斩-波7 调压电路图
■ 特性
4.3 交流斩波电压电路
➢ 电源电流的基波分量和电源电压同相位， 即位移因数为1；
➢ 电源电流不含低次谐波，只含和开关周期 T有关的高次谐波；
➢ 功率因数接近1。
图4-7 三相交流调压电路基本形式及输出波形
4.2 交流调功电路
■ 交流调功电路——以交流电源周波数为控制单位 ■ 交流调功电路 VS 交流调压电路
➢ 相同点：电路形式完全相同
➢ 不同点：控制方式不同——将负载与电源接通几个周波，再断开几个周波， 改变通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均
第5章 交流-交流变换电路
5.1 交流电力控制电路
交流电力控制电路只改变交流电压、 交流电力控制电路只改变交流电压、电流的幅值或对交流电 路进行通断控制，而不改变交流电的频率。它包括交流开关、 路进行通断控制 ，而不改变交流电的频率。 它包括交流开关 、 交流调功和交流调压等； 交流调功和交流调压等；交流电力控制电路主要采用即通断 控制或相位控制方式。 控制或相位控制方式。 交流开关和交流调功主要采用通断控 而交流调压通常采用相位控制。 制，而交流调压通常采用相位控制。 1）通断控制。即把晶闸管作为开关，将负载与交流电源接通 ）通断控制。即把晶闸管作为开关， 几个周期，然后再断开一定周期，通过改变通断时间比值达 几个周期， 然后再断开一定周期， 到调压目的。这种控制方式电路简单，功率因数高， 到调压目的 。 这种控制方式电路简单， 功率因数高， 适用于 较大时间常数的负载；缺点是输出电压或功率调节不平滑。 较大时间常数的负载；缺点是输出电压或功率调节不平滑。 2）相位控制。它使晶闸管在电源电压每一周期内选定的时刻 ）相位控制。 将负载与电源接通， 将负载与电源接通 ，改变选定的导通时刻就可达到调压的目 的。
第5章 交流 交流变换电路 章 交流-交流变换电路
本章要点
交流开关、 交流开关、交流调功和交流电压调节的基本工作原 理和应用电路分析； 理和应用电路分析； 相位控制和通断控制的概念； 相位控制和通断控制的概念； 不同负载时，单相和三相交流调压电路的结构、 不同负载时，单相和三相交流调压电路的结构、工 作原理、波形分析； 作原理、波形分析； 单相和三相交-交变频电路的电路结构 工作原理。 交变频电路的电路结构、 单相和三相交 交变频电路的电路结构、工作原理。
如果使晶闸管交流开关在端电压为零或零附近瞬间接通， 如果使晶闸管交流开关在端电压为零或零附近瞬间接通，利 用管子电流小于维持电流使管子自行关断， 用管子电流小于维持电流使管子自行关断，就可使电路波形 为正弦整周期形式，这样可以避免高次谐波的产生。 为正弦整周期形式，这样可以避免高次谐波的产生。这种触 发方式称为过零触发或零触发。 发方式称为过零触发或零触发。交流零触发开关对外界的电 磁干扰最小。用交流零触发开关实现功率调节的方法如下： 磁干扰最小。用交流零触发开关实现功率调节的方法如下： 在设定的周期T 在设定的周期 C内，用零电压开关接通几个周波然后断开几 个周波，改变晶闸管在设定周期内的通断时间比例， 个周波，改变晶闸管在设定周期内的通断时间比例，可调节 负载上的交流平均电压，即可达到调节负载功率的目的。 负载上的交流平均电压，即可达到调节负载功率的目的。这 种装置也称为调功器或周波控制器。 种装置也称为调功器或周波控制器。
第6章 交流-交流变换电路
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.
Ud Uo
a cos 1 ( sin w 0t )
其中
U om U do
4) 无环流控制及有环流控制
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存在电 流同时通过。
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
Sij闭合Sij=1， 否则 Sij=0
控制系数S11、S12、S13，可使uu具有三相输 入包络线内的任意波形。 注意组合系数S11、S12、S13是随时间变化的
6-3-1 矩阵式交交变频器结构与工作原理
6.2.1单相交-交变频电路
2) 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: U o U om sin w0t 整流电路输出平均电压: U d U do cos a
U do :整流器理想空载电压
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。
6-2-2 三相交交变频电路
交-交变频器主要用于交流调速系统中， 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。
本章小结
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控整流装置既可整流， 也可以有源逆变来实现交-交变频。
Ud Uo
a cos 1 ( sin w 0t )
其中
U om U do
4) 无环流控制及有环流控制
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存在电 流同时通过。
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
Sij闭合Sij=1， 否则 Sij=0
控制系数S11、S12、S13，可使uu具有三相输 入包络线内的任意波形。 注意组合系数S11、S12、S13是随时间变化的
6-3-1 矩阵式交交变频器结构与工作原理
6.2.1单相交-交变频电路
2) 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: U o U om sin w0t 整流电路输出平均电压: U d U do cos a
U do :整流器理想空载电压
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。
6-2-2 三相交交变频电路
交-交变频器主要用于交流调速系统中， 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。
本章小结
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控整流装置既可整流， 也可以有源逆变来实现交-交变频。
交流-交流变换电路课件
当io过零后，VT1关断，VT2的触发宽脉冲尚未消失（参 见图5-7），VT2就会正常开通。
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.2 阻感性负载
因为α＜φ，VT1提前 开通，负载L被过充电，其 放电时间也将延长，使得 VT1的导通角大于π，并使 VT2推迟开通，VT2的导通 角自然小于π。 在这种情况下，式5-5 和式5-6所解得的io表达式 仍是适用的，只是ωt的适 用范围不再是α≤ωt≤α+θ， 而是扩展到α≤ωt＜∞。
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.2 阻感性负载
α=φ时，io电流中只有稳态分量io1，uo=u1，输出电压、电 流波形为连续正弦，θ=π。 调压电路不起调压作用，处于“失控”状态。此时θ=f（α， φ）关系如图5-5中θ=180°的各点。
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.2 阻感性负载
如上所述，阻感性负载时α的移相范围为φ≤α＜π。 然而，α＜φ时，并非电路不能工作。 对于任一阻抗角φ的负载，当φ＜α＜π时，晶闸管的导通角 θ小于π，如图5-5所示。 当α=π时，θ=0，uo=0；α越小，θ越大； 当α从π至φ逐步减小时（不包括α=φ这一点），θ逐步从零 增大到接近π，负载上的电压有效值Uo也从零增大到接近U1， 负载电流io断续，输出电压uo为缺口正弦波，电路有调压功能。
I VT
U1 1 1 1 2U1 sin t π- sin 2 d(t ) 2π R R 2 2π π
π
2
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.2 阻感性负载
电路课件第3章 交流电路
退出
3.2 正弦量的 相量表示法
例3 求正弦量i (t) =–5cos(100 t-π/3)A和
长
i1 (t) = 5cos(314t + 2π/3)V 对应的振幅相量
沙 理
解：
工
大
学 计
i (t) = 5cos(π+100 t–π/3) = 5cos(100 t + 2π/3）
信
工 程
是已知的，可不必考虑。
学
院 制
故一个正弦量可用幅值和初相角两个特征量
作
来确定。
比照复数和正弦量，正弦量可用复数来表示。
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3.2 正弦量的 相量表示法
相量—专门用于表示正弦量的复数
设正弦电压 ： u(t) = Umcos(ωt +ψ)
长 沙 理
u的振幅相量: UmUmej= Um e jψ= Um∠ψ
院
制 作
(3) 初相位
i
T
正弦量的计时起点的相位。
Im
/w O
2 twt
3.1 正弦交流 电的基本概念
例
i
100
已知正弦电流波形如图，w＝103rad/s，（1） 写出i(t)表达式；
长 沙
50
（2）求最大值发生的时间t1
理 工
t 解 i(t)10 c0 o1s30 t()
大 学
0 t1
i , Im , I
第 1-10 页 前一页 下一页
退出
3.2 正弦量的 相量表示法
1、 复数A的表示形式
Im
b
A
|A|
长 沙
直角坐标：A = a + jb
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（2）电感性负载的工作情况
当电源电压反向过零时，由于负载电感产生感应
电动势阻止电流变化，故电流不能立即为零，此
时晶闸管导通角θ的大小，不但与控制角α有关，
而且与负载阻抗角φ有关。两只晶闸管门极的起始控制点分来自定在电源电压每个半周的起始点，
α的最大范围是
。
单相交流调压可归纳以下三点：
① 带电阻性负载时，负载电流波形与单相桥式 可控整流交流侧电流波形一致，改变控制角α可 以改变负载电压有效值。
VT5 W
N
RU
VT4 iU RV
VT6 iV RW
VT2 iW iN
VT1
4
RU
U
1
VT26
RV
V
3
W
VT3
2
RW
5
N
图5-154-14
它由3个单相晶闸管交流调压器组合而成，其公 共点为三相调压器中线，每一相可以作为一个单 相调压器单独分析，其工作原理和波形与单相交 流调压相同。
在晶闸管交流调压电路中，每相负载电流为正 负对称的缺角正弦波，它包含有较大的奇次谐波 电流，3次谐波电流的相位是相同的，中性线的电 流为一相3次谐波电流的三倍，且数值较大，这种 电路的应用有一定的局限性。
② 带电感性负载时，不能用窄脉冲触发，否则 当α<φ时会发生有一个晶闸管无法导通的现象， 电流出现很大的直流分量。
③ 带电感性负载时，α的移相范围为φ ~180度 ， 带电阻性负载时移相范围为0 ~180度。
5.2.3、三相交流调压电路
1、负载Y形连接带中性线的三相交流调压电路
VT1 U
VT3 V
u
uu
uv
uw
(a) 0 π/3 π
2π
t
图5-19
ug (b)
12
34 5 61
0
VT1
t
VT2
(c)
VT3 VT4
VT5
VT6
uRU
uu
(d) 0
uRU
t
三相全波星形无中线调压电路α=30º时的波形
③ 控制角α=60º α=60º情况下的具体分析与α=30º相似。下图
是α=60º时的脉冲分配图、导通区间和U相负载 电压波形。 归纳α=60º时的导通特点如下：每个晶闸管导 通120º ；每个区间由两个晶闸管构成回路。
4、三对反并联晶闸管连成三相三线交流调压电路
VT1 U
VT3 VT4 V
VT5 VT6 W
VT2
RU RV
RW
图5-17
RUV RWU
RVW
对触发脉冲电路的要求是： ① 三相正(或负)触发脉冲依次间隔120度，而
每一相正、负触发脉冲间隔180度。 ② 为了保证电路起始工作时能两相同时导通，
3、晶闸管接于Y形负载中性点的三相交流调压电路
U
R
iU
R V
VT1 VT3
R
VT2
W
u(i)
uU iU
图5-16
0
t
5-16
要求负载是三个分得开的单元，从图中电流波形可见，输出 电流出现正负半周波形不对称，但其面积是相等的，所以没 有直流分量。此电路使用元件少，触发线路简单，但由于电 流波形正负半周不对称，存在偶次谐波，对电源干扰较大。
归纳α=0º时的导通特点如下：每管持续导通180º； 每60º区间有三个晶闸管同时导通。
u
uu
uv
uw
(a) 0
ug 1 2 3 4 5 6 (b)
0 VT1 VT2 (c) VT3 VT4 VT5 VT6
uRU
(d) 0
t
t 图5-18
t
三相全波星形无中线调压电路α=0º时的波形
② 控制角α=30º
关于交流交流变换电路
5.2、晶闸管交流调压器
交流调压电路常由晶闸管组成，用于调节输出电 压的有效值。晶闸管交流调压器具有体积小、重量 轻的特点。输出是交流电压，但不是正弦波形，谐 波分量大，功率因数也较低。
交流调压控制常用相位控制。它是使晶闸管在电 源电压每一周期中、在选定的时刻将负载与电源接 通，改变选定的时刻可达到调压的目的。
以及在感性负载和控制角较大时，仍能保持两相 同时导通，与三相全控整流桥一样，要求采用双 脉冲或宽脉冲触发。
③为了保证输出电压对称可调，应保持触发脉 冲与电源电压同步。
（1）三相调压电路在纯电阻性负载时的工作情况 ① 控制角α=0º
在各相的正半周正向晶闸管导通，而负半周反向 晶闸管导通，所以负载上获得的调压电压仍为完 整的正弦波。 α=0º时如果忽略晶闸管的管降压， 此时调压电路相当于一般的三相交流电路，加到 其负载上的电压是额定电源电压。下图为U相负 载电压波形。
2、晶闸管与负载连成内三角形的三相交流调压电路
U
R
VT2
VT4
VT5 R
VT1 VT3
图5-15
V
R
W
VT6
电路优点：因晶闸管串接在三5角-1形5 内部，流过的是相电流，在 同样线电流情况下，管子的容量可降低，另外线电流中无3的 倍数次谐波分量。缺点是：只适用于负载是三个分得开的单元 的情况，其应用范围有一定的局限性。
5.2.1、单相交流调压电路
1、单相调压电路的结构和工作原理(电阻性负载)
（1）电路结构和工作原理波形
VT1
U g1
u2 (ug )
u2
Ug2 VT2 u
R
U g1
U g2
0
1 2
u
U g1 t
0
u2
uR
图5-7
(a)
（2）仿真与实验波形
t (b)
(a) α=30˚ (b) α=60˚
(c)α=90˚
u
uu
uv
uw
(a) 0
π/3
π
2π
t
图5-20
ug 6 1 2 3 4 5 6 (b)
0
VT1
t
VT2
(c)
VT3 VT4
VT5
VT6
uRU
uu
(d) 0
uRU
t
三相全波星形无中线调压电路α=60º时的波形
④ 触发角α=90º
归纳α=90º时的导通特点如下：每个晶闸管通 120º，各区间有两个管子导通。 ⑤ 触发角α=120º 归纳α=120º时的导通特点如下：每个晶闸管触 发后通30º，断30º，再触发导通30º；各区间要么 由两个管子导通构成回路，要么没有管子导通。
各相电压过零30º后触发相应晶闸管。以U相为例， uU过零变正30º后发出VT1的触发脉冲ug1，uU过零 变负30º后发出VT4的触发脉冲ug2 。
归纳α=30º时的导通特点如下：每管持续导通150º； 有的区间由两个晶闸管同时导通构成两相流通回 路，也有的区间三个晶闸管同时导通构成三相流 通回路。
(d) α=120˚ 单相交流调压器带电阻性负载不同控制角时的仿真和实验波形
2、单相调压电路的结构和工作原理(阻-感负载)
（1）电路结构和工作原理波形
i2 VT1
U g1
u2
Ug2 VT2 u
L
R
(a)
图4-3
u2 (ug )
U g1
U g2
0
i
iB i2
0 is
i2
u
U g1 t
i2 t
0
t
(b)