第4章晶闸管交流变换电路知识课件

交交变频和交直交变频的比较
➢和交直交变频电路比较，交交变频电路的优点:
✓只用一次变流，效率较高; ✓可方便地实现四象限工作; ✓低频输出波形接近正弦波;
➢缺点是:
✓接线复杂，采用三相桥式电路的三相交交变频器至少要用36只晶闸管; ✓受电网频率和变流电路脉波数的限制，输出频率较低; ✓输入功率因数较低; ✓输入电流谐波含量大，频谱复杂。
VT
6
c
任一相导通须和另一相构成回路 n ' 电流通路中至少有两个晶闸管，应采
用双脉冲或宽脉冲触发
u
c
VT
负载
2
a)
三相交流调压电路 三相三线
触发脉冲顺序和三相桥式全控整流电 路一样，为VT1~ VT6,依次相差60°
相电压过零点定为a的起点， a角移
相范围是0°~ 150°
4.2.2三相交流调压电路
b
n
uc
uc c
c
c ) 图 三相交流调压电路
d)
a) 星形联结
图
4
-9
b)
线路控制三角形联结
c) 支路控制三角形联结 d) 中点控制三角形联结
4.2.2三相交流调压电路
根据星形联结电路不同
三相三线 0'
a
➢ 三相三线，电阻负载时的情况
u
a VT
VT
3
4
b n
u b VT
5
✓ uo由若干段电源电压拼接而成，在uo的 一个周期内，包含的电源电压段数越多，
其波形就越接近正弦波
4.1.1单相交交变频电路
三.实际工作波形
uo O
➢考虑无环流工作方式下io过零
的死区时间，一周期可分为6段：
第1段io <0， uo >0，反组逆变 第2段电流过零，为无环流死区 第3段io >0， uo >0，正组整流
2 U 1 R siwn t 2dwtU R 1 1 2(1a s2 i2 a n)
功率因数： P SU U 1 oIIo oU U 1 o2 1 si2a n a
输出电压与a的关系: 移相范围为0≤ a ≤π。
a =0时，输出电压为最大， Uo=U1。随a的增大，Uo降低， a =π时， Uo =0。
a=0时刻仍定为u1过零的时刻，
a的移相范围应为j ≤ a ≤π
O
w t 工作过程分析
uG1
0 .6
在ωt = a时刻开通VT1，负载电流满足
u
O
G2
O uo
wt wt
L dio dt
R io
2U1 sinwt
O
wt
io wta 0
io
解方程得：
O uVT
O
图 4-2
wt
wj aj io2 Z U 1 sin t() sin ) (e a t j w g t a w t a
平均值为负，电网吸收能量，
电动机为发电状态。
4.1.2三相交交变频电路
➢交交变频电路主要应用于大功率交流电机调速系统， 通常使用的是三相交交变频电路。
➢三相交交变频电路由三组输出电压相位各差120°的 单相交交变频电路组成。
按照电路接线方式 的不同，分为：
输出星形联结方式 公共交流母线进线方式
4.1.2三相交交变频电路
i VT
a
1
U
a0'
a
➢ 三相四线
u
a VT
VT
3
4
b n
u b VT
5
VT
6
c
基本原理：相当于三个单相交流调压
n'
电路的组合，三相互相错开120°工
作。基波和3倍次以外的谐波在三相
之间流动，不流过零线
u
c
VT
负载
2
b)
问题：三相中3倍次谐波同相位，全 部流过零线。零线有很大3倍次谐波
电流。a90°时，零线电流甚至和
4.1.1单相交交变频电路
一.电路构成和工作原理
1、电路构成
➢由P组和N组反并联的晶闸管 变流电路构成。
➢变流器P和N都是相控整流电路。
2、工作原理
➢P组工作时，负载电流io为正 ➢N组工作时，io为负 ➢两组变流器按一定的频率交替工
作，负载就得到该频率的交流电
✓改变两组变流器的切换频率，就可 改变输出频率wo
wt
u00, uV1 Tu1, uVT 2u1
O
wt
O
wt
图 电阻负载单相交流调压电路及其波形
4.2.1单相交流调压电路
2、数量关系
负载电压有效值：U o 1 a 2 U 1 sw itn 2d w t U 12 1 s2 ian a
负载电流有效值：I o 晶闸管电流有效值：
Uo
R
IT2 1 a
4.1.2三相交交变频电路
二.输出星形联结方式 电路特点：
a)
b)
图4-25 输出星形联结方式 三相交交变频电路 a）简图 b）详图
➢三组的输出端是星形联结，电动机的三个绕组 也是星形联结。
➢电动机中点不和变频器中点接在一起，电动机 只引出三根线即可。
➢因为三组的输出联接在一起，其电源进线必须 隔离，因此分别用三个变压器供电。
并不着意调节输出平均功率，而只是根据需要接通或断开电路。
4.2.1单相交流调压电路
一．电阻负载
VT1 io
VT2
u1
uo R
u1
O
wt
uo
O
wt
io
O
wt
uVT
u1
u1
O uo
O io
O uVT
VT1 io
VT2
uo
1、工作原理
当wta时，触 V1T， 发 V1T导通，
R
u0u1, uVT10, uVT20
第四章 晶闸管交流变换电路
第一节 交－交变频器 第二节 交流调压电路
4.1 交－交变频器
本节讲述：晶闸管交交变频电路，也称周波变流器
交交变频器实际上是由晶闸管全控整流电路组合而 成的交流电路，通过对各全控整流电路输出电压大 小和方向的组合控制，使负载得到一个电压和频率 可控的交流电。
广泛用于大功率交流电动机调速传动系统，实用的 主要是三相输出交交变频电路
wt
利用边界条件：ωt
=
a
+θ时
io
=0,可求得θ：
sia n (j)sia n (j)etg j
VT2导通时，上述关系相同，只是io极性相反，相位差180°
4.2.1单相交流调压电路
以上讨论 a的 j的 是情形。
当 a＝ j时， ＝ ，此时导通 零的 关晶 断闸 时管 ， 闸过 恰 管好 被一 触个 发晶 导通。
✓改变变流电路的控制角a，就可以 改变交流输出电压的幅值。
图4-1 单相交交变频电路 原理图和输出电压波形
➢为使uo波形接近正弦波，可按正弦 规律对a角进行调制
✓在半个周期内让P组a 角按正弦规律从 90°减到0°或某个值，再增加到90°， 每个控制间隔内的平均输出 电压就按正 弦规律从零增至最高，再减到零。另外 半个周期可对N组 进行同样的控制。
没有下降为零，则
VT
在
2
wt
a 时不会
被触发导通。若加窄脉
冲的话，此时
VT 2
不能导通，剩下的半个
周期
VT
就没有导
2
通的机会了。只有给
VT
一直加脉冲，等
2
到 i 0 下降到零，此时
VT
承受正向电压，
2
才可以被触发导通。因
此，实际上 a j 时
的电路相当工作在
a ＝ j 的状态。所以
阻感负载的交流调压器
➢由于输出端中点不和负载中点相联接，所以在 构成三相变频电路的六组桥式电路中，至少要 有不同输出相的两组桥中的四个晶闸管同时导 通才能构成回路，形成电流。
➢和整流电路一样，同一组桥内的两个晶闸管 靠双触发脉冲保证同时导通。
➢两组桥之间则是靠各自的触发脉冲有足够的 宽度，以保证同时导通。
4.1.2三相交交变频电路
一.公共交流母线进线方式
电路特点：
➢由三组彼此独立的、输出电压相位相互 错开120°的单相交交变频电路构成。
➢电源进线通过进线电抗器接在公共的 交流母线上
➢因为电源进线端公用，所以三组的 输出端必须隔离。为此，交流电动机 的三个绕组必须拆开。
➢主要用于中等容量的交流调速系统中
图 4-24
图4-24 公共交流母线进线三 相交交变频电路（简图）
此时 i0， Z 2Usiw nt (j)
u1
O
wt
G1
Oa
G2
O io
i
T
a
1
wt wt j
Oa
wt
iT2
图 4-5
a<j时阻感负载交流调压电路工作波形
当 a j 时，则按控制角
a 触发晶闸管时，
原已导通的晶闸管尚未
关断，即
VT
导通
1
期间， u VT 2 0 。所以当 w t a 时， i 0 并
各相电流的有效值接近。
三相交流调压电路 三相四线
wt 第4段io >0， uo <0，正组逆变 第5段又是无环流死区
io
第6段io <0， uo <0，为反组整流
O
1
3
4
6
➢当uo和io的相位差小于90°时， wt 一周期内电网向负载提供能量
的平均值为正，电动机工作在
电动状态；
2
5
➢当二者相位差大于90°时，一