交-交变频电路课件
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第6章 交直交变频电路基础PPT课件
+ E BZ
CZ
00 ~600
600 ~1200
1200 ~1800
9
6.1 变频器的基本概念
三.逆变器中的电子开关 1.逆变器对电子开关的要求： ➢对正向电流既能控制开通，又能控制关断。 ➢高开关速度和低能量损耗。 ➢有足够的电压和电流定额。 ➢提供滞后电流通路。 采用逆导型电力电子开关(由单向导电电子开关与开关二极管反并联而成) 2.器件换流方式：电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称换相 自换流型：采用全控型器件。 强迫换流：附加强迫换流环节实现晶闸管的关断。 负载换流：利用负载电流自然过零实现晶闸管的关断。
第六章 交-直-交变频电路基础
第一节 变频器的基本概念 第四节 全控型器件逆变器
1
6.1 变频器的基本概念
一.变频器的基本工作原理
1.变频器的电路构成
A C
D C
D C
A C
整 流 器 滤 波 器 逆 变 器
输 入
输 出
整流器:将固定频率和电压的交流电能整流为直流电能, 可以是不可控的，也可以是可控的。
根据调制波形的不同，可分为：
单脉冲调制：在输出电压波形的半周期内只有一个脉冲。
多脉冲调制：在输出电压波形的半周期内有多个脉冲。
正弦波脉宽调制：在输出电压波形的半周期内为多脉冲调制，而且每个 脉冲的宽度按正弦规律变化。
6
6.1 变频器的基本概念
二.变频器中逆变器的基本类型 1.按直流输入端滤波器分类 电压型逆变器： 中间直流环节采用大电容作为滤波器， 逆变器的输入电压平直且电源阻抗很小， 类似于电压源。 电流型逆变器：中间直流环节采用大电感作为滤波器， 逆变器的输入电流平直且电源阻抗很大， 类似于电流源。
CZ
00 ~600
600 ~1200
1200 ~1800
9
6.1 变频器的基本概念
三.逆变器中的电子开关 1.逆变器对电子开关的要求： ➢对正向电流既能控制开通，又能控制关断。 ➢高开关速度和低能量损耗。 ➢有足够的电压和电流定额。 ➢提供滞后电流通路。 采用逆导型电力电子开关(由单向导电电子开关与开关二极管反并联而成) 2.器件换流方式：电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称换相 自换流型：采用全控型器件。 强迫换流：附加强迫换流环节实现晶闸管的关断。 负载换流：利用负载电流自然过零实现晶闸管的关断。
第六章 交-直-交变频电路基础
第一节 变频器的基本概念 第四节 全控型器件逆变器
1
6.1 变频器的基本概念
一.变频器的基本工作原理
1.变频器的电路构成
A C
D C
D C
A C
整 流 器 滤 波 器 逆 变 器
输 入
输 出
整流器:将固定频率和电压的交流电能整流为直流电能, 可以是不可控的，也可以是可控的。
根据调制波形的不同，可分为：
单脉冲调制：在输出电压波形的半周期内只有一个脉冲。
多脉冲调制：在输出电压波形的半周期内有多个脉冲。
正弦波脉宽调制：在输出电压波形的半周期内为多脉冲调制，而且每个 脉冲的宽度按正弦规律变化。
6
6.1 变频器的基本概念
二.变频器中逆变器的基本类型 1.按直流输入端滤波器分类 电压型逆变器： 中间直流环节采用大电容作为滤波器， 逆变器的输入电压平直且电源阻抗很小， 类似于电压源。 电流型逆变器：中间直流环节采用大电感作为滤波器， 逆变器的输入电流平直且电源阻抗很大， 类似于电流源。
交-交变频器原理
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图8－4 (a)f 0 /fI =1/2 (b)f0 /fI =1/3 (c)f 0 /fI =1/6
在交－交变频器中，为了减小谐波含量，降低负载转矩脉动，通常应保证f 0 /f I < 1/3，即f 0 <16.7 Hz 。这也是交－交变频器更 适用于低频低速的应用场合的原因。
图8－3
/dldz/xxyd/jjbp/jjbp_right2.htm[2011-3-31 13:29:51]
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三相零式交交变频器中每一相都是由反并联的两个三相半波整流电路组成，其半波整流电路的基本输出电压与控制角的关 系为： Ud = 1.17 U2 cosa 因为控制角a可以在 0 至 p 之间变化，因此输出电压Ud 可正可负，从而产生交流电压输出，但是一个整流电路只能输出单 一方向的电流，通过正、负两组整流器反并联，即可以产生交流输出电流，从而实现交流输入到交流输出的直接变换。通过控 制电路使三相整流器的工作各差120°，从而实现三相输出，而三相的基本工作原理是相同的。 交－交变频器的输出电压 返回页首 由于三相零式交－交变频器的输出电压波形是由各段整流电压拼接而成，各段电压的平均值按低频正弦变化。因为三相零式 整流电路的平均直流输出电压最大值为相控角 a＝0 时的整流电压：
因此交－交变频器每相输出电压的有效值为：
在理想情况下，用三相零式整流器组成交－交变频器时，其最大输出相电压有效值可以达到电源相电压的83％。在实际运 行中，为了不造成逆变工况的颠覆，a角不能小于某个极限值amin ，以便为逆变的晶闸管留有换相重叠角和恢复阻断的时间。 所以实际情况下相控整流器每相最大输出电压为：
/dldz/xxyd/jjbp/jjbp_right2.htm[2011-3-31 13:29:51]
交交变频电路上课讲义
4.1.1 单相交流调压电路
wt = a 时刻开通晶闸管
180
VT1，可求得θ
q
sia n(qj)sia n(j)etg j 140
（4－7） 100
q/(°)
当a=j时 θ =π 当a>j时 θ <π
以j 为参变量，利用（4 －7)可把a 和θ 的关系表
示成右图。
60
20
0 20 60 100 140 180
uo
λ与 a 的关系:
a =0时，功率因数λ =1， a 增大，输入电流滞后于电压
且畸变，λ降低。
O
wt
io
O
wt
u
V
T
O
wt
图4-1 电阻负载单相交流调压电路及其波形
4- 6
4.1.1 单相交流调压电路
VT1
1) 阻感负载
负载阻抗角：
j = arctan(wL / R)
u11 u
O
若晶闸管短接，稳态时负载
当a 角相同时，随着阻抗角j 的增大，谐波含量有所
减少。
4- 12
4.1.1 单相交流调压电路
4) 斩控式交流调压电路
在交流电源u1的正半周
VD1 V1 i1
用V3给负载电流 提供续流通道
u1
V2
用V1进行斩波控制ຫໍສະໝຸດ VD2V3 VD4 R uo
VD3 V4 L
图4-7 斩控图 式交4-流7调压电路
4- 13
量和偶次谐波。
w w w uo( t)n 1,3,5,( anco nstbnsin (n 4-1t)2)
基波和各次谐波有效值
Uon
1 2
an2 bn2
第5章-交-交变频
22
5.2 交-交变频类型
5.2.1 矩形波交-交变频
1．工作原理
18个晶闸管组成的三相变三相有环流、三相零式交-交变频。这是一种 比较简单的三相交-交变频。假设负载是纯电阻性。由于采用了零线，各相 彼此独立。由于负载是纯电阻，电流波形与电压波形完全一致，因此可以 只分析输出电压波形。
23
2．换相与换组过程
2
随堂测验讲评
2. 什么是SPWM波形的规则取样法？与自然取样 法相比，规则取样法有什么优缺点？
答：规则取样法就是用uR和u△近似交点 A和B代替实际的交点Aˊ和Bˊ。用以确 定SPWM脉冲信号的。自然取样法虽然可 以较准确地确定uΔ和uR的交点，但计算 工作量较大，特别是当变频范围较大时。 规则取样法虽然有一定的误差，但却大 大减小了计算工作量。
31
（2）正弦电流变频
图5-19所示为一种正弦电流变频器。图中给出了三相中的一相。
32
控整流桥是给电机A相绕组供电的电流源，给它规定的电流波形如下图所 示。输出电流的一个周期等分为60份。全控整流桥的输出电流不可能改变方向， 只能利用它的电流源的强大调节力迫使电流按照给定的数值变化。一般全控桥 的输出电流是30拍一个循环。在每个循环的开始，如第一拍，电流给定值为零。 为了保证在这一拍总能使主回路的电流迅速降为零，保证绕组的换流顺利进行， 总是把这一拍的整流桥的触发角推向150°，以便利用整流桥的最大反向电压 去迫使主回路的电流在任何条件下都能迅速下降为零。
33
34
随堂小测验（5）
1. 试述交—交变频的主要特点。 2. 交—交变频电路的运行方式有哪些？各有何优缺 点？
3
返回目录
第5章
本章要点
交-交变频技术
交交变频电路PPT课件
4.1.2 三相交流调压电路
a 移相范围为90°~ 180°。 控制a 角可连续调节流过电抗器的电流，从而调节无功功率。
4- *
图4-11 晶闸管控制电抗器(TCR)电路
a)
b)
c)
图4-12 TCR电路负载相电流和输入线电流波形 a) α=120° b) α=135° c) α=160°
4- *
电阻负载时的工作情况
2
p
N
p
M
电源周期
控制周期
=
M
倍电源周期
=
2
p
4
p
M
O
导通段
=
M
3
p
M
2
p
M
u
o
u
1
u
o
,
i
o
w
t
U
1
2
图4-13 交流调功电路典型波形(M =3、N =2)
图4－1电阻负载单相交流调压电路
4.2.1 交流调功电路
控制周期为M倍电源周期，晶闸管在前N个周期导通，后M－N个周期关断。 负载电压和负载电流（也即电源电流）的重复周期为M倍电源周期。
4- *
(1)0°≤ a <60°：三管导通与两管导通交替，每管导通180°－a 。但a =0°时一直是三管导通。
图4-10 不同a角时负载相电压波形 a) a =30°
4.1.2 三相交流调压电路
4- *
60°≤ a <90°：两管导 通，每管导通120°。
(2)
图4-10 不同a角时负载相电压波形 b) a =60°
4- *
谐波情况
0
12
14
谐波次数
a 移相范围为90°~ 180°。 控制a 角可连续调节流过电抗器的电流，从而调节无功功率。
4- *
图4-11 晶闸管控制电抗器(TCR)电路
a)
b)
c)
图4-12 TCR电路负载相电流和输入线电流波形 a) α=120° b) α=135° c) α=160°
4- *
电阻负载时的工作情况
2
p
N
p
M
电源周期
控制周期
=
M
倍电源周期
=
2
p
4
p
M
O
导通段
=
M
3
p
M
2
p
M
u
o
u
1
u
o
,
i
o
w
t
U
1
2
图4-13 交流调功电路典型波形(M =3、N =2)
图4－1电阻负载单相交流调压电路
4.2.1 交流调功电路
控制周期为M倍电源周期，晶闸管在前N个周期导通，后M－N个周期关断。 负载电压和负载电流（也即电源电流）的重复周期为M倍电源周期。
4- *
(1)0°≤ a <60°：三管导通与两管导通交替，每管导通180°－a 。但a =0°时一直是三管导通。
图4-10 不同a角时负载相电压波形 a) a =30°
4.1.2 三相交流调压电路
4- *
60°≤ a <90°：两管导 通，每管导通120°。
(2)
图4-10 不同a角时负载相电压波形 b) a =60°
4- *
谐波情况
0
12
14
谐波次数
单相交--交变频电路
单相交--交变频电路交—交变频电路是一种可直接将某固定频率交流电变换成可调频率交流电的频率变换电路，无需中间直流环节。
与交—直—交间接变频相比，提高了系统变换效率。
又由于整个变频电路直接与电网相连接，各晶闸管元件上承受的是交流电压，故可采用电网电压自然换流，无需强迫换流装置，简化了变频器主电路结构，提高了换流能力。
定义：输出电路，但其基础是三相输入-单相输出电路。
当正组变流器工作在整流状态时、反组封锁，以实现无环流控制，负载Z上电压为上（+）、下（-）；反之当反组变流器处于整流状态而正组封锁时，负载电压为上（-）、下（+），负载电压交变。
若以一定频率控制正、反两组变流器交替工作（切换），则向负载输出交流电压的频率就等于两组变流器的切换频率，而输出电压大小则决定于晶闸管的触发角。
三相晶闸管可控整流桥单相负载电流型电压型调制。
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。
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。
在无环流工作方式时，变频电路正、反两组变流器轮流向负载供电。
t1~t3期间：io正半周，正组工作，反组被封锁。
t1~t2：uo和io均为正，正组整流，输出功率为正。
t2~t3：uo反向，io仍为正，正组逆变，输出功率为负。
t3~t4：uo和io均为负，反组整流，输出功率为正。
t4~t5：uo反向，io仍为负，反组逆变，输出功率为负。
单相交-交变频电路输出电压和电流的波形如图所示。
一周期的波形可分为6段。
第1段io<0，uo>0，反组逆变；第2段电流过零，无环流死区；第3段io>0，uo>0，正组整流；第4段io>0，uo<0，正组逆变；第5段电流过零，无环流死区；第6段io <0，uo<0，反组整流。
电力电子技术-交交变频电路
u6
u1
cosα = γ sin ω0t
(6-18)
ωt
余弦交点法图解
αP3 αP4
线电压uab、 uac 、 ubc 、
us2 us3 us4 us5 us6
us1
uba 、 uca和ucb依次用u1 ~ u6表示。
uo
相邻两个线电压的交点对应
ωt
于α =0。
u1~u6所对应的同步信号分别用us1~us6表示
交流－交流变换器(3)
3. 输出正弦波电压的调制方法
介绍最基本的、广泛使用的余弦 交点法。
u2
u3
u4 u5
u6
u1
设Ud0为α = 0时整流电路
的理想空载电压，则有
ωt
u o = U d0 cos α
(6-15)
αP3 αP4
us2 us3 us4 us5 us6
us1
uo
每次控制时α角不同，
ωt
u 0 表示每次控制间隔内
uo的平均值。
余弦交点法原理
交流－交流变换器(3)
设期望的正弦波输出电压为
uo = Uom sinωot
u o = U d0 cos α (6-15)
(6-16） 比较式(6-15)和(6-16)，应使
u2
u3
u4 u5
u6
u1
cosα
=
Uom Ud0
sinωot
=
γ
sinωot
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ωo 改变变流电路的控制角α
交交变频电路 ppt课件
只改变电压,电 交流调压电路 相位控制 流或控制电路
的通断,而不改 变频率的电路。
交流调功电路
通断控制
变频电路
交交变频 直接
改变频率的电路 交直交变频 间接
2020/12/12 4- 2
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
用于调节变压器一次电压。
2020/12/12 4- 6
4.1 交流调压电路
4.1.1 单相交流调压电路 4.1.2 三相交流调压电路
2020/12/12 4- 7
4.1.1 单相交流调压电路
1) 电阻负载
输出电压与 α 的关系:
移相范围为0≤ a ≤π。 a
=0时，输出电压为最大 。
u1
Uo=U1, 随 a 的增大，Uo降低，
u11 u
O
若晶闸管短接，稳态时负载
电流为正弦波，相位滞后于u1
u
uG1 G1
O u
的角度为j ，当用晶闸管控制时， G2
O
只能进行滞后控制，使负载电
u o
流更为滞后。
O
i o
a =0时刻仍定为u1过零的
O
时刻，a 的移相范围应为j ≤
u VT
a ≤ π。 O
wt 0.6
wt wt wt
wt
wt
2020/12/12
2020/12/12
图4-8 电阻负载斩控 式交流调压电路波形
O
wt
a =π时， Uo =0。
uo
第三节：交交变频电路
●
输出频率高时，输出电压一周期内所含电网电压段数减少， 输出频率高时，输出电压一周期内所含电网电压段数减少， 波形畸变严重； 波形畸变严重；
●
电压波形畸变而导致的电流波形畸变和电机转矩脉动， 电压波形畸变而导致的电流波形畸变和电机转矩脉动， 是限制输出频率提高的主要因素； 是限制输出频率提高的主要因素；
uo
② 电流过零，为无环流死区； 电流过零，为无环流死区； ④ io > 0， uo < 0，正组逆变； 0， 0，正组逆变； ⑥ io < 0， uo < 0，反组整流 0， 0，
O
ωt
io
O 1 2 3 4 5 6
ωt
图4-20 单相交交变频电路输出电压和电流波形
三．输出正弦波电压的调制方法（控制） 输出正弦波电压的调制方法（控制）
us2
ωt αP3
us3
αP4
us4 us5 us6 us1
uo
ωt
图4-21 余弦交点法原理
★ 不同输出电压比 γ 时，在 uo一个周期内，α 随 ωot 变化的情况 一个周期内， 由下图可以看出， 较小，即输出电压较低时， 90° 由下图可以看出，当 γ 较小，即输出电压较低时，α 只在离 90° 很近的范围内变化，因此电路的输入功率因数非常低 很近的范围内变化，
四．交交变频电路输入输出特性 交交变频电路输入输出特性
3．输出电压谐波
●
输出电压的谐波频谱非常复杂，既和电网频率 以及变流电路的脉波数 输出电压的谐波频谱非常复杂，既和电网频率 fi 以及变流电路的脉波数 有关，也和输出频率 有关； 有关，也和输出频率 fo 有关；
●
采用三相桥时，输出电压所含主要谐波的频率为： 采用三相桥时，输出电压所含主要谐波的频率为： 6 fi ± fo， 6 fi ± 3 fo， 6 fi ± 5 fo， … 12fi ± fo，12fi ± 3 fo，12 fi ± 5 fo，… 12f 12f
输出频率高时，输出电压一周期内所含电网电压段数减少， 输出频率高时，输出电压一周期内所含电网电压段数减少， 波形畸变严重； 波形畸变严重；
●
电压波形畸变而导致的电流波形畸变和电机转矩脉动， 电压波形畸变而导致的电流波形畸变和电机转矩脉动， 是限制输出频率提高的主要因素； 是限制输出频率提高的主要因素；
uo
② 电流过零，为无环流死区； 电流过零，为无环流死区； ④ io > 0， uo < 0，正组逆变； 0， 0，正组逆变； ⑥ io < 0， uo < 0，反组整流 0， 0，
O
ωt
io
O 1 2 3 4 5 6
ωt
图4-20 单相交交变频电路输出电压和电流波形
三．输出正弦波电压的调制方法（控制） 输出正弦波电压的调制方法（控制）
us2
ωt αP3
us3
αP4
us4 us5 us6 us1
uo
ωt
图4-21 余弦交点法原理
★ 不同输出电压比 γ 时，在 uo一个周期内，α 随 ωot 变化的情况 一个周期内， 由下图可以看出， 较小，即输出电压较低时， 90° 由下图可以看出，当 γ 较小，即输出电压较低时，α 只在离 90° 很近的范围内变化，因此电路的输入功率因数非常低 很近的范围内变化，
四．交交变频电路输入输出特性 交交变频电路输入输出特性
3．输出电压谐波
●
输出电压的谐波频谱非常复杂，既和电网频率 以及变流电路的脉波数 输出电压的谐波频谱非常复杂，既和电网频率 fi 以及变流电路的脉波数 有关，也和输出频率 有关； 有关，也和输出频率 fo 有关；
●
采用三相桥时，输出电压所含主要谐波的频率为： 采用三相桥时，输出电压所含主要谐波的频率为： 6 fi ± fo， 6 fi ± 3 fo， 6 fi ± 5 fo， … 12fi ± fo，12fi ± 3 fo，12 fi ± 5 fo，… 12f 12f
第4章交流电力控制电路和交交变频电路PPT课件
第2章 整流电路
电力电子技术
第4章 交流电力控制电路和交交
变频电路
教学目的
➢ 掌握交流调压器的基本类型、用途和电路，分析 单、三相交流调压电路.
➢ 理解和掌握交流斩波调压的原理与基本性能
➢ 理解交流调功电路和交流电力电子开关原理 ➢ 了解交－交变频电路（周波变换器）的原理及电
路，分析其优缺点。
学习重点和难点
则 sin(a j) 0 即 180o 由此可知正负半波电流临界 连续，负载上获得最大功率。
第2章 整流电路
电力电子技术
➢ ③α＜ j此时 sin(a j )e tanj 0，
则 sin(a j) 0 即 180。o 这种情况下设在ωt=α
＜ j时刻触发VT1，则VT1的导通时刻超过π。
其稳态工作情况和α＝ j时完全相同，宽脉冲时波形如图
4-5所示。
➢ 综合分析可知：单相交流调压电路带阻感性负载时α角移
相范围为j ～π。
第2章 整流电路
1. 晶闸管交交变频电路
2. 矩阵式变频电路
❖交直交变频电路——先把交流整流成直流，再把直流逆 变成另一种频率或可变频率的交流,间接变频电路。
第2章 整流电路
电力电子技术
➢ 交流电力控制电路的结构及类型
❖两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，控 制晶闸管就可控制交流电力；
❖交流调压电路——每半个周波控制晶闸管开
➢ 单、三相交流调压电路分析
第2章 整流电路
电力电子技术
第4章 交流电力控制电路和交
交变频电路
引言
4.1 交流调压电路 4.2 其他交流电力控制电路 4.3 交交变频电路 4.4 矩阵式变频电路
本章要点
第2章 整流电路
电力电子技术
第4章 交流电力控制电路和交交
变频电路
教学目的
➢ 掌握交流调压器的基本类型、用途和电路，分析 单、三相交流调压电路.
➢ 理解和掌握交流斩波调压的原理与基本性能
➢ 理解交流调功电路和交流电力电子开关原理 ➢ 了解交－交变频电路（周波变换器）的原理及电
路，分析其优缺点。
学习重点和难点
则 sin(a j) 0 即 180o 由此可知正负半波电流临界 连续，负载上获得最大功率。
第2章 整流电路
电力电子技术
➢ ③α＜ j此时 sin(a j )e tanj 0，
则 sin(a j) 0 即 180。o 这种情况下设在ωt=α
＜ j时刻触发VT1，则VT1的导通时刻超过π。
其稳态工作情况和α＝ j时完全相同，宽脉冲时波形如图
4-5所示。
➢ 综合分析可知：单相交流调压电路带阻感性负载时α角移
相范围为j ～π。
第2章 整流电路
1. 晶闸管交交变频电路
2. 矩阵式变频电路
❖交直交变频电路——先把交流整流成直流，再把直流逆 变成另一种频率或可变频率的交流,间接变频电路。
第2章 整流电路
电力电子技术
➢ 交流电力控制电路的结构及类型
❖两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，控 制晶闸管就可控制交流电力；
❖交流调压电路——每半个周波控制晶闸管开
➢ 单、三相交流调压电路分析
第2章 整流电路
电力电子技术
第4章 交流电力控制电路和交
交变频电路
引言
4.1 交流调压电路 4.2 其他交流电力控制电路 4.3 交交变频电路 4.4 矩阵式变频电路
本章要点
第2章 整流电路
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
交-交变频技术
1.交—交变频器的特点 与交—直—交变频器相比，交—交变频器有以下 优点： （1）因为是直接变换，没有中间环节，且使用电 网换相，提高了变流效率。 （2）和交—直—交电压型逆变器相比，可以方便 地实现四象限工作。 （3）由于其交流输出电压是直接由交流输入电压 波的某些部分包络所构成，因而其输出频率比输入交 流电源的频率低得多，输出波形较好，低频时输出波 形接近正弦波。
（4）由于变频器按电网电压过零自然换相，故可 采用普通晶闸管。
此外，交—交变频器也存在以下缺点： （1）接线复杂，使用的晶闸管较多。由三相桥式 变流电路组成的三相交—交变频器至少需要36支晶闸 管。
（2）受电网频率和变流电路脉波数的限制，输出 频率较低，最高输出频率为电网频率的1/3或1/2。
（3）采用相控方式，功率因数较低，特别是在低 速运行时更低，需要适当补偿。
图3-44 三相输入—单相输出交—交变频电路原理图
图3-45 单相交—交变频电路的输出波形
2）三相输入-单相输出交—交变频电路实例
交—交变频器多由三相电网供电，如图3-46所示为由两组三 相半波可控整流电路接成反并联的形式供给单相负载的无环流单 相交—交变频电路，它形式上与三相零式可逆整流电路完全一样。
图3-51 电感性负载时的u相输出波形
方式，每相由反两组晶闸管反并联三相零式和三相桥 式电路组成。它们分别需要18只和36只晶闸管元件。
图3-48 三相零式交—交变频主电路
图3-49 三相桥式交—交变频主电路(公共交流母线进线)
图3-50 三相桥式交—交变频主电路(输出星形联结)
三相桥式交—交变频电路接电感性负载时的u相输 出波形如图3-51所示。
图3-42 单相桥式可控整流电路及其输出波形
《交交变频器》课件
《交交变频器》PPT课件
欢迎来到《交交变频器》PPT课件！在本课程中，我们将深入探讨交交变频器 的各个方面，包括应用领域、工作原理、组成部分和控制方式等。
交交变频器简介
交交变频器是一种用于交流电动机驱动的设备，通过调整输出电压和频率， 实现对电动机转速和负载的精确控制。
变频器的应用领域
工业制造
变频器广泛应用于各种工业制造过程中，如机械制造、纺织、印刷等。
建筑和设施管理
变频器可用于建筑和设施管理领域中的空调、水泵和风机等设备。
能源和环境
变频器可用于风力发电、太阳能发电和污水处理等领域，提高能源利用效率。
变频器的工作原理
磁通调节
变频器通过改变电动机的磁 通量来控制转速和负载。
频率控制
变频器调节输出频率，进而 调整电动机的转速。
PWM调制
变频器使用脉宽调制技术， 将直流电转换为可调输出。
变频器的优点和缺点
优点
• 节能效果显著 • 提高电动机的控制精度 • 减小设备的机械冲击和磨损
缺点
• 设备成本较高 • 对电网产生干扰 • 需要专业技术人员的维护和调试变频器的分类Fra bibliotek按功率分
低压变频器和中高压变频器。
按控制方式分
V/F控制、矢量控制和直接转矩控制。
按应用领域分
工业变频器、家用变频器和专用变频器。
变频器的主要组成部分
1 整流器
2 逆变器
将交流电转换为直流电，提供给逆变器。
将直流电转换为可调输出的交流电。
3 滤波器
4 控制电路
用于减小输出波形的谐波含量，提供更 干净的电源。
接收输入信号，控制变频器的输出频率 和电压。
典型的变频器结构
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交交变频器简介
交交变频器是一种用于交流电动机驱动的设备，通过调整输出电压和频率， 实现对电动机转速和负载的精确控制。
变频器的应用领域
工业制造
变频器广泛应用于各种工业制造过程中，如机械制造、纺织、印刷等。
建筑和设施管理
变频器可用于建筑和设施管理领域中的空调、水泵和风机等设备。
能源和环境
变频器可用于风力发电、太阳能发电和污水处理等领域，提高能源利用效率。
变频器的工作原理
磁通调节
变频器通过改变电动机的磁 通量来控制转速和负载。
频率控制
变频器调节输出频率，进而 调整电动机的转速。
PWM调制
变频器使用脉宽调制技术， 将直流电转换为可调输出。
变频器的优点和缺点
优点
• 节能效果显著 • 提高电动机的控制精度 • 减小设备的机械冲击和磨损
缺点
• 设备成本较高 • 对电网产生干扰 • 需要专业技术人员的维护和调试变频器的分类Fra bibliotek按功率分
低压变频器和中高压变频器。
按控制方式分
V/F控制、矢量控制和直接转矩控制。
按应用领域分
工业变频器、家用变频器和专用变频器。
变频器的主要组成部分
1 整流器
2 逆变器
将交流电转换为直流电，提供给逆变器。
将直流电转换为可调输出的交流电。
3 滤波器
4 控制电路
用于减小输出波形的谐波含量，提供更 干净的电源。
接收输入信号，控制变频器的输出频率 和电压。
典型的变频器结构
第4章 交-交变频技术ppt课件
4.2.1 公共交流母线进线方式
图4-6 公共交流母线进线方式的三相交-交变频电路简图
精选课件
8
4.2.2 输出星形联结方式
图4-7 输出星形联结方式的三相交-交变频电路原理图
精选课件
9
4.3 矩形波交-交变频
4.3.1 矩形波交-交变频电路及工作原理
图4-8电路中，每一相由两个三相零式整流器组成，提供正向电流的是共阴极组①、 ③、⑤；提供反向电流的是共阳极组②、④、⑥。为了限制环流，采用了限环流电感L。
图4-8 三相零式交-交变频电路
精选课件
10
控制角假α设时三，相例电如源，电α＝压9u0a、°u，b、得u正c完组全①对的称输。出当电给压定波一形个如恒图定4-的9所触示发。
图4-9 输出电压为矩形波的波形
精选课件
11
4.3.2 换相与换组过程
图4-10所示为组①和组④的输出电压波形，组①输出电压片段uc，组④输出电压片段uy。
5) 交-交变频电路采用的是相位控制方式，因此其输入 电流的相位总是滞后于输入电压，需要电网提供无功功率。 功率因数较低，特别是在低速运行时更低，需要适当补偿。
精选课件
7
4.2 三相输出交-交变频电路
三相输出交-交变频电路主要应用于大功率交流电机调速系统，三相输出 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， 所以其控制原理与单相交-交变频电路相同。下面简单介绍一下三相交-交变频 电路接线方式。
第4章 交-交变频技术
4.1 单相输出交-交变频电路
4.1.1 电路组成及基本工作原理 图4-1是单相输出交-交变频电路的原理框图，电路
由P（正）组和N（负）组反并联的晶闸管变流电路构成， 两组变流电路接在同一个交流电源，Z为负载。
图4-6 公共交流母线进线方式的三相交-交变频电路简图
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8
4.2.2 输出星形联结方式
图4-7 输出星形联结方式的三相交-交变频电路原理图
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9
4.3 矩形波交-交变频
4.3.1 矩形波交-交变频电路及工作原理
图4-8电路中，每一相由两个三相零式整流器组成，提供正向电流的是共阴极组①、 ③、⑤；提供反向电流的是共阳极组②、④、⑥。为了限制环流，采用了限环流电感L。
图4-8 三相零式交-交变频电路
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10
控制角假α设时三，相例电如源，电α＝压9u0a、°u，b、得u正c完组全①对的称输。出当电给压定波一形个如恒图定4-的9所触示发。
图4-9 输出电压为矩形波的波形
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11
4.3.2 换相与换组过程
图4-10所示为组①和组④的输出电压波形，组①输出电压片段uc，组④输出电压片段uy。
5) 交-交变频电路采用的是相位控制方式，因此其输入 电流的相位总是滞后于输入电压，需要电网提供无功功率。 功率因数较低，特别是在低速运行时更低，需要适当补偿。
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7
4.2 三相输出交-交变频电路
三相输出交-交变频电路主要应用于大功率交流电机调速系统，三相输出 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， 所以其控制原理与单相交-交变频电路相同。下面简单介绍一下三相交-交变频 电路接线方式。
第4章 交-交变频技术
4.1 单相输出交-交变频电路
4.1.1 电路组成及基本工作原理 图4-1是单相输出交-交变频电路的原理框图，电路
由P（正）组和N（负）组反并联的晶闸管变流电路构成， 两组变流电路接在同一个交流电源，Z为负载。
第4章 交-交变频电路
4.3 可控硅相控交-交变频电路晶闸管交交变频电路，也称周波变流器(Cycloconvertor),把电网频率的交流电变成可调频率的交流电的变流电路，属于直接变频电路。
广泛用于大功率交流电动机调速传动系统，实际使用的主要是三相输出交交变频电路。
4.3.1可控硅相控单相-单相交-交变频技术 1、电路结构和基本工作原理在共阴极双半波整流电路中，通过改变晶闸管的控制角可得到负载端上正下负大小可变的输出电压。
在共阳极双半波整流电路中，通过改变晶闸管的控制角可在负载上得到极性相反的电压。
tU u A ωsin 22=（a ）电路图（b ）原理波形图图4-18 双半波整流电路及其原理波形2、整流与逆变工作状态两组反并联的可逆整流电路及其原理波形，如图4-18所示。
正组整流器工作（反组被封锁）时，负载端输出电压为上正下负；反组整流器工作时（正组被封锁），负载端输出电压极性相反。
只要交替地以低于输入电源的频率切换正反两组整流器的工作状态（工作或封锁），在负载端就可以获得交流电压，该输出电压显然包含了大量谐波。
如果在半周期中使导通工作的晶闸管的控制角α由90︒逐渐减小到零，然后再增大到90︒，则该整流器的输出平均电压就从零增大到最大，然后再减小到零。
因此，只要控制α角在0︒～90︒之间以适当地规律性变化，即可获得按正弦规律变化的平均输出电压。
在实际的交－交变频电路中，常采用“余弦波交截控制法”控制α角的变化以获得平均正弦波的输出。
以控制电压U c 来控制α角的变化，如果控制电压U c 的大小总是正比于控制角α的余弦大小，即αcos cm c U U = （4-15）U cm 为U c 峰值，则输出电压平均值U d 随U c 呈线性变化。
由于αcos dm d U U = （4-16）U dm 为α＝0︒时U d 最大值，所以cmdmc d U U U U = （4-17） 故有c cmdmd U U U U =（4-18） 在保证线性范围内，U c 最大值为U cm =U dm ，此时c d U U = （4-19）因此，按余弦波交截控制法控制的相控整流器，是一个具有线性电压转换特性的功率放大器。
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率因数更低。
7-20
第二节 倍频电路
一、三倍增频器 • 电阻负载，电压过零
时 T 自然关断。 • 一个周期六次换流，正、
负组轮流导通、关断。 • f0 = 3 fi • 输入功率因数低
交交变频
7-21
二、负载换流的倍频器
交交变频
• R、L、C串联谐振，输出电流接近于正弦。 • 谐振半个周期后，晶闸管因 iT < 0自然关断。 • 正、负组交替导通，产生交变电流。
交交变频
第七章 交－交变频电路
• 交流变换的目的： – 调节电压、频率、相位
• 形式： – 交－直－交变频器（整流器＋逆变器） – 交－交变频器（直接变频器）
7-1
交交变频
第一节 基本原理及应用
• 整流电路：Ud > 0 或 Ud < 0 ，Id > 0 • 三相半波整流电路：Ud = 1.17 U2 cos • 交交变频器：
0 < P < ，UP 可正可负。 • i0 < 0－－负组工作，UN = - Ud = - 1.17U2cosN
平均值 UN = UP ，N = - P 。
7-10
交交变频 • 输出瞬时值 uN uP ， u = uP – uN 。 • u 在正、负组间产生环流，采用电抗器限制。
7-11
7-17
• 交－交变频器的功率因数： – 整流电路：cos = cos – 交－交变频器： 因为 0 < < ， 所以 cos < cosmin ， cos = f ( , cos ) ， cos－负载功率因数。 – 输入侧总功率因数：
交交变频
7-18
• 交－交变频器的优点：
交交变频
– 无中间直流环节，损耗小，效率高。
– 特点： i0 > 0 时正组工作，封锁负组， i0 < 0 时负组工作，封锁正组。
– 优点：无组间环流，成本低，损耗小。
– 缺点：需要检测电流过零点，控制复杂，
控制失败时，造成组间电源短路，
输出电流存在死区，波形畸变。
7-13
交交变频
7-14
• 交－交变频器输出电压： – 输出电压峰值： – 输出电压有效值：
– 在 0 至 之间变化，输出交流电压 – 正、负两组整流器反并联，输出交流电流
7-2
交交变频
7-3
• 输出电压、电流波形图：
交交变频Leabharlann 7-4• 三相零式交交变频器：
交交变频
7-5
交交变频 • 应用领域：
– 大功率、低速交流传动 （轧钢机、矿井提升机、造纸、冶炼等） • 分类： – 单相、三相 – 桥式、零式 – 有环流、无环流 – 高频 ( f0 > fi )、低频 ( f0 < fi )
7-6
• 本章主要内容
交交变频
– 掌握交－交变频电路的原理及电路，分析其 优缺点。掌握三相周波变流器的有环流运行， 了解倍频电路及电流型单相－三相交交变频 电路。
• 重点：
– 交－交变频电路（周波变流器）的原理及电 路。
7-7
交交变频
第四节 三相交－交变频器
• 三相输入、三相输出－－应用普遍 • 常用零式及桥式交－交变频器比较：
• 有环流运行方式：
交交变频
– 目的：使正、负组输出电流平滑过渡。
– 特点：正、负组同时工作，
采用环流电抗器抑制组间环流。
– 优点：正、负组自动切换，
输出电流连续、平滑、无死区，
系统动态性能高，稳定性好
– 缺点：增加电抗器，成本高，损耗大。
7-12
• 无环流运行方式：
交交变频
– 目的：取消电抗器，降低成本及损耗。
交交变频
– 电压降系数：
– 改变 min ，可调节输出电压U0 。 – min = 0 时， = 1 ，U0 = U0max = 0.83 U2 。
7-15
• 交－交变频器控制方法：
交交变频
– 余弦交点法：
给定输出曲线与一余弦曲线相交，在交点
处产生各晶闸管的触发脉冲。
– 改变给定曲线的频率和幅值，可控制输出电 压的频率和大小。
– 开关器件采用晶闸管，以利于大功率应用，
采用电源自然换相，不需强迫换流电路。
– 可以实现能量反馈，使电机作四象限运行。 – 输出低频时，谐波含量小，负载转矩脉动低。
因此适用于大功率、低速交流传动领域。
7-19
• 交－交变频器的缺点：
交交变频
– 晶闸管元件数量多，成本高，控制复杂。
– 最高输出频率受限制， f0 / fi < 1 / 3 。 – 输入侧功率因数低，当输出电压较低时，功
• 正、负组间留有死区，以使晶闸管可靠关断。
7-22
交交变频
7-23
• 输出频率 谐振频率
交交变频
• 控制方法：
在每一个电流脉冲开始之前：
– 根据所需电流方向决定触发正组或负组
– 根据所需电流大小在三个输入电压中选择， 并触发相应的晶闸管。
– 电压选择原则：
• 正组：选择最大正电压 • 负组：选择最大负电压
7-16
交交变频 • 交－交变频器输出频率：
f0 / fi = 1/2 时，半周期内有 6 脉波，谐波大 f0 / fi = 1/3 时，半周期内有 9 脉波，谐波较小 f0 / fi = 1/6 时，半周期内有 18 脉波，谐波小 • 为了减小谐波含量， 降低负载转矩脉动， 应保证 f0 / fi < 1 / 3 ， 即 f0 < 16.7 Hz 。
元件 整流 脉波 输出 谐波 功率 个数 形式 数 电压 含量 等级 零式－－18支 半波 少 低 较高 中等 桥式－－36支 全波 多 高 较低 大
7-8
交交变频 • 三相输出各差120°，基本原理相同。
7-9
交交变频 • i0 > 0－－正组工作，UP = Ud = 1.17U2cosP ,
7-24
交交变频
第五节 电流型交－交变频电路
• 电流型－－输出交变电流 • 单相输入，三相输出 • 由两个电流型逆变器
反并联构成。 • f0 / fi < 1 / 3 时，晶闸
管可实现自然换流， 不需强迫换流电路。
7-25
7-20
第二节 倍频电路
一、三倍增频器 • 电阻负载，电压过零
时 T 自然关断。 • 一个周期六次换流，正、
负组轮流导通、关断。 • f0 = 3 fi • 输入功率因数低
交交变频
7-21
二、负载换流的倍频器
交交变频
• R、L、C串联谐振，输出电流接近于正弦。 • 谐振半个周期后，晶闸管因 iT < 0自然关断。 • 正、负组交替导通，产生交变电流。
交交变频
第七章 交－交变频电路
• 交流变换的目的： – 调节电压、频率、相位
• 形式： – 交－直－交变频器（整流器＋逆变器） – 交－交变频器（直接变频器）
7-1
交交变频
第一节 基本原理及应用
• 整流电路：Ud > 0 或 Ud < 0 ，Id > 0 • 三相半波整流电路：Ud = 1.17 U2 cos • 交交变频器：
0 < P < ，UP 可正可负。 • i0 < 0－－负组工作，UN = - Ud = - 1.17U2cosN
平均值 UN = UP ，N = - P 。
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交交变频 • 输出瞬时值 uN uP ， u = uP – uN 。 • u 在正、负组间产生环流，采用电抗器限制。
7-11
7-17
• 交－交变频器的功率因数： – 整流电路：cos = cos – 交－交变频器： 因为 0 < < ， 所以 cos < cosmin ， cos = f ( , cos ) ， cos－负载功率因数。 – 输入侧总功率因数：
交交变频
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• 交－交变频器的优点：
交交变频
– 无中间直流环节，损耗小，效率高。
– 特点： i0 > 0 时正组工作，封锁负组， i0 < 0 时负组工作，封锁正组。
– 优点：无组间环流，成本低，损耗小。
– 缺点：需要检测电流过零点，控制复杂，
控制失败时，造成组间电源短路，
输出电流存在死区，波形畸变。
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交交变频
7-14
• 交－交变频器输出电压： – 输出电压峰值： – 输出电压有效值：
– 在 0 至 之间变化，输出交流电压 – 正、负两组整流器反并联，输出交流电流
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交交变频
7-3
• 输出电压、电流波形图：
交交变频Leabharlann 7-4• 三相零式交交变频器：
交交变频
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交交变频 • 应用领域：
– 大功率、低速交流传动 （轧钢机、矿井提升机、造纸、冶炼等） • 分类： – 单相、三相 – 桥式、零式 – 有环流、无环流 – 高频 ( f0 > fi )、低频 ( f0 < fi )
7-6
• 本章主要内容
交交变频
– 掌握交－交变频电路的原理及电路，分析其 优缺点。掌握三相周波变流器的有环流运行， 了解倍频电路及电流型单相－三相交交变频 电路。
• 重点：
– 交－交变频电路（周波变流器）的原理及电 路。
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交交变频
第四节 三相交－交变频器
• 三相输入、三相输出－－应用普遍 • 常用零式及桥式交－交变频器比较：
• 有环流运行方式：
交交变频
– 目的：使正、负组输出电流平滑过渡。
– 特点：正、负组同时工作，
采用环流电抗器抑制组间环流。
– 优点：正、负组自动切换，
输出电流连续、平滑、无死区，
系统动态性能高，稳定性好
– 缺点：增加电抗器，成本高，损耗大。
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• 无环流运行方式：
交交变频
– 目的：取消电抗器，降低成本及损耗。
交交变频
– 电压降系数：
– 改变 min ，可调节输出电压U0 。 – min = 0 时， = 1 ，U0 = U0max = 0.83 U2 。
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• 交－交变频器控制方法：
交交变频
– 余弦交点法：
给定输出曲线与一余弦曲线相交，在交点
处产生各晶闸管的触发脉冲。
– 改变给定曲线的频率和幅值，可控制输出电 压的频率和大小。
– 开关器件采用晶闸管，以利于大功率应用，
采用电源自然换相，不需强迫换流电路。
– 可以实现能量反馈，使电机作四象限运行。 – 输出低频时，谐波含量小，负载转矩脉动低。
因此适用于大功率、低速交流传动领域。
7-19
• 交－交变频器的缺点：
交交变频
– 晶闸管元件数量多，成本高，控制复杂。
– 最高输出频率受限制， f0 / fi < 1 / 3 。 – 输入侧功率因数低，当输出电压较低时，功
• 正、负组间留有死区，以使晶闸管可靠关断。
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交交变频
7-23
• 输出频率 谐振频率
交交变频
• 控制方法：
在每一个电流脉冲开始之前：
– 根据所需电流方向决定触发正组或负组
– 根据所需电流大小在三个输入电压中选择， 并触发相应的晶闸管。
– 电压选择原则：
• 正组：选择最大正电压 • 负组：选择最大负电压
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交交变频 • 交－交变频器输出频率：
f0 / fi = 1/2 时，半周期内有 6 脉波，谐波大 f0 / fi = 1/3 时，半周期内有 9 脉波，谐波较小 f0 / fi = 1/6 时，半周期内有 18 脉波，谐波小 • 为了减小谐波含量， 降低负载转矩脉动， 应保证 f0 / fi < 1 / 3 ， 即 f0 < 16.7 Hz 。
元件 整流 脉波 输出 谐波 功率 个数 形式 数 电压 含量 等级 零式－－18支 半波 少 低 较高 中等 桥式－－36支 全波 多 高 较低 大
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交交变频 • 三相输出各差120°，基本原理相同。
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交交变频 • i0 > 0－－正组工作，UP = Ud = 1.17U2cosP ,
7-24
交交变频
第五节 电流型交－交变频电路
• 电流型－－输出交变电流 • 单相输入，三相输出 • 由两个电流型逆变器
反并联构成。 • f0 / fi < 1 / 3 时，晶闸
管可实现自然换流， 不需强迫换流电路。
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