第六章 AC-AC变换

三相交流调压电路
a) 星形联结
AC/AC
三相三线，主要分析阻负载时的情况
任一相导通须和另一相构成回路。 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。 触发脉冲顺序和三相桥式全控整流电路一 样，为T1~ T6,依次相差60°。 相电压过零点定为 的起点， 角移相范 围是0°~ 150°。
B
1 ( t a ) tg
(d)电流不连续波形
输出电压有效值 VO 、晶闸管电流有效值 I T 、负载电流有效值 I O 为：
VO 1



( 2VS sin t ) 2 d ( t ) VS
1 [sin 2 sin 2( )]
t a tg 2
IT
2 IT

VS Z
sin cos(2a ) cos
* I T 与控制角 的关系曲线 （f）晶闸管电流的标么值
* IT IT /
2VS Z
Z 2VS
IT
1 2
sin cos(2 ) 2 2 cos
AC/AC
T6 T5
0
V
A
VB
VC
t
I II III
600
R
T1
T2
T3
R
T4
T5
R
T2
u i
T6
V
AB
V
AC
V BC
A
V AB V AC 2R 2R
(a) 电路
0
t
60°≤ <90°两管导通， 每管导通120°。
0 (d) 60
AC/AC

90°≤ a <150°：两管导通与无晶 闸管导通交替，导通角度为300° －2 a。
0
v s 2Vs sin t
A
vo
0



v0 R
B

vo
C
t
io




2
t
AC/AC
6.2.1 电阻负载（续）
表6.1 不同触发角
时基波
V1m 和3~15次谐波电压(电流)的相对值
AC/AC
基波及谐波分布图
电阻负载、不同触发角α时基波及谐波幅值分布图
AC/AC
6.1 晶闸管交流电压控制器的类型
6.1.1 单相全控
6.1.2 带中线星形联结 6.1.3 无中线的三相连接
6.1.4 三角形联结的控制器
AC/AC
6.1.1 单相全控
is
T1
io

T 4
vs 2Vs sin t
（a） 单相全控
R
vo

负载电压、负载 功率的大小由 控制角 确定
vs 2Vs sin t

is
R
(a) 电路
vs
Z ( L) 2 R 2
arctan L / R
O
v ,i ,i
O S
均为正弦波


2
iT1
0




t
2
时，同
iT4

is
。
vs
A
(c)电流连续电感性负载波形 vo


vs
AC/AC
(3)

diT 1 dt
]
0
A


(c)电流连续电感性负载波形 vo
iT1

αφ
t
v0 v S 2VS sin t RiT 1 L
iT 1 2VS [sin( t ) sin(a )e Z



iT 4
2
S1~S4:自关断功率器件
S3,S4: 负载续流开关
AC/AC
6.3 三相全波交流电压控制器
6.3.1
三相星形联结交流电压控制器
6.3.2
三相开口三角形交流电压控制器
AC/AC
6.3.1 三相Y联结电压控制器
可分为三线三相和三线四相 三线四相
基本原理：相当于三个单 相交流调压电路的组合， 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。 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。 =90°时，零线 电流甚至和各相电流的有 效值接近。
u
0
VA
VB
VC
t
1200
I II III
a=120 ° : 两相间断导电， 导电角 小于120°。
V AN VBN N VCN T1 T4 T3
T6 T5
T1
T2
R
T3
T4
R
T5 T6
u
R
VCB
V AB
V AC
iA
T2
V AB 2R V AC 2R
(a) 电路
0
t
150
0
a=150 ° : 完全不能导电。
VA
VB
VC
VBC
N

t
VAB
B
控制角 a=0，三相同时导电， 180°导电 。
(c ) 0
(b)矢量图
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。
AC/AC
u
a=60 ° 两相同时导电， 120°导电
V AN VBN N VCN T1 T4 T3
AC/AC
把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路 交流调压电路 相位控制 交流电压 频率不变，仅 控制器 改变电压大小 交流调功电路 通断控制 变频器
交交变频 实现频率变换 亦可改变电压大小 交直交变频 直接 间接
采用晶闸管作开关器件时，依靠交流电源瞬时值过零及反向关断晶闸 管。晶闸管开关器件的开通则可采用移相控制，改变控制角调控变换器输出 电压的大小。 单相电压控制器常用于小功率单相电动机、照明和电加热控制，三相交 流－交流电压控制器的输出是三相恒频变压交流电源，通常给三相交流异步 电动机供电，实现异步电动机的变压调速，或作为异步电动机的启动器使用 。
2 Pmax RIO 23 7.072 1.15 103W
有效功率 1150 功率因数＝ ＝ 0.707 视在功率 230 7.07
注：在 min 的非正弦电流工作情况下，功率因 数将小于基波相移因数。
AC/AC
*6.2.3 PWM交流电压控制器
优点：输出 电压谐波 含量少
AC/AC
6.1.3 无中线的三相连接 is
V'
输入电流中没有3 次及3的倍数次谐 波电流
（c） 无中线的三相联接
AC/AC
6.1.4 三角形联结的控制器
A
v
AN
i i
A
Z
L
T
B
1
N
B
T
Z
L
4
T
T
6
2
v
T
Z
C
L
5
BN
只适用 于允许 断开6根 出线端 子的三 角形负 载
i
v
CN
C
T
3
(d) Δ联接的控制器
AC/AC
6.2 单相交流电压控制器
6.2.1
电阻负载
6.2.2
*6.2.3
电阻、电感性负载
PWM交流电压控制器
AC/AC
6.2.1 电阻负载
输出电压与 α 的关系: 移相范围为0≤ ≤π。 =0时，输出电压为最大 。 Uo=Us, 随 的增大，Uo降低， =π时， Uo =0。 λ 与 的关系:
电流谐波次数和电阻负载时相同，也只含3、5、7… 等次谐波。 随着次数的增加，谐波含量减少。 和电阻负载时相比，阻感负载时的谐波电流含量少 一些。
当 角相同时，随着阻抗角j 的增大，谐波含量有所 减少。
AC/AC
例题6-1
单相交流调压器控制230v交流电源的输出功率，负载电阻 为23Ω、感抗为23Ω ，求（1） 角控制范围；（2）最大 电流有效值；（3）最大功率和功率因数。 解: (1)
1 a IT 2 a
2VS 2 ( ) [sin( t ) sin(a )e Z
] d ( t )
VS
sin cos(2a ) cos 2Z
I O 2 IT
VS Z
sin cos(2 ) cos
(2)
min arctan L
R arctan 23 23 4
； max
min 时，最大电流有效值 I O 为：
IO V 230 7.07A [ R 2 ( L) 2 ]1/ 2 [232 232 ]1/ 2
(3) 最大功率 ( min 时 )
AC/AC

180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

tg
1
L
90 φ= =75 φ 0 =6 φ 5 =4 φ 0 =3 φ 5 =1
φ
(e) 导通角 与控制角 的关系曲线（以负载阻抗角 为参变量）
两个 反并联 开关器件
通态时： 断态时：
vO (t ) vS (t )
vO (t ) 0
AC/AC
6.1.2 带中线星形联结
三个单相 交流电压 控制器可 组合成带 中线的三 相交流电 压控制器
is
T1 T4
T3 T6 T5
V
T2
（b） 带中线星形联接
缺点 中线电流大
90 时，中线电流约等于相电流
us O uo O
t
t
增大，输入电流滞后于电压
且畸变，λ 降低。
=0时，功率因数λ =1，
i
o
u
O
V T
t
O
t
电阻负载单相交流调压电路及其波形
AC/AC
iT1
T1 ig1
is
io

1 1 V0 ( 2VS sin t ) 2 d ( t ) VS sin 2a 2
(e) a 1200
AC/AC
谐波情况
电流谐波次数为6k±1(k=1，2，3，…)，和三相 桥式全控整流电路交流侧电流所含谐波的次数完全 相同。 谐波次数越低，含量越大。
和单相交流调压电路相比，没有3倍次谐波，因三
相对称时，它们不能流过三相三线电路。
AC/AC
工作状态小结： （1） a＜30°：处于第一类工作状态（三相同时导电）。 （2）30°＜ a ＜60°：每隔30°交替地出现第一类和第二类 工作状态。 （3） 60 °< a <90 °：处于第二类工作状态（两相同时导电） （4） 90°< a <150°：交替处于第一类工作状态和断流状态。 （5） a > 150 °电路全断流，不能工作。 所以电阻负载控制角a 的调控范围为： 0 °~ 150 ° 三相阻感性负载，分析方法与单相电路相同。
ig4
T4
iT 4
vO
R
vs 2Vs sin t

2
D
I 0 I S V0 / R
I T I S / 2 V0 / 2 R
P VI V 1 PF 0 0 0 sin 2 S VS I S VS 2
利用傅立叶级数可求出基波及各次谐波。
AC/AC
VAN VBN
N
T1 T4 T3 T6 T5 T2
C
R
R
六个晶闸管T1－T6的触发信号依序相差60°， 脉宽大于60 °，各相电源由负变正的过零点为 控制角 计算起点
晶 T1 T1 闸 T2 T2 管 T3 导 通 T4 区 T5 T5 间 T6 T6
VCN
R
(a) 电路
VCA
V
A
0
O u
VT
t
O
t
图4-2 电阻负载单相交流调压电路及其波形
AC/AC
（1） <
j 时电路工作情况。
T1的导通时间超过π 。 触发T2时， io尚未过 零， T1仍导通， T2 不会导通。io过零后， T2才可开通，T2导通 角小于π。 衰减过程中， T1导通 时间渐短， T2的导通 时间渐长。
φ =0
R a , 180 a 时，
,
由，a可求出，
tg (a ) e
sin
tg
cos

AC/AC
tg 1
L
R a , 180 a 时，
,
由，a可求出， 再求 iT 1 (t ), V O , I Tav , T T 及 IO
AC/AC
6.2.2 电阻、电感性负载
T1
负载阻抗角： j = arctan(L / R) 若晶闸管短接，稳态时负载 电流为正弦波，相位滞后于us 的角度为j ，当用晶闸管控制时， 只能进行滞后控制，使负载电 流更为滞后。
u
us u
1
O 0.6
t
uG1
O
G2
G1
u
t
O u
t
o
O i
o
t
=0时刻仍定为us过零的 时刻， 的移相范围应为j ≤ ≤ π。
第6章
交流-交流变换器
1Leabharlann Baidu
AC/AC
6 交流-交流变换器
6.0 6.1 引言 晶闸管交流电压控制器的类型
6.2 单相交流电压控制器
6.3 三相全波交流电压控制器
*6.4 变压器抽头电压控制器
6.5 *6.6 6.7 交流/交流直接变频器 矩阵式交流/交流变频器 本章小结
6.0 引言
本章主要讲述 交流-交流变流电路
u1 O iG1 O
阻感负载单相交流调压电路
t t t t
iG2
O io
iT1
j
O
<j时阻感负载交流调压电路工作波形 图4-5
iT2
AC/AC
iT1
T1 ig1 L

iT 4
is
（2）
io

时，
ig4
T4
vO
vO vS 2VS sin t
iS iO 2VS sin( t ) Z