AC-AC变换电路

第六章 AC-AC变换电路
引言 第一节 交流开关及应用 第二节 单相交流调压电路
第三节 三相交流调压电路 第四节 交-交变频电路 第五节 矩阵变换器 第六节 单相交流调压电路的仿真
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引言
❖ 交-交变流电路：一种形式的交流变成另一种形式交流的电路，可改 变电压、电流、频率和相数等。
交流电力控制电路：只改变电压、电流或控制电路的通断，不改
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一、电阻负载
1.工作原理：
❖ 在 u1的正半周和负半周，
分别对VT1和VT2的开通角
a进行控制就可以调节输
出电压；
❖ 正负半周a 起始时刻（a
=0）均为电压过零时刻，
稳态时，正负半周的a 相
等；
❖ 负载电压波形是电源电压 波形的一部分，负载电流 （也即电源电流）和负载 电压的波形相同。
图6-3 电阻负载单相交流调 压电路及其波形 12
(6-7)
▪ VT2导通时，上述关系完全相同，只是io极性相反，相 位差180°
图6-8 单相交流调压
电路以a为参变量的θ 和a关系曲线
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❖确定其移相范围：
❖①α＞φ 此时 sin(a )e tan 0 ，
则 sin(a ) 0 即 180 o 。由此可知正负 半波电流断续，且α愈大，θ愈小，波形断续愈严 重，但此时交流电压可调。其波形如图6-4所示 。
❖交流调功电路——以交流电周期为单位控制晶闸管通
断，改变通断周期数的比，调节输出功率的平均值；
❖交流电力电子开关——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。
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❖ 交流调压电路的应用： ❖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； ❖供用电系统对无功功率的连续调节； ❖在高压小电流或低压大电流直流电源中，用于 调节变压器一次电压。
❖②α= φ此时
，
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内容提要与目的要求
➢掌握交流调压器的基本类型、用途和电路， 简要分析单、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，掌握交－交变频电路（周波变换器） 的原理及电路，分析其优缺点。
➢重点：交－交变频电路（周波变流器）的 原理及电路
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第一节 交流开关及应用
交流开关及应用
一、交流 电力电子 开关
❖ α =0时刻仍定为u1过零的时刻， α的 移相范围应为Φ ≤ α ≤π。
图6-4 阻感负载单相交 流调压电路及其波形
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阻感负载时的工作过程分析 在ωt= a时刻开通VT1，负载电流满足
解方程得(6-6)
(6-5)
式中
,θ为晶闸管导通角
利用边界条件：ωt = a +θ时io =0,可求得θ：
➢ 所以常用的是过零触发，即晶闸管在电压为零或零附近 的瞬间接通，利用电流小于维持电流关断，这时开关对 外界的电磁干扰最小。
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❖ 将电力电子开关（多为双向晶闸管）和其控制电 路封装在一起构成无触点通断组件称为固态开关 （Solid State Suitch）,简称SSS，它包括固态继 电器（Solid State Relay，SSR）和固态接触器 （Solid State Cantactor，SSC）。
❖ 2.数量关系 负载电压有效值(6-1)
负载电流有效值：
(6-2)
晶闸管电流有效值(6-3)：
功率因数(6-4)：
图6-3 电阻负载单相交流 调压电路及其波形
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❖ 输出电压与α 的关系: 移相范围为0≤ α ≤π。 α =0时，输出电 压为最大， Uo=U1。随a的增大，Uo降 低， α =π时， Uo =0。
❖ 固态开关一般采用环氧树脂封装，具有体积小， 工作频率高的特点，适用于频繁操作或有腐蚀性 易燃，多粉尘的场合。
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二、交流调功电路
➢ 交流调动电路的形式和图6-1相同，控制方 式也是通断控制，不过其控制目的是为了 控制电路的平均输出功率。
➢ 而交流电力电子开关并不去控制电路的平 均输出功率，通常也没有明确的控制周期， 交流电力电子开关只是根据需要接通或断 开电路。
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❖ 交流调动电路将负载和交流电源接通几个整周期， 再断开几个整周期，通过改变接通周期数和断开 周期数的比例来调节负载上的平均功率
❖ 通常控制晶闸管的导通时刻都是在电源电压过零 的时刻，这样，在交流电源接通期间，负载电压 为正弦波，不会对电网电压造成谐波污染。
❖ 图6-2为交流调功电路的典型波形，设控制固期为 M倍的电源周期，其中晶闸管在前N个周期导通， 在后M-N个周期关断。
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第二节 单相交流调压电路
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一、电阻 负载
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二、阻感 负载
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三、单相 交流调压 电路的谐 波分析
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四、斩控 式交流调 压电路
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❖ 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通相位，
调节输出电压有效值；
❖ λ与α 的关系： - α =0时，功率因数λ=1， α 增大，输入
电流滞后于电压且畸变，λ降低。
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二、阻感负载
1、工作原理
阻感负载时α的移相范围
❖ 负载阻抗角：Φ = arctan(ωL / R) ❖ 晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦
波，相位滞后于u1的角度为Φ ；
❖ 在用晶闸管控制时，只能进行滞后控 制，使负载电流更为滞后，而无法使 其超前；
变频率； 1. 交流调压电路——相位控制（或斩控式）； 2. 交流调功电路及交流无触点开关——通断控制。
变频电路：改变频率，大多不改变相数，也有改变相数的；
交交变频电路——直接把一种频率的交流变成另一种频率或可 变频率的交流，直接变频电路； 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。
二、交流 调功电路
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一、交流电力电子开关
➢ 将晶闸管反并联串入交流电路如图6-1所示，代，也称为无触点开关。
➢ 与机械开关比，它具有开关响应速度快，无触点（无电 弧火花），寿命长，可频繁控制通断的优点。
➢ 当触发信号送至晶闸管时可使电路在一个周期的任何时 刻接通，但采用相位控制触发方式，会使电路中的正弦 波出现缺角，而含较大的高次皆波。