第5章 交流-交流变换电路
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《电力电子技术》第五章AC-AC变换技术应用
《电力电子技术》
第五章 AC-AC变换技术应用
第5章 AC-AC变换技术
概述 5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.2 三相交流调压电路 5.2 其他交流电力控制电路 4.2.1 交流调功电路 4.2.2 交流电力电子开关 5.3 交交变频电路 5.3.1 单相交交变频电路 5.3.2 三相交交变频电路 5.4 矩阵式变频电路 本章小结
VT1提前通，L被过充电，放电时间延长， VT1的导 通角超过π
■
5.1 交流调压电路
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
■
5.1.1 单相交流调压电路
1．电阻负载
工作原理：
在VT1u和1的VT正2半的周开和通负角半a进周行，控分制别就对可
Io = 2IT
Z I TN = I T 2U1
IVTN
j = 90°
7650°° 45°
0.5 0.4 j = 0 0.3 0.2 0.1
0
40
80
120
160 180
a /(°)
图4-4
图4-4 单相交流调压电路a为参变量时
a IVTN和 关系曲线(显示放大图）
■
5.1.1 单相交流调压电路
a < j 时的工作情况
晶闸管电流有效值
IVT =
1
2
a
a
2U1 Z
s in( t
j
)
第五章 AC-AC变换技术应用
第5章 AC-AC变换技术
概述 5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.2 三相交流调压电路 5.2 其他交流电力控制电路 4.2.1 交流调功电路 4.2.2 交流电力电子开关 5.3 交交变频电路 5.3.1 单相交交变频电路 5.3.2 三相交交变频电路 5.4 矩阵式变频电路 本章小结
VT1提前通，L被过充电，放电时间延长， VT1的导 通角超过π
■
5.1 交流调压电路
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
■
5.1.1 单相交流调压电路
1．电阻负载
工作原理：
在VT1u和1的VT正2半的周开和通负角半a进周行，控分制别就对可
Io = 2IT
Z I TN = I T 2U1
IVTN
j = 90°
7650°° 45°
0.5 0.4 j = 0 0.3 0.2 0.1
0
40
80
120
160 180
a /(°)
图4-4
图4-4 单相交流调压电路a为参变量时
a IVTN和 关系曲线(显示放大图）
■
5.1.1 单相交流调压电路
a < j 时的工作情况
晶闸管电流有效值
IVT =
1
2
a
a
2U1 Z
s in( t
j
)
第5章 AC-AC变换
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。
湘潭大学机械工程学院
2、晶闸管与负载连成内三角形的三相交流调压电路
优点：由于晶闸管串接在三 角形内部，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：只适于负载是三个分 得开的单元的情况，因而其 应用范围也有一定的局限性。
湘潭大学机械工程学院
② 控制角α=30º
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。
负载上获得负向电压。 如果工作期间α角不变，则输出电压为矩形波交流电 压，如图(b)所示。 改变正反组切换频率可以调节输出交流电的频率， 而改变的α大小即可调节矩形波的幅值。
湘潭大学机械工程学院
(2) 正弦波型交-交变频器
主电路与方波型的主电路相同，但正弦波型交-交变频器输出 电压的平均值按正弦规律变化，克服了方波型交-交变频器输出 波形高次谐波成分大的缺点。 在正组桥整流工作时，使控制角α从 / 2 0 / 2 ，输出的 平均电压由低到高再到低的变化。 在负组桥逆变工作时，使控制角α从 / 2 / 2 ，就可以 获得平均值可变的负向逆变电压。
(2) 斩波控制：利用脉宽调制技术把交流电压波形分割 成脉冲列，改变脉冲的占空比即可达到调接平均输出 电压的目的。
交流交流变换电路
交流电力电子开关
1
2
t
t
t
t
u
s
i
C
u
C
VT
1
VT
2
t
t
u
VT
1
u
u
s
i
C
u
C
C
VT
1
VT
2
VT
图6-16 TSC理想投切时刻原理说明
晶闸管的投切 选择晶闸管投入时刻的原则：该时刻交流电源电压和电容器预充电电压相等，这样电容器电压不会产生跃变，就不会产生冲击电流。 理想情况下，希望电容器预充电电压为电源电压峰值，这时电源电压的变化率为零，电容投入过程不但没有冲击电流，电流也没有阶跃变化。
本章主要讲述 交流-交流变流电路 把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路
6.1 交流调压电路
电路图
原理
两个晶闸管反并 联后串联在交流电路 中，通过对晶闸管的 控制就可控制交流电 力。
6.1 交流调压电路
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。
图6-15 TSC基本原理图 a) 基本单元单相简图 b) 分组投切单相简图
作用 对无功功率控制，可提高功率因数，稳定电网电压，改善供电质量。 性能优于机械开关投切的电容器。 结构和原理 晶闸管反并联后串入交流电路。 实际常用三相，可三角形联结，也可星形联结。
晶闸管投切电容（Thyristor Switched——Capacitor——TSC）
三相三线
6.1.2 三相交流调压电路
6.1.2 三相交流调压电路
1
2
t
t
t
t
u
s
i
C
u
C
VT
1
VT
2
t
t
u
VT
1
u
u
s
i
C
u
C
C
VT
1
VT
2
VT
图6-16 TSC理想投切时刻原理说明
晶闸管的投切 选择晶闸管投入时刻的原则：该时刻交流电源电压和电容器预充电电压相等，这样电容器电压不会产生跃变，就不会产生冲击电流。 理想情况下，希望电容器预充电电压为电源电压峰值，这时电源电压的变化率为零，电容投入过程不但没有冲击电流，电流也没有阶跃变化。
本章主要讲述 交流-交流变流电路 把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路
6.1 交流调压电路
电路图
原理
两个晶闸管反并 联后串联在交流电路 中，通过对晶闸管的 控制就可控制交流电 力。
6.1 交流调压电路
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。
图6-15 TSC基本原理图 a) 基本单元单相简图 b) 分组投切单相简图
作用 对无功功率控制，可提高功率因数，稳定电网电压，改善供电质量。 性能优于机械开关投切的电容器。 结构和原理 晶闸管反并联后串入交流电路。 实际常用三相，可三角形联结，也可星形联结。
晶闸管投切电容（Thyristor Switched——Capacitor——TSC）
三相三线
6.1.2 三相交流调压电路
6.1.2 三相交流调压电路
交流-交流变换电路
• 过载能力强 • 效率高输出波形好 • 但输出频率低 • 使用功率器件多 • 输入无功功率大
• 高次谐波对电网影响 大
• 结构简单 • 输出频率变化范围大 • 功率因数高 • 谐波易于消除
• 可使用各种新型大功 率器件
变频器
卢先胜 2009.1.1
变频器是： • 将商用交流电源通过整流回路变换成直流， • 将变换后的直流经过逆变回路变换成电压、频率可调节的交流电， • 利用交流三相异步电动机的转速与频率成正比的特点，通过改变电源的频率和幅度以达到改变
图7-4 过零触发调节周波电压的波形
调功器的输出功率
P
nT TC
Pn
调功器输出电压有效值 U
nT TC U n
设定周期Tc内导通的周波数为n，每个周
波的周期为T
22
2、交流电力电子开关
把晶闸管反并联后串入交流电路中，代替电路中的机械开关 ，起接通和断开电路的作用。
■优点：响应速度快，没有触点，寿命长，可以频繁控制通 断。
三相交流调压电路与三相负载之间有多种联 接方式，其中以三相Y接调压方式最为普遍。
Y0型
1、负载Y形连接带中性线的三相交流调压电路
VT1 U
VT3 V
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54-1-47
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。
第五章直流交流(DCAC)变换.
第五章直流一交流（DC—AC变换5.1 逆变电路概述5.1.1 晶闸管逆变电路的换流问题DC—AC变换原理可用图5-1所示单相逆变电路来说明，其中晶闸管元件VT1、VT4，VT2、VT3成对导通。
当VT、VT4导通时，直流电源E通过VT1、VE向负载送出电流，形成输出电压％左（+）、右（-），如图5-1 （a）所示。
当VT2、VT3导通时，设法将VT1、VT4关断，实现负载电流从VT1、VT4向VT a、VT3的转移，即换流。
换流完成后，由VT a、VT3向负载输出电流，形成左（-）、右（+）的输出电压％，如图5-1 （b）所示。
这两对晶闸管轮流切换导通，则负载上便可得到交流电压呦，如图5-1（c）波形所示。
控制两对晶闸管的切换导通频率就可调节输出交流频率，改变直流电压E的大小就可调节输出电压幅值。
输出电流的波形、相位则决定于交流负载的性质。
f；图5-1 DC —AC变换原理要使逆变电路稳定工作，必须解决导通晶闸管的关断问题，器件，在承受正向电压条件下只要门极施加正向触发脉冲即可导通。
作用，只有使阳极电流衰减至维持电流以下才能关断。
常用的晶闸管换流方法有：（1）电网换流（2）负载谐振式换流（3）强迫换流即换流问题。
晶闸管为半控但导通后门极失去控制5.1.2 逆变电路的类型逆变器的交流负载中包含有电感、电容等无源元件，它们与外电路间必然有能量的交换，这就是无功。
由于逆变器的直流输入与交流输出间有无功功率的流动，所以必须在直流输入端设置储能元件来缓冲无功的需求。
在交一直一交变频电路中，直流环节的储能元件往往被当作滤波元件来看待，但它更有向交流负载提供无功功率的重要作用。
根据直流输入储能元件类型的不同，逆变电路可分为两种类型：1.电压源型逆变器电压源型逆变器是采用电容作储能元件，图电压源型逆变器有如下特点：1）直流输入侧并联大电容C用作无功功率缓冲环节（滤波环节），构成逆变器低阻抗的电源内阻特性（电压源特性），即输出电压确定，其波形接近矩形，电流波形与负载有关，接近正弦。
第五章 交流调压电路与斩波电路
。
交流调压与斩波电路 压力检测方法及仪表
19
（2） 电感性负载的功率因数角为
arctan wL
R arctan 2.3 2.3 4
最小控制角为
min
4
故控制角的范围为 π/4≤α≤π。
最大电流发生在 αmin=φ=π/4处，负载电流为正弦波，其 有效值为
Io Uo R (wL)
交流调压与斩波电路 压力检测方法及仪表
1
•
基本方式：
交流电力 控制电路 只改变电压,电流 或控制电路的通 断,而不改变频率 的电路。
交流调压电路 相位控制
在每半个周波内通过对晶闸管开通相位 的控制，调节输出电压有效值的电路。
交流调功电路 通断控制
以交流电的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。
2 1 2 2
阻抗角
9
交流调压与斩波电路 压力检测方法及仪表
因为ω t＝α ＋θ 时，io＝0。将此条件代入式
2U io [sin(wt ) sin( )e tan ] Z
可求得导通角θ 与控制角α 、负载阻抗角φ 之间的定量关系表达式为
tan
wt
sin( ) sin( )e
交流调压与斩波电路 压力检测方法及仪表
12
VT1
3) 当α ＜φ 时，导通角θ ＞π 。 电源接通后，在电源的正半周，若先触发VT1，
若采用窄脉冲触发:若触发脉冲的宽度小于a+θ -(a+π )=θ -π 时，
当VT1的电流下降为零关断时，VT2的门极脉冲已经消失，VT2无法导通。 到了下个周期，VT1又被触发导通重复上一周期的工作，
电力电子第五章 ACDC变换器(整流和有源逆变电路)
控整流电路、相控电路、PWM整流电路
5.2 不控整流电路
• 利用电力二极管的单相导电性可以十分简单 地实现交流—直流电力变换。
• 由于二极管整流电路输出的直流电压与交流 输入电压的大小有关，不能通过电路本身控 制其数值，故称为不控整流电路。
5.2.1 单相不控整流电路
u1
u2 O ud
uVDO1 O
VD4
VD2
a)
VD3
R VD4
VD1
-
ud AC + VD2
b)
VD3 R ud
VD4
c)
a)单相桥式整流电路 b)交流输入正半周单相桥式整流电路工作图 c)交流输入负半周单相桥式整流电路工作图
5.2.1 单相不控整流电路
AC +
ud
VD3
VD2
VD2
b)
图5-2 单相全波整流电路
u2
R
c)
d)
u2
共阳极连接 VD4
2 t
5.2.1 单相不控整流电路
VD1
VD1
VD3 VD1
u2 R
AC
+ -
R
-
AC +
R
t
u2
AC + -
ud
VACD1
+
ud
VD2
VD2
u2
VD2
VbD)3
u2
c)
d)
u2
R
VD2
u2 VD4
VD4
带续流二极管的单相 半波整流电路
b)
d)
u2
u2
t1
O
2
t1
t
O
2
5.2 不控整流电路
• 利用电力二极管的单相导电性可以十分简单 地实现交流—直流电力变换。
• 由于二极管整流电路输出的直流电压与交流 输入电压的大小有关，不能通过电路本身控 制其数值，故称为不控整流电路。
5.2.1 单相不控整流电路
u1
u2 O ud
uVDO1 O
VD4
VD2
a)
VD3
R VD4
VD1
-
ud AC + VD2
b)
VD3 R ud
VD4
c)
a)单相桥式整流电路 b)交流输入正半周单相桥式整流电路工作图 c)交流输入负半周单相桥式整流电路工作图
5.2.1 单相不控整流电路
AC +
ud
VD3
VD2
VD2
b)
图5-2 单相全波整流电路
u2
R
c)
d)
u2
共阳极连接 VD4
2 t
5.2.1 单相不控整流电路
VD1
VD1
VD3 VD1
u2 R
AC
+ -
R
-
AC +
R
t
u2
AC + -
ud
VACD1
+
ud
VD2
VD2
u2
VD2
VbD)3
u2
c)
d)
u2
R
VD2
u2 VD4
VD4
带续流二极管的单相 半波整流电路
b)
d)
u2
u2
t1
O
2
t1
t
O
2
AC-AC变换电路
第5章 AC-AC变换电路
1．交流调压电路和交流调功电路有什么区别？二者各运用于什么样的负载？为什么？ 2．交交变频电路的最高输出频率是多少？制约输出频率提高的因素是什么？
3．在三相交交变频电路中，采用梯形波输出控制的好处是什么？为什么？
4．间接交流－交流变换电路与直接交流－交流变换电路有什么主要区别？它们各自的特点使什么？
5．为什么间接电压型交流－交流变换电路比电流型交流－交流变换电路的应用广泛？请分析原因。
6．循环变流器的输出频率的上限是多少？它受什么制约？
7．矩阵变换器的优点有哪些？
8．影响矩阵变换器应用的主要原因有哪些？
9．你认为在哪些场合，矩阵变换器可以首先获得应用？
10．试说明余弦交点法的基本原理。
11．交流－交流变频电路的最高输出频率是多少？制约输出频率提高的因素是什么？
12．交流－交流变频电路的有换流控制和无换流控制各有什么优缺点。
13．单相交流－交流变频电路和三相交流－交流变频电路输入电流中所含谐波有何不同？
14.三相交流－交流变频电路有哪两种接线方式？它们有什么区别？
15．和交－直－交变频器相比，交－交变频器有什么优缺点？适用于哪些场合？。
交流变换电路ppt课件
u
u
1
o
u1 Oα uo
ug1
θ
ug2
α
O io
O u VT
O
2.参数计算
输出电压有效值Uo：
a a U 01 πa π 2 U 1 s int2d (t) U 12 1 π s in 2 π π
R
输出电流有效值Io：
Io
Uo R
t
晶闸管电流有效值IT：
t
IT2 1 πa π 2 U 1 R sint 2d(t)U R 1 1 2 1a πsin 2π 2 a
抑制冲击电流
I
的小电感
U
a)
Hale Waihona Puke b)TSC图基4本-1原5 理图
•两个反并联的晶闸管起着把C并 入电网或从电网断开的作用。 •串联小电感的作用：抑制电容 器投入电网时出现的冲击电流。 •为避免容量较大的电容器组同 时投入或切断对电网造成较大冲 击，一般需将电容器分组。 •根据电网对无功的需求而改变 投入电容器的容量。
R
基本原理：
将负载与交流电源接通几个整周波，再断开几个整周波，通过改变 通断周波数的比值来调节负载的平均功率。 因调节对象是电路的输出平均功率，故称为交流调功电路。 采用过零触发方式，负载电压、电流都是近似完整的正弦波。
11
交流调功电路
交流调功电路
VT 1 i
o
VT 2
u 1
u o
R
零触发输出电压的两种工作模式
第5章 交流变换电路
5.1 交流电力电子开关电路 5.2 交流调压电路与交流调功电路 5.3 交交变频电路
本章小结
1
概述
电工技术(第四版高教版)思考题及习题解答：第五章 三相交流电路 席时达 编.doc
第五章 三相交流电路 5-1-1 在图5-1中，如果发电机的转子逆时针旋转，三相电动势的相序如何？[答] 相序为1→3→2。
5-1-2 已知星形联接的三相电源中u 23=2202sin(ωt －90°)V ，相序为1→2→3。
试写出u 12 、u 31U 、u 1、u 2 、u 3的表达式。
[答] ｕ12= 2202sin(ωt －90°+120°)V= 2202sin(ωt +30°)Vｕ31= 2202sin(ωt －90°－120°)V= 2202sin(ωt －210°)V=2 220sin(ωt +150°)Vｕ1= 2202/3sin(ωt +30°-30°)V= 1272sin ωt Vｕ2 = 1272sin(ωt -120°)Vｕ3= 1272sin(ωt -240°)V = 1272sin(ωt +120°)V5-2-1 若三相负载的阻抗相等，即｜ＺU ｜＝｜ＺV ｜＝｜ＺW ｜，能否说这三相负载一定是对称的呢？为什么？[答] 仅三相负载的阻抗相等，不能说这三相负载一定是对称的，还必须三相负载的阻抗角也相等，才能说这三相负载是对称的。
5-2-2 试判断下列结论是否正确：(1) 当负载作星形联接时，必须有中性线;(2) 当负载作星形联接时，线电流必等于负载相电流;(3) 当负载作星形联接时，电源线电压必为各相负载电压的3倍[答] (1) 不对，当负载作星形联接时，如果三相负载对称，就不需要中性线。
思考题解答 图5-1 U 2 U 1V 1 V 2 W 1W 2ωe 1e 2 e 3(2) 对的。
(3) 当负载作星形联接时，如果接有中性线，则电源线电压必为负载相电压的3倍；但如果没有接中性线，且三相负载又不对称，则电源线电压就不是负载相电压的3倍。
故该结论是错的。
第5章直流-交流(DC-AC)变换1剖析
第5章 无源逆变电路
5.1 逆变器的性能指标与分类 5.2 逆变电路的工作原理 5.3 电压型逆变电路 5.4 电流型逆变电路 5.5 逆变器的SPWM控制技术
5.2.2
逆变电路的工作原理
1、主要功能: 将直流电逆变成某一频率R为逆变器的输出负载。 电当压开u关0=TU1、d；T4闭合，T2、T3断开时，逆变器输出
2、无源逆变：
1）定义：逆变器的交流侧不与电网联接，而是直接接到 负载，即将直流电逆变成某一频率或可变频率的交 流电供给负载，
2）应用：它在交流电机变频调速、感应加热、不停电电源 等方面应用十分广泛，是构成电力电子技术的重要内容。
5.1.1 逆变器的性能指标
（1）谐波系数HF（Harmonic Factor）
其中， 为2输f s出电压角频率。
当 n=1时其基波分量的有效值为: (5.3.2)
U O1
2U d
2
0.45Ud
(5.3.3)
图5.3.1 电压型半桥逆变电路 及其电压电流波形
5.3.1 电压型单相半桥逆变电路
优点： 简单，使用器件少； 缺点： 1）交流电压幅值仅为Ud/2； 2）直流侧需分压电容器； 3）为了使负载电压接近正弦波通常在输出端要 接LC滤波器，输出滤波器LC滤除逆变器输 出电压中的高次谐波。 应用：用于几kW以下的小功率逆变电源；
① 非谐振式逆变电路 ② 谐振式逆变电路
5.1.3
逆变电路用途
逆变器的用途十分广泛：
• 1、可以做成变频变压电源（VVVF），主要用于交流 电动机调速。
2、可以做成恒频恒压电源（CVCF），其典型代表为 不间断电源（UPS）、航空机载电源、机车照明，通信等 辅助电源也要用CVCF电源。
第五章 交流-交流变换技术
5.2 单相交流调压电路
工作波形示意
特点：
感性负载电流滞后，电 压过零点附近，电感电 流方向与电压方向反向， 此时开关组的切换也造 成电流的断续。因此， 为防止过电压还需要采 取其他措施，如使用缓 冲电路、电压电流过零 检测等，这是互补控制 方式的不足之处。
5.2 单相交流调压电路
常用控制模式
电压同步。 Y连接时三相中至少要有两相导通才能构成电流通路，因
此单窄脉冲是无法启动三相交流调压电路的。为保证起始 工作电流的流通，触发信号应采用大于/3的宽脉冲（或 脉冲列），或采用间隔/3的双窄脉冲。
工 作 波 形 分 析
30o
5.3 三相交流调压电路
PWM斩控三相交流调压电路
sin( ) sin( )e tan
的情况：
负载电流只有稳态分量i1，导通角 ，π电流连续。在这种状态下，
电感续流结束时刻正好是下一个控制脉冲到来的时刻，负载电流 处于临界连续状态，负载电压是完整的正弦波（ ）u，o 而u负i 载
电流则是一个滞后于电压 角的纯 正弦波，电路无调压作用。
（2）负载电流有效值：
I or ms
Uorms R
Urms R
sin2 π
2π
π
负载电流等于交流电源电流
5.2 单相交流调压电路
（3）流过晶闸管的电流平均值和有效值：
IVTrms
1π (
2Urms sint )2 d(t ) Urms
2π
R
R
sin2 π
5.3 三相交流调压电路
三相交流调压电路常见结构
5.3 三相交流调压电路
第5章-逆变电路
（2）当S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。 （3）当S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负。
当变化两组开关切换频率，就可变化输出交流电频
率相也；位不若也同接相。电同阻；负若载阻时感，负负载载时电，i流o相io和位u滞o旳后波于形uo相，同波，形
如图所示，设t1前S1、S4通，则uo和io均为正。 若在t1时刻断开S1、S4，合上S2、S3，则uo旳极性变负，但io 不能立即反向且仍维持原方向；
交直交变频电路由交直变换（整流）和直交变换两部分构成， 后一部分就是逆变。
3. 应用
多种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等在向交流 负载供电时就需要逆变电路。
交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力 电子装置旳关键部分都是逆变电路。
2024/9/22
5.1 换流方式
5.1.1 逆变电路旳基本工作原理 5.1.2 换流方式分类
优点：电路简朴，使用器件少。
缺陷电：容输器出串交联流，电须压控幅制值两仅者为电压Ud均/2衡，。且直流侧需要两个
应用： 常用于几kW下列旳小功率逆变电源。 单相全桥、三相桥式都可看成若干个半桥逆变电路 旳组合。
2024/9/22
5.2.1 单相电压型逆变电路
2. 全桥逆变电路
共四个桥臂，可看成两个 半桥电路组合而成。 两对桥臂交替导通180°。 输出电压和电流波形与半 桥电路形状相同，但幅值 高出一倍。 变化输出交流电压旳有效 值只能经过变化直流电压 Ud来实现。
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5.1.2 换流方式分类
4. 逼迫换流 举例：
设置附加旳换流电路，给欲关断旳晶闸管逼迫施加 反向电压或反向电流旳换流方式称为逼迫换流 (forced commutation), 这一般是利用附加电容上储存 旳能量来实现，故也称为电容换流。
当变化两组开关切换频率，就可变化输出交流电频
率相也；位不若也同接相。电同阻；负若载阻时感，负负载载时电，i流o相io和位u滞o旳后波于形uo相，同波，形
如图所示，设t1前S1、S4通，则uo和io均为正。 若在t1时刻断开S1、S4，合上S2、S3，则uo旳极性变负，但io 不能立即反向且仍维持原方向；
交直交变频电路由交直变换（整流）和直交变换两部分构成， 后一部分就是逆变。
3. 应用
多种直流电源，如蓄电池、干电池、太阳能电池等在向交流 负载供电时就需要逆变电路。
交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力 电子装置旳关键部分都是逆变电路。
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5.1 换流方式
5.1.1 逆变电路旳基本工作原理 5.1.2 换流方式分类
优点：电路简朴，使用器件少。
缺陷电：容输器出串交联流，电须压控幅制值两仅者为电压Ud均/2衡，。且直流侧需要两个
应用： 常用于几kW下列旳小功率逆变电源。 单相全桥、三相桥式都可看成若干个半桥逆变电路 旳组合。
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5.2.1 单相电压型逆变电路
2. 全桥逆变电路
共四个桥臂，可看成两个 半桥电路组合而成。 两对桥臂交替导通180°。 输出电压和电流波形与半 桥电路形状相同，但幅值 高出一倍。 变化输出交流电压旳有效 值只能经过变化直流电压 Ud来实现。
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5.1.2 换流方式分类
4. 逼迫换流 举例：
设置附加旳换流电路，给欲关断旳晶闸管逼迫施加 反向电压或反向电流旳换流方式称为逼迫换流 (forced commutation), 这一般是利用附加电容上储存 旳能量来实现，故也称为电容换流。
电力电子技术4版第5章 交流变换电路-精选文档
第5章 交流变换电路
5.1 5.2 5.3 5.4
交流调压电路 交流调功电路 交流电力电子开关 交－交变频电路
5.1 交流调压电路
1、交流调压电路:用来变换交流电压幅值（或有效值） 的电路。
2、交流调压的实现方法：通过控制晶闸管在每一个电源 周期内的导通角的大小（相位控制）来调节输出电压的大小。 3、交流调压电路应用： 电炉的温度控制 • 灯光调节 （如舞台灯光控制） 异步电机软起动 异步电机调速 调节整流变压器一次侧电压
t
(5.1.9) (5.1.10)
2 1 U 2 2 tan I ( ) [sin( t ) sin( ) e ] d t T Z 2
图5.1.1 电阻性负载时单 向交流电压电路及 输出电压波形
5.1.1 单相交流调压电路
电阻性负载数量关系：
负载电压的有效值
U 0
1 a 1 2 U sin( 2 a ) ( 2 U sin t ) d t 2 （5.1.1）
负载电流的有效值
U 1 0 I sin 2 0 R R2
单向交流调压电路的工作情况与它的负载性质有关
5.1.1 单相交流调压电路
1、电阻性负载
电源正半周：晶闸管T1承受正向电 压，当ωt=α时，触发T1使其导通， 负载上得到缺α角的正弦半波电压； 电源电压过零： T1 管电流下降为零 而关断； 电源电压负半周：晶闸管 T2 承受正 向电压，当 ωt=π+α 时，触发 T2 使 其导通，则负载上又得到了缺α角的 正弦负半波电压。持续这样控制， 在负载电阻上便得到每半波缺α角的 正弦电压； 改变α角的大小，便改变了输出电压有 效值的大小。
交流电路和电压变换
线性稳压器： 通过调整晶体 管的工作状态 实现电压变换
开关电源：通 过开关器件的 开关状态实现
电压变换
电容器：通 过充放电实 现电压变换
电压变换的应用场景
家用电器：如电视、冰箱、洗衣机等， 需要不同的电压等级来满足其工作需 求。
工业设备：如电机、泵、压缩机等， 需要稳定的电压来保证其正常运行。
电力系统：如变电站、配电网等， 需要电压变换来调整电压等级， 以满足不同用户的用电需求。
交流电路和电压 变换
汇报人：XX
目 录
01 交流电路
02 电压变换
1 交流电路
交流电的概念
交流电的定义： 电流方向随时 间周期性变化
的电流
交流电的波 形：正弦波、 方波、三角
波等
交流电的频率： 每秒钟电流方 向变化的次数，
单位为赫兹 （Hz）
交流电的相位： 表示交流电在 某一时刻的状 态，通常用角 度表示，单位
阻抗和导纳的概念
功率因数的概念和意义
交流电路的应用
家用电器：如电视、冰箱、洗衣机等 工业设备：如电动机、变压器等 通信设备：如电话、网络设备等 交通设备：如轨道交通、电动汽车等
2 电压变换
电压变换的概念
电压变换：改变电 压大小的过程
电压变换的目的： 满足不同负载的需 求，提高电源效率
电压变换器：实 现电压变换的电
子设备
电压变换的方法： 线性调制、脉宽调
制、相角控制等
电压变换的原理
直流电压变换：通过开关电 源实现电压的升高或降低
交流电压变换：通过变压 器实现电压的升高或降低
交流电压整流：将交流电 压转换为直流电压
直流电压逆变：将直流电 压转换为交流电压
电力电子技术习题2
第5章直流斩波电路1.直流斩波电路完成得是直流到_直流_的变换。
2.直流斩波电路中最基本的两种电路是_降压斩波电路和_升压斩波电路_。
3.斩波电路有三种控制方式：_脉冲宽度调制（PWM）_、_频率调制_和_（t on和T都可调，改变占空比）混合型。
4.升压斩波电路的典型应用有_直流电动机传动_和_单相功率因数校正_等。
8.斩波电路用于拖动直流电动机时，降压斩波电路能使电动机工作于第__1__象限，升压斩波电路能使电动机工作于第__2__象限，_电流可逆斩波电路能使电动机工作于第1和第2象限。
9.桥式可逆斩波电路用于拖动直流电动机时，可使电动机工作于第_1、2、3、4_象限。
10.复合斩波电路中，电流可逆斩波电路可看作一个_升压_斩波电路和一个__降压_斩波电路的组合；多相多重斩波电路中，3相3重斩波电路相当于3个__基本__斩波电路并联。
第6章交流—交流电力变换电路1.改变频率的电路称为_变频电路_，变频电路有交交变频电路和_交直交变频_电路两种形式，前者又称为_直接变频电路__，后者也称为_间接变频电路_。
2.单相调压电路带电阻负载，其导通控制角α的移相范围为_0-180O_，随 α 的增大， Uo_降低_，功率因数λ_降低__。
3.单相交流调压电路带阻感负载，当控制角α＜ϕ(ϕ=arctan(ωL/R) )时,VT1的导通时间_逐渐缩短_,VT2的导通时间__逐渐延长_。
6.把电网频率的交流电直接变换成可调频率的交流电的变流电路称为__交交变频电路_。
7.单相交交变频电路带阻感负载时，哪组变流电路工作是由_输出电流的方向_决定的，交流电路工作在整流还是逆变状态是根据_输出电流方向和输出电压方向是否相同_决定的。
8.当采用6脉波三相桥式电路且电网频率为50Hz时，单相交交变频电路的输出上限频率约为_20Hz__。
9.三相交交变频电路主要有两种接线方式，即_公共交流母线进线方式_和_输出星形联结方式_，其中主要用于中等容量的交流调速系统是_公共交流母线进线方式_。
机工社2023电力电子技术 第6版教学课件第5章 直流直流变换电路
开关周期开始时刻的电容电压值相等。故式(5-1)中uC(TS) = uC(0)，所以电容
电流在一个开关周期内的平均值Ic = 0。
5-7
5.1 直接直流变流电路
5.1.1 降压斩波电路 5.1.2 升压斩波电路 5.1.3 升降压斩波电路 5.1.4 丘克斩波电路 5.1.5 多重斩波电路
5-8
5.1.1 降压斩波电路
5-20
5.1.3 升降压斩波电路
数量关系
电感电压在一个周期的平均值UL可以表示为
UL
U iton
U otoff Ts
由伏秒平衡，UL=0，可得
Uo D Ui 1 D
（5-6）
等式右边的负号表示升降压电路的输出电压与输入电压极性相反，其数 值既可以高于其输入电压，也可以低于输入电压。
S Ui
5-5
5.1 直接直流变流电路
伏秒平衡
电感两端电压在一个开关周期内的平均值：
其中： 可得：
1
UL Ts
TS 0
uL
(t
)
d
t
uL
(t)
L
d
iL (t) dt
U L
1 Ts
TS L d iL (t) d t 0 dt
1
Ts
TS 0
L
d
iL
(t
)
L Ts
[iL (TS
)
iL
(0)]
（5-1）
uL O
t1~t2时段：开关S关断，二极管VD 导通，电感通过VD向电容C放电，电感 电流不断减小。
t2~t3时段：t2时刻电感电流减小到 零，二极管VD关断，电感电流保持零值
，并且电感两端的电压也为零。
第5章交流-交流变换电路
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.3 单相交流调压电路的谐波分析
负载电压和负载电流（即电源电流）均不是正弦波，其中 含有大量的谐波成分。
以电阻性负载为例，对负载电压uo 进行谐波分析。结果如图5-8所示。
控制角α越接近90°，波形畸变越 严重，谐波含量也越大。
5.1 交流调压电路
（3）从VT1到VT6，相邻的 触发脉冲相位应互差60°。
结论：Y形三相交流调压电路 控制角α的移相范围为：0 °~ 150 °
5.1 交流调压电路
5.1.3 其他交流电力控制电路 5.1.3.1 交流调功电路
电路形式：交流调功电路和交流调压电路完全相同 控制方式：
交流调压电路：在每个交流电源周期都对输出电压波形进行控制 交流调功电路：通断控制，将负载与交流电源接通几个整周波，再断 开几个整周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载 所消耗的平均功率。 控制晶闸管导通的时刻为：电源电压过零的时刻
放电时间也将延长，使得VT1的导通角 大于π
ωt=π+α时刻触发VT2时，io尚未过零， VT1仍在导通，VT2不通。io过零后， VT1关断，VT2的触发宽脉冲尚未消失， VT2就会正常开通。 VT2导通角小于π 若采用窄脉冲触发，VT2的触发脉冲消 失，VT2不能导通，造成每个周期内只 有一只晶闸管导通的“单管整流”状态， 输出电流为单向缺口半波，含有很大的 直流分量，因此必须改用宽脉冲触发。
55本章主要讲述交流交流变流电路把一种形式的交流电变成另一种形式的交流的电路交流电力控制电路只改变电压电流或控制电交流调压电路相位控制交流调功电路通断控制交交变频电路改变频率的电路交交变频直接交直交变频间接5551交流调压电路52交交变频电路53矩阵式交交变频电路5151交流调压电路采用双向交流开关进行交流电压的控制如把两只反并联的普通晶闸管或一只双向晶闸管串联在交流电路中实现对交流电正负半周的对称控制调节输出交流电压或实现交流电路的通断控制
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交流调压电路：在每半个周波内通过对晶 闸管进行相位控制，调节输出电压有效值。
交流调压电路广泛用于灯光控制、异步电动机的软起动、异步电动机 的调压调速、供电系统对无功功率的连续调节、在变压器一次侧调压并在 变压器二次侧用二极管整流等。
5.1 交流调压电路
交流调压电路一般有三种控制方式。
（1）通断控制
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
由于电感的储能作用，负载电流io 会在电源电压u1过零后延迟一段时间再 过零，其延迟时间与负载的功率因数角 φ=arctan(ωL/R)有关。
晶闸管的关断是在电流过零时刻， 因此，晶闸管的导通角θ不仅与触发控 制角α有关，还与负载功率因数角φ有关。
几个在周交波流，电然压后过再零断时开刻几输但导个出电通周电压或波压调关，波节断通形不晶过为连闸改正续弦。管变波，导，使通负/关载断电周路波与数交的流比电值源实接现通调 压的目的。通断控制时输出电压波形为正弦。
（2）相位控制
在交流电压的正、负半周触发导通晶闸
方法简单，连续调节输
管，且保持两只晶闸管出电的压移大相小角，相但同输，出保电证 向负载输出正、负半周压波对形称非的正交弦流电压波形。
（3）斩波控制
利用脉宽调制PWM技术将正弦交流电压 波形分割成脉冲列，通过改变脉冲输波的出形占电接空压近比大正小弦调可波以。连基续本调克节服，相
节输出电压。
位控制和通断控制的缺点
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.1 电阻性负载
电源电压u1正、负半周的过零点即为 控制角α的起始时刻（α=0）。
5.1 交流调压电路
5.1.2 三相交流调压电路
根据联结形式的不同 三相Y形联结 三相负载Δ形联结 三相晶闸管控制Δ形联结 三相半控Y形联结
5.1 交流调压电路
5.1.2.1 Y形三相交流调压电路
Y形三相交流调压电路可分为 三相三线制（Y形） 三相四线制（YO形）：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，单相 交流调压电路的工作原理和分析 方法均适用于这种电路。
为了分析方便，把α=0的时刻仍然定在电源电 压过零的时刻，因此，单相交流调压电路带阻感性 负载时，稳态运行情况下控制角α的移相范围应为 φ≤α≤π。
输出交流电压为缺口正弦波，改变α角的大小， 即可改变输出电压的有效值，达到调压的目的。
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
利用边界条件：ωt=α+θ时，io=0，可求得θ
sin( ) sin( )etan
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
以φ为参变量，可得不同负载特性下导通角θ=f（α，φ）曲线族
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
5.1 交流调压电路
5.1.3 其他交流电力控制电路
5.1.3.1 交流调功电路
设控制周期为M倍电源周 期，其中晶闸管在前N个周期 导通，后M-N个周期关断。
当M=3、N=2时的电路波 形如图5-13所示。
负载电压和负载电流（电 源电流）的重复周期为M倍电 源周期。在负载为电阻性时， 负载电流波形与负载电压波形 相同。
直接 间接
第5章 交流-交流变换电路
5.1 交流调压电路 5.2 交-交变频电路 5.3 矩阵式交-交变频电路
5.1 交流调压电路
交流调压电路采用双向交流开关进行交流电压的控制，如把两只反并 联的普通晶闸管或一只双向晶闸管串联在交流电路中，实现对交流电正、 负半周的对称控制，调节输出交流电压，或实现交流电路的通、断控制。
在电源电压u1的正半周和负半周，分 别触发VT1和VT2，就可以调节输出电压， 电压过零时晶闸管关断。
在稳态情况下，应使正、负半周的α角 相等。负载电压波形是电源电压波形的一 部分，负载电流与负载电压的波形相同。
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.1 电阻性负载
单相交流调压电路带电阻性负载，在 触发角为α时，负载电压有效值Uo、负载电 流有效值Io、晶闸管电流有效值IVT和电路 的功率因数λ分别为
（3）从VT1到VT6，相邻的 触发脉冲相位应互差60°。
结论：Y形三相交流调压电路 控制角α的移相范围为：0 °~ 150 °
5.1 交流调压电路
5.1.3 其他交流电力控制电路 5.1.3.1 交流调功电路
电路形式：交流调功电路和交流调压电路完全相同 控制方式：
交流调压电路：在每个交流电源周期都对输出电压波形进行控制 交流调功电路：通断控制，将负载与交流电源接通几个整周波，再断 开几个整周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载 所消耗的平均功率。 控制晶闸管导通的时刻为：电源电压过零的时刻
在触发角为α时，负载电压有效值Uo、晶闸管电流有效值 IVT和负载电流有效值Io分别为
Uo
1 + π
2
2U1 sin t d(t) U1
1 [sin 2 sin(2 2 )]
ππ
IVT
1 +
2π
2U1 Z
sin
放电时间也将延长，使得VT1的导通角 大于π
ωt=π+α时刻触发VT2时，io尚未过零， VT1仍在导通，VT2不通。io过零后， VT1关断，VT2的触发宽脉冲尚未消失， VT2就会正常开通。 VT2导通角小于π 若采用窄脉冲触发，VT2的触发脉冲消 失，VT2不能导通，造成每个周期内只 有一只晶闸管导通的“单管整流”状态， 输出电流为单向缺口半波，含有很大的 直流分量，因此必须改用宽脉冲触发。
R
1 2
1 2π
sin
2
π-
π
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.1 电阻性负载
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。U0 = U1， 随着α 的增大，U0降低 α = π时，U0 = 0
功率因数λ 与 α 的关系： α = 0时，功率因数λ = 1 α 增大，λ降低
若以一定的频率控制正、反两组变流 器交替工作，则负载上交流电压的频率 fo就等于两组变流器的切换频率。
5.2 交-交变频电路
晶闸管交交变频电路也称周波变流器（Cycloconvertor）
将电网频率的交流电直接交换成可调频率交流电的变流电路，因为没有中 间环节，因此属于直接变频电路
交-交变频电路比交-直-交间接变频电路
提高变换效率
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，提高了换流能力。
α=φ时，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。
纯电阻负载
纯电感负载
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
当阻感负载 α＜φ时电路工作情况 VT1提前开通，负载L被过充电，其
Uo
1π π
2
2U1 sin t d(t) U1
1 sin 2 π-
2π
π
Io
Uo R
P UoIo Uo
S U1Io U1
1 sin 2 π-
2π
π
2
IVT
1 π 2π
2U1 sin R
t
d(t) U1
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.4 斩控式交流调压电路
采用全控型器件作为开关元件 输入是正弦交流电压 交流电源电压u1的正半周，用V1进行 斩波控制，用V3给负载电流提供续流通 路 在u1的负半周，用V2进行斩波控制， 用V4给负载电流提供续流通路。 斩控式交流调压电路带电阻性负载时， 电路的功率因数接近1。
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
衰减过程中，VT1的导通时间 逐渐缩短，VT2的导通时间逐渐 延长。最后，VT1和VT2的导通 时间都趋近到π，其稳态的工作 情况和α=φ时完全相同。
晶闸管在ωt=φ处才开始导通， 电流连续，uo=u1，无电压调节 功能，所以也处于“失控”状 态。
5.1 交流调压电路
5.1.2 三相交流调压电路
5.1.2.1 Y形三相交流调压电路
最典型、最常用的三相交流 调压电路，它正常工作时必须满 足：
（1） 三相中至少有两相导 通才能构成通路，且其中一相为 正向晶闸管导通，另一相为反向 晶闸管导通；
（2）为保证任何情况下的 两只晶闸管同时导通，应采用宽 度大于60°的宽脉冲（列）或双 窄脉冲触发；
三相输入-单相输出交-交变频电路是由两组反并联的晶闸 管变流电路和单相负载组成的，与直流电动机反并联可逆调 速系统的结构完全相同。
5.2 交-交变频电路
5.2.1 三相输入-单相输出交-交变频电路 5.2.1.1 电路构成和基本工作原理
变流器正组 P和反组N都 是相控变流 电路
a在正、反两组变流器的输入侧接有足够大的输入滤波电感，使输入电流近似为矩形波， 称为电流型电路；
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
设负载的阻抗角为φ=arctan（ωL/R）。如果用 导线把晶闸管完全短接，稳态时负载电流io应该是 正弦波，其相位滞后于电源电压u1的角度为φ。
显然，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。
5.1 交流调压电路
交流调压电路广泛用于灯光控制、异步电动机的软起动、异步电动机 的调压调速、供电系统对无功功率的连续调节、在变压器一次侧调压并在 变压器二次侧用二极管整流等。
5.1 交流调压电路
交流调压电路一般有三种控制方式。
（1）通断控制
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
由于电感的储能作用，负载电流io 会在电源电压u1过零后延迟一段时间再 过零，其延迟时间与负载的功率因数角 φ=arctan(ωL/R)有关。
晶闸管的关断是在电流过零时刻， 因此，晶闸管的导通角θ不仅与触发控 制角α有关，还与负载功率因数角φ有关。
几个在周交波流，电然压后过再零断时开刻几输但导个出电通周电压或波压调关，波节断通形不晶过为连闸改正续弦。管变波，导，使通负/关载断电周路波与数交的流比电值源实接现通调 压的目的。通断控制时输出电压波形为正弦。
（2）相位控制
在交流电压的正、负半周触发导通晶闸
方法简单，连续调节输
管，且保持两只晶闸管出电的压移大相小角，相但同输，出保电证 向负载输出正、负半周压波对形称非的正交弦流电压波形。
（3）斩波控制
利用脉宽调制PWM技术将正弦交流电压 波形分割成脉冲列，通过改变脉冲输波的出形占电接空压近比大正小弦调可波以。连基续本调克节服，相
节输出电压。
位控制和通断控制的缺点
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.1 电阻性负载
电源电压u1正、负半周的过零点即为 控制角α的起始时刻（α=0）。
5.1 交流调压电路
5.1.2 三相交流调压电路
根据联结形式的不同 三相Y形联结 三相负载Δ形联结 三相晶闸管控制Δ形联结 三相半控Y形联结
5.1 交流调压电路
5.1.2.1 Y形三相交流调压电路
Y形三相交流调压电路可分为 三相三线制（Y形） 三相四线制（YO形）：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，单相 交流调压电路的工作原理和分析 方法均适用于这种电路。
为了分析方便，把α=0的时刻仍然定在电源电 压过零的时刻，因此，单相交流调压电路带阻感性 负载时，稳态运行情况下控制角α的移相范围应为 φ≤α≤π。
输出交流电压为缺口正弦波，改变α角的大小， 即可改变输出电压的有效值，达到调压的目的。
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
利用边界条件：ωt=α+θ时，io=0，可求得θ
sin( ) sin( )etan
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
以φ为参变量，可得不同负载特性下导通角θ=f（α，φ）曲线族
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
5.1 交流调压电路
5.1.3 其他交流电力控制电路
5.1.3.1 交流调功电路
设控制周期为M倍电源周 期，其中晶闸管在前N个周期 导通，后M-N个周期关断。
当M=3、N=2时的电路波 形如图5-13所示。
负载电压和负载电流（电 源电流）的重复周期为M倍电 源周期。在负载为电阻性时， 负载电流波形与负载电压波形 相同。
直接 间接
第5章 交流-交流变换电路
5.1 交流调压电路 5.2 交-交变频电路 5.3 矩阵式交-交变频电路
5.1 交流调压电路
交流调压电路采用双向交流开关进行交流电压的控制，如把两只反并 联的普通晶闸管或一只双向晶闸管串联在交流电路中，实现对交流电正、 负半周的对称控制，调节输出交流电压，或实现交流电路的通、断控制。
在电源电压u1的正半周和负半周，分 别触发VT1和VT2，就可以调节输出电压， 电压过零时晶闸管关断。
在稳态情况下，应使正、负半周的α角 相等。负载电压波形是电源电压波形的一 部分，负载电流与负载电压的波形相同。
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.1 电阻性负载
单相交流调压电路带电阻性负载，在 触发角为α时，负载电压有效值Uo、负载电 流有效值Io、晶闸管电流有效值IVT和电路 的功率因数λ分别为
（3）从VT1到VT6，相邻的 触发脉冲相位应互差60°。
结论：Y形三相交流调压电路 控制角α的移相范围为：0 °~ 150 °
5.1 交流调压电路
5.1.3 其他交流电力控制电路 5.1.3.1 交流调功电路
电路形式：交流调功电路和交流调压电路完全相同 控制方式：
交流调压电路：在每个交流电源周期都对输出电压波形进行控制 交流调功电路：通断控制，将负载与交流电源接通几个整周波，再断 开几个整周波，通过改变接通周波数与断开周波数的比值来调节负载 所消耗的平均功率。 控制晶闸管导通的时刻为：电源电压过零的时刻
在触发角为α时，负载电压有效值Uo、晶闸管电流有效值 IVT和负载电流有效值Io分别为
Uo
1 + π
2
2U1 sin t d(t) U1
1 [sin 2 sin(2 2 )]
ππ
IVT
1 +
2π
2U1 Z
sin
放电时间也将延长，使得VT1的导通角 大于π
ωt=π+α时刻触发VT2时，io尚未过零， VT1仍在导通，VT2不通。io过零后， VT1关断，VT2的触发宽脉冲尚未消失， VT2就会正常开通。 VT2导通角小于π 若采用窄脉冲触发，VT2的触发脉冲消 失，VT2不能导通，造成每个周期内只 有一只晶闸管导通的“单管整流”状态， 输出电流为单向缺口半波，含有很大的 直流分量，因此必须改用宽脉冲触发。
R
1 2
1 2π
sin
2
π-
π
5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.1 电阻性负载
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。U0 = U1， 随着α 的增大，U0降低 α = π时，U0 = 0
功率因数λ 与 α 的关系： α = 0时，功率因数λ = 1 α 增大，λ降低
若以一定的频率控制正、反两组变流 器交替工作，则负载上交流电压的频率 fo就等于两组变流器的切换频率。
5.2 交-交变频电路
晶闸管交交变频电路也称周波变流器（Cycloconvertor）
将电网频率的交流电直接交换成可调频率交流电的变流电路，因为没有中 间环节，因此属于直接变频电路
交-交变频电路比交-直-交间接变频电路
提高变换效率
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，提高了换流能力。
α=φ时，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。
纯电阻负载
纯电感负载
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
当阻感负载 α＜φ时电路工作情况 VT1提前开通，负载L被过充电，其
Uo
1π π
2
2U1 sin t d(t) U1
1 sin 2 π-
2π
π
Io
Uo R
P UoIo Uo
S U1Io U1
1 sin 2 π-
2π
π
2
IVT
1 π 2π
2U1 sin R
t
d(t) U1
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.1.4 斩控式交流调压电路
采用全控型器件作为开关元件 输入是正弦交流电压 交流电源电压u1的正半周，用V1进行 斩波控制，用V3给负载电流提供续流通 路 在u1的负半周，用V2进行斩波控制， 用V4给负载电流提供续流通路。 斩控式交流调压电路带电阻性负载时， 电路的功率因数接近1。
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
衰减过程中，VT1的导通时间 逐渐缩短，VT2的导通时间逐渐 延长。最后，VT1和VT2的导通 时间都趋近到π，其稳态的工作 情况和α=φ时完全相同。
晶闸管在ωt=φ处才开始导通， 电流连续，uo=u1，无电压调节 功能，所以也处于“失控”状 态。
5.1 交流调压电路
5.1.2 三相交流调压电路
5.1.2.1 Y形三相交流调压电路
最典型、最常用的三相交流 调压电路，它正常工作时必须满 足：
（1） 三相中至少有两相导 通才能构成通路，且其中一相为 正向晶闸管导通，另一相为反向 晶闸管导通；
（2）为保证任何情况下的 两只晶闸管同时导通，应采用宽 度大于60°的宽脉冲（列）或双 窄脉冲触发；
三相输入-单相输出交-交变频电路是由两组反并联的晶闸 管变流电路和单相负载组成的，与直流电动机反并联可逆调 速系统的结构完全相同。
5.2 交-交变频电路
5.2.1 三相输入-单相输出交-交变频电路 5.2.1.1 电路构成和基本工作原理
变流器正组 P和反组N都 是相控变流 电路
a在正、反两组变流器的输入侧接有足够大的输入滤波电感，使输入电流近似为矩形波， 称为电流型电路；
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
设负载的阻抗角为φ=arctan（ωL/R）。如果用 导线把晶闸管完全短接，稳态时负载电流io应该是 正弦波，其相位滞后于电源电压u1的角度为φ。
显然，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。
5.1 交流调压电路