交-直-交变换器讲义
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《交交变换器》ppt课件
(2)通断控制 即把晶闸管作为开关，经过改动通断时间比值到达调压的目的。这种控制 方式电路简单，功率因数高，适用于有较大时间常数的负载；缺陷是输出 电压或功率调理不平滑。
(3) 斩波控制 利用开关管的开关作用，以远高于交流电频率的频率，经过改动导通比， 改动输出的交流电有效值，到达调压的目的。开关管应采用全控型电力电 子器件。
α=0º时的波形
② 控制角α=30º
各相电压过零30º后触发相应晶闸管。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：每管继续 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。
晶闸管交流开关是一种快速、理想的交流开关。晶闸管交流开关总是在电流过零时关断，在关断时不会因负载或线路电感储 存能量而呵斥暂态过电压和电磁干扰，因此特别适用于操作频繁、可逆运转及有易燃气体、多粉尘的场所。
3.5 交-交变频电路
3.5.1 单相交-交变频电路
1 根本构造
单相交-交变频电路由两组反并联的晶闸管整流器构成，和直 流可逆调速系统用的四象限变换器完全一样，两者的任务 原理也类似。
3 根本类型及任务原理
(1) 方波型交-交变频器 当正组供电时，负载上获得正向电压；当反组供电时，负载上
获得负向电压。 假设在各组任务期间α角不变，那么输出电压为矩形波交流电
压。改动正反组切换频率可以调理输出交流电的频率，而改 动的α大小即可调理矩形波的幅值。
(2) 正弦波型交-交变频器 正弦波型交-交变频器的主电路与方波型的主电路一样，但正
5．输入输出特性
(1) 输出上限频率 交-交变频器的输出电压并不是平滑的正弦波形，而是由假设
变电站交直流系统ppt课件
智能化运维技术
运用大数据、人工智能等技术，实现变电站交直流系统的智能化运 维和管理。
未来发展趋势与挑战
发展趋势 更高程度的数字化和智能化。
更高效的能量转换和传输技术。
未来发展趋势与挑战
• 更完善的系统安全和稳定性保障措施。
未来发展趋势与挑战
01
面临挑战
02
03
04
技术标准和规范的统一和完善。
设备兼容性和互操作性问题。
监控系统的功能及组成
实时监测变电站交直流系统的运行状态，包括电压、电流、温度等参数。
保护设备的配置及作用
配置过流保护、过压保护、欠压保护等设备，确保系统安全运行。
监控与保护设备的运行与维护
介绍设备的日常巡视、定期维护、故障处理等操作。
04
CATALOGUE
变电站交直流系统运行与维护
系统运行方式及调度管理
巡视检查
定期对变电站交直流系统进行巡 视检查，包括设备外观、运行状
态、信号指示等方面的检查。
定期维护
按照维护计划对变电站交直流系统 进行定期维护，包括设备清洁、紧 固、调试、更换易损件等。
预防性试验
定期开展预防性试验，对系统绝缘、 接地、保护等功能进行检测和评估， 确保系统安全可靠运行。
故障诊断与处理流程
运行方式
变电站交直流系统通常采 用分段母线、双电源供电 等方式，确保系统稳定性 和可靠性。
调度管理
系统调度应遵循“统一调 度、分级管理”的原则， 实现对变电站交直流系统 的实时监控和调度。
自动化控制
采用先进的自动化控制技 术，实现对变电站交直流 系统的自动调节和控制， 提高系统运行效率。
设备巡视检查与定期维护
数字化通信技术
运用大数据、人工智能等技术，实现变电站交直流系统的智能化运 维和管理。
未来发展趋势与挑战
发展趋势 更高程度的数字化和智能化。
更高效的能量转换和传输技术。
未来发展趋势与挑战
• 更完善的系统安全和稳定性保障措施。
未来发展趋势与挑战
01
面临挑战
02
03
04
技术标准和规范的统一和完善。
设备兼容性和互操作性问题。
监控系统的功能及组成
实时监测变电站交直流系统的运行状态，包括电压、电流、温度等参数。
保护设备的配置及作用
配置过流保护、过压保护、欠压保护等设备，确保系统安全运行。
监控与保护设备的运行与维护
介绍设备的日常巡视、定期维护、故障处理等操作。
04
CATALOGUE
变电站交直流系统运行与维护
系统运行方式及调度管理
巡视检查
定期对变电站交直流系统进行巡 视检查，包括设备外观、运行状
态、信号指示等方面的检查。
定期维护
按照维护计划对变电站交直流系统 进行定期维护，包括设备清洁、紧 固、调试、更换易损件等。
预防性试验
定期开展预防性试验，对系统绝缘、 接地、保护等功能进行检测和评估， 确保系统安全可靠运行。
故障诊断与处理流程
运行方式
变电站交直流系统通常采 用分段母线、双电源供电 等方式，确保系统稳定性 和可靠性。
调度管理
系统调度应遵循“统一调 度、分级管理”的原则， 实现对变电站交直流系统 的实时监控和调度。
自动化控制
采用先进的自动化控制技 术，实现对变电站交直流 系统的自动调节和控制， 提高系统运行效率。
设备巡视检查与定期维护
数字化通信技术
第1章通用变频器的基本工作原理1.1交直交变频器的基本
单相输出的交－交变频器如图1.2.1a所示。它实质上是 一
套三相桥式无环流反并联的可逆装置。正、反向两组晶 阐管按一定周期相互切换。正向组工作时，反向组关断， 在负载上得到正向电压；反向组工作时，正向组关断， 在负载上得到反向电压。工作晶阐管的关断通过交流电 源的自然换相来实现。这样，在负载上就获得了交变的 输出电压uo。
有的交一交变压变频装置用电抗器将输出电流强 制变成矩形波或阶梯波，具有电流源的性质，它 也是电流源型变频器。
注意几点：从主电路上看，电压源型变频器和电 流源型变频器的区别仅在于中间直流环节滤波器 的形式不同，但是这样一来，却造成两类变频器 在性能上相当大的差异，主要表现如下：
(1) 无功能量的缓冲 对于变压变频调速系统来说，变频器的负载是异
3、逆变电路——直－交部分
逆变电路是交－直－交变频器的核心部分，其中6个三 极管按其导通顺序分别用 VT1～VT6表示，与三极管反向并 联的二极管起续流作用。
按每个三极管的导通电角度又分为120°导通型和 180°导通型两种类型。
逆变电路的输出电压为阶梯波，虽然不是正弦波，却是 彼此相差120°的交流电压，即实现了从直流电到交流电的 逆变。输出电压的频率取决于逆变器开关器件的切换频率， 达到了变频的目的。
交－交变频器主要用于大容量交流电动机调速，几乎没 有采用单相输入的，主要采用三相输入。主回路有三脉波零 式电路（有18个晶闸管）、三脉波带中点三角形负载电路 （有12个晶闸管）、三脉波环路电路（有9个晶闸管）、六脉 波桥式电路（有36个晶闸管）、十二脉波桥式电路等多种。
用的最多的是六脉波桥式电路，又分为分离负载桥式电 路和输出负载Y联结两种型式。
U
额定电压
L n P 基频 f
图1.1.11 电压与频率之间的关系
套三相桥式无环流反并联的可逆装置。正、反向两组晶 阐管按一定周期相互切换。正向组工作时，反向组关断， 在负载上得到正向电压；反向组工作时，正向组关断， 在负载上得到反向电压。工作晶阐管的关断通过交流电 源的自然换相来实现。这样，在负载上就获得了交变的 输出电压uo。
有的交一交变压变频装置用电抗器将输出电流强 制变成矩形波或阶梯波，具有电流源的性质，它 也是电流源型变频器。
注意几点：从主电路上看，电压源型变频器和电 流源型变频器的区别仅在于中间直流环节滤波器 的形式不同，但是这样一来，却造成两类变频器 在性能上相当大的差异，主要表现如下：
(1) 无功能量的缓冲 对于变压变频调速系统来说，变频器的负载是异
3、逆变电路——直－交部分
逆变电路是交－直－交变频器的核心部分，其中6个三 极管按其导通顺序分别用 VT1～VT6表示，与三极管反向并 联的二极管起续流作用。
按每个三极管的导通电角度又分为120°导通型和 180°导通型两种类型。
逆变电路的输出电压为阶梯波，虽然不是正弦波，却是 彼此相差120°的交流电压，即实现了从直流电到交流电的 逆变。输出电压的频率取决于逆变器开关器件的切换频率， 达到了变频的目的。
交－交变频器主要用于大容量交流电动机调速，几乎没 有采用单相输入的，主要采用三相输入。主回路有三脉波零 式电路（有18个晶闸管）、三脉波带中点三角形负载电路 （有12个晶闸管）、三脉波环路电路（有9个晶闸管）、六脉 波桥式电路（有36个晶闸管）、十二脉波桥式电路等多种。
用的最多的是六脉波桥式电路，又分为分离负载桥式电 路和输出负载Y联结两种型式。
U
额定电压
L n P 基频 f
图1.1.11 电压与频率之间的关系
直流-交流变换电路
得到制动力矩，由于晶闸管的单向导电性，这只有利用反
组N的逆变。为此，只要降低 U d β 且使 EU dβ(U dα)，
则N组产生逆变，流过电流Id2，电机电流Id反向，反组有 源逆变将电势能E通过反组N送回电网，实现回馈制动。 （3）反组整流 N组整流，使电动机反转，其过程与正组整流类似。 （4）正组逆变 P组逆变，产生反向制动转矩，其过程与组反逆变类似。
逆变状态时的控制角称为逆变角β，规定以α=π处作为计量
β角的起点，大小由计量起点向左计算。满足如下关系：
4.2.2 逆变失败与最小逆变角的限制
1、逆变失败
可控整流电路运行在逆变状态时，一旦发生换相失败，电 路又重新工作在整流状态，外接的直流电源就会通过晶闸 管电路形成短路，使变流器的输出平均电压Ud和直流电 动势E变成顺向串联，由于变流电路的内阻很小，将出现 很大的短路电流流过晶闸管和负载，这种情况称为逆变失 败，或称为逆变颠覆。
4.3 无源逆变（变频）电路
4.3.1 变频概述及变频器的种类
将直流电能变换成交流电能供给无源负载的过程称为无逆 变。用于逆变的直流电能通常是由电网提供的交流电整流 得来的。我们把“将电网提供的恒压恒频CVCF(Constant Voltage Constant Frequency)交流电变换为变压变频 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)交流电供给 负载”的过程称为变频，实现变频的装置叫变频器。
造成逆变失败的原因：
（1）触发电路工作不可靠。不能适时、准确地给各晶闸 管分配触发脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等。
（2）晶闸管发生故障。器件失去阻断能力，或器件不能 导通。
（3）交流电源异常。在逆变工作时，电源发生缺相或突 然消失而造成逆变失败。
组N的逆变。为此，只要降低 U d β 且使 EU dβ(U dα)，
则N组产生逆变，流过电流Id2，电机电流Id反向，反组有 源逆变将电势能E通过反组N送回电网，实现回馈制动。 （3）反组整流 N组整流，使电动机反转，其过程与正组整流类似。 （4）正组逆变 P组逆变，产生反向制动转矩，其过程与组反逆变类似。
逆变状态时的控制角称为逆变角β，规定以α=π处作为计量
β角的起点，大小由计量起点向左计算。满足如下关系：
4.2.2 逆变失败与最小逆变角的限制
1、逆变失败
可控整流电路运行在逆变状态时，一旦发生换相失败，电 路又重新工作在整流状态，外接的直流电源就会通过晶闸 管电路形成短路，使变流器的输出平均电压Ud和直流电 动势E变成顺向串联，由于变流电路的内阻很小，将出现 很大的短路电流流过晶闸管和负载，这种情况称为逆变失 败，或称为逆变颠覆。
4.3 无源逆变（变频）电路
4.3.1 变频概述及变频器的种类
将直流电能变换成交流电能供给无源负载的过程称为无逆 变。用于逆变的直流电能通常是由电网提供的交流电整流 得来的。我们把“将电网提供的恒压恒频CVCF(Constant Voltage Constant Frequency)交流电变换为变压变频 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)交流电供给 负载”的过程称为变频，实现变频的装置叫变频器。
造成逆变失败的原因：
（1）触发电路工作不可靠。不能适时、准确地给各晶闸 管分配触发脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等。
（2）晶闸管发生故障。器件失去阻断能力，或器件不能 导通。
（3）交流电源异常。在逆变工作时，电源发生缺相或突 然消失而造成逆变失败。
交直流切换原理
交直流切换原理
交直流切换是指将交流电（Alternating Current，简称AC）与
直流电（Direct Current，简称DC）相互转换的过程。
它在电
力系统、电子设备以及通信设备等领域中具有重要的应用。
交直流切换的原理是通过电子器件（例如开关管、晶闸管等）来控制电路中的电流流向，从而实现交直流之间的转换。
在交流电到直流电的转换中，首先需要将交流电通过整流器转换为脉动的直流电，然后通过滤波电路对脉动的直流电进行平滑处理，最终得到稳定的直流电。
而在直流电到交流电的转换中，一般采用逆变器来实现。
逆变器是一种能够将直流电转换为交流电的电子器件，它通过控制开关管的导通和关断来改变电流的方向和大小，从而实现直流到交流的转换。
逆变器的输出波形可以是正弦波、方波或者脉冲波等，根据实际需求进行调节。
交直流切换技术在实际应用中有着广泛的应用。
在电力系统中，交直流切换可以实现将输电线路上的高压交流电转换为低压直流电，并通过变压器进行配电。
在电子设备中，交直流切换可以实现对直流电源的变换，以满足不同电压、电流和频率的需求。
在通信设备中，交直流切换可以实现对电信信号的转换，实现高速传输和远程通信。
总之，交直流切换技术的应用范围广泛，它在电力、电子和通信等领域中起着至关重要的作用。
通过合理的电路设计和精确的控制方法，可以实现高效、稳定和可靠的交直流转换。
在未
来的发展中，交直流切换技术将继续不断优化和创新，为人们的生活带来更多便利和效益。
电力电子技术课件05直流-交流(DC-AC)变换
第五章直流-交流（DC-AC）变换一、概述DC-AC变换器（无源逆变器)V1、V4和V2、V3轮流切换导通，u o为交变电压（1）电网换流 利用电网电压换流，只适合可控整流、有源逆变电路、交—交变频器（2）负载谐振式换流 利用负载回路中形成的振荡特性，使电流自动过零，只要负载 电流超前于电压时间大于t q ，即能实现换流，分串，并联。
VT 2、VT 3通后，u 0经VT 2、VT 3反向加在VT 1、VT 4上1. 晶闸管逆变电路的换流方式换流概念：直流供电时，如何使已通元件关断VT 1导通，C 充电左（-）右（+），为换流做准备； VT 2导通，C 上电压反向加至VT 1，换流，C 反向充电。
（3）强迫换流附加换流环节，任何时刻都能换流直接耦合式强迫换流2. 逆变电路的类型（1）电压源型逆变器电流源型逆变器电流源型逆变器功率流向控制（3）两类逆变器的比较比较点电流型电压型直流回路滤波环节电抗器电容器输出电压波形决定于负载，当负载为异步电动机时，近似为正弦波矩形输出电流波形矩形近似正弦波，有较大谐波分量输出动态阻抗大小续流二极管不需要需要过流及短路保护容易困难线路结构较简单较复杂适用范围适用于单机拖动，频繁加减速下运行，需经常反向的场合适用于多机供电不可逆拖动，稳速工作，快速性不高的场合二、强迫换流式逆变电路1.串联二极管式电流源型逆变器结构VT1～VT6为晶闸管C1～C6为换流电容VD1～VD6为隔离二极管2.工作过程（换流机理）（1）换流前运行阶段（2）晶闸管换流与恒流充、放电阶段（3）二极管换流阶段（4）换流后运行阶段diL dt引起三、逆变器的多重化技术及多电平化1. 多重化技术改善方波逆变的输出波形：中小容量：SPWM大容量：多重化技术思路：用阶梯波逼近正弦波（1）串联多重化特点：适合于电压源型逆变器二重化三相电压源逆变器单个三相逆变电路输出电压波形桥Ⅱ输出电压相位比桥Ⅰ滞后30º桥Ⅰ输出变压器△/Y,桥Ⅱ输出变压器△/Z变比为1变比为13二重化逆变电路输出电压比单个逆变电路输出电压台阶更多、更接近正弦。
交直交变换器
图 53 三 相 变 换 器 输 出 电 压 波 形
三相线电压为 120°宽交变方波。图 5-3(a) 、 (b)、 (c) 中电压波形幅值为Ud/2的矩形波。 线电压的有效值：
UL 1
(U AB ) d (ωt )
2
2 3 0
1
2 2 3 U d d (ωt ) 0
2 U d 0.816U d (5-4) 3
5.4.2 同步调制和异步调制
在SPWM变换器中，载波频率与调制信号频率 之比称为载波比。根据载波和信号波是否同步 及载波比的变化情况，SPWM变换器可以有异 步调制和同步调制两种控制方式。
1. 异步调制
在异步调制方式中，调制信号频率变化时，通常保持 载波频率固定不变，因而载波比 m 是变化的。在调制 信号的半个周期内，输出脉冲的个数不固定，脉冲相 位也不固定，正负半周期的脉冲不对称。 当调制信号频率较低时，载波比 m 较大，半周期内的 脉冲数较多，正负半周期脉冲不对称和半周期内前后 1/4周期脉冲不对称的影响都较小，输出波形接近正弦 波。当调制信号频率增高时，载波比 m 就减小，半周 期内的脉冲数减少，输出脉冲的不对称性影响就变大， 还会出现脉冲的跳动。对于三相 SPWM 型变换器来说， 三相输出的对称性也变差。因此，在采用异步调制方 式时的高频段，希望尽量提高载波频率。
三相桥式逆变器
在双极性SPWM控制方式中，同一相上、下两 个臂的驱动信号都是互补的。但实际上为了防 止上、下两个臂直通而造成短路，在给一个臂 施加关断信号后，再延迟时间，才给另一个臂 施加导通信号。延迟时间的长短主要由功率开 关器件的关断时间决定。这个延迟时间将会给 输出的SPWM波形带来影响，使其偏离正弦波。
大学电力电子技术 第五章交-直-交变换器d
同步调制方式，效果和分段同步方式接近 降低时的切换频率。
5.5.3 SPWM波的生成
SPWM波的生成方法大体上有3种：采用模拟电路产生； 采用专用集成电路产生；由微机直接产生。
根据 SPWM 逆变器的基本原理和控制方法，可以用模拟 电路构成三角波载波和正弦参考波发生器，用比较器来 确定它们的交点，在交点时刻对功率开关管的通断进行 控制，这样就可以得到 SPWM 波。但这种模拟电路的缺 点是结构复杂，难以实现精确控制。现已有专门产生 SPWM 波的专用集成电路，可简化控制电路并提高可靠 性(在后续章节介绍)。
载波比 ——载波频率fc与参考信号频率fr之比，N= fc / fr。
根据载波和参考信号是否同步及载波比的变化情况，SPWM调 制方式分为异步调制、同步调制和分段同步调制。
1. 异步调制 ——载波和参考信号不同步的调制方式。
通常保持fc固定不变，当fr变化时，载波比N是变化的。 在参考信号的半周期内，SPWM波的脉冲个数不固定，相位也 不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后 1/4 周期的 脉冲也不对称。 当 fr 较低时， N 较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生 的不利影响都较小。 当 fr 增高时， N 减小，一周期内的脉冲数减少，脉冲不对称的 影响就变大。
uuv
Ud
2U d 3
t
O
u uN
t
2U d 3
Ud
Ud 3 Ud 3
O
2U d 3
t
在双极性 SPWM 控制方式中，同一相上下两个
桥臂的驱动信号是互补的。但实际上为了防止
上、下两个桥臂直通而造成短路，留一小段上
下臂都施加关断信号的死区时间。
交直交工作原理
交直交工作原理交直交（AC-DC-AC）是指交流电转换为直流电后再转换为交流电的工作原理。
交直交工作原理在现代电力系统中得到广泛应用，尤其是在电力转换和传输方面。
本文将详细介绍交直交工作原理及其应用。
1. 交流电转换为直流电交流电转换为直流电的过程称为整流。
交流电经过整流后，其电压波形变为直流电压。
整流的基本原理是通过二极管或晶闸管等电子元件，将交流电的正半周或负半周进行截取，使电流只能单向流动，从而实现了交流电到直流电的转换。
2. 直流电转换为交流电直流电转换为交流电的过程称为逆变。
逆变的基本原理是利用功率半导体器件（如晶闸管、IGBT等）控制直流电的开关，通过改变开关的导通时间和导通周期，将直流电转换为具有不同频率、幅值和相位的交流电。
3. 交直交工作原理的应用交直交工作原理在现代电力系统中有广泛的应用，主要体现在以下几个方面：3.1 变频调速交直交工作原理在电机调速系统中起到了重要作用。
通过交直交变频器，可以将电网提供的固定频率交流电转换为可调频率的交流电，从而实现电机的调速控制。
这在工业生产中非常常见，能够满足不同负载要求和节能要求。
3.2 电力传输交直交工作原理在电力传输中起到了关键作用。
交流电可以通过交直交变换器转换为直流电，然后通过高压直流输电系统进行远距离传输，最后再通过交直交变换器将直流电转换为交流电，供给用户使用。
这种方式可以提高电力传输效率，减少能量损耗。
3.3 电力稳定交直交工作原理在电力稳定方面有重要应用。
通过交直交变换器，可以将电网提供的不稳定交流电转换为稳定的直流电，然后再通过逆变器将直流电转换为稳定的交流电。
这种方式可以提高电力系统的稳定性，保证电力供应的可靠性。
4. 交直交工作原理的优势交直交工作原理相比传统的交流电系统具有以下优势：4.1 调速范围广交直交工作原理可以实现宽频调速，能够满足不同负载要求下的电机调速需求。
传统的交流电系统在调速范围上存在一定的限制，无法满足某些特殊工况的要求。
第4章直流交流变换器培训课件
驱动信号
0 V g 2 ,V g 3 2 2
2
22
2
t
0
v ab
Vd
0
V d
2
输 出 电 压 3
T1T4导 通
2
2
2
22
T2T3导 通
2 t 2
t
D3
b
D4
4-3-1 单脉冲脉宽调制(续1)
1.0
V1m
0.9
4V d
0.8
Vd
Vab22 22Vd2d(t)12Vd
0.7 0.6 0.5 0.4 0.3
v an
1 2 V d 驱动 T1
0
T0 驱动 T2 T 0
2
3T0 2
(b)电 压 波 形
vann1, 3,5,2nVDsin t
基波 va1
2VD
sint
t
V1
2VD
2
0.45VD
ia(t)
2V1 sint() R2(L)2
id
T1
Vd
a
T2
vab
D1 T3 ia Z
D 2 T4
(a)电 路
V3m 4V d
0 1 2
2
2
V5m
4V d
V7m
4V d
vab(t)
4Vd
n1,3,5,7,n
si
n
n 2
n1
(1) 2
si nt
4
V1m Vd sin 2
0.2
V nm
4V d n
sin
n 2
0.1 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 度
交流-直流变换器(整流器)
2
5.1 整流器的类型及性能指标
整流器的类型很多，可归纳分类如下： 1.按交流电源电流的波形可分为： （1） 半波整流。（2）全波整流。 2.按交流电源的相数的不同可分为：
（1） 单相整流。（2）三相整流。
3.按整流电路中所使用的开关器件及控制能力的不同可分为： (1） 不控整流。（2）半控整流。（3）全控整流。 4.按控制原理的不同可分为： （1） 相控整流。（2）高频PWM整流。 3
因此
Vrms v VH VD RF 1 Vd
4
2
2.电压脉动系数Sn：
输出电压中最低次谐波幅值Vnm与直流平均值VD之比。
Sn=Vnm/VD 3.输入电流总畸变率THD（Total Harmonic Distortion）：
输入电流中除基波外的所有谐波电流有效值与基波电流有效值之比。
图5.1 单相半波不控整流
电源电流中的直流分量很大。 很少实用。
8
5.2.2 两相半波不控整流
（双半波不控整流）
原理及波形分析：
性能优于单相半波不控整流：
正负半波均有输出，整流电压直 流平均值高了一倍；
1 VD
0
2VS sint d t 2
2 VS 0.9VS
7
5.2.1 单相半波不控整流
整流电压直流平均值
1 2
VD
0
2VS sint d t
2
VS 0.45VS
VD只与VS有关，不能被调控； 仅正半周有输出：在一个电源周 期中仅一个电压脉波（脉波数）， 称为“半波”；输出电压脉动大，
交-直-交和交-交变压变频器
交-直-交和交-交变压变频器
从整体结构上看，电力电子变压变频器可分为交-直-交和交交两大类。
1.交-直-交变压变频器 交-直-交变压变频器先将工频交流电源通过整流器变换成直流，再
通过逆变器变换成可控频率和电压的交流，如下图所示。
2. 交-交变压变频器
交-交变压变频器的基本结构如下图所示，它只有一个变换环节，把 恒压恒频（CVCF）的交流电源直接变换成VVVF输出，因此又称直接 式变压变频器。
•交 - 交 变 压 变 频 器 的 基 本 电 路 结 构
VF + Id ~ 50Hz
-
负 u0 载
- VR
-Id +
~ 50Hz
a) 电路结构 图6-13a 交-交变压变频器每一相的可逆线路
•输出电压波形
u0
正组通
正组通
反组通
反组通
t
图6-13b 方波形平均输出电压波形
•输出电压波形
a
=
p 2
有时为了突出其变频功能，也称作周波变换器（Cycloconveter）。
• 交-交变压变频器的基本结构
CVCF
VVVF
AC 50Hz~
交－交变频
AC
图6-12 交-交（直接）变压变频器
常用的交-交变压变频器输出的每一相都 是一个由正、反两组晶闸管可控整流装置 反并联的可逆线路。
也就是说，每一相都相当于一套直流可 逆调速系统的反并联可逆线路（下图a）。
三相桥式交交变频电路
a=0
u0
a
=
p 2
A
B
C
0
D
wt
E
F
图6-14 交-交变压变频器的单相正弦波输出电压波形
从整体结构上看，电力电子变压变频器可分为交-直-交和交交两大类。
1.交-直-交变压变频器 交-直-交变压变频器先将工频交流电源通过整流器变换成直流，再
通过逆变器变换成可控频率和电压的交流，如下图所示。
2. 交-交变压变频器
交-交变压变频器的基本结构如下图所示，它只有一个变换环节，把 恒压恒频（CVCF）的交流电源直接变换成VVVF输出，因此又称直接 式变压变频器。
•交 - 交 变 压 变 频 器 的 基 本 电 路 结 构
VF + Id ~ 50Hz
-
负 u0 载
- VR
-Id +
~ 50Hz
a) 电路结构 图6-13a 交-交变压变频器每一相的可逆线路
•输出电压波形
u0
正组通
正组通
反组通
反组通
t
图6-13b 方波形平均输出电压波形
•输出电压波形
a
=
p 2
有时为了突出其变频功能，也称作周波变换器（Cycloconveter）。
• 交-交变压变频器的基本结构
CVCF
VVVF
AC 50Hz~
交－交变频
AC
图6-12 交-交（直接）变压变频器
常用的交-交变压变频器输出的每一相都 是一个由正、反两组晶闸管可控整流装置 反并联的可逆线路。
也就是说，每一相都相当于一套直流可 逆调速系统的反并联可逆线路（下图a）。
三相桥式交交变频电路
a=0
u0
a
=
p 2
A
B
C
0
D
wt
E
F
图6-14 交-交变压变频器的单相正弦波输出电压波形
第3章交-交变换器整理完毕
第3章交-交变换器整理完毕
3 工作原理和波形
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。而在正组桥逆变工作时，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。
输出电压有效值和频率的调节
交-交变频电路的输出电压是由若干段电源电压拼接而成的。在输出电压 的一个周期内，所包含的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波。
3.2.3 晶闸管交流调功器和交流开关
1 晶闸管交流调功器
前面介绍移相触发控制，使得电路中的正弦波形出现缺角，包含较 大的高次谐波。为了克服这种缺点，可采用过零触发的通断控制方 式。这种方式的开关对外界的电磁干扰最小。
控制方法如下：在设定的控制周期内，使晶闸管开关接通几个周波 然后断开几个周波，改变通断时间比，改变了负载上的交流平均电 压，可达到调节负载功率的目的。因此这种装置也称为交流调功器。
电流有效值 电路功率因数
I U RL
co sPU I 1si2n απα
S U 2I 2π
π
电路的移相范围为0 ~ 180° 。
第3章交-交变换器整理完毕
2 电感性负载的工作情况
阻感负载
二极管反并联
晶闸管反并联
1α
.8
.6
动态过程
.4
.2
1
2
1
2
1
2
1
2
0
π
2π
3π
4π
5π
6π
.2
.4 .6
第3章交-交变换器整理完毕
(1) 方波型交-交变频器
当正组供电时，负载上获得正向电压；当反组供电时，负载上获得负向 电压。
如果在各组工作期间α角不变，则输出电压为矩形波交流电压。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。
3 工作原理和波形
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。而在正组桥逆变工作时，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。
输出电压有效值和频率的调节
交-交变频电路的输出电压是由若干段电源电压拼接而成的。在输出电压 的一个周期内，所包含的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波。
3.2.3 晶闸管交流调功器和交流开关
1 晶闸管交流调功器
前面介绍移相触发控制，使得电路中的正弦波形出现缺角，包含较 大的高次谐波。为了克服这种缺点，可采用过零触发的通断控制方 式。这种方式的开关对外界的电磁干扰最小。
控制方法如下：在设定的控制周期内，使晶闸管开关接通几个周波 然后断开几个周波，改变通断时间比，改变了负载上的交流平均电 压，可达到调节负载功率的目的。因此这种装置也称为交流调功器。
电流有效值 电路功率因数
I U RL
co sPU I 1si2n απα
S U 2I 2π
π
电路的移相范围为0 ~ 180° 。
第3章交-交变换器整理完毕
2 电感性负载的工作情况
阻感负载
二极管反并联
晶闸管反并联
1α
.8
.6
动态过程
.4
.2
1
2
1
2
1
2
1
2
0
π
2π
3π
4π
5π
6π
.2
.4 .6
第3章交-交变换器整理完毕
(1) 方波型交-交变频器
当正组供电时，负载上获得正向电压；当反组供电时，负载上获得负向 电压。
如果在各组工作期间α角不变，则输出电压为矩形波交流电压。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。
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3. 输出电流波形
图5-6 三相变换器△接阻抗负载电压电流波形
5.2.2 电流型变换器
1. 电路结构
电流型变换器的电路原理图如图5-7所示，电流型变换 器的特点是直流电源接有很大的电感，从逆变器向直 流电源看过去电源内阻为很大的电流源，保证直流电 流基本无脉动。
2．工作原理
电流型变换器的基本工作方式是120º导通方式，即每 个开关管导通120º，按VT1到VT6的顺序每隔60º依次导 通。其变换器输出电流波形如图5-8所示。
方便，主电路不 附加设备
单电机，可逆运 行
快
5.4 脉宽调制(SPWM)变换器
功率晶体管、功率场效应晶体管和绝缘栅双极 型晶体管(BJT、MOSFET、IGBT)是自关断器件。 用它们作开关元件构成的SPWM变换器，可使 装置的体积小、斩波频率高、控制灵活、调节 性能好、成本低。SPWM变换器，简单地说， 是控制逆变器开关器件的通断顺序和时间分配 规律，在变换器输出端获得等幅、宽度可调的 矩形波。这样的波形可以有多种方法获得。
状态1，0°~60°期间，开关元件5、6、1导通，相当于5、 6、1开关闭合。输出端U、W接到电源正极，V端接电源负极，
线 电 压 UUV=Ud ， UVW= -Ud ， UWU=0 ， UUN=UWN=+Ud/3 ， UVN= -Ud/3。依次类推其他5个状态内UUN。UVN和UWN波形与 UUN一样，只是时间上滞后120°和240°。
3．双极性调制
一般将正弦调制波的幅值与三角载波的峰值之 比定义为调制度M(亦称调制比或调制系数)。
在SPWM变换器中，使用最多的是三相桥式逆 变器。三相桥式逆变器一般都采用双极性控制 方式。U、V和W三相的SPWM的控制通常公用 一个三角波载波信号，用三个相位互差120° 的正弦波作为调制信号，以获得三相对称输出。 U、V和W各相功率开关器件的控制规律相同。
综上所述，交-直-交变频原理为频率不变的交流电源经整流 器变为直流电，再经逆变器，在其开关元件有规律的导通和 关断，即每隔60°导通一个，导通180°后关断，一个周期 中变换器输出的线电压为方形波，相电压为六阶梯波的交流 电。改变元件导通与关断的频率快和慢，就能改变输出交流 电频率高和低，改变直流环节电压高和低，就能调节交流输 出电压幅值大与小。
三相桥式逆变器
在双极性SPWM控制方式中，同一相上、下两 个臂的驱动信号都是互补的。但实际上为了防 止上、下两个臂直通而造成短路，在给一个臂 施加关断信号后，再延迟时间，才给另一个臂 施加导通信号。延迟时间的长短主要由功率开 关器件的关断时间决定。这个延迟时间将会给 输出的SPWM波形带来影响，使其偏离正弦波。
图5-11 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
图5-12画出了一正弦波的正半波，并将其划分为k等分 (图中k＝7)。将每一等分中的正弦曲线与横轴所包围 的面积都用一个与此面积相等的等高矩形波所替代， 从而得到一组等效于正弦波的一组等幅不等宽的矩形
脉冲的方法称为逆变器的正弦脉宽调制(SPWM)。
2．单极性调制
(5-6)
5.3 电压型变换器与电流型 变换器的比较
滤波环节 输出电压波形
输出电流波形
回馈制动
负载形式或适用 范围
动态性能
电压源型 电容 矩形波
决定于负载的功 率因数，有较 大的谐波分量
不易，直流侧并 电阻，或反并 联一个全控桥
多电机传动，稳 频稳速运行 较慢
电流源型 电流
决定于负载，对 异步电机负载 近似为正弦波 矩形波
开关顺序
12 3 4 5 6 1 2 3
————
——————
——————
_ ____
—————— —————— ——————
——————
——————
图5-4 三相变换器相电压波形和在每周期的六个状态
图 53 三 相 变 换 器 输 出 电 压 波
形
三相线电压为120°宽交变方波。图5-3(a)、(b)、(c)
中电压波形幅值为Ud/2的矩形波。
线电压的有效值：
UL
1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2
0 3
(U AB)2 d (ωt)
1
2
0 3
Ud2d (ωt)
2U 3
d
0.816Ud
(5-4)
线电压基波分量有效值：
U1L
6
ud
0.78ud
(5-5)
这种变换器向对称的星形连接的负载供电，输出线对 中点的电压即相电压波形，在每个周期中有六个不同 状态，故称六阶梯波，如图5-4所示。
第5章 交-直-交变换器
主要内容：
电压型和电流型变换器原理； SPWM型变换器。
5.1 简 介
交-直-交变换器就是把工频交流电先通过整流器整流成 直流，而后再通过变换器，把直流电逆变成为频率可 调的交流电。 交-直-交变换器可分为电压型和电流型。SPWM型变换 器是给逆变器固定的直流电压，通过开关元件有规律 的导通和关断，得到由宽度不同的脉冲组成的电压波 形，削弱和消除某些高次谐波，得到具有较大基波分 量的正弦输出电压。
5.2 电压型与电流型变换器
5.2.1 电压型变换器
1．电路结构
电压型变换器的特点是直流电源接有很 大的滤波电容，从逆变器向直流电源看 过去电源内阻为很小的电压源，保证直 流电压稳定。
2. 输出电压波形
开关元件每隔60°电角度按标号1、2、3、4、 5、6的次序导通，每个元件导通180°就关断， 即同一支臂的两个元件一个导通，另一个关断， 经过360°完成输出电压波形的一个周期。
在电流型变换器中，为吸收换相时负载电感中的能量， 如图5-7所示，在交流输出侧加入了电容器。在换相时， 由于负载电感中的能量给电容充电，从而变换器的输 出电压出现电压尖峰。
图5-8 电流型变换器输出电流波形
由电压型变换器的波形分析可类推得电流型变换器的
输出基波电流有效值为
IU1
6
Id
0.78Id
5.4.1 正弦脉宽调制原理及其优点
1．SPWM原理
根据采样控制理论，冲量相等而形状不同的窄脉冲作 用于惯性系统上时，其输出响应基本相同，且脉冲越 窄，输出的差异越小。它表明，惯性系统的输出响应 主要取决于系统的冲量，即窄脉冲的面积，而与窄脉 冲的形状无关. 图5-11给出了几种典型的形状不同而冲量相同的窄脉 冲。他们的面积(冲量)均相同。当它们分别作用在同一 个的惯性系统上时，其输出响应波形基本相同。当窄 脉冲变为图5-11 (d)所示的单位脉冲函数时，系统的响 应则变为脉冲过渡函数。