第六章 电力电子技术-交流交流变流电路
第六章交流交流变流电路
io
0 uVT 0 图6-1 电阻负载单相交 流调压电路及其波形
P Uo Io Uo S U1 I o U1
1 sin 2 2
(6-4)
的移相范围为0≤≤，随着的增大，Uo逐 渐降低，逐渐降低。
7
6.1.1 单相交流调压电路
2、阻感负载
VT1
触发角
11
6.1.1 单相交流调压电路
<时的工作情况
VT1的导通时间超过。
触发VT2时，io尚未过零， VT1仍导通，VT2不会导通， io过零后，VT2才可开通， VT2导通角小于。
io有指数衰减分量，在指数
分量衰减过程中，VT1导通 时间渐短，VT2的导通时间 渐长。
图6-5 <时阻感负载交流调压电路工作波形
3
6.1 交流调压电路
6.1.1 单相交流调压电路
6.1.2 三相交流调压电路
4
6.1 交流调压电路·引言
把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以控 制交流输出。 交流电力控制电路 交流调压电路：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：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。 交流电力电子开关：串入电路中根据需要接通或断开电路的晶闸管。 交流调压电路应用
Uo
u1 0 uo 0
t
t t t
io
0 uVT 0 图6-1 电阻负载单相交 流调压电路及其波形
1
2U 1 sin t
d t
2
电力电子技术第6章 交流交流变流电路
~u
VT1
uo
R
（a） 电阻负载单相交流调压电路 u1 O uo O i
o
α
π +α
t
VT1
VT2
t
u
O
V T
t
t O School of Electronics Science and Technology 7/57 （b）电阻负载单相交流调压工作波形
6.1.1 单相交流调压电路
每个晶闸管均在对应的交流电压 过零点关断，晶闸管的控制触发 角为α，导通角为θ = π-α。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，晶闸管也只 在两个晶闸管均关断时才承受电 压。 定量分析：由此可知，当晶闸管 的控制触发角为α时，负载两端的
ui 0 uo 0
t
t
图6-1 （c）斩控式交流调压方案 6/57
School of Electronics Science and Technology
6.1.1 单相交流调压电路
1 相控式交流调压电路
VT2
相控式交流调压电路的工作情 况和负载性质有很大的关系， 下面就电阻性负载和电感性负 载分别讨论。 （1）电阻性负载 单相相控式 交流调压电路电阻性负载电路 图如图所示，加在该电路输入 端的电源为正弦交流电。在交 流电源的正负半周分别在ωt =α 和ωt =π +α 时刻触发晶闸管VT1 和VT2，从而得到负载两端的电 压、电流以及VT两端电压波形 如图所示。
■直接方式
◆交流电力控制电路：只改变电压、电流或对电路的通 断进行控制，而不改变频率的电路。
◆交流调压电路：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：以交流电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。 ◆交流电力电子开关：串入电路中根据需要接通或断开电路的晶闸管。
电力电子技术第五版课后习题及答案
电力电子技术第五版课后习题及答案第二章电力电子器件2-1与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力？答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。
2.电力二极管在P区和N区之间多了一层低掺杂N区，也称漂移区。
低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N区就可以承受很高的电压而不被击穿。
2-2.使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。
或：uAK>0且uGK>0。
2-3.维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。
要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。
2-4图2-27中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为Imπ4π4π25π4a)b)c)图1-43图2-27晶闸管导电波形解：a)I d1=π21ππωω4)(sin t td I m=π2m I(122+)≈0.2717I m I1=ππωωπ42)()sin(21t d t I m=2m Iπ2143+≈0.4767I m b)I d2=π1ππωω4)(sin t td I m=πm I(122+)≈0.5434I m I 2=ππωωπ42)()sin(1t d t I m=22m Iπ2143+≈0.6741I m c)I d3=π2120)(πωt d I m=4 1I m I3=202)(21πωπt d I m=21I m2-5上题中如果不考虑安全裕量,问100A的晶闸管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少？这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少?解：额定电流I T(AV)=100A的晶闸管，允许的电流有效值I =157A，由上题计算结果知a)I m1≈4767.0I≈329.35，I d1≈0.2717I m1≈89.482/16b)I m2≈6741.0I≈232.90,I d2≈0.5434I m2≈126.56c)I m3=2I=314,I d3=41I m3=78.52-6GTO和普通晶闸管同为PNPN结构,为什么GTO能够自关断,而普通晶闸管不能?答：GTO和普通晶阐管同为PNPN结构，由P1N1P2和N1P2N2构成两个晶体管V1、V2，分别具有共基极电流增益a1和a2，由普通晶阐管的分析可得,a1+a2=1是器件临界导通的条件。
电力电子技术课后答案精简版
IDVT＝Id∕3＝23.4∕3＝7.8（A）
IVT＝Id∕ ＝23.4∕ ＝13.51（A）
14．单相全控桥，反电动势阻感负载，R=1Ω，L=∞，E=40V，U2=100V，LB=0.5mH，当=60时求Ud、Id与的数值，并画出整流电压ud的波形。
解：考虑LB时，有：
解：ud、id、iVT、iD的波形如下图：
负载电压的平均值为：
＝67.5（V）
负载电流的平均值为：
Id＝Ud∕R＝67.52∕2＝33.75（A）
流过晶闸管VT1、VT2的电流有效值为：
IVT＝ Id＝19.49（A）
流过二极管VD3、VD4的电流有效值为：
IVD＝ Id＝27.56（A）
11．三相半波可控整流电路，U2=100V，带电阻电感负载，R=5Ω，L值极大，当=60时，要求：
24．整流电路多重化的主要目的是什么？
答：整流电路多重化的目的主要包括两个方面，一是可以使装置总体的功率容量大，二是能够减少整流装置所产生的谐波和无功功率对电网的干扰。
25．12脉波、24脉波整流电路的整流输出电压和交流输入电流中各含哪些次数的谐波？
答：12脉波电路整流电路的交流输入电流中含有11次、13次、23次、25次等即12k1、（k=1，2，3···）次谐波，整流输出电压中含有12、24等即12k（k=1，2，3···）次谐波。
《电力电子技术》第五版机械工业出版社
课后习题答案
第二章电力电子器件
1.使晶闸管导通的条件是什么？
答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。或：uAK>0且uGK>0。
2.维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？
电力电子技术6 交流变换电路
6.2 交－交变频电路
正反两组整流器切换时，不能简单将原来工作的整流器封 锁，同时将原来封锁的整流器立即开通。因为已开通的晶 闸管并不能在触发脉冲取消的那一瞬间立即被关断，必须 待晶闸管承受反压时才能关断。如果两组整流器切换是触 发脉冲的封锁和开放同时进行，原先导通的整流器不能立 即关断，而原来封锁的整流器已经开通，于是出现两组桥 同时导通的现象，将会产生很大的短路电流，使晶闸管损 坏。为了防止在负载电流反向时环流产生，将原来工作的 整流器封锁后，必须留有一定死区时间，再将原来封锁的 整流器开通工作。这种两组桥任何时刻只有一组桥工作， 在两组桥之间不存在环流，称为无环流控制方式。 （2）变频电路的工作过程（以感性负载为例）
（2）输出星形联结方式
三相单相交-交变频电路的输出端星形联结，电动机的三个绕组也星形 联结，电动机中点和变频器中点接在一起，电动机只引出三根线即可。 因为三组单相变频器连接在一起，其电源进线就必须隔离，所以三组单 相变频器分别用三个变压器供电。
6.2 交－交变频电路
6.2.3 交-交变频电路输出频率上限的限制 交-交变频电路的输出电压是由若干段电网电压拼接而成的。当
输出频率升高时，输出电压一个周期内电网电压的段数就减少， 所含的偕波分量就增加。这种输出电压波形的畸变是限制输出频 率提高的主要因素之一。 6.2.4 交-交变频电器的优缺点 同交-直-交变频器相比有以下优缺点 1、优点：（1）只有一次变流，且使用电网换相，提高了变流效 率。 （2）可以很方便的实现四象限工作。 （3）低频时输出波形接近正弦波 缺点： （1）接线复杂，使用的晶闸管数目多。 （2）受电网频率和交流电路各脉冲数的限制，输出频率低。 （3）采用相控方式，功率因数较低。
当电源处于正半周时，触发T1导 通，电源的正半周施加到负载上； 当电源处于负半周时，触发T2导 通，电源负半周加到负载上。电
交流交流变流电路_
6
6.1.1 单相交流调压电路
◆的移相范围为0≤≤，随着的增大，Uo 逐渐降低，逐渐降低。
■阻感负载 ◆工作过程 ☞若晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦
波，相位滞后于u1的角度为，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。
☞设负载的阻抗角为 tan1(wL / R) ， 稳态时的移相范围应为≤≤。
压器一次电压。 7. 随电机负载大小自动调压（对于起重机等有较长时间
空载或轻载的负荷，自动调压可以节省电能）
3
6.1 交流调压电路
6.1.1 单相交流调压电路 6.1.2 三相交流调压电路
4
6.1 交流调压电路·引言
■把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 制就可以控制交流输出。
in
oZ
11
6.1.1 单相交流调压电路
P I 2 R 3872(W )
in
in
功率因数为
Pin 3872 0.8
U1Io 220 22
实际上，此时的功率因数也就是负载阻抗角的余弦。
② 3时，先计算晶闸管的导通角，由式（6-7）得
e sin( 0.6435) sin( 0.6435)
☞在wt=时刻开通晶闸管VT1，可求得导
通角，即
sin( ) sin( )etan (6-7)
VT1
图6-2 阻感负载单相交流 调压电路及其波形 7
6.1.1 单相交流调压电路
以为参变量，利用式(6-7)可以把和 的关系用图6-3的一簇曲线来表示。
◆基本的数量关系 ☞负载电压有效值Uo
Uo
in
o
VT
P I 2 R 2937(W )
in
电力电子技术第五版课后习题及答案
电力电子技术第五版课后习题及答案第二章电力电子器件2-1 与信息电子电路中的二极管相比，电力二极管具有怎样的结构特点才使得其具有耐受高压和大电流的能力？答：1.电力二极管大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。
2.电力二极管在P 区和N 区之间多了一层低掺杂N 区，也称漂移区。
低掺杂N 区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N 区就可以承受很高的电压而不被击穿。
2-2. 使晶闸管导通的条件是什么？答：使晶闸管导通的条件是：晶闸管承受正向阳极电压，并在门极施加触发电流（脉冲）。
或：uAK>0且uGK>0。
2-3. 维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？答：维持晶闸管导通的条件是使晶闸管的电流大于能保持晶闸管导通的最小电流，即维持电流。
要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下，即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。
2-4 图2-27中阴影部分为晶闸管处于通态区间的电流波形，各波形的电流最大值均为Im π4π4π25π4a)b)c)图1-43图2-27 晶闸管导电波形解：a) I d1=π21⎰ππωω4)(sin t td I m =π2m I (122+)≈0.2717 I m I 1=⎰ππωωπ42)()sin (21t d t I m =2m I π2143+≈0.4767 I m b) I d2 =π1⎰ππωω4)(sin t td I m =πm I (122+)≈0.5434 I m I 2 =⎰ππωωπ42)()sin (1t d t I m =22m I π2143+≈0.6741I m c) I d3=π21⎰20)(πωt d I m =41 I m I 3 =⎰202)(21πωπt d I m =21 I m 2-5 上题中如果不考虑安全裕量,问100A 的晶闸管能送出的平均电流I d1、I d2、I d3各为多少？这时，相应的电流最大值I m1、I m2、I m3各为多少?解：额定电流I T(AV) =100A 的晶闸管，允许的电流有效值I =157A ，由上题计算结果知a) I m1≈4767.0I ≈329.35，I d1≈0.2717 I m1≈89.482 / 16 b) I m2≈6741.0I ≈232.90,I d2≈0.5434 I m2≈126.56 c) I m3=2 I = 314,I d3=41I m3=78.5 2-6 GTO 和普通晶闸管同为PNPN 结构,为什么GTO 能够自关断,而普通晶闸管不能?答：GTO 和普通晶阐管同为PNPN 结构，由P1N1P2和N1P2N2构成两个晶体管V1、V2，分别具有共基极电流增益a1和a2，由普通晶阐管的分析可得,a1+a2=1是器件临界导通的条件。
第六章 电力电子技术—交流交流变流电路
1. 单相交流调压电路——斩控式电路 用V4给负载电流
提供续流通道
用V2进行斩波控制
—电力电子技术—
6.1交流调压电路
1. 单相交流调压电路——斩控式电路
VD1 V1
V1、V2导通时间为ton，开关周期
i1
为T，则占空比 =ton/T ，通过改 变来调节uo
u1
V2 VD2
V3
VD4
R
uo
用VT控制，只能进行滞后控制， 触发在io过零后，使io更为滞后
负载的阻抗角为 arctan（L / R），
t 时开通VT1，io满足
L
dio dt
Rio
2U1 sint
io |t 0
io
2U1
[sin(t
)
sin(
t
)e tan
2
d(t)
U1 2 Z
sin cos(2 ) cos
—电力电子技术—
6.1交流调压电路
1. 单相交流调压电路——阻感负载
负载电流Io有效值
Io 2IVT
VT电流IVT标么值，为参变量
IVTN IVT
Z 2U1
为参变量
—电力电子技术—
—电力电子技术—
6.3交-交变频电路
单相交交变频电路
电路构成 由P组和N组反并联的VT相控整流 电路构成 ——与直流电动机可逆调速四象限 变流电路相同
工作原理
P组工作，io为正； N组工作，io 为负
两组按一定频率交替工作，Z得到该频率交流电
改变切换频率，就可以改变输出频率0 改变控制角，就可以改变交流输出电压的幅值
电力电子技术基础 第6章 AC-AC变换-交流调压和交交变频器
图6-1 单相交流调压电路（电阻式负载）
第6章 AC/AC变换——交流调压和交交变频器
u1
2、单相交流调压电路 （阻感式负载）
0j a
p
2p
wt
波形与工作原理
VT1
i0
VT2
R i2
~u1
u0
L
uG uG1
uG2
0
wt
u0
0j a
p
p+ a
wt
i00wtqFra bibliotekuVT
0
wt
图6-2 阻感负载电路波形
第6章 AC/AC变换——交流调压和交交变频器
电力电子技术课程讲座
第6章 AC/AC变换——交交变流电路 6.1 概述
交流-交流变流电路（AC/AC Converter）即把一种形式的交流变成另一种形式 交流的电路。在进行AC-AC变流时，可改变相应的电压(电流)、频率和相数等。
交流-交流变换电路可以分为直接方式（即无中间直流环节）和间接方式（有中 间直流环节）两种。
+
p
a p
第6章 AC/AC变换——交流调压和交交变频器
2、单相交流调压电路 （电阻式负载）
1.0
功率因数 λ
0.8
P U0I0 U0 sin 2a + p a
S U1I0 US
2p
p
✓ α越大，输出电压越低，功率因数也越低。 ✓ 移相范围： ✓ 图中输出电压虽是交流，但不是正弦波，没有偶次谐
O
✓
时刻，开通VT2，此时i2流过负载，u0 = u1；
✓在
期间，无VT通，由相应的VT承担u0电压，u0 = 0。
p+a
电力电子技术复习题四到九章知识点
第四章课后题：1、无源逆变和有源逆变电路有什么不同？答：与整流相对应，把直流电变成交流电称为逆变。
当交流侧接在电网上，即交流侧接有电源时，称为有缘逆变。
当交流侧直接和负载连接时，称为无源逆变。
2、换流方式有哪几种？各有什么特点？答：器件换流:利用全控型器件的自关断能力进行换流称为器件换流。
电网换流:由电网提供换流电压称为电网换流。
负载换流:由负载提供换流电压称为负载换流。
凡是负载电流的相位超前于负载电压的场合,都可以实现负载换流.当负载为电容性负载时,就可实现负载换流。
3、什么是电压型逆变电路？什么是电流型逆变电路？二者各有什么特点？电压型逆变电路：直流侧是电压源或直流侧并联一个大电容。
特点:①直流侧为电压源，或并联有大电容，相当于电压源。
直流侧电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗。
②由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。
而交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。
③当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用。
为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管。
电流型逆变电路：直流侧是电流源或直流侧串联一个大电感。
特点：①直流侧串联大电感，相当于电流源。
直流侧电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗。
②电路中开关器件的作用仅是改变直流电流的流通路径，因此交流侧输出电流为矩形波，并且与负载阻抗角无关。
而交流侧输出电压波形和相位则因负载阻抗情况的不同而不同。
③当交流侧为阻抗负载时需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用。
因为反馈无功能量时直流电流并不方向，因此不必像电压型逆变电路那样要给开关器件反并联二极管。
4、电压型逆变电路中反馈二极管的作用是什么？为什么电流型逆变电路中没有反馈二极管？答：1）在电压型逆变电路中，当交流侧为阻感负载时，需要提供无功功率。
直流侧电容起缓冲无功能量的作用。
为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂都并联了反馈二极管，当输出交流电压和电流的极性相同时，电流经电路中可控开关器件流通，而当输出电压电流极性相反时，由反馈二极管提供电流通道。
交流-交流变流电路
矩阵变换器
总结词
一种基于开关控制的交流-交流变流电路
详细描述
矩阵变换器是一种基于开关控制的交流-交流变流电路，能够实现高效、宽范围的电压和频率调节。它通过多个 开关的组合控制，实现任意输入输出电压的转换，具有较高的能量转换效率和可靠性。矩阵变换器在高性能电机 驱动、船舶推进、航空航天等领域有广泛应用前景。
01
选择低损耗的元件，如低损耗变压器和低阻抗电容器，以降低
电路的能量损失。
减小变压器和电抗器的磁损和铜损
02
通过改进磁芯材料和减小线圈匝数，降低磁损和铜损，从而提
高效率。
优化控制策略
03
采用先进的控制算法，如空间矢量控制或直接功率控制，以实
现更精确的电压和电流控制，从而提高效率。
减小谐波的优化设计
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逆变器
总结词
将直流电转换为交流电的电路
详细描述
逆变器是一种将直流电转换为交流电的电路，常用于交流电机的驱动、光伏逆变 器等领域。它通过电子开关和变压器等元件，将直流电逆变为高频交流电，再通 过滤波得到所需的交流电压和频率。
双向变流器
总结词
同时具有整流和逆变功能的电路
详细描述
双向变流器是一种同时具有整流和逆变功能的电路，可以根据需要将交流电转换为直流电或将直流电 转换为交流电。它通常用于可再生能源系统、不间断电源等领域，能够实现能量的双向流动和转换。
交流-交流变流电路的应用场景
电力系统
用于调整电压和频率，确保电力系统的稳定运行。
工业自动化
用于驱动电动机和其他设备，实现精确的速度和位置控制。
新能源领域
用于将太阳能、风能等可再生能源转换为交流电能，供给负载使 用。
电力电子技术直流交流变换技术ppt课件
Vin
其瞬时值表达式为：
vAB 4 V in sitn 1 3si3 n t1 5si5 n t
精选PPT课件
15
工作原理（感性负载时）
Q1
QD11
V
in
V
A
in
Q
3
QD33
QD21
Z
A Q
D43
(a)
QD22
QQ 1 4D2
Q2Q1 QQ3 4
VAB
VAB
ZB
Vin B
Vin
QD44 i R
❖ 1964年，德国学者A. Schonung 和H. Stemmler 率先提出了脉宽调制（PWM: Pulse Width Modulation）的思想，把通讯技术中的调制技术 应用于交流传动中，开创了DC-AC技术研究的新领 域。
in
Q
4Q
3
(a)
B
D2
QQ 14
D1
VAB
B
A
Q2
Vin
Z
D4 D3i
Q
4
R
Q2 Q3
D2
Q1Q4 Q tQ
14
Q1
Q4 QQ12
D
DQ233Q4
V
VAB
ABVAB
Vin
Vin
B
t
D4 i R
i
i L
R
Q3
Q 1
Q 3
D 4
Q 4
QQ12Q4D1 QQ24 DQ31
t
Q1 D3
Q 3
D 4
Q 4
t
VT3
VT3
VT5
VT5
的晶闸管
共阳极组中导通
第6章 交流-交流变流电路
6.1 交流调压电路
■单相交流调压电路 – 阻感性负载
◆当 时的电路分析 当 时，VT1和VT2的导通角 均小 。若 于 ， 越小， 越大；当 时， 继续减小，在 0 时刻触发晶闸管VT1，则晶 闸管的导通时间将超过 。到 t 时刻触发晶 闸管VT2时，负载电流io尚未过零，VT1继续导通， 则VT2不会导通。 由于VT1提前开通，负载L被过充电，其放电时 间也将延长，使得VT1结束导电时刻大于 ，并 使VT2推迟开通，VT2的导通角也小于 。
6.1 交流调压电路
■单相交流调压电路 – 阻感性负载
◆电路分析 设在 t 时刻开通晶闸管VT1，负载电流应 满足如下方程和初始条件
dio L Rio dt io t 0 2U 1si n t
解方程后可得：
io 2U1 si n ( t ) si n ( )e ( t ) / tan Z
Uo 1
2U 1si n t d(t )
2
U1
I VT
1 si n2 si n2( )
1 2
( io ) 2 d(t ) sin cos (2 ) cos
Io
2I VT
U1 2 Z
6.1 交流调压电路
■单相交流调压电路的谐波分析
由前述的单相交流调压电路电阻性负载和电感 性负载电路波形可以看出，负载电压和负载电流均 不是正弦波，所以含有大量谐波。现以电阻性负载 为例，对负载电压uo进行谐波分析。由于波形正负 面积对称相等，所以不含直流分量和偶次谐波，利 用傅里叶级数可表示为
单相交流调压电路
tan
可知阻感负载时， 的移相范围应为≤≤。
但<时，电路也可以正常工作。
6.1.1 单相交流调压电路
◆<<时
☞VT1和VT2的导通角 均小于。 越小， 越大。
◆ = 时 ☞ VT1和VT2的导通角 均等于。 ◆ < 时 ☞ VT1的导通时间超过。
通相位的控制，调节输出电压有效值的电路。 ◆交流调功电路：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。
◆交流电力电子开关：串入电路中根据需要接通或
断开电路的晶闸管。
6.1 交流调压电路·引言
■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。
第6章 交流交流变流电路
6.1 交流调压电路 6.2 其他交流电力控制电路 6.3 交交变频电路 6.4 矩阵式变频电路 本章小结
引言
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
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 交流调功电路 通断控制 变频率的电路。
交流电力 控制电路
交交变频
变频电路 改变频率的电路 交直交变频
直接
间接
6.1 交流调压电路
6.1.1 单相交流调压电路 *6.1.2 三相交流调压电路
6.1 交流调压电路·引言
■把两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对
晶闸管的控制就可以控制交流输出。
■交流电力控制电路
◆交流调压电路：在每半个周波内通过对晶闸管开
wt
式中 Z R 2 (wL) 2
当wt 时，i0 0，可得：
电力电子技术 交流-交流变换
4）直接实现变频，无中间直流环节及滤波元件，变换效率高。
通过改变滞后触发角α控制输出值。
输出电压有效值：
Uo cos 1
0
( 2U1 sin t ) 2 d t U1
sin 2 2
P Uo I Uo sin 2 S U1 I U 1 2
特点： 输出波形为“缺块”正弦波存在谐波， α↑谐波↑，但不含直流与偶次谐波 。
余弦交点控制法：基本思想是使构成交-交变频器的各可控整流器输出电压 尽可能接近理想正弦波，即尽可能降低实际输出电压波形与理想正弦波形 之间的偏差。
u1 u2 u3 u4 u5 u6
2U sin t 2U sin(t 3 ) 2U sin(t 2 3 ) 2U sin(t ) 2U sin(t 4 3 ) 2U sin(t 5 3 )
输入、输出功率因数间关系
交－交变频电路
三相输入－三相输出交－交变频电路 输入、输出特性：
1）输出频率上限：与单相输出同 2）输入功率因数：有所改善 3）输出电压谐波：与单相输出同 4）输入电流谐谐波：
fin | (6k 1) fi 6lf 0 | 和fin fi 6kf 0 k 1, 2,3,...; l 0,1, 2,...。
交流调压电路
单相交流调压电路
2.电感－电阻性负载
特点： VT1、VT2导通角θ与α、φ有关； α与φ的关系不同，导致电路性能不同：
sin( ) e
tan
sin( )
1）φ＜α＜π：有调压功能 2）α＝φ：不起调压作用失控 3）0＜α＜φ(窄脉冲触发)：单管整流， 输出直流分量大危害大 4）0＜α＜φ(宽脉冲触发)：晶闸管总是在ωt=φ处导通，且输出 电压、电流正弦、连续，uo=u1，因此也不起调压作用失控
电力电子技术课件第6章交流交流变流电路
图6-10 不同角时负载相电压波形 a)=30° b)=60°
16
6.1.2 三相交流调压电路
√90°≤<150°范围内，电路处于两个晶
闸管导通与无晶闸管导通的交替状态，每个
晶闸管导通角度为300°-2，而且这个导通
☞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。
25
6.3.1 单相交交变频电路
图6-14 理想化交交变频电 路的整流和逆变工作状态
■整流与逆变工作状态 ◆以阻感负载为例，把电路等效成图6-
14a，二极管体现了交流电流的单方向性。
◆设负载阻抗角为，则输出电流滞后 输出电压角，两组变流电路采取无环流
Pin 29370.697
U1Io 22019 .16
12
6.1.1 单相交流调压电路
■斩控式交流调压电路
VD1 V1 i1
◆工作原理
u1
☞用V1，V2进行斩波控制，用V3，V4给
V2 VD2
V3
VD4
R
uo
VD3 V4 L
负载电流提供续流通道。
图6-7 斩控式图4交-7流调压电路
☞设斩波器件（V1，V2）导通时间为ton，
√ t3~t4阶段：uo和io均为负，反组整 流，输出功率为正。
√ t4~t5阶段：uo反向，io仍为负，反 组逆变，输出功率为负。 ◆结论
☞哪组变流电路工作由io方向决定， 与uo极性无关。
流过零线，3的整数倍次谐波是同相位的，不能在 各相之间流动，全部流过零线。
◆三相三线带电阻负载时的工作原理 ☞任一相导通须和另一相构成回路，因此电流
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z 能量分析
{ ϕ<90o,一周期内电网向负 载提供能量平均值为正,
负载电动机为电动运行 { 反之，则为发电运行
—电力电子技术—
6.3交-交变频电路
20
5次
7次
0 60 120 180
触发延迟角α/( °)
电阻负载电路基波和谐 波电流含量
{ 电流谐波次数和电阻负载时相同，只含3、5、7…次谐波
{ 随着次数的增加，谐波含量减少 { 与电阻负载相比，谐波电流含量少一些 { α相同时，随着ϕ增大，谐波含量有所减少
—电力电子技术—
6.1交流调压电路
在交流电源u1的正半周
{ α<ϕ
ϕ为参变量
——VT1导通时间超过π
——触发VT2时，io尚未过零，VT1仍导
通，VT2不会导通，io过零后，VT2才开 通，VT2导通角小于π
——io有指数衰减分量，在衰减过程
中，VT1导通时间渐短，VT2导通时间 渐长，衰减至0后，两个VT导通时间都
趋于π
u1
O iG1
Oα π iG2
O io
θ π
+
1
2π
[sin
2α
−
sin(2α
+
2θ
)]
{ VT电流有效值IVT
∫ IVT =
1
2π
α+θ ⎧⎪
α
⎨ ⎪⎩
2U1
⎡
⎢sin(ωt
−ϕ)
−
sin(α
α −ωt
−ϕ)e tgϕ
⎤⎫⎪2 ⎥⎬
d(ωt)
=
Z ⎢⎣
⎥⎦⎪⎭
U1
2π Z
θ − sinθ cos(2α +ϕ +θ) cosϕ
—电力电子技术—
z 单相输出交交变频电路(单相交交变频电路)是基础
—电力电子技术—
6.3交-交变频电路
单相交交变频电路
z 电路构成
{ 由P组和N组反并联的VT相控整流电 路构成 ——与直流电动机可逆调速四象限 变流电路相同
z 工作原理
{P组工作，io为正； N组工作，io 为负
{ 两组按一定频率交替工作，Z得到该频率交流电 { 改变切换频率，就可以改变输出频率ω0 { 改变控制角α，就可以改变交流输出电压的幅值
{负载的阻抗角为ϕ = arctan（ωL / R），
{ ωt = α 时开通VT1，io满足
L
dio dt
+
Rio
=
2U1 sin ωt
io |ωt =α = 0
io =
2U1
[sin(ωt
−
ϕ
)
−
sin(α
−
ϕ
α −ωt
)e tanϕ
]
Z
α ≤ ωt ≤ α + θ , Z =—电R力2 +电(子ω技L术)2—
z 三相三线
{ VT导通状态
——①三相各有一个VT导通,Uan’=Ua
——②两相各有一个VT导通,Uan’=Uab/2
——③三相均不通，Uan’=0
uan'
{ 两相间靠线电压导通，线电压超前
相电压30o，则α移相范围为0o-150o
——0o≤α<60o，①与②交替，每个VT导
通角为180o-α,但α=0o对应三个VT导通
6.1交流调压电路
1. 单相交流调压电路——阻感负载
{ 负载电流Io有效值
Io = 2IVT
{ VT电流IVT标么值，ϕ为参变量
IVTN = IVT
Z 2U1
ϕ为参变量
—电力电子技术—
6.1交流调压电路
1. 单相交流调压电路——阻感负载
z 阻感负载α移相范围为ϕ≤α≤π
{ 当ϕ<α<π，θ均小于π，α越小， θ越大；α=ϕ，θ=π
{ 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
—电力电子技术—
6.1交流调压电路
z 单相交流调压电路 z 三相交流调压电路
—电力电子技术—
6.1交流调压电路
1. 单相交流调压电路——电阻负载
z 电路结构
−
π
α
6.1交流调压电路
1. 单相交流调压电路——电阻负载
z 基本数量关系
{ 负载电流有效值Io { VT电流有效值IVT
Io
=
Uo R
∫ IVT =
1 π⎛
2π α ⎜⎜⎝
2U1 sin ωt
R
⎞2 ⎟⎟⎠
d
(ωt)
=
U1 R
1 (1− α + sin 2α ) 2 π 2π
{ 功率因数λ
λ = P = Uo Io = Uo = 1 sin 2α + π − α
——60o≤α<90o，为②，每个VT导通角
为120o
——90o≤α<150o， ②与③交替，每个
uan'
VT导通角为300o-2α，该导通角度为不连
续两部分，各占150o-α —电力电子技术—
6.2其他交流电力控制电路
1. 交流调功电路
z 与交流调压电路比较
{ 相同点：电路形式完全相同 { 不同点：控制方式不同
2U1 (cos2α −1) 2π
⎪ ⎪⎪b1 =
2U1 [sin2α + 2(π −α)]
2π
⎨
⎪⎪an = ⎪
2U1
π
⎩⎧⎨n1+1[cos(n
+1)α
−1]
−
1 [cos(n
n −1
−1)α
−1]⎫⎬
⎭
⎪⎪⎩bn =
2U1
π
⎡⎢⎣n1+1sin(n
+—1)α电−力n电1−子1s技in术(n—−1)α⎤⎥⎦
{ α=90o，中性线电流和各相电流有效 值接近
z 三相三线——与三相全控桥相同
{ 电流通路中至少有两个VT，采用双脉冲或宽脉冲触发，三相触 发相差120o，同相两个VT相差180o
{ 触发脉冲顺序为VT1-V—T6电,依力电次子相技术差— 三相交流调压电路——星形电路
(n=3,5,7,…) (n=3,5,7,…)
6.1交流调压电路
100
1. 单相交流调压电路——谐波分析
z 电阻负载
{ 基波和各次谐波有效值
Uon =
1 2
an2 + bn2
(n=1,3,5,7,…)
{ io基波和各次谐波的有效值
z 阻感负载
Ion =Uon / R
In/I*/%
80
基波
60
40
3次
交流电力 控制电路
交流调压电路 交流调功电路
相位控制 通断控制
改变频率
变频电路
交交变频 交直交变频
—电力电子技术—
直接 间接
6.1交流调压电路
z 原理——两个VT反并联后串联在交流电路中，通过对VT 的控制来控制交流输出，不改变交流电频率 {交流调压电路通过相控来调节输出电压有效值
z 应用
{ 灯光控制(如调光台灯和舞台灯光控制)
—电力电子技术—
6.2其他交流电力控制电路
2. 交流电力电子开关
z 交流电力电子开关
{ 把VT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
z 优点
{ 响应速度快，没有触点，寿命长，可以频繁控制通断
z 与交流调功电路区别
{ 并不控制电路的平均输出功率 { 通常没有明确的控制周期，只是根据需要控制电路的接
通和断开 { 控制频度通常比交流调功电路低得多
z 晶闸管投切电容器—常电用力，电子无技功术—补偿性能优良
6.3交-交变频电路
z 晶闸管交交变频电路(周波变流器，Cycloconvertor) z 交交变频电路：直接变频电路
{ 把电网频率交流电直接变换成可调频率交流电的变流电路
z 广泛用于大功率交流电动机调速传动系统，实际大多使用 三相输出交交变频电路
{ 两个VT可用一双向VT代替
z 工作过程
u
{ u1过零时刻为α=0o
{ 在交流电源的正负半周，分别控 制两个VT开通，正负半周触发角 相等
{ uo波形是u1的一部分
z 基本数量关系
{ 负载电压有效值Uo
( ) ∫ Uo =
1π
πα
2U1
sinω t
2
d(ω t )
=—U1电力21π电s子in技2α术+—π
S U1Io U1 2π
π
z α移相范围为0≤α≤π，随着α增大，Uo逐渐降低，λ逐渐 降低
—电力电子技术—
6.1交流调压电路
1. 单相交流调压电路——阻感负载
VT1
z 工作过程
{ 若将VT短接，稳态时io为正弦 波，滞后于u1角度ϕ。
{ 用VT控制，只能进行滞后控制， 触发在io过零后，使io更为滞后
2. 三相交流调压电路
z 根据三相联结形式的不同，三相交流调压电路具有多种 形式
—电力电子技术—
6.1交流调压电路
2. 三相交流调压电路——星形电路
z 三相四线
{ 相当于三个单相交流调压电路组合， 三相互错开120o
{ 基波和3倍次以外的谐波在三相之间 流动，不过中性线，3整数倍次谐波 同相位，不能在各相之间流动，都流 过中性线
iTα1 +π
——io稳态为正弦波，与—α=电ϕ力相电同子技术— O α θ iT2
ωt
ωt
ϕ
ωt
ωt