电力电子技术 第5章交交变流电路

ωo
(5-2)
t) (5
−
3)
γ = Uom
U do
(0 ≤ γ ≤ 1)
(4-3)式 为求控制角α的基本公式 γ称为输出电压比：
余弦交点法图解
1. 线电压uAB、 uAC 、 uBC 、 uBA 、 uCA和uCB依次用u1-u6表示；
2. 相邻两个线电压的交点对应于 α=0；
3. u1-u6所对应的同步信号分别用 us1-us6表示 ；
第三阶段：i0>0， u0>0。正组整流器工作在整流状态，反组 整流器被封锁；
第四阶段：i0>0， u0<0。正组整流器工作有源逆变状态，反 组整流器仍被封锁；
第五阶段：电流为零，为无环流死区，正、反组均封锁；
第六阶段：i0<0, u0<0，反组整流器工作在整流状态，正组整 流器被封锁；
内，控制角α 随ωot 变化
的情况如右图，图中 ：
α =cos−1(γ sinωot)
=
π
2
−sin−1(γ
sinωot)
γ 较小，即输出电压较低 时，α只在离90°很近的
范围内变化，电路的输入
功率因数非常低。
相位控制角α/(° )
180
150
120
γ=0
90
60
30
γ = 0.1
0.2 0.3
0.8 0.9 1.0
2） 采用宽脉冲或脉冲列触发，使第二个晶闸管的导通角φ<π 。即 可使两个晶闸管的导通角θ=1800达到平衡。解决失控现象。 当α ≤ф 时，并采用宽脉冲或脉冲列触发，负载电压、电流总是完 整的正弦波，改变控制角α ,负载电压、电流的有效值不变，即电路
失去交流调压的作用。在电感负载时，要实现交流调压的目的，则最
1.0
0.9 0.8
0.3 0.2 0.1
0
π
π
3π 2π
2
2
输出相位ω 0 t
不同γ时α和ωot的关系
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■输入输出特性 ◆输出上限频率 ☞输出频率增高时，输出电压一周期所含电网电压段数减
少，波形畸变严重，电压波形畸变及其导致的电流波形畸 变和转矩脉动是限制输出频率提高的主要因素。 ☞就输出波形畸变和输出上限频率的关系而言，很难确定一 个明确的界限。 ☞当采用6脉波三相桥式电路时，一般认为输出上限频率不 高于电网频率的1/3～1/2，电网频率为50Hz时，交交变频 电路的输出上限频率约为20Hz。
)
功率因数为：
λ = 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 α = π 时，先计算晶闸管的导通角，由式（6-7）得
3
sin(π
+θ
−0.6435)
=
sin(π
−θ
−0.6435)etanϕ
3
3
解上式可得晶闸管导通角为：
θ =2.727=156.2°
▲接线复杂，如采用三相桥式电路的三相交交变 频器至少要用36只晶闸管。
▲受电网频率和变流电路脉波数的限制，输出频 率较低；输入功率因数较低。
▲输入电流谐波含量大，频谱复杂
▲控制电路复杂，但随着计算机控制技术的成
熟 采 数 化 交 交变
路
相控式交流调压器主电路
交流调压电路是用来变换交流电压幅值（或有效值） 的电路。
波电压；
2电源电压过零： VT1管电流下降为零而关断；
3电源电压负半周：晶闸管VT2承受正向电压，当
ωt=π+α时，触发VT2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。
u1
u1
O uo
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。
•每半个周波控制晶闸 管开通相位，调节输出 电压有效值。
电路属于相位控制， 采用电网自然换相。
u
设电源电压为
V1
V 2
uo R
u = 2U sin ωt
相控调压器电阻性负载
工作原理（参见下页图）
1电源正半周：晶闸管VT1承受正向电压，当ωt=α 时，触发VT1使其导通，负载上得到缺α角的正弦半
π
相控调压器阻感性负载
工作原理
单相交流电压器带阻感负载
u1
时，工作情况同可控整流电 u1 路带电感负载相似；
O
当电源电压反向过零时，负 uG1
载电感产生感应电动势阻止 uGO2
电流的变化，故电流不能立
O uo
即为零；
O
晶闸管的导通角θ的大小与
io
控制角a 、负载阻抗角φ都
O uVT
⎪⎩u π + α ≤ ωt < 2π
(5 − 5)
输出电压有效值
Uo = U
1 sin 2α + π − α
2π
π
(5 − 6)
负载电流有效值为IO=UO/R
电源的有功功率为P= IO UO，视在功率为S= IO U
电源功率因数为
λ = P = 1 sin 2α + π − α
S 2π
交-交变频器的优缺点
优点 1. 不经过直-交逆变环节，减少了换流损耗，变 流效率高。 2. 电网自然换流，工作可靠性高。 3.低频输出波形接近正弦波。 4. 可实现整流和逆变两种工作状态，由其供电 的电力拖动系统可实现四象限运行。
交-交变频器的优缺点
缺点
▲输出电压的最高频率受电源频率的限制，一般 不能超过电源频率的1/2。而且输出电压波形随 频率升高而变坏，所以一般只在低速、大容量 的电力拖动系统中应用。
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I VT =
U1
2π Z
θ − sinθ cos(2α + ϕ + θ ) cos ϕ
= 220 × 2.727 − sin 2.727 × cos(2π 3 + 0.6435 + 2.727)
2π ×10
0.8
=13.55(A)
Iin = Io = 2IVT = 19.16(A)
Pin = Ii2nR= 2937(W)
广泛用于大功率交流电动机调速传动系统， 实用的主要是三相输出交交变频电路
交-交变频器的基本结构
由具有相同特征的两组晶闸管整流电路（正 组整流器和反组整流器 ）反并联构成；
单相交－交变频器主电路结构
交-交变频器的基本结构
三相交－交变频器的主电路结构
交-交变频器的工作原理
正组整流器工作，反组整流器被封锁，负载端输出电压为上正 下负；
第五章 晶闸管交-交变频电路
本章要点 1. 交-交变频器的基本结构 2. 交-交变频器的电压控制 3. 交-交变频器在滞后负载时的工作状态 4. 交流调压器的基本结构 5. 交流调功器
交-交变频器
晶闸管交-交变频电路，也称周波变换器
交-交变频器实际上是由晶闸管全控整流电 路组合而成的交流电路，通过对各全控整流 电路输出电压大小和方向的组合控制，使负 载得到一个电压和频率可控的交流电。
交流调功电路直接调节对象是电路的平均输出功率；
控制对象时间常数很大，以周波数为单位控制；
晶闸管导通时刻为电源电压过零的时刻，负载电压电 流都是正弦波，不对电网电压电流造成通常意义的谐 波污染。
■交流调功电路工作原理 ☞和交流调压电路的电路形式完全相同，只是控制方式不同。 ☞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。
形断续愈严重。
2、α =ф此时，晶闸管轮流导通，相当于晶闸管被短接。负载电流处
于连续状态，为完全的正弦波。
3、α <ф
1）如果采用窄脉冲触发，会出现先触发的一只晶闸管导通，而另一只 管子在电流下降为零时，因其门极脉冲已经消失不能导通的失控现象。 回路中将出现很大的直流电流分量，无法维持电路的正常工作。
4. us1-us6比相应的u1-u6超前30°， us1-us6的最大值和相应线电压α =0的时刻对应；
5. α =0为零时刻，则us1-us6为余 弦信号；
6. 各晶闸管触发时刻由相应的同步 电压us1-us6的下降段和输出电压 uo的交点来决定；
余弦交点法图解
◆不同输出γ 的情况下，
在输出电压的一个周期
哪组整流器电路工作是由输出电流决定，而与输出电压极性无 关；
变流电路是工作在整流状态还是逆变状态，则是由输出电压方 向和输出电流方向的异同决定；
交-交变频器输出电压波形控制
1.方波输出交-交变频器
在变频器工作与稳态时，各变流器控制角相同，输出电压每 半个周期的平均值为常量，可视为输出电压为正负交变的方 波电压。这种方式的优点是控制简单，缺点是负载电压中谐 波含量较大。
λ = Pin = 2937 = 0.697
U1Io 220 ×19.16
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常用三相交流控调压电路
常用三相交流控调压电路
常用三相交流控调压电路
晶闸管交流调功器
与调压电路的比较：
电路形式完全相同。控制方式不同，以交流电源周波 数为控制单位, 对电路通断进行控制，改变通断周波 数的比值来调节负载所消耗的平均功率。
交-交变频器输出电压波形控制
输出正弦波电压的调制方法
◆介绍最基本的余弦交点法。
设Ud0为α=0时整流电路的理想空载电压，则有：

uo= Ud0 cos α
(5-1)
希望输出的正弦波电压为
比较cosα式=（UUodmo5s-i1nuω）oo=t 与=Uγ s（oimnω5c0-to2s）ωα ，=0tc则os−1有(γ sin