交流电力控制电路和交交变频电路优秀课件.ppt

交流电力控制电路和交交变频交流电力控制电路和交交变频电路电路第1页，本讲稿共91页第第4章章 交流电力控制电路和交流电力控制电路和交交变频电路交交变频电路概述概述4.1 交流调压电路交流调压电路4.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路4.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路4.2 其他交流电力控制电路其他交流电力控制电路4.2.1 交流调功电路交流调功电路4.2.2 交流电力电子开关交流电力电子开关4.3 交交变频电路交交变频电路4.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路4.3.2 三相交交变频电路三相交交变频电路4.4 矩阵式变频电路矩阵式变频电路本章小结第2页，本讲稿共91页概概 述述交交流流-交交流流变变流流电电路路一一种种形形式式的的交交流流变变成成另另一一种种形形式式交交流流的的电电路路，可可改变相关的电压、电流、频率和相数等改变相关的电压、电流、频率和相数等交流电力控制电路交流电力控制电路只改变电压、电流或控制电路的通断，不改变频率只改变电压、电流或控制电路的通断，不改变频率交流调压电路交流调压电路相位控制（或斩控式），相位控制（或斩控式），4.1节节交流调功电路及交流无触点开关交流调功电路及交流无触点开关通断控制，通断控制，4.2节节变频电路变频电路改变频率，大多不改变相数改变频率，大多不改变相数交交交交变变频频电电路路直直接接把把一一种种频频率率的的交交流流变变成成另另一一种种频频率率或可变频率的交流，直接变频电路或可变频率的交流，直接变频电路1.晶闸管交交变频电路，晶闸管交交变频电路，4.3节节2.矩阵式变频电路，矩阵式变频电路，4.4节节交交直直交交变变频频电电路路先先把把交交流流整整流流成成直直流流，再再把把直直流流逆逆变变成另一种频率或可变频率的交流成另一种频率或可变频率的交流,间接变频电路，间接变频电路，8.1节节 3第3页，本讲稿共91页4.1 交流调压电路交流调压电路交流电力控制电路的结构及类型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晶闸管就可控制交流电力交流调压电路交流调压电路每半个周波每半个周波控制晶闸管开通控制晶闸管开通相位，调节输出电压有效值相位，调节输出电压有效值交流调功电路交流调功电路以交流电的周期为单位控制以交流电的周期为单位控制晶闸管通断，改变通断周期数的比，调节输晶闸管通断，改变通断周期数的比，调节输出功率的平均值出功率的平均值交流电力电子开关交流电力电子开关并不着意调节输出平均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功率，而只是根据需要接通或断开电路.4第4页，本讲稿共91页4.1 交流调压电路交流调压电路交流调压电路的应用：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）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软起动异步电动机调速异步电动机调速供用电系统对无功功率的连续调节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于调节变压器一次电压 5第5页，本讲稿共91页4.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路1电阻负载电阻负载 工作原理：工作原理：在在 u1的正半周和负半周，分别对的正半周和负半周，分别对VT1和和VT2的开通角的开通角a a进行控制就进行控制就可以调节输出电压可以调节输出电压正负半周正负半周a a 起始时刻起始时刻（a a=0=0）均为均为电压过零时刻，稳态时，正负半电压过零时刻，稳态时，正负半周的周的a a 相等相等负载电压波形是电源电压波形的一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）部分，负载电流（也即电源电流）和负载电压的波形相同和负载电压的波形相同图图4-1电阻负载单相交流电阻负载单相交流调压电路及其波形调压电路及其波形(显示放大图）6第6页，本讲稿共91页4.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路数量关系数量关系负载电压有效值负载电压有效值(4-1)负载电流有效值负载电流有效值(4-2)晶闸管电流有效值晶闸管电流有效值(4-3)功率因数功率因数(4-4)图图4-1电阻负载单相交流电阻负载单相交流调压电路及其波形调压电路及其波形(显示放大图）7第7页，本讲稿共91页4.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路输出电压与输出电压与a a的关系的关系:移相范围为移相范围为0 a a。a a=0时，输出电压为时，输出电压为最大，最大，Uo=U1。随。随a a的增大，的增大，Uo降低，降低，a a=时，时，Uo=0。与与a a的关系：的关系：a a=0时，功率因数时，功率因数=1，a a增大，输入电流增大，输入电流滞后于电压且畸变，滞后于电压且畸变，降低降低 8第8页，本讲稿共91页4.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路2阻感负载阻感负载 阻感负载时阻感负载时a a的移相范围的移相范围 负载阻抗角：负载阻抗角：j j=arctan(w wL/R)晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，相位滞后于波，相位滞后于u1的角度为的角度为j j 在用晶闸管控制时，只能进行滞后控在用晶闸管控制时，只能进行滞后控制，使负载电流更为滞后，而无法制，使负载电流更为滞后，而无法使其超前使其超前 a =0时刻仍定为时刻仍定为u1过零的时刻，过零的时刻，a a 的移相范围应为的移相范围应为j j a a 图图4-2 阻感负载单相交流调阻感负载单相交流调压电路及其波形压电路及其波形显示放大图 9第9页，本讲稿共91页4.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路阻感负载时的工作过程分析阻感负载时的工作过程分析在在t=a a 时刻开通时刻开通VT1，负载电流，负载电流满足满足 (4-5)解方程得解方程得(4-6)式中式中 ,为晶闸管导通角为晶闸管导通角利用边界条件：利用边界条件：t=a a+时时io=0,可可求得求得：(4-7)VT2导通时，上述关系完全相同，只导通时，上述关系完全相同，只是是io极性相反，相位差极性相反，相位差180图图4-3 单相交流调压电路以单相交流调压电路以a a为为参变量的参变量的和和a a关系曲线关系曲线显示放大图 10第10页，本讲稿共91页 数量关系数量关系负载电压有效值负载电压有效值 (4-8)晶闸管电流有效值晶闸管电流有效值 (4-9)4.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 11第11页，本讲稿共91页负载电流有效值负载电流有效值 (4-10)IVT的标么值的标么值 (4-11)图4-4 单相交流调压电路单相交流调压电路a a为参变量时为参变量时IVTN和和a a关系曲线关系曲线(显示放大图）4.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 12第12页，本讲稿共91页a a j j 时的工作情况时的工作情况 VT1提前导通，提前导通，L被过充电，放电时间延长，被过充电，放电时间延长，VT1的导通角超过的导通角超过触发触发VT2时，时，io尚未过零，尚未过零，VT1仍导通，仍导通，VT2不通不通io过零后，过零后，VT2开通，开通，VT2导通角小于导通角小于方程式方程式(4-5)和和(4-6)所得所得io表达式仍适用，只是表达式仍适用，只是a at 过渡过程和带过渡过程和带R-L负载的单相交流电路在负载的单相交流电路在t=a a(a a j j)时合闸的过时合闸的过渡过程相同渡过程相同 io由两个分量组成：由两个分量组成：正弦稳态分量、指数衰减分量正弦稳态分量、指数衰减分量4.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 13第13页，本讲稿共91页衰减过程中，衰减过程中，VT1导通时间渐短，导通时间渐短，VT2的导通时间的导通时间渐长渐长稳态的工作情况和稳态的工作情况和a a=j j时完全相同时完全相同图图4-5 a aj j时阻感负载交流调压电路工作波形时阻感负载交流调压电路工作波形(显示放大图）显示放大图）4.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 14第14页，本讲稿共91页4.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路4斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路一般采用全控型器件作为开关器件一般采用全控型器件作为开关器件工作原理工作原理基本原理和直流斩波电路有类似之处基本原理和直流斩波电路有类似之处u1正半周，用正半周，用V1进行斩波控制，进行斩波控制，V3提供续流通道提供续流通道u1负半周，用负半周，用V2进行斩波控制，进行斩波控制，V4提供续流通道提供续流通道设设斩斩波波器器件件（V1或或V2）导导通通时时间间为为ton，开开关关周周期期为为T，则导通比则导通比a a=ton/T，改变，改变a a 可调节输出电压可调节输出电压 15第15页，本讲稿共91页4.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路特性特性电源电流的基波分量和电源电压同相电源电流的基波分量和电源电压同相位，即位移因数为位，即位移因数为1电源电流不含低次谐波，只含和开关电源电流不含低次谐波，只含和开关周期周期T有关的高次谐波有关的高次谐波功率因数接近功率因数接近1图图4-7 斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路(显示放大图）显示放大图）图图4-8 电阻负载斩控式交流调压电路电阻负载斩控式交流调压电路波形波形(显示放大图）显示放大图）16第16页，本讲稿共91页4.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路根据三相联结形式的不同，三相交流调压电路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具有多种形式图图4-9 三相交流调压电路三相交流调压电路a)星形联结星形联结 b)线路控制三角形联结线路控制三角形联结c)支路控制三角形联结支路控制三角形联结 d)中点控制三角形联结中点控制三角形联结(显示放大图）4.2 其他交流电力控制电路其他交流电力控制电路17第17页，本讲稿共91页4.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路（自学）（自学）1星形联结电路星形联结电路可分为三相三线和三相四线两种情况可分为三相三线和三相四线两种情况三相四线三相四线基本原理基本原理：相当于三个单相交流调压电路的组合，三相相当于三个单相交流调压电路的组合，三相互相错开互相错开120工作。基波和工作。基波和3倍次以外的谐波在三相之间流倍次以外的谐波在三相之间流动，不流过零线动，不流过零线问题问题：三相中三相中3倍次谐波同相位，全部流过零线。零线有很大倍次谐波同相位，全部流过零线。零线有很大3倍次谐波电流。倍次谐波电流。a=a=90时，零线电流甚至和各相电流的有效时，零线电流甚至和各相电流的有效值接近值接近 18第18页，本讲稿共91页4.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路（自学）（自学）三相三线，电阻负载时的情况三相三线，电阻负载时的情况 任一相导通须和另一相构成回路任一相导通须和另一相构成回路 电流通路中至少有两个晶闸管，应采用双脉冲或宽脉冲触发电流通路中至少有两个晶闸管，应采用双脉冲或宽脉冲触发 触发脉冲顺序和三相桥式全控整流电路一样，触发脉冲顺序和三相桥式全控整流电路一样，为为VT1 VT6,依次相差依次相差60 相电压过零点定为相电压过零点定为a a 的起点，的起点，a a 角移相范围是角移相范围是0150 19第19页，本讲稿共91页4.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路 （自学）（自学）(1)0 a a 60：三管导通与两管导三管导通与两管导通交替，每管导通通交替，每管导通180a a。但。但a a=0时一直是三管导通时一直是三管导通(2)60 a a 90：两管导通，每管导两管导通，每管导通通120(3)90 a a 150：两管导通与无两管导通与无晶闸管导通交替，导通角度为晶闸管导通交替，导通角度为3002 a a图4-10 不同a角时负载相电压波形a)a=30 b)a=60 c)a=120(显示放大图）20第20页，本讲稿共91页4.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路（自学）（自学）典型用例典型用例晶闸管控制电抗器晶闸管控制电抗器（Thyristor Controlled ReactorTCR）a a移相范围为移相范围为90180控制控制a a角可连续调节流过电抗器的电流，从而调角可连续调节流过电抗器的电流，从而调节无功功率节无功功率配以固定电容器，就可在从容性到感性的范围内配以固定电容器，就可在从容性到感性的范围内连续调节无功功率，称为静止无功补偿装置连续调节无功功率，称为静止无功补偿装置(Static Var ampensatorSVC），用来对无功），用来对无功功率进行动态补偿，以补偿电压波动功率进行动态补偿，以补偿电压波动 21第21页，本讲稿共91页图4-11 晶闸管控制电抗器(TCR)电路(显示放大图）图4-12 TCR电路负载相电流和输入线电流波形a)a=120 b)a=135 c)a=160(显示放大图）4.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路（自学）（自学）22第22页，本讲稿共91页4.2 其他交流电力控制电路其他交流电力控制电路以交流电源周波数为控制单位以交流电源周波数为控制单位交流调功交流调功电路电路对电路通断进行控制对电路通断进行控制交流电力电子开关交流电力电子开关 23第23页，本讲稿共91页4.2.1 交流调功电路交流调功电路与交流调压电路的异同与交流调压电路的异同电路形式电路形式完全完全相同相同控制方式控制方式不同不同：将负载与电源接通几个周波，：将负载与电源接通几个周波，再断开几个周波，改变通断周波数的比值来再断开几个周波，改变通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率调节负载所消耗的平均功率应用应用 常用于电炉的温度控制常用于电炉的温度控制 因其直接调节对象是电路的平均输出功率，因其直接调节对象是电路的平均输出功率，所以称为所以称为交流调功电路交流调功电路 24第24页，本讲稿共91页4.2.1 交流调功电路交流调功电路控控制制对对象象时时间间常常数数很很大大，以以周周波波数数为为单单位位控控制制即可即可通通常常晶晶闸闸管管导导通通时时刻刻为为电电源源电电压压过过零零的的时时刻刻，负负载载电电压压电电流流都都是是正正弦弦波波，不不对对电电网网电电压压电电流造成通常意义的谐波污染流造成通常意义的谐波污染电阻负载时的工作情况电阻负载时的工作情况控控制制周周期期为为M倍倍电电源源周周期期，晶晶闸闸管管在在前前N个个周周期导通，后期导通，后MN个周期关断个周期关断 25第25页，本讲稿共91页4.2.1 交流调功电路交流调功电路当当M=3、N=2时的电路波形如图时的电路波形如图4-13负载电压和负载电流（也即电源电流）的重复负载电压和负载电流（也即电源电流）的重复周期为周期为M倍电源周期倍电源周期图4-13 交流调功电路典型波形(M=3、N=2)(显示放大图）26第26页，本讲稿共91页4.2.2 交流电力电子开关交流电力电子开关晶闸管反并联后串入交流电路：晶闸管反并联后串入交流电路：作用作用：代替机械开关，起接通和断开电路的作用：代替机械开关，起接通和断开电路的作用优点优点：响应速度快，无触点，寿命长，可频繁控制通断：响应速度快，无触点，寿命长，可频繁控制通断与交流调功电路的区别与交流调功电路的区别:并不控制电路的平均输出功率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的接通和断开控制频度通常比交流调功电路低得多控制频度通常比交流调功电路低得多 27第27页，本讲稿共91页4.2.2 交流电力电子开关交流电力电子开关 晶闸管投切电容器晶闸管投切电容器（Thyristor Switched CapacitorTSC）对无功功率控制，可提高功率因数，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性能优于机械开关投切的电容器 结构和原理结构和原理 图图4-15基本原理图（单相）基本原理图（单相）实际常用三相，可三角形联结，也可实际常用三相，可三角形联结，也可星形联结星形联结图4-15 TSC基本原理图a)基本单元单相简图 b)分组投切单相简图(显示放大图）28第28页，本讲稿共91页4.2.2 交流电力电子开关交流电力电子开关 两个反并联的晶闸管起着把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并入电网或从电网断开的作用用（图（图4-15a）串联电感很小，用来抑制电容器串联电感很小，用来抑制电容器投入电网时的冲击电流投入电网时的冲击电流 实际工程中，为避免电容器组实际工程中，为避免电容器组投切造成较大冲击，一般把电投切造成较大冲击，一般把电容器分成几组容器分成几组（图（图4-15b），），可可根据电网对无功的需求而改根据电网对无功的需求而改变投入电容器的容量变投入电容器的容量 TSC实际上为断续可调的动实际上为断续可调的动态无功功率补偿器态无功功率补偿器图4-15 TSC基本原理图a)基本单元单相简图 b)分组投切单相简图(显示放大图）29第29页，本讲稿共91页4.2.2 交流电力电子开关交流电力电子开关 晶闸管投切晶闸管投切 选择晶闸管投入时刻的原则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：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，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有阶跃变化图4-16 TSC理想投切时刻原理说明(显示放大图）30第30页，本讲稿共91页4.2.2 交流电力电子开关交流电力电子开关（自学）（自学）TSC电路电路也可采用晶闸管和二极管反并联也可采用晶闸管和二极管反并联的方式的方式由于二极管的作用，在电路不导通时由于二极管的作用，在电路不导通时uC总会总会维维持在电源电压峰值持在电源电压峰值成本稍低，但响应速度稍慢，投切电容器的最成本稍低，但响应速度稍慢，投切电容器的最大时间滞后为一个周波大时间滞后为一个周波图4-17 晶闸管和二极管反并联方式的TSC(显示放大图）31第31页，本讲稿共91页4.3 交交变频电路交交变频电路本节讲述：本节讲述：晶闸管交交变频电路晶闸管交交变频电路，也称，也称周波变周波变流器流器(Cycloconvertor)或循环换流器或循环换流器交交变频电路交交变频电路把恒定电压、恒定频率的交把恒定电压、恒定频率的交流电源直接变换成可变电压、可变频率的交流电源直接变换成可变电压、可变频率的交流电，属于流电，属于直接直接变频电路变频电路广泛用于广泛用于大功率交流电动机调速传动系统大功率交流电动机调速传动系统，实，实用的主要是三相输出交交变频电路用的主要是三相输出交交变频电路 32第32页，本讲稿共91页4.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路1电路构成和基本工作原理电路构成和基本工作原理电路构成：电路构成：电路构成：电路构成：如图如图4-18，由，由P组组和和N组组反并联反并联的晶闸管变流电路构成，和直的晶闸管变流电路构成，和直流电动机可逆调速用的四象限变流电路完全相同。流电动机可逆调速用的四象限变流电路完全相同。变流器变流器P和和N都是都是相控整流电路相控整流电路图图4-18 单相交交变频电路原理单相交交变频电路原理图和输出电压波形图和输出电压波形(显示放大图）显示放大图）33第33页，本讲稿共91页4.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路工作原理工作原理P组组工作时，负载电流工作时，负载电流 io 为为正正N组组工作时，工作时，io 为为负负两两组组变变流流器器按按一一定定的的频频率率交交替替工工作作，负负载载就就得得到该频率的交流电到该频率的交流电改变两组变流器的改变两组变流器的切换频率切换频率，就可改变输出频率就可改变输出频率w wo改改变变变变流流电电路路的的控控制制角角a a，就就可可以以改改变变交交流流输输出出电电压的幅值压的幅值 34第34页，本讲稿共91页4.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路为为使使 uo 波波形形接接近近正正弦弦波波，可可按按正正弦弦规规律律对对a a 角角进进行行调制调制在在半半个个周周期期内内让让P组组a a 角角按按正正弦弦规规律律从从90减减到到00或或某某个个值值，再再增增加加到到9090，每每个个控控制制间间隔隔内内的的平平均均输输出出电电压压就就按按正正弦弦规规律律从从零零增增至至最最高高，再再减减到到零零。另另外外半半个个周周期期可可对对N N组组进进行同样的控制行同样的控制uo由由若若干干段段电电源源电电压压拼拼接接而而成成，在在uo的的一一个个周周期期内内，包包含含的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波 4.4 矩阵式变频电路矩阵式变频电路35第35页，本讲稿共91页4.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路（自学）（自学）2整流与逆变工作状态整流与逆变工作状态阻感负载为例阻感负载为例把把交交交交变变频频电电路路理理想想化化，忽忽略略变变流流电电路路换换相相时时uo的的脉脉动动分分量量，就就可可把把电电路路等等效效成成图图4-19a所所示示的的正正弦弦波波交交流流电电源源和和二二极极管的串联管的串联设负载阻抗角为设负载阻抗角为j j，则输出电流滞后输出电压，则输出电流滞后输出电压j j 角角两两组组变变流流电电路路采采取取无无环环流流工工作作方方式式，即即一一组组变变流流电电路路工工作作时时，封锁另一组变流电路的触发脉冲封锁另一组变流电路的触发脉冲 36第36页，本讲稿共91页图图4-19 理想化交交变频电路的整流和理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态逆变工作状态(显示放大图）显示放大图）工作状态工作状态 t1t3期间：期间：io正半周，正正半周，正组工作，反组被封锁组工作，反组被封锁 t1 t2：uo和和io均为正，均为正，正组整流，输出功率为正组整流，输出功率为正正 t2 t3：uo反向，反向，io仍仍为正，正组逆变，输出功为正，正组逆变，输出功率为负率为负4.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路 （自学）（自学）37第37页，本讲稿共91页4.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路（自学）（自学）t3 t5期间：期间：io负半周，反组工作，正组被负半周，反组工作，正组被封锁封锁 t3 t4：uo和和io均为负，反组整流，输出功均为负，反组整流，输出功率为正率为正 t4 t5：uo反向，反向，io仍为负，反组逆变，仍为负，反组逆变，输出功率为负输出功率为负 哪一组工作由哪一组工作由io方向决定，与方向决定，与uo极性无关极性无关 工作在整流还是逆变，则根据工作在整流还是逆变，则根据uo方向与方向与io方方向是否相同确定向是否相同确定工作状态工作状态 图图4-19 理想化交交变频电路的整理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态流和逆变工作状态(显示放大图）显示放大图）38第38页，本讲稿共91页图图4-20 单相交交变频电路输出电压和电流波形单相交交变频电路输出电压和电流波形(显示放大图）显示放大图）考虑无环流工作方式下考虑无环流工作方式下io过零的死区时间，一周期可分为过零的死区时间，一周期可分为6段段第第1段：段：io 0，反组逆变，反组逆变 第第4段：段：io 0，uo 0，uo 0，正组整流正组整流 第第6段：段：io 0，uo 0，为反组整流，为反组整流4.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路（自学）（自学）39第39页，本讲稿共91页uo和和io的的相相位位差差 90时时，一一周周期期内内电电网网向向负负载载提提供供能能量量的的平平均值为正，电动机工作在均值为正，电动机工作在电动状态电动状态当当二二者者相相位位差差 90时时，一一周周期期内内电电网网向向负负载载提提供供能能量量的的平平均均值为负，电网吸收能量，电动机为值为负，电网吸收能量，电动机为发电状态发电状态4.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路（自学）（自学）40第40页，本讲稿共91页4.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路（自学）（自学）3输出正弦波电压的调制方法输出正弦波电压的调制方法 介绍最基本的、介绍最基本的、广泛使用的余弦交点法广泛使用的余弦交点法 设设Ud0为为a a=0时整流电路的理想空载电压，则有时整流电路的理想空载电压，则有 (4-15)每次控制时每次控制时a a角不同，角不同，uo表示表示 每次控制间隔内每次控制间隔内uo的平均值的平均值 期望的正弦波输出电压为期望的正弦波输出电压为 (4-16)比较式比较式(4-15)和和(4-16)，应使，应使 (4-17)g g 称为输出电压比：称为输出电压比：41第41页，本讲稿共91页4.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路（自学）（自学）余弦交点法基本公式余弦交点法基本公式 (4-18)余弦交点法图解余弦交点法图解线电压线电压uab、uac、ubc、uba、uca和和ucb依依次用次用u1 u6表示表示相邻两个线电压的交点对应于相邻两个线电压的交点对应于a a=0图图4-21 余弦交点法原理余弦交点法原理(显示放大图）显示放大图）42第42页，本讲稿共91页4.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路（自学）（自学）u1u6所所对对应应的的同同步步信信号分别用号分别用us1us6表示表示us1us6比比相相应应的的u1u6超超前前30，us1us6的的最最大大值值和和相相应应线线电电压压a a=0的时刻对应的时刻对应以以a a=0为为零零时时刻刻，则则us1us6为余弦信号为余弦信号希希望望输输出出电电压压为为uo，则则各各晶晶闸闸管管触触发发时时刻刻由由相相应应的的同同步步电电压压us1us6的的下下降降段段和和uo的交点来决定的交点来决定图图4-21 余弦交点法原理余弦交点法原理(显示放大图）显示放大图）43第43页，本讲稿共91页4.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路（自学）（自学）不同不同g g 时，在时，在uo一周期内，一周期内，a a随随w wot 变化的情况。图中，变化的情况。图中，g g 较小，即输出电压较低时，较小，即输出电压较低时，a a只在离只在离90很近的范围内很近的范围内变化，电路的输入功率因变化，电路的输入功率因数非常低数非常低图图4-22 不同不同g g时时a a和和w wot的关系的关系(显示放大图显示放大图）44第44页，本讲稿共91页4.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路（自学）（自学）4输入输出特性输入输出特性1)输出上限频率输出上限频率 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确定一个明确的界限 当采用当采用6脉波三相桥式电路时，输出上限频率不高于脉波三相桥式电路时，输出上限频率不高于电网频率的电网频率的1/31/2。电网频率为。电网频率为50Hz时，交交变频电时，交交变频电路的输出上限频率约为路的输出上限频率约为20Hz 45第45页，本讲稿共91页4.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路（自学）（自学）2)输入功率因数输入功率因数输入电流相位滞后于输入电压，需输入电流相位滞后于输入电压，需要电网提供无功功率要电网提供无功功率一周期内，一周期内，a a 角以角以90为中心变化为中心变化输出电压比输出电压比g g 越小，半周期内越小，半周期内a a的平均值越靠近的平均值越靠近90负载功率因数越低，输入功率因数也负载功率因数越低，输入功率因数也越低越低不论负载功率因数是滞后的还是超不论负载功率因数是滞后的还是超前的，输入的无功电流总是滞后前的，输入的无功电流总是滞后图图4-23 单相交交变频电路单相交交变频电路的功率因数的功率因数(显示放大图显示放大图）46第46页，本讲稿共91页4.3.2 三相交交变频电路三相交交变频电路（自学）（自学）交交变频电路交交变频电路主要应用于大功率交流电机调速系统，主要应用于大功率交流电机调速系统，使用的是三相交交变频电路使用的是三相交交变频电路由三组输出电压相位各差由三组输出电压相位各差120的单相交交变频电路的单相交交变频电路组成组成1电路接线方式电路接线方式主要有两种：主要有两种：公共交流母线进线方式和输出星形联结公共交流母线进线方式和输出星形联结方式方式 47第47页，本讲稿共91页4.3.2 三相交交变频电路三相交交变频电路（自学）（自学）1)公共交流母线进线方式（图公共交流母线进线方式（图4-24）由三组彼此独立的、输出电压相位由三组彼此独立的、输出电压相位相互错开相互错开120的单相交交变频电路的单相交交变频电路构成构成电源进线通过进线电抗器接在公共的交电源进线通过进线电抗器接在公共的交流母线上流母线上因为电源进线端公用，所以三组的输出因为电源进线端公用，所以三组的输出端必须隔离。为此，交流电动机的端必须隔离。为此，交流电动机的三个绕组必须拆开三个绕组必须拆开主要用于中等容量的交流调速系统主要用于中等容量的交流调速系统图图4-24 公共交流母线进线三相公共交流母线进线三相交交变频电路（简图）交交变频电路（简图）(显示放大图显示放大图）48第48页，本讲稿共91页4.3.2 三相交交变频电路三相交交变频电路（自学）（自学）2)输出星形联结方式（图输出星形联结方式（图4-25）三组的输出端是星形联结，电动机的三个绕组也是星形联结三组的输出端是星形联结，电动机的三个绕组也是星形联结电动机中点不和变频器中点接在一起，电动机只引出三根线即电动机中点不和变频器中点接在一起，电动机只引出三根线即可可图图4-25 输出星形联结方式三相交交变频电路输出星形联结方式三相交交变频电路a）简图）简图 b）详图）详图(显示放大图显示放大图）49第49页，本讲稿共91页4.3.2 三相交交变频电路三相交交变频电路（自学）（自学）因为三组的输出联接在一起，其电源进线必须隔离，因此因为三组的输出联接在一起，其电源进线必须隔离，因此分别用三个变压器供电分别用三个变压器供电由于输出端中点不和负载中点相联接，所以在构成三相变频由于输出端中点不和负载中点相联接，所以在构成三相变频电路的六组桥式电路中，至少要有不同输出相的两组桥中电路的六组桥式电路中，至少要有不同输出相的两组桥中的四个晶闸管同时导通才能构成回路，形成电流的四个晶闸管同时导通才能构成回路，形成电流和整流电路一样，同一组桥内的两个晶闸管靠双触发脉冲保证和整流电路一样，同一组桥内的两个晶闸管靠双触发脉冲保证同时导通同时导通两组桥之间则是靠各自的触发脉冲有足够的宽度，以保证两组桥之间则是靠各自的触发脉冲有足够的宽度，以保证同时导通同时导通 50第50页，本讲稿共91页4.3.2 三相交交变频电路三相交交变频电路（自学）（自学）交交变频和交直交变频的比较交交变频和交直交变频的比较8.1节中介绍间接变频电路，先把交流变换成直流，再把直流节中介绍间接变频电路，先把交流变换成直流，再把直流逆变成可变频率的交流，称交直交变频电路逆变成可变频率的交流，称交直交变频电路和交直交变频电路比较，和交直交变频电路比较，交交变频电路的优点：交交变频电路的优点：只用一次变流，效率较高只用一次变流，效率较高 可方便地实现四象限工作可方便地实现四象限工作 低频输出波形接近正弦波低频输出波形接近正弦波缺点缺点是：是：接线复杂，采用三相桥式电路的三相交交变频器至少要用接线复杂，采用三相桥式电路的三相交交变频器至少要用36只晶闸管只晶闸管 51第51页，本讲稿共91页4.3.2 三相交交变频电路三相交交变频电路（自学）（自学）受电网频率和变流电路脉波数的限制，输出频率较低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功率因数较低 输入电流谐波含量大，频谱复杂输入电流谐波含量大，频谱复杂应用应用主要用于主要用于500kW或或1000kW以下的大功率、低转速的交流调速电以下的大功率、低转速的交流调速电路中。目前已在轧机主传动装置、鼓风机、矿石破碎机、球路中。目前已在轧机主传动装置、鼓风机、矿石破碎机、球磨机、卷扬机等场合应用磨机、卷扬机等场合应用既可用于异步电动机，也可用于同步电动机传动既可用于异步电动机，也可用于同步电动机传动 52第52页，本讲稿共91页4.3.2 三相交交变频电路三相交交变频电路（自学）（自学）P131 5P131 5题：单相交交变频电路和直流电动机传动用的反并题：单相交交变频电路和直流电动机传动用的反并联可控整流电路有什么不同？联可控整流电路有什么不同？答：答：它们的它们的组成是相同组成是相同的，均由两组反并联的可控整流电路组成。但两者的，均由两组反并联的可控整流电路组成。但两者的的功能和工作方式不同功能和工作方式不同：1 1）单相交交变频电路是将）单相交交变频电路是将交流电变成不同频率的交流电交流电变成不同频率的交流电，通常，通常用于交流电动机传动，两组可控整流电路在输出交流电压一个周期里，交替用于交流电动机传动，两组可控整流电路在输出交流电压一个周期里，交替工作各半个周期，从而输出交流电。工作各半个周期，从而输出交流电。2 2）而直流电动机传动用的反并联可控整流电路是）而直流电动机传动用的反并联可控整流电路是将交流电变成直流将交流电变成直流电电，两组可控整流电路中哪一组工作并没有固定交替关系，而是由电动，两组可控整流电路中哪一组工作并没有固定交替关系，而是由电动机工作状态的需要决定。机工作状态的需要决定。53第53页，本讲稿共91页4.3.2 三相交交变频电路三相交交变频电路（自学）（自学）P131 6P131 6题：交交变频电路的最高输出频率是多少？制约输出题：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？频率提高的因素是什么？答：一般来讲，构成交交变频电路的两组交流电路的脉波数越多，最高答：一般来讲，构成交交变频电路的两组交流电路的脉波数越多，最高输出频率就越高。输出频率就越高。当采用当采用6 6脉波三相桥式整流电路时脉波三相桥式整流电路时，最高输出频率不应，最高输出频率不应高于电网频率的高于电网频率的1/31/3到到1/21/2。当电网频率为。当电网频率为50Hz50Hz时，时，交交变频电路输出的上交交变频电路输出的上限频率为限频率为20Hz20Hz左右。左右。当输出频率增高时，输出电压一周期所包含的电网电压段数减少，当输出频率增高时，输出电压一周期所包含的电网电压段数减少，波形畸变严重，波形畸变严重，电压波形畸变和由此引起的电流波形畸变以及电动机的转电压波形畸变和由此引起的电流波形畸变以及电动机的转矩脉动是限制输出频率提高的主要原因。矩脉动是限制输出频率提高的主要原因。54第54页，本讲稿共91页4.3.2 三相交交变频电路三相交交变频电路（自学）（自学）P131 7P131 7题：交交变频电路的主要特点和不足是什么？其主要用途是题：交交变频电路的主要特点和不足是什么？其主要用途是什么？（什么？（P127P127）答：答：特点特点：只用一次变流，效率较高；可方便实现四象限工：只用一次变流，效率较高；可方便实现四象限工作；低频输出时的特性接近正弦波。作；低频输出时的特性接近正弦波。不足不足：1 1）接线复杂，如采用三相桥式电路的三相交交变）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频器至少要用3636只晶闸管；只晶闸管；2 2）受电网频率和变流电路脉波数）受电网频率和变流电路脉波数的限制，输出频