第5章交流-交流变换电路

1、 交流交流-交流变换电路，是把一种形式的交流变成另一种形交流变换电路，是把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路。在进行交流式交流的电路。在进行交流-交流变换时，可以改变其电压、交流变换时，可以改变其电压、电流、频率和相数等。电流、频率和相数等。 只改变电压、电流或对电路的通断进行控制，而不改变只改变电压、电流或对电路的通断进行控制，而不改变频率的电路称为交流电力控制电路。频率的电路称为交流电力控制电路。 采用相位控制的交流电力控制电路称为交流调压电路；采用相位控制的交流电力控制电路称为交流调压电路； 采用通断控制的交流电力控制电路称为交流调功电路；采用通断控制的交流电力控制电路称为交流调功电

2、路； 只进行交流电路的通断控制即为交流无触点开关。只进行交流电路的通断控制即为交流无触点开关。将一种频率的交流变换成另一种频率交流的电路称为交将一种频率的交流变换成另一种频率交流的电路称为交-交变交变频电路。变频电路大多数不改变相数。频电路。变频电路大多数不改变相数。 变频电路有交变频电路有交-交变频电路和交交变频电路和交-直直-交变频电路两种形式。交变频电路两种形式。 交交-交变频电路直接把一种频率的交流变成另一种频率或交变频电路直接把一种频率的交流变成另一种频率或可变频率的交流，也称为直接变频电路。可变频率的交流，也称为直接变频电路。 交交-直直-交变频电路先把交流整流成直流，再把直流逆变

3、成交变频电路先把交流整流成直流，再把直流逆变成另一种频率或可变频率的交流，这种具有直流中间环节的变另一种频率或可变频率的交流，这种具有直流中间环节的变频电路也称为间接变频电路。频电路也称为间接变频电路。 5.2节是目前应用较多的大功率晶闸管交节是目前应用较多的大功率晶闸管交-交变频电路。交变频电路。本章主要讲述本章主要讲述交流交流-交流变流电路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交流电力控制电路控制电路只改变电压、只改变电压、电流或控制电电流或控制电路的通断路的通断,而不而不改变频率的电改变频率的电路路交流调压电路交流调压

4、电路 相位控制相位控制交流调功电路交流调功电路 通断控制通断控制交交交交变频电路变频电路改变频率的电路改变频率的电路交交变频交交变频直接直接交直交变频交直交变频间接间接5.1 交流调压电路交流调压电路5.2 交交-交变频电路交变频电路5.3 矩阵式交矩阵式交-交变频电路交变频电路 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、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。负半周

5、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。 交流调压电路：在每半个周波内通过对晶交流调压电路：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。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交流调压电路广泛用于灯光控制灯光控制、异步电动机的软起动异步电动机的软起动、异步电动机异步电动机的调压调速的调压调速、供电系统对无功功率的连续调节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在变压器一次侧调压并在变压器二次侧用二极管整流等变压器二次侧用二极管整流等。交流调压电路一般有三种控制方式。交流调压电路一般有三种控制方式。 （1）通断控制）通断控制 在交

6、流电压过零时刻导通或关断晶闸管，使负载电路与交流电源接通在交流电压过零时刻导通或关断晶闸管，使负载电路与交流电源接通几个周波，然后再断开几个周波，通过改变导通几个周波，然后再断开几个周波，通过改变导通/关断周波数的比值实现调关断周波数的比值实现调压的目的。通断控制时输出电压波形为正弦。压的目的。通断控制时输出电压波形为正弦。 （2）相位控制）相位控制 在交流电压的正、负半周触发导通晶闸在交流电压的正、负半周触发导通晶闸管，且保持两只晶闸管的移相角相同，保证管，且保持两只晶闸管的移相角相同，保证向负载输出正、负半周对称的交流电压波形。向负载输出正、负半周对称的交流电压波形。 （3）斩波控制）斩波

7、控制 利用脉宽调制利用脉宽调制PWM技术将正弦交流电压技术将正弦交流电压波形分割成脉冲列，通过改变脉冲的占空比调波形分割成脉冲列，通过改变脉冲的占空比调节输出电压。节输出电压。输出电压波形为正弦波，输出电压波形为正弦波，但电压调节不连续。但电压调节不连续。方法简单，连续调节输方法简单，连续调节输出电压大小，但输出电出电压大小，但输出电压波形非正弦压波形非正弦输出电压大小可以连续调节，输出电压大小可以连续调节，波形接近正弦波。基本克服相波形接近正弦波。基本克服相位控制和通断控制的缺点位控制和通断控制的缺点5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 5.1.1.1 5.1.1.1 电阻性负载电阻

8、性负载 电源电压电源电压u1正、负半周的过零点即为正、负半周的过零点即为控制角控制角的起始时刻（的起始时刻（=0）。）。 在电源电压在电源电压u1的正半周和负半周，分的正半周和负半周，分别触发别触发VT1和和VT2，就可以调节输出电压，就可以调节输出电压，电压过零时晶闸管关断。电压过零时晶闸管关断。 在稳态情况下，应使正、负半周的在稳态情况下，应使正、负半周的角角相等。负载电压波形是电源电压波形的一相等。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。部分，负载电流与负载电压的波形相同。5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 5.1.1.1 5.1.1.1 电阻性负载电

9、阻性负载 单相交流调压电路带电阻性负载，在单相交流调压电路带电阻性负载，在触发角为触发角为时，负载电压有效值时，负载电压有效值Uo、负载电、负载电流有效值流有效值Io、晶闸管电流有效值、晶闸管电流有效值IVT和电路和电路的功率因数的功率因数分别为分别为2o1111-2sind()sin22UUttUooUIR211VT2sin111-d()sin222 2UtUItRRooo1 o11-sin22U IUPSU IU5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 5.1.1.1 5.1.1.1 电阻性负载电阻性负载输出电压与输出电压与 的关系的关系 移相范围为移相范围为0 = 0。 时，输出电压

10、为最大。时，输出电压为最大。U0 = U1，随着随着 的增大，的增大，U0降低降低 = 时，时，U0 = 0功率因数功率因数 与与 的关系：的关系： = 0时，功率因数时，功率因数 = 1 增大，增大，降低降低5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 5.1.1.2 5.1.1.2 阻感性负载阻感性负载 由于电感的储能作用，负载电流由于电感的储能作用，负载电流io会在电源电压会在电源电压u1过零后延迟一段时间再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过零，其延迟时间与负载的功率因数角=arctan(L/R)有关。有关。 晶闸管的关断是在电流过零时刻，晶闸管的关断是在电流过零时

11、刻，因此，晶闸管的导通角因此，晶闸管的导通角不仅与触发控不仅与触发控制角制角有关，还与负载功率因数角有关，还与负载功率因数角有关。有关。5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 5.1.1.2 5.1.1.2 阻感性负载阻感性负载 设负载的阻抗角为设负载的阻抗角为=arctan（L/R）。如果用。如果用导线把晶闸管完全短接，稳态时负载电流导线把晶闸管完全短接，稳态时负载电流io应该是应该是正弦波，其相位滞后于电源电压正弦波，其相位滞后于电源电压u1的角度为的角度为。 显然，在用晶闸管控制时只能进行滞后控制，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。使负载电

12、流更为滞后，而无法使其超前。 为了分析方便，把为了分析方便，把=0的时刻仍然定在电源电的时刻仍然定在电源电压过零的时刻，因此，压过零的时刻，因此，单相交流调压电路带阻感性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负载时，稳态运行情况下控制角的移相范围应为的移相范围应为。 输出交流电压为输出交流电压为缺口正弦波缺口正弦波，改变，改变角的大小，角的大小，即可改变输出电压的有效值，达到调压的目的。即可改变输出电压的有效值，达到调压的目的。5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 5.1.1.2 5.1.1.2 阻感性负载阻感性负载 由由tan1o2sin()sin()tUitetZ 可

13、得可得oo1od2sin0dtiLRiUtit式中，负载阻抗式中，负载阻抗；为晶闸管的导通角。为晶闸管的导通角。利用边界条件：利用边界条件：t=+时，时，io=0，可求得，可求得22()ZRLtansin()sin()e当在当在t=时刻导通晶闸管时刻导通晶闸管VT1，负载电流应满足如下微分方程和初始条件，负载电流应满足如下微分方程和初始条件5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 5.1.1.2 5.1.1.2 阻感性负载阻感性负载以以为参变量，可得不同负载特性下导通角为参变量，可得不同负载特性下导通角=f（，）曲线族）曲线族 5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 5.1.1.2

14、5.1.1.2 阻感性负载阻感性负载 在触发角为在触发角为时，负载电压有效值时，负载电压有效值Uo、晶闸管电流有效值、晶闸管电流有效值IVT和负载电流有效值和负载电流有效值Io分别为分别为 2+o11112sind()sin2sin(22 )UUttU 2+tan1VT121sinsind()2sincos(2)cos2tUItetZUZ oVT2II5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 5.1.1.2 5.1.1.2 阻感性负载阻感性负载设晶闸管电流设晶闸管电流IVT的标幺值为的标幺值为 VTNVT12ZIIU5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 5.1.1.2 5.1.1.

15、2 阻感性负载阻感性负载 阻感性负载时阻感性负载时的移相范围为的移相范围为。然而，然而，时，并非电路不能工作。时，并非电路不能工作。 当当=时，时，=0，uo=0；越小，越小，越大；越大；对于任一阻抗角对于任一阻抗角的负载，当的负载，当时，、时，、晶闸管的导通角晶闸管的导通角小于小于。当当从从至至逐步减小时（不包括逐步减小时（不包括=这一点），这一点），逐步从零增大到接近逐步从零增大到接近，Uo从零增大到接近从零增大到接近U1，io断续，断续，uo为缺口正弦波，电路有调压功能。为缺口正弦波，电路有调压功能。 =时，输出电压、电流波形为连续正弦，时，输出电压、电流波形为连续正弦，=。调压电路不起

16、调压作用，处于。调压电路不起调压作用，处于“失控失控”状态。此时状态。此时=f（，）关系如图）关系如图5-5中中=180的各点。的各点。纯电阻负载纯电阻负载纯电感负载纯电感负载5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 5.1.1.2 5.1.1.2 阻感性负载阻感性负载当阻感负载当阻感负载 时电路工作情况时电路工作情况 VT1提前开通，负载提前开通，负载L被过充电，其放被过充电，其放电时间也将延长，使得电时间也将延长，使得VT1的导通角大的导通角大于于t=+时刻触发时刻触发VT2时，时，io尚未过零，尚未过零，VT1仍在导通，仍在导通，VT2不通。不通。io过零后，过零后，VT1关断，关断

17、，VT2的触发宽脉冲尚未消失，的触发宽脉冲尚未消失，VT2就会正常开通。就会正常开通。 VT2导通角小于导通角小于若采用窄脉冲触发，若采用窄脉冲触发，VT2的触发脉冲消的触发脉冲消失，失，VT2不能导通，造成每个周期内只不能导通，造成每个周期内只有一只晶闸管导通的有一只晶闸管导通的“单管整流单管整流”状态，状态，输出电流为单向缺口半波，含有很大的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。直流分量，因此必须改用宽脉冲触发。 5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 5.1.1.2 5.1.1.2 阻感性负载阻感性负载 因为因为，VT1提前提前开通，负载开通，负载L被

18、过充电，其被过充电，其放电时间也将延长，使得放电时间也将延长，使得VT1的导通角大于的导通角大于，并使，并使VT2推迟开通，推迟开通，VT2的导通的导通角自然小于角自然小于。 在这种情况下，式在这种情况下，式5-5和式和式5-6所解得的所解得的io表达式表达式仍是适用的，只是仍是适用的，只是t的适的适用范围不再是用范围不再是t+，而是扩展到而是扩展到t。5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 5.1.1.2 5.1.1.2 阻感性负载阻感性负载 因为这种情况下因为这种情况下io已不已不存在断流区，其过渡过程存在断流区，其过渡过程和带和带R-L负载的单相交流电负载的单相交流电路在路在t=（

19、）时合闸）时合闸所发生的过渡过程完全相所发生的过渡过程完全相同。同。 负载电流负载电流io由两个分量由两个分量组成，第一项为正弦稳态组成，第一项为正弦稳态分量，第二项为指数衰减分量，第二项为指数衰减分量。分量。5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 5.1.1.2 5.1.1.2 阻感性负载阻感性负载衰减过程中，衰减过程中，VT1的导通时间的导通时间逐渐缩短，逐渐缩短，VT2的导通时间逐渐的导通时间逐渐延长。最后，延长。最后，VT1和和VT2的导通的导通时间都趋近到时间都趋近到，其稳态的工作，其稳态的工作情况和情况和=时完全相同。时完全相同。 晶闸管在晶闸管在t=处才开始导通，处才开始导

20、通，电流连续，电流连续，uo=u1，无电压调节，无电压调节功能，所以也处于功能，所以也处于“失控失控”状状态。态。5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 5.1.1.3 5.1.1.3 单相交流调压电路的谐波分析单相交流调压电路的谐波分析 控制角控制角越接近越接近90，波形畸变越，波形畸变越严重，谐波含量也越大。严重，谐波含量也越大。 负载电压和负载电流（即电源电流）均不是正弦波，其中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。含有大量的谐波成分。 以电阻性负载为例，对负载电压以电阻性负载为例，对负载电压uo进行谐波分析。结果如图进行谐波分析。结果如图5-8所示

21、。所示。 5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 5.1.1.4 5.1.1.4 斩控式交流调压电路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元件，斩控式交流调压电路一般采用全控型器件作为开关元件，其基本原理和直流斩波电路有类似之处，只是直流斩波电路的其基本原理和直流斩波电路有类似之处，只是直流斩波电路的输入是直流电压，而斩控式交流调压电路的输入是正弦交流电输入是直流电压，而斩控式交流调压电路的输入是正弦交流电压。压。 在交流电源电压在交流电源电压u1的正半周，用的正半周，用V1进行斩波控制，用进行斩波控制，用V3给给负载电流提供续流通路；在负载电流提供续流通路；在

22、u1的负半周，用的负半周，用V2进行斩波控制，进行斩波控制，用用V4给负载电流提供续流通路。给负载电流提供续流通路。 设斩波器件（设斩波器件（V1或或V2）导通时间为）导通时间为ton，开关周期为，开关周期为T，则，则导通比为导通比为D=ton/T。 和直流斩波电路一样，也可以通过改变和直流斩波电路一样，也可以通过改变D来调节输出电压。来调节输出电压。 5.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 5.1.1.4 5.1.1.4 斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路 采用全控型器件作为开关元件采用全控型器件作为开关元件输入是正弦交流电压输入是正弦交流电压交流电源电压交流电源电压u1的正半周，用

23、的正半周，用V1进行进行斩波控制，用斩波控制，用V3给负载电流提供续流通给负载电流提供续流通路路在在u1的负半周，用的负半周，用V2进行斩波控制，进行斩波控制，用用V4给负载电流提供续流通路。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，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电路的功率因数接近1。5.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路 根据联结形式的不同根据联结形式的不同三相三相Y形联结形联结 三相负载三相负载形联结形联结三相晶闸管控制三相晶闸管控制形联结形联结三相半控三相半控Y形联结形联结5.1.2.1 5.1.2.1 Y形三相交流调压电路形三相交流调压电路

24、Y形三相交流调压电路可分为形三相交流调压电路可分为三相三线制（三相三线制（Y形）形）三相四线制（三相四线制（YO形）：相当于形）：相当于三个单相交流调压电路的组合，三个单相交流调压电路的组合，三相互相错开三相互相错开120工作，单相工作，单相交流调压电路的工作原理和分析交流调压电路的工作原理和分析方法均适用于这种电路。方法均适用于这种电路。5.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路 5.1.2.1 5.1.2.1 Y形三相交流调压电路形三相交流调压电路 在单相交流调压电路中，电流中在单相交流调压电路中，电流中含有基波和各奇次谐波。组成三相电含有基波和各奇次谐波。组成三相电路后，基波和路后，基

25、波和3的整数倍次以外的谐的整数倍次以外的谐波在三相之间流动，不流过零线。而波在三相之间流动，不流过零线。而3的整数倍次谐波是同相位的，不能的整数倍次谐波是同相位的，不能在各相之间流动，要全部流过零线，在各相之间流动，要全部流过零线，因此零线中会有很大的因此零线中会有很大的3次谐波电流次谐波电流及其他及其他3的整数倍次谐波电流。当的整数倍次谐波电流。当=90时，零线电流的大小甚至与各时，零线电流的大小甚至与各相电流的有效值接近。在选择线径和相电流的有效值接近。在选择线径和变压器时必须注意这一问题。变压器时必须注意这一问题。5.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路 5.1.2.1 5.1.2.

26、1 Y形三相交流调压电路形三相交流调压电路 最典型、最常用的三相交流最典型、最常用的三相交流调压电路，它正常工作时必须满调压电路，它正常工作时必须满足：足： （1） 三相中至少有两相导三相中至少有两相导通才能构成通路，且其中一相为通才能构成通路，且其中一相为正向晶闸管导通，另一相为反向正向晶闸管导通，另一相为反向晶闸管导通；晶闸管导通； （2）为保证任何情况下的）为保证任何情况下的两只晶闸管同时导通，应采用宽两只晶闸管同时导通，应采用宽度大于度大于60的宽脉冲（列）或双的宽脉冲（列）或双窄脉冲触发；窄脉冲触发； （3）从）从VT1到到VT6，相邻的，相邻的触发脉冲相位应互差触发脉冲相位应互差6

27、0。结论：结论：Y形三相交流调压电路形三相交流调压电路控制角控制角的移相范围为：的移相范围为：0 150 5.1.3 其他交流电力控制电路其他交流电力控制电路 5.1.3.1 5.1.3.1 交流调功电路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：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

28、的比值来调节负载开几个整周波，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。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控制晶闸管导通的时刻为：电源电压过零的时刻5.1.3 其他交流电力控制电路其他交流电力控制电路 5.1.3.1 5.1.3.1 交流调功电路交流调功电路 设控制周期为设控制周期为M倍电源周倍电源周期，其中晶闸管在前期，其中晶闸管在前N个周期个周期导通，后导通，后M-N个周期关断。个周期关断。 当当M=3、N=2时的电路波时的电路波形如图形如图5-13所示。所示。 负载电压和负载电流（电负载电压和负载电流（电源电流）的重复周期为源电流）的重复

29、周期为M倍电倍电源周期。在负载为电阻性时，源周期。在负载为电阻性时，负载电流波形与负载电压波形负载电流波形与负载电压波形相同。相同。 5.1.3 其他交流电力控制电路其他交流电力控制电路 5.1.3.2 5.1.3.2 交流电力电子开关交流电力电子开关 略略晶闸管交交变频电路也称晶闸管交交变频电路也称周波变流器周波变流器（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，因此属于间环节，因此属于直接变频电路直接变频电路交交-交变频电路比交交变频电路比交-直直-交间接变频电路交间接

30、变频电路提高变换效率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，电压，提高了换流能力提高了换流能力。 广泛应用于大功率低转速的交流电动机调速传动系统和交流励磁变速恒频广泛应用于大功率低转速的交流电动机调速传动系统和交流励磁变速恒频发电机的励磁电源。发电机的励磁电源。实际使用：三相输入实际使用：三相输入-三相输出电路，三相输出电路，三相输入三相输入-单相输出电路是基础单相输出电路是基础电路的结构、工作原理、触发控电路的结构、工作原理、触发控制方法、四象限运行性能和输入制方法、四象限运行性能和输入输出特性

31、输出特性5.2.1 三相输入三相输入-单相输出交单相输出交-交变频电路交变频电路 5.2.1.1 5.2.1.1 电路构成和基本工作原理电路构成和基本工作原理 三相输入三相输入-单相输出交单相输出交-交变频电路是由两组反并联的晶闸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。速系统的结构完全相同。 5.2.1 三相输入三相输入-单相输出交单相输出交-交变频电路交变频电路 5.2.1.1 5.2.1.1 电路构成和基本工作原理电路构成和基本工作原理 a在正、反两组变流器的输入侧接有足够大

32、的输入滤波电感，使输入电流近似为矩形波，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；称为电流型电路；b则为电压型电路，其输出电压可为矩形波则为电压型电路，其输出电压可为矩形波,亦可通过控制成为正弦波。亦可通过控制成为正弦波。变流器正组变流器正组P和反组和反组N都都是相控变流是相控变流电路电路5.2.1 三相输入三相输入-单相输出交单相输出交-交变频电路交变频电路 5.2.1.1 5.2.1.1 电路构成和基本工作原理电路构成和基本工作原理 工作原理工作原理当正组变流器工作在整流状态时，封当正组变流器工作在整流状态时，封锁反组，负载锁反组，负载Z上

33、的电压上的电压uo为上正下负；为上正下负；当反组变流器工作在整流状态而正组当反组变流器工作在整流状态而正组封锁时，负载电压封锁时，负载电压uo为下正上负。为下正上负。若以一定的频率控制正、反两组变流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。就等于两组变流器的切换频率。输出电压输出电压uo的大小决定于晶闸管的触的大小决定于晶闸管的触发角发角。控制方法控制方法无环流控制无环流控制-由于一组变流器工作时，另由于一组变流器工作时，另一组变流器被封锁，所以在正、反两组变一组变流器被封锁，所以在正、反两组变流器之间没

34、有电流流过。流器之间没有电流流过。根据输出电压波形的不同根据输出电压波形的不同方波型方波型-电路控制简单，工作时触发角电路控制简单，工作时触发角恒定不变，输出矩形波，不好基本不用恒定不变，输出矩形波，不好基本不用正弦波型正弦波型工作时按正弦规律控制触发工作时按正弦规律控制触发角角，输出波形近似正弦波，常用输出波形近似正弦波，常用5.2.1 三相输入三相输入-单相输出交单相输出交-交变频电路交变频电路 5.2.1.1 5.2.1.1 电路构成和基本工作原理电路构成和基本工作原理 5.2.1 三相输入三相输入-单相输出交单相输出交-交变频电路交变频电路 5.2.1.1 5.2.1.1 电路构成和基

35、本工作原理电路构成和基本工作原理 控制方法控制方法-无环流控制：无环流控制：由于一组变流器工作时，另一组变流由于一组变流器工作时，另一组变流器被封锁，所以在正、反两组变流器之间没有电流流过。器被封锁，所以在正、反两组变流器之间没有电流流过。 交交-交变频电路根据输出电压波形的不同可分为交变频电路根据输出电压波形的不同可分为方波型方波型和和正弦波型正弦波型两种。两种。 方波型交方波型交-交变频电路控制简单，正、反两组变流器工作交变频电路控制简单，正、反两组变流器工作时维持晶闸管的触发角时维持晶闸管的触发角恒定不变，但其输出波形不好，低次恒定不变，但其输出波形不好，低次谐波大，用于交流电机调速传动

36、时会增大电机的损耗，增大谐波大，用于交流电机调速传动时会增大电机的损耗，增大转矩脉动，降低运行效率，因此很少被采用。以下仅讨论正转矩脉动，降低运行效率，因此很少被采用。以下仅讨论正弦波型交弦波型交-交变频电路。交变频电路。5.2.1 三相输入三相输入-单相输出交单相输出交-交变频电路交变频电路 5.2.1.2 5.2.1.2 整流与逆变工作状态整流与逆变工作状态 电路由两组三相桥式全控变流电路构成电路由两组三相桥式全控变流电路构成为了使输出电压为了使输出电压uo的波形接近正弦波，可以在输出的波形接近正弦波，可以在输出电压的半个周期内对导通组变流器的晶闸管按正弦电压的半个周期内对导通组变流器的晶

37、闸管按正弦规律对规律对角进行调制，从角进行调制，从=90逐渐减小到逐渐减小到=0，然后再逐渐增大到然后再逐渐增大到=90，输出形成平均意义上的，输出形成平均意义上的正弦电压波形。正弦电压波形。 输出电压的瞬时值波形不是平滑的正弦波，而是由输出电压的瞬时值波形不是平滑的正弦波，而是由若干段电源电压波形拼接而成。在输出电压的一个若干段电源电压波形拼接而成。在输出电压的一个周期中所包含的电源电压段数越多，其波形就越接周期中所包含的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦，通常要采用六脉波的三相桥式变流电路或近正弦，通常要采用六脉波的三相桥式变流电路或十二脉波变流电路来构成交十二脉波变流电路来构成交-交变

38、频器。交变频器。 5.2.1 三相输入三相输入-单相输出单相输出交交-交变频电路交变频电路 工作状态工作状态i0正半周：电压电流同向，正组整流正半周：电压电流同向，正组整流 电压电流反向，正组逆变电压电流反向，正组逆变i0负半周：电压电流同向，反组整流负半周：电压电流同向，反组整流 电压电流反向，反组逆变电压电流反向，反组逆变结论：结论：在一个输出电压周期内在一个输出电压周期内正、反组变流电路的导通与否由输出正、反组变流电路的导通与否由输出电流的方向决定，与输出电压极性无电流的方向决定，与输出电压极性无关；每组变流器的工作状态则由输出关；每组变流器的工作状态则由输出电压的方向与输出电流的方向是

39、否相电压的方向与输出电流的方向是否相同来决定同来决定5.2.1 三相输入三相输入-单相输出单相输出交交-交变频电路交变频电路 输出电压波形输出电压波形 图图5-22 a表示正组变流器表示正组变流器P工作，工作， P/2，半周内平均输出电压如图中，半周内平均输出电压如图中虚线所示，为正弦半波，正组变流器虚线所示，为正弦半波，正组变流器P工作在整流状态。工作在整流状态。 图图5-22 b仍为正组变流器仍为正组变流器P工作，工作， P /2，变流器输出平均电压为负值，变流器输出平均电压为负值，正组变流器正组变流器P工作在逆变状态。工作在逆变状态。 图图5-22 c、d为反组变流器为反组变流器N工作。

40、工作。当其触发角当其触发角N/2时，反组变流器时，反组变流器N处于整流状态；当处于整流状态；当N/2时，反组变时，反组变流器流器N处于逆变状态。处于逆变状态。5.2.1 三相输入三相输入-单相输出单相输出交交-交变频电路交变频电路 5.2.1.3 5.2.1.3 输出电压波形输出电压波形 图图5-24 5-24 三相输入三相输入- -单相输出正弦型交单相输出正弦型交- -交变频电路输出电压和电流波形交变频电路输出电压和电流波形 图图5-24 5-24 三相输入三相输入- -单相输出正弦型交单相输出正弦型交- -交变频电路输出电压和电流波形交变频电路输出电压和电流波形 第第1段段 i00,反组逆

41、变反组逆变第第2段电流过零为无环流死区段电流过零为无环流死区第第3段段 i00,u00,正组整流正组整流第第4段段 i00,u00,正组逆变正组逆变第第5段电流过零为无环流死区段电流过零为无环流死区第第6段段 i00,u00,反组整流变反组整流变5.2.1 三相输入三相输入-单相输出单相输出交交-交变频电路交变频电路 输出电压、电流波形输出电压、电流波形 5.2.1 三相输入三相输入-单相输出交单相输出交-交变频电路交变频电路 5.2.1.4 5.2.1.4 输出正弦波电压的调制方法输出正弦波电压的调制方法 要实现交要实现交-交变频电路输出电压波形正弦化，必须不断改变晶闸管交变频电路输出电压波

42、形正弦化，必须不断改变晶闸管的触发角的触发角。应用最为广泛的方法：应用最为广泛的方法：余弦交点控制法余弦交点控制法 基本思想基本思想-使构成交使构成交-交变频电路的各可控交流器输出的电压尽交变频电路的各可控交流器输出的电压尽可能接近理想正弦波形，使实际输出电压波形与理想正弦波形之间可能接近理想正弦波形，使实际输出电压波形与理想正弦波形之间的偏差最小。的偏差最小。5.2.1 三相输入三相输入-单相输出交单相输出交-交变频电路交变频电路 5.2.1.5 5.2.1.5 输入输出特性输入输出特性 略略5.2.2 三相输入三相输入-三相输出交三相输出交-交变频电路交变频电路 5.2.2.1 5.2.2

43、.1 电路接线方式电路接线方式 交交-交变频电路主要应用于低速、大功率交流电机变频调速系统，这交变频电路主要应用于低速、大功率交流电机变频调速系统，这种系统使用的是三相交种系统使用的是三相交-交变频电路。三相交交变频电路。三相交-交变频电路是由三组输出电交变频电路是由三组输出电压相位互差压相位互差120的单相交的单相交-交变频电路组成的。交变频电路组成的。 三相交三相交-交变频电路主要有两种接线方式交变频电路主要有两种接线方式公共交流母线进线方式公共交流母线进线方式输出输出Y形联结方式形联结方式 5.2.2 三相输入三相输入-三相输出交三相输出交-交变频电路交变频电路 5.2.2.1 5.2.

44、2.1 电路接线方式电路接线方式 公共交流母线进线三相交公共交流母线进线三相交- -交变频电路交变频电路 公共交流母线进线方式公共交流母线进线方式的三相交的三相交-交变交变频电路由三组彼此独立、输出电压相位相互频电路由三组彼此独立、输出电压相位相互错开错开120的单相交的单相交-交变频电路构成，其电交变频电路构成，其电源进线通过交流进线电抗器接在公共的交流源进线通过交流进线电抗器接在公共的交流母线上。因为电源进线端公用，所以三组单母线上。因为电源进线端公用，所以三组单相交相交-交变频电路的输出端必须隔离。为此，交变频电路的输出端必须隔离。为此，交流电动机的三个绕组必须拆开，共引出六交流电动机的三个绕组必须拆开，共引出六根线。主要用于中等容量的交流调速系统。根线。主要用于中等容量的交流调速系统。5.2.2 三相输入三相输入-三相输出交三相输出交-交变频电路交变频电路 5.2.2.1 5.2.2.1 电路接线方式电路接线方式 输出输出Y Y形联结三相交形联结三相交- -交变频电路交变频电路 输出星形联结方式输出星形联结方式的三