交流-交流变换电路

第4章交流-交流变换电路交流调压：交流电力控制电路只改变交流电压、电流的幅值或对交流电路进行通断控制，而不改变交流电的频率。它包括交流开关、交流调功和交流调压等。交-交变频交流电力控制电路主要采用通断控制或相位控制方式。交流开关和交流调功主要采用通断控制，而交流调压通常采用相位控制。1）通断控制。即把晶闸管作为开关，将负载与交流电源接通几个周期，然后再断开一定周期，通过改变通断时间比值达到调压目的。这种控制方式电路简单，功率因数高，适用于较大时间常数的负载；缺点是输出电压或功率调节不平滑。2）相位控制。它使晶闸管在电源电压每一周期内选定的时刻将负载与电源接通，改变选定的导通时刻就可达到调压的目的。单相交流调压电路三相交流调压电路4.1.1、单相交流调压电路1、单相调压电路的结构和工作原理(电阻性负载)图4-1（1）电路结构和工作原理波形（2）仿真与实验波形由于正、负半波对称，频谱中将不含直流及偶次谐波应用电路：电风扇无极调速器P1722、单相调压电路的结构和工作原理(阻-感负载)图4-3（1）电路结构和工作原理波形综上所述，交流调压器带电感—电阻负载时，为使电路工作正常，需保证：1）

；2）采用宽度大于60o的宽脉冲或后沿固定、前沿可调、最大宽度可达180o的脉冲列触发。

（2）电感性负载的工作情况当电源电压反向过零时，由于负载电感产生感应电动势阻止电流变化，故电流不能立即为零，此时晶闸管导通角θ的大小，不但与控制角α有关，而且与负载阻抗角φ有关。两只晶闸管门极的起始控制点分别定在电源电压每个半周的起始点，α的最大范围是。

单相交流调压可归纳以下三点：①带电阻性负载时，负载电流波形与单相桥式可控整流交流侧电流波形一致，改变控制角α可以改变负载电压有效值。②带电感性负载时，不能用窄脉冲触发，否则当α<φ时会发生有一个晶闸管无法导通的现象，电流出现很大的直流分量。③带电感性负载时，α的移相范围为φ~180度

，带电阻性负载时移相范围为0

~180度。

4.1.2三相交流调压器工业中交流电源多为三相系统，交流电机也多为三相电机，应采用三相交流调三相交流调压电路与三相负载之间有多种联接方式，其中以三相Y接调压方式最为普遍。Y0型

1、负载Y形连接带中性线的三相交流调压电路

图4-7

它由3个单相晶闸管交流调压器组合而成，其公共点为三相调压器中线，每一相可以作为一个单相调压器单独分析，其工作原理和波形与单相交流调压相同。

在晶闸管交流调压电路中，每相负载电流为正负对称的缺角正弦波，它包含有较大的奇次谐波电流，3次谐波电流的相位是相同的，中性线的电流为一相3次谐波电流的三倍，且数值较大，这种电路的应用有一定的局限性。

2、Y型：

这是一种最典型、最常用的三相交流调压电路图4-10它的正常工作须满足：①

三相中至少有两相导通才能构成通路，且其中一相为正向晶闸管导通，另一相为反向晶闸管导通；②三相正(或负)触发脉冲依次间隔120度，而每一相正、负触发脉冲间隔180度。从VT1到VT6相邻触发脉冲相位应互差60③为保证任何情况下的两个晶闸管同时导通，应采用宽度大于60o的宽脉冲（列）或双窄脉冲来触发（2）三相调压电路在电感性负载时的工作情况三相交流调压电路在电感性负载下的情况要比单相电路复杂得多，很难用数学表达式进行描述从实验可知，当三相交流调压电路带电感性负载时，同样要求触发脉冲为宽脉冲，而脉冲移相范围为：0≤α≤150º

。随着α增大则输出电压减小。2、其它交流电力控制电路当交流调压电路采用通断控制时，还可以实现交流调功和交流无触类开关的功能。2.1.交流调功电路采用交流调压电路，在交流电压过零时刻将负载与电源接通几个周波再断开几个周波，实现交流电压的整周波通断控制。通过改变接通周波数与断开周波数的比例，实现负载平均功率的调节，称为交流调功电路，由于晶闸管导通都在电源电压过零时刻，这样负载电压、电流均为完整正弦波，不会对电网产生高、低次谐波的污染。22调功器的输出功率调功器输出电压有效值设定周期Tc内导通的周波数为n，每个周波的周期为T

图7-4过零触发调节周波电压的波形把晶闸管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。■优点：响应速度快，没有触点，寿命长，可以频繁控制通断。■与交流调功电路的区别

◆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。

2、交流电力电子开关自动控温电热炉电路采用光耦合器的交流开关电路4.2晶闸管交-交变频器交-交变频电路是不通过中间环节而把工频交流电直接变换成不同频率交流电的变频电路，故又称为直接变频器或周波变换器。因为没有中间直流环节，仅用一次变换就实现了变频，所以效率较高。交-交变频器大多数由普通晶闸管元件构成。4.2.1单相交-交变频电路

1、基本结构和工作原理单相交-交变频电路由两组反并联的晶闸管整流器构成。（1）方波型交-交变频器图4-27图4-28d2wtu2udwtiVT1wtwtuVT1d1uaubuc

t1t3t5t6t2t4

（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相同，但其输出电压的平均值按正弦规律变化，克服了方波型变频器输出波形谐波成分大的缺点。在正组桥整流工作时，使控制角α从，输出的平均电压由低到高再到低变化。而在正组桥逆变工作时，使控制角α从，就可以获得平均值可变的负向逆变电压。

正弦型交-交变频器的输出电压波形

图4-29

2、输出正弦波形的获得方法常用的方法是余弦交点法，该方法的原则是：触发角的变化和切换应使得整流输出电压的瞬时值与理想正弦电压的瞬时值误差最小。正弦波型交-交变频器适合于低频大功率的电气传动系统，最高输出频率是输入频率的1/3或1/2。

3、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。使控制角从，改变α0，就改变了输出电压的峰值，也就改变了输出电压的有效值；改变α变化的速率，也就改变了输出电压的频率。

交-交变频器的特点：交-交变频器由于其直接变换的优点：效率较高，可方便地进行可逆运行。主要缺点是：①功率因数低。②主电路使用晶闸管元件数目多，控制电路复杂。③变频器输出频率受到其电网频率的限制，最大变频范围在电网二分之一以下。交-交变频器一般只适用于球磨机、矿井提升机、电动车辆、大型轧钢设备等低速大容量拖动场合。

4.2.2三相----单相交-交变频电路将两组三相可逆整流器反并联即可构成单相变频电路。

三相半波-单相交-交变频电路

三相桥式-单相交-交变频电路

图4-30图4-314.2.3三相交-交变频电路交-交变频器主要用于交流调速系统中，因此实际使用的主要是三相交-交变频器。三相交-交变频器电路是由三组输出电压相位互差的单相交-交变频电路组成的。1、电路的接线方式三相交-交变频电路主要有两种接线方式，即公共交流母线进线方式和输出星形联结方式。

（1）公共交流母线进线方式它由三组彼此独立、输出电压相位互差120度的单相交-交变频电路组成，其电源进线通过电抗器接在公共的交流母线上。由于电源进线端公用，所以三组单相变频电路的输出端必须隔离。为此，交流电机的三个绕组必须拆开，共引出六根线。图4-32

（2）输出星形连接方式

由于变频器输出端中点不和负载中点相连接，所以在构成三相变频器的六组桥式电路中，至少要有不同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。

图4-332、具体电路结构三相桥式整流器组成的三相----三相交-交变频电路，采用公共交流母线进线方式

图4-34三相桥式整流器组成的三相-三相交-交变频电路，给电动机负载供电，采用输出星形联结方式（负载未画出）

图4-35■交交变频电路是一种直接变频电路。

◆和交直交变频电路比较，优点是

☞只用一次变流，效率较高。☞可方便地实现四象限工作。☞低频输出波形接近正弦波。

◆缺点是

☞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。

◆交交变频电路主要用于500kW或1000kW以上的大功率、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、球磨机、卷扬机等场合获得了较多的应用，既可用于异步电动机传动，也可用于同步电动机传动。

变频器的调速原理

改变输入频率（无级调速）——变频器N=60F/PP：极对数F：频率N：转速改变极对数（有级调速）调速原理：调速方法：交-直-交变频器的主要结构框图整流器逆变器中间电路电动机控制电路～～～交-直-交变频器原理图M交交直RA变频器制动方式—能耗制动1.能耗制动M当泵升电压超过一定值时，Ｖ。导通，从而把负载反馈的能量消耗在R。上。R。Ｖ。ＣRA变频器制动方式—能量回馈制动2.能量回馈制动MＣ当负载回馈能量是,可控变流器工作于有源逆变状态,将能量回馈电网按照不同的控制方式，又可将间接变频装置分为下图中的(a)、(b)、(c)3种。4.3交-交与交-直-交变频器之比较

交-交变频器交-直-交变频器过载能力强效率高输出波形好但输出频率低使用功率器件多输入无功功率大高次谐波对电网影响大结构简单输出频率变化范围大功率因数高谐波易于消除可使用各种新型大功率器件整流部分变频器变频器是：将商用交流电源通过整流回路变换成直流，将变换后的直流经过逆变回路变换成电压、频率可调节的交流电，利用交流三相异步电动机的转速与频率成正比的特点，通过改变电源的频率和幅度以达