交流变换电路

第5章交流变换电路5.1交流电力电子开关电路5.2交流调压电路与交流调功电路5.3交交变频电路

本章小结1交流变换电路（AC/AC变换）功能：将一种形式的交流电变换成另一种形式交流电。交流电力控制电路变频电路概述交流变换电路的分类交流调压电路交流调功电路交流电力电子开关交直交变频电路交交变频电路2交流电力控制电路的基本原理利用两只晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过控制晶闸管就可实现对交流电力的控制。概述交流调压：采用相控方式，只改变交流输出电压的大小。交流调功：采用通断控制方式，改变输出平均功率的大小。交流开关：仅起开关作用，只对电路进行通断控制。变频电路的基本特点交直交变频电路：交交变频电路：把一种频率的交流电直接变换成另一种频率或可变频率的交流电。——直接变频电路——间接变频电路先将交流电整流成直流电，再把直流电逆变成另一种频率或可变频率的交流电。3第5章交流变换电路5.1交流电力电子开关电路5.2交流调压电路与交流调功电路5.3交交变频电路

本章小结45.1交流电力电子开关电路交流电力电子开关

主要优点（与机械开关相比）响应速度快

无触点寿命长开关频率高起接通或断开电路作用——交流开关把晶闸管反并联后串入交流电路中5当S闭合时，两只晶闸管均以管子本身的阳极电压作为触发电压进行触发。在交流电源的正负半周内，两个晶闸管轮流导通，负载上得到的近似为正弦电压。普通晶闸管反并联构成的简单交流开关：5.1交流电力电子开关电路6应用：1）双向晶闸管控制三相自动控温电热炉电路5.1交流电力电子开关电路7

TSC基本原理图应用：2）无功补偿装置——晶闸管投切电容器（TSC）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用。串联小电感的作用：抑制电容器投入电网时出现的冲击电流。为避免容量较大的电容器组同时投入或切断对电网造成较大冲击，一般需将电容器分组。根据电网对无功的需求而改变投入电容器的容量。5.1交流电力电子开关电路8第5章交流变换电路5.1交流电力电子开关电路5.2交流调压电路与交流调功电路5.3交交变频电路

本章小结95.2.1交流调功电路5.2.2单相交流调压电路5.2.3三相交流调压电路5.2交流调压与交流调功电路10将负载与交流电源接通几个整周波，再断开几个整周波，通过改变通断周波数的比值来调节负载的平均功率。因调节对象是电路的输出平均功率，故称为交流调功电路。采用过零触发方式，负载电压、电流都是近似完整的正弦波。Ru1uoioVT1VT2交流调功电路交流调功电路基本原理：11全周波连续式全周波断续式交流调功电路Ru1uoioVT1VT2交流调功电路零触发输出电压的两种工作模式12交流调功电路p/电源周期T控制周期TC=mT4p/O3p/2p/uou1t12U5p/6p/导通段=nT

交流调功电路典型波形(m=3、n=2)设电源周期为T，控制周期TC内导通的周波数为n，则可求出，输出电压的有效值为：UO=其中P1为在设定的控制周期内晶闸管全导通时的输出功率。输出平均功率为：P=（nT/TC）P1Ru1uoioVT1VT2交流调功电路13交流调功电路p/电源周期T控制周期TC=mT4p/O3p/2p/uou1t12U5p/6p/导通段=nT

交流调功电路典型波形(m=3、n=2)UO=P=（nT/TC）P1——交流调功。Ru1uoioVT1VT2交流调功电路通过改变在设定控制周期内晶闸管的导通周波数n，实现对输出平均功率P大小的调节。14Ru1uoioVT1VT2交流调功电路UO=P=（nT/TC）P1通常控制晶闸管导通时刻都是在电源电压过零的时刻，在交流电源接通期间，负载电压、电流接近正弦波，对外界的电磁干扰最小。一般应用于热惯性较大的电热型负载，如电炉的温度控制。交流调功电路采用通断控制的交流电力控制电路

交流调功155.2.1交流调功电路5.2.2单相交流调压电路5.2.3三相交流调压电路5.2交流调压与交流调功电路16单相交流调压电路一、电阻负载在交流电源

u1的正半周内，当ωt

=a时刻触发VT1导通，输出电压uo为：uo=u1在交流电源

u1的负半周内，当ωt

=π+a时刻触发VT2导通，输出电压uo为：uo=u1uo波形正负对称，不含有直流分量。io波形与uo波形相同。

θ=π-αa↑θ↓

Uo↓实现交流调压Ru1uoioVT1VT2OiouVTwtOwtOwtu1uoOwtααθ1.工作原理ug1ug217单相交流调压电路一、电阻负载Ru1uoioVT1VT2OiouVTwtOwtOwtu1uoOwtααθ2.参数计算输出电压有效值Uo：输出电流有效值Io：晶闸管电流有效值IT：电路的功率因数cosφ：SPpapapcosφ-+====2sin211o11ooUUIUIUug1ug218单相交流调压电路一、电阻负载Ru1uoioVT1VT2OiouVTwtOwtOwtu1uoOwtααθ3.工作特点ug1ug2θ=π-α。α↑→θ↓→UO↓实现交流调压α=0时，晶闸管处于全导通状态，

UO=U1为最大。α=π时，晶闸管处于全关断状态，

UO=0为最小。

α的移相范围为：0~π

。功率因数cosφ与控制角α的关系：

α=0时，cosφ

=1为最大

α功率因数cosφ

↓。采用相位控制的交流电压控制电路

交流调压19φ二、阻感负载当u2过零时，因电流还未过零，故VT可继续导通至电流减小到零为止。电压波形出现缺块，电流波形出现断续。θ<180°VT1或VT2导通时，uVT1=0；

VT1、VT2

均关断时，uVT1=u2。αθφ单相交流调压电路wtwtuG1uG2OOwtuoOwtOoiwtuVT1OwtOu1α1.工作原理设负载阻抗角为φ=arctan(ωL/R)1）a≥φ时RLu1uoioVT1VT220φ二、阻感负载晶闸管全导通，相当于正弦稳态电路，uo、io均为正弦波。θφ单相交流调压电路wtwtuG1uG2OOwtuoOwtOoiwtuVT1OwtOu1α1.工作原理设负载阻抗角为φ=arctan(ωL/R)2）a=φ时αθ=πUo=U1为最大，Io及P也为最大。uo=u1，io滞后于uo（u1），相位差为φ。RLu1uoioVT1VT221φ二、阻感负载若ug为窄脉冲则只有VT1导通，VT2始终关断，形成“半波整流”，故电路不能正常工作。VT1φ单相交流调压电路wtwtuG1uG2OOwtuoOwtOoiwtuVT1OwtOu11.工作原理设负载阻抗角为φ=arctan(ωL/R)3）a<φ时要保证电路能正常工作必须采用宽脉冲或脉冲列触发。当ug为宽脉冲或脉冲列时RLu1uoioVT1VT2αα稳态工作情况与α=φ时完全相同。22二、阻感负载单相交流调压电路单相交流调压电路以φ为参变量的θ与α的关系：1.工作原理

在负载阻抗角φ一定时：α≤φ，θ=180°

。α>φ，θ<180°，且α↑→θ↓。RLu1uoioVT1VT2φαθφwtwtuG1uG2OOwtuoOwtOoiwtuVT1OwtOu1α231）必须采用宽脉冲或脉冲列触发。2）晶闸管的导通角θ既与控制角α有关，也与负载阻抗角φ有关。

α>φ时，

θ=π-α+φ<π

。3）αθ↓Uo↓→实现交流调压。4）α的移相范围为：φ~π。5）α=φ时，晶闸管全导通（θ

=π），相当于正弦稳态电路（uo=u1，io滞后于uoφ角度）。此时Uo及Po为最大。

Uomax=U1

，Iomax=Uo/Z，Pomax=(Iomax)2R

式中，Z为负载阻抗的模。

单相交流调压电路φαθφwtwtuG1uG2OOwtuoOwtOoiwtuVT1OwtOu1α二、阻感负载2.工作特点RLu1uoioVT1VT224灯光控制。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。

单相交流调压电路主要应用255.2.1交流调功电路5.2.2单相交流调压电路5.2.3三相交流调压电路5.2交流调压与交流调功电路26

三相交流调压电路a)星形联结b)线路控制三角形联结c)支路控制三角形联结d)中点控制三角形联结一、三相交流调压电路的几种接线形式27星形联结电路三相三线星形联结电路三相四线

三相四线时，相当于三个单相交流调压电路的组合。其特点是电路各相通过零线自成回路，零线中有很大的3次谐波电流，对电动机和电网影响严重，工业中较少采用。

三相交流调压电路一、三相交流调压电路的几种接线形式28三相三线时也称为三相全波星形联结。其特点是输出谐波分量少，适用于低电压大电流的负载电路。

三相交流调压电路一、三相交流调压电路的几种接线形式星形联结电路29相当于三个单相交流调压电路的组合。三个单相电路分别在不同的线电压作用下单独工作。

三相交流调压电路一、三相交流调压电路的几种接线形式支路控制三角形联结电路301）任一相导通须和另一相构成回路，电流流通路经中有两个晶闸管，应采用双脉冲或宽脉冲触发。2）三相的触发脉冲依次相差120°

，同一相的两个反并联晶闸管触发脉冲相差180°

。3）触发脉冲顺序为VT1~VT6，依次相差60°。4）a的起点为相电压过零点，两相间导通时是靠线电压导通，因线电压超前于相电压30°，故a移相范围为0°~150°。

三相交流调压电路二、三相全波星形联结交流调压电路工作原理31三相中各有一个晶闸管导通，称1类工作状态，这时负载相电压就是电源相电压；两相中各有一个晶闸管导通，另一相不导通，称2类工作状态，这时导通相的负载相电压是电源线电压的二分之一。

三相交流调压电路三相中各有一个晶闸管导通：uRA=uA;A、B两相中各有一个晶闸管导通：uRA=uAB/2;A、C两相中各有一个晶闸管导通：uRA=uAC/2;A相中VT1、VT4均不导通：uRA=0

。以A相为例，分析A相负载电压uRA波形：二、三相全波星形联结交流调压电路工作原理uRA32RARARA不同α角时负载相电压波形

三相交流调压电路α=30°α=60°α=120°电路处于1类工作状态和2类工作状态的交替状态，每个晶闸管导通角为π-α。α=0°时是一种特殊情况，一直是1类工作状态。二、三相全波星形联结交流调压电路工作原理uRA1.0°≤α<60°33RARARA不同α角时负载相电压波形

三相交流调压电路α=30°α=60°α=120°二、三相全波星形联结交流调压电路工作原理uRA2.60°≤α<90°电路始终处于2类工作状态，每个晶闸管导通角均为120°。34RARARA不同α角时负载相电压波形

三相交流调压电路α=30°α=60°α=120°二、三相全波星形联结交流调压电路工作原理uRA3.90°≤α<150°电路处于2类工作状态和无晶闸管导通的交替状态，且被分割为不连续的两部分，每个晶闸管导通角为2（150°-α）。35第5章交流变换电路5.1交流电力电子开关电路5.2交流调压电路与交流调功电路5.3交交变频电路

本章小结36PuoZN++--UdPUdN功能:将50Hz的工频交流电直接变换成为另一频率或可调频率的交流电。

——直接变频（周波变换器）一、电路组成由P组和N组反并联的晶闸管变流器构成。io单相交交变频电路5.3交交变频电路37PuoZN++--UdPUdN功能:将50Hz的工频交流电直接变换成为另一频率或可调频率的交流电。——直接变频（周波变换器）二、基本工作原理由P组和N组反并联的晶闸管变流器构成。

P组工作时，io为正

uo=+UdPN组工作时，io为负

uo=-UdN

两组变流器按一定的频率交替工作，负载上即得到交流电输出。改变切换频率→即可改变输出频率fo

改变控制角α→

即可改变输出电压的幅值。uo0+UdP-UdNtP组

P组

N组

N组

io单相交交变频电路T5.3交交变频电路38二、基本工作原理在半个周期内让正组变流器（P组）a

角按正弦规律从90°减小到0°，然后再逐渐增大到90°。另外半个周期对N组进行同样的控制。uo0ap=0平均输出电压ωt输出电压问题：怎样使uo波形接近正弦波？方法：按正弦规律对a角进行调制。

uo并不是平滑的正弦波，而是由若干段电源电压拼接而成，在uo的一个周期内，所包含的电源电压段数越多，其波形就越接近于正弦波。5.3交交变频电路PuoZN++--UdPUdNio39三、输出正弦波电压的调制方法余弦交点法设Ud0为a=0时整流电路的理想空载电压，则控制角为a时uo为设要得到的正弦波输出电压为比较上面两式，应使式中，g

称为输出电压比故5.3交交变频电路40PuoZN++--UdPUdN四、整流与逆变工作状态uPuNuoioiNiP交流电源表示变流电路可输出交流正弦电压，二极管体现了变流电路的电流单向性。设负载阻抗角为j，两组变流电路工作时采取直流可逆调速系统中的无环流工作方式，即一组变流电路工作时，封锁另一组变流电路的触发脉冲。以阻感负载为例，分析电路的整流和逆变工作状态。交交变频电路的理想化等效电路5.3交交变频电路把交交变频电路理想化，即可得到理想化等效电路。41四、整流与逆变工作状态

t3~t5阶段，io反向，即io为负，N组变流电路工作，P组电路被封锁。

t3~t4

：N组整流，uo和io均为负。

t4