交流-交流变频电路课件讲解

2.交流-交流变频电路交流-交流变频电路直接将电网固定频率的交流电变换为所需频率的交流电。这种交流装置称为交流-交流变频器，也称周波变换器，它广泛应用于大功率、低转速的交流电动机调速传动，也用于电力系统无功补偿、感应加热用电源、交流励磁变速、恒频发电机的励磁电源等。因为没有中间的直流环节，减少了一次能量变换过程，消耗能量少。但这种变频电路的输出频率受到限制，它低于输入频率，而且输出电压频率与变频电路的具体结构有关。资讯一交流—交流变换电路1）交流-交流变频电路的组成和工作原理单相输出交流-交流变频电路的组成如图5-2（a）所示，它由具有相同特征的两组晶闸管整流电路反向并联构成。其中一组整流器称为正组整流器（P组），另外一组称为反组整流器（N组）。若正组整流器工作，反组整流器被封锁，则负载端输出电压为上正下负，负载电流为正；若反组整流器工作，正组整流器被封锁，则负载端输出电压为上负下正，负载电流为负。这样，只要交替地以低于电源的频率切换正反组整流器的工作状态，在负载端就可以获得交变的输出电压。资讯一交流—交流变换电路不难看出，在交流-交流变频电路中，改变两组整流器的切换频率ω0，就可以改变输出频率；改变交流电路的触发延迟角就可以改变交流输出电压的幅值。也就是说，通过控制电路能实现变频变压。资讯一交流—交流变换电路图5-2单向输出交流-交流变频电路的组成及输出电压正反两相整流器切换时，不能简单地将原来工作的整流器封锁，同时将原来封锁的整流器立即导通。因为导通了的晶闸管并不能在触发脉冲取消的那一瞬间立即被关断，必须待晶闸管承受反压时才能关断。当两组整流器切换时，触发脉冲的封锁和开放同时进行，原来导通的整流器不能立即关断，而原来封锁的整流器已经导通，就会出现两组桥同时导通的现象，将产生很大的短路电流，导致晶闸管损坏。为了防止在负载电流反向时产生环流，将原来工作的整流器封锁后，必须留有一定的死区时间，再将原来封锁的整流器开放工作，这就要求两组桥在任何时刻只有一组桥工作，且在两组桥之间不存在环流，这种控制方式称为无环流控制方式。资讯一交流—交流变换电路2）交流-交流变频电路的工作过程交流-交流变频电路的负载可以是阻感负载、电阻负载或阻容负载，也可以是交流电机负载。下面以阻感负载为例，说明组成变频电路的两组相控整流电路的工作过程。将阻感负载的交流-交流变频电路理想化，忽略交流电路换相时u0的脉动分量，就可把变频电路等效成图5-3（a）所示的正弦波交流电源和二极管的串联电路，其中，交流电源表示变频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φ，即输出电流滞后于输出电压角。其工作状态说明如下。资讯一交流—交流变换电路（1）在t1~t3期间：负载电流i0处于正半周，此时正组工作，反组被封锁。其中，t1~t2阶段，输出电压uo和电流io均为正，正组整流，输出功率为正；t2~t3阶段，输出电压uo反向变负，电流io仍为正，正组逆变，输出功率为负。（2）在t3~t5期间：负载电流io处于负半周，此时反组工作，正组被封锁。其中，t3~t4阶段，输出电压uo和电流io均为负，反组整流，输出功率为正；t4~t5阶段，输出电压uo反向变正，电流io仍为负，反组逆变，输出功率为负。资讯一交流—交流变换电路输出电压uo和输出电流io的波形如图5-3（b）所示，由此可知哪组整流电路工作是由输出电流io的方向决定的，而与输出电压uo的极性无关。变流电路是工作于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是否相同来确定的。对于阻感负载，输出电压超前电流。考虑无环流工作方式下输出电流io过零的死区时间，可以将图5-3（a）所示变频电路中一个周期输出的波形分为六个阶段，如图5-4所示。各阶段工作情况分析如下。资讯一交流—交流变换电路图5-3理想化交流-交流变频电路的整流和逆变工作状态（1）第一阶段。输出电压过零为正，由于电流滞后，输出电流io＜0。整流器的输出电流具有单向性，负载负电流必须由反组整流器输出。（4）第四阶段。输出电流io＞0，输出电压uo＜0。由于电流方向没有改变，正组整流器工作，反组整流器仍被封锁，由于电压反向为负。（5）第五阶段。电流为零，为无环流切换死区。（6）第六阶段。输出电流io＜0，输出电压uo＜0，电流方向为负，反组整流器必须工作，正组整流器被封锁，此阶段反组整流器工作在整流状态。资讯一交流—交流变换电路

（3）第三阶段。输出电流io＞0，输出电压uo＞0。由于电流方向为正，反组电流需由正组整流器输出，故此阶段，正组整流器工作，反组整流器被封锁。（2）第二阶段。电流过零，为无环流死区。资讯一交流—交流变换电路图5-4单相交流-交流变频电路输出电压和电流波形当输出电压uo和输出电流io的相位差