第06章交流-交流變換器.ppt

第6章交流 交流變換器 6 0引言6 1晶閘管交流電壓控制器的類型6 2單相交流電壓控制器6 3三相全波交流電壓控制器 6 4變壓器抽頭電壓控制器 6 5晶閘管相控交流 交流直接變頻器 6 6矩陣式交流 交流變頻器6 7本章小結(jié) 6交流 交流變換器 本章主要講述交流 交流變流電路把一種形式的交流電變成另一種形式交流電的電路 交流電壓控制器 頻率不變 僅改變電壓大小 交流調(diào)壓電路相位控制交流調(diào)功電路通斷控制 變頻器 實(shí)現(xiàn)頻率變換亦可改變電壓大小 交交變頻直接交直交變頻間接 采用晶閘管作開關(guān)器件時(shí) 依靠交流電源瞬時(shí)值過零及反向來關(guān)斷晶閘管 晶閘管開關(guān)器件的開通則可采用移相控制 改變控制角調(diào)控變換器輸出電壓的大小 單相電壓控制器常用于小功率單相電動(dòng)機(jī) 照明和電加熱控制 三相交流 交流電壓控制器的輸出是三相恒頻變壓交流電源 通常給三相交流異步電動(dòng)機(jī)供電 實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的變壓調(diào)速 或作為異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)器使用 6 0引言 6 1 1單相全控6 1 2帶中線星形聯(lián)結(jié)6 1 3無中線的三相連接6 1 4三角形聯(lián)結(jié)的控制器 6 1晶閘管交流電壓控制器的類型 a 單相全控 通態(tài)時(shí) 斷態(tài)時(shí) 負(fù)載電壓 負(fù)載功率的大小由控制角a確定 6 1 1單相全控 b 帶中線星形聯(lián)接 時(shí) 中線電流約等于相電流 三個(gè)單相交流電壓控制器可組合成帶中線的三相交流電壓控制器 缺點(diǎn)中線電流大 6 1 2帶中線星形聯(lián)結(jié) c 無中線的三相聯(lián)接 輸入電流中沒有3次及3的倍數(shù)次諧波電流 6 1 3無中線的三相連接 d 聯(lián)接的交流電壓控制器 只適用于允許斷開6根出線端子的三角形負(fù)載 6 1 4三角形聯(lián)結(jié)的交流電壓控制器 6 2 1電阻負(fù)載6 2 2電阻 電感性負(fù)載 6 2 3PWM交流電壓控制器 6 2單相交流電壓控制器 利用傅立葉級(jí)數(shù)可求出基波及各次諧波 6 2 1電阻負(fù)載 6 2 1電阻負(fù)載 續(xù) 圖6 3電阻負(fù)載 不同觸發(fā)角 時(shí)基波及諧波幅值分布圖 6 2 1基波及諧波分布圖 a 電路 1 a f時(shí) 均為正弦波 6 2 2電阻 電感性負(fù)載 續(xù)1 2 a f時(shí) 同a f 6 2 2電阻 電感性負(fù)載 續(xù)2 3 a f時(shí) e 導(dǎo)通角與控制角的關(guān)系曲線 以負(fù)載阻抗角為參變量 6 2 2電阻 電感性負(fù)載 續(xù)3 f 晶閘管電流的標(biāo)么值與控制角的關(guān)系曲線 6 2 2電阻 電感性負(fù)載 續(xù)4 例6 1 單相交流調(diào)壓器控制230v交流電源的輸出功率 負(fù)載電阻為23 感抗為23 求 1 a角控制范圍 2 最大電流有效值 3 最大功率和功率因數(shù) 解 1 2 時(shí) 最大電流有效值 為 3 最大功率 時(shí) 注 在a amin的非正弦電流工作下 功率因數(shù) 基波相移因數(shù) S3 S4 負(fù)載續(xù)流開關(guān) S1 S4 自關(guān)斷功率器件 優(yōu)點(diǎn) 輸出電壓諧波含量少 6 2 3PWM交流電壓控制器 6 3 1三相星形聯(lián)結(jié)交流電壓控制器6 3 2三相開口三角形交流電壓控制器 6 3三相全波交流電壓控制器 6 3 1三相Y聯(lián)結(jié)電壓控制器 a 電路 b 矢量圖 控制角a 0 三相同時(shí)導(dǎo)電 180 導(dǎo)電 六個(gè)晶閘管T1 T6的觸發(fā)信號(hào)依序相差60 脈寬大于60 各相電源由負(fù)變正的過零點(diǎn)為控制角a的計(jì)算起點(diǎn) a 電路 兩相同時(shí)導(dǎo)電 導(dǎo)電角120 6 3 1三相Y聯(lián)結(jié)電壓控制器 續(xù)1 a 60 a 電路 a 150 完全不能導(dǎo)電 a 120 兩相間斷導(dǎo)電 導(dǎo)電角小于120 6 3 1三相Y聯(lián)結(jié)電壓控制器 續(xù)2 工作狀態(tài)小結(jié) 1 a 30 處于第一類工作狀態(tài) 三相同時(shí)導(dǎo)電 2 30 a 60 每隔30 交替地出現(xiàn)第一類和第二類工作狀態(tài) 3 60 a 90 處于第二類工作狀態(tài) 兩相同時(shí)導(dǎo)電 4 90 a 150 交替處于第一類工作狀態(tài)和斷流狀態(tài) 5 a 150 電路全斷流 不能工作 所以電阻負(fù)載控制角a的調(diào)控范圍為 0 150 三相阻感性負(fù)載 分析方法與單相電路相同 6 3 1三相Y聯(lián)結(jié)電壓控制器 續(xù)3 圖6 7三相開口三角形電壓控制器 繞組相電流小于輸入線電流 可看作三個(gè)獨(dú)立的單相電路分別分析 6 3 2三相開口三角形電壓控制器 6 4變壓器抽頭電壓控制器 圖中輸出電壓Vo的包絡(luò)線為 OABDHKG 6 4變壓器抽頭電壓控制器 優(yōu)點(diǎn) 負(fù)載電壓 電流諧波可控性好 輸入電流的諧波含量少 k 0 1 2 6 5 1基本工作原理6 5 2實(shí)用電路結(jié)構(gòu)6 5 3交流 交流相控直接變頻的優(yōu)缺點(diǎn) 6 5晶閘管相控交流 交流直接變頻器 正反組單相全控橋變流器并聯(lián) 類似直流可逆主電路 構(gòu)成單相輸出的相控交交直接變頻器 控制正反組變流器的ap an隨時(shí)間周期性變化 負(fù)載端電壓就成為頻率可控的交流電壓 圖 d 表明 負(fù)載輸出電流與輸出電壓不同相位時(shí) 正反組變流器在不同時(shí)段工作在整流或有源逆變工況 所以 半控橋變流器不能構(gòu)成交交變頻器 6 5 1基本工作原理 改變相控角ap 或an 只能在輸出電壓一個(gè)脈波周期中得到一個(gè)輸出電壓平均值 因此 2 輸出相同頻率的交交變頻器 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)輸入的相數(shù)越多 脈波數(shù)越多 輸出電壓的脈波數(shù)就越多 諧波含量越少 輸出電壓波形 改善相控交 交變頻器輸出波形的措施 1 相同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的相控交交變頻器輸出頻率越低 輸出電壓的脈波數(shù)越多 諧波含量越少 6 5 1基本工作原理 續(xù) 三相交交變頻器每相采用的晶閘管元件越多 輸出波形越好 6 5 2實(shí)用電路結(jié)構(gòu) 6 5 2實(shí)用電路結(jié)構(gòu) 續(xù)1 6 5 2實(shí)用電路結(jié)構(gòu) 續(xù)2 缺點(diǎn) 輸出頻率低晶閘管用量多 且控制復(fù)雜輸入功率因數(shù)低交流電源輸入電流諧波嚴(yán)重 且難于抑制 適用范圍 大功率可逆?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn) 只需一級(jí)變換環(huán)節(jié)晶閘管工作在自然換流工況能量可雙向傳遞 易實(shí)現(xiàn)電機(jī)的四象限運(yùn)行低頻輸出時(shí)可獲得較高質(zhì)量的正弦電壓波形 6 5 3交流 交流相控直接變頻的優(yōu)缺點(diǎn) 6 6 0概述6 6 1矩陣式交 交變頻器的控制方法6 6 3矩陣式交 交變頻器的優(yōu)缺點(diǎn) 6 6矩陣式交流 交流變頻器 6 6 0概述 交流 交流直接變頻器中的半控元件晶閘管改為全控元件 如IGBT 可構(gòu)成矩陣式交交直接變頻器 MatrixAC ACConverter 圖 a 中任一開關(guān)都是雙向可控開關(guān) 對(duì)圖 a 中的9個(gè)雙向開關(guān)器件進(jìn)行高頻SPWM控制 就可獲得頻率 電壓均可調(diào)控的三相對(duì)稱的交流輸出電壓 圖 b 是構(gòu)成雙向開關(guān)的方案之一 圖6 11a中的輸出電壓滿足以下關(guān)系 矩陣中9個(gè)開關(guān)函數(shù)表明了圖6 11a中9個(gè)可控開關(guān) 18個(gè)IGBT 的工作狀態(tài) 其開通 關(guān)斷切換原則 滿足矩陣函數(shù)關(guān)系不造成交流電源兩相短路不引起感性負(fù)載開路過電壓 四步換流法是滿足上述要求的控制方案之一 6 6 1矩陣式交 交變頻器的控制方法 優(yōu)點(diǎn) 自關(guān)斷元件工作頻率高 采用SPWM波工作方式可獲得較理想的正弦電壓輸出波形交流輸入功率因數(shù)高交流輸入電流諧波頻率高 便于濾波抑制 缺點(diǎn) 采用價(jià)格偏高的自關(guān)斷元件自關(guān)斷元件耐沖擊能力不如半控元件晶閘管系統(tǒng)檢測(cè) 控制復(fù)雜 6 6 2矩陣式交 交變頻器的優(yōu)缺點(diǎn) 2 單相調(diào)壓器純電阻負(fù)載晶閘管控制角范圍0 p電阻電感性負(fù)載晶閘管控制角范圍j p 1 相控晶閘管構(gòu)成的