交流調(diào)壓電路分析實(shí)用教案

1、變頻電路改變頻率的電路 交交變頻 直接 交直交變頻 間接交流電力控制電路只變電壓, ,電流或控制電路的通斷, ,不變頻交流調(diào)壓電路 相位控制交流調(diào)功電路 通斷控制第6 6章 交流電力控制電路和交交變頻(bin (bin pn)pn)電路AC-ACAC-AC第1頁(yè)/共46頁(yè)第一頁(yè)，共47頁(yè)。 電路圖6.1 交流(jioli)調(diào)壓電路應(yīng)用(yngyng) 1 燈光控制（如調(diào)光臺(tái)燈和舞臺(tái)燈光控制) 2 異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)。 3 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速。 4 供用電系統(tǒng)對(duì)無(wú)功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。 5 在高壓小電流或低壓大電流直流電源中， 用于調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。第2頁(yè)/共46頁(yè)第二頁(yè)，共47頁(yè)。 若晶閘管短接，穩(wěn)態(tài)

2、時(shí)負(fù)載電流為正弦波，相位滯后于u1u1的角度為j j ，當(dāng)用晶閘管控制時(shí)，只能(zh nn)(zh nn)進(jìn)行滯后控制，使負(fù)載電流更為滯后。 a =0 a =0時(shí)刻時(shí)刻(shk)(shk)仍定為仍定為u1u1過零的時(shí)刻過零的時(shí)刻(shk)(shk)，a a 的移相范的移相范圍應(yīng)為圍應(yīng)為j j a a 。0.6Ou1 u1uoiouVTwtOwtOwtwtOuuG1 G1uG2OOwtwt 負(fù)載負(fù)載(fzi)(fzi)阻抗角：阻抗角：j = arctan(wL / R) j = arctan(wL / R) VT16.1.1 單相交流調(diào)壓電路2)2) 阻感負(fù)載 第3頁(yè)/共46頁(yè)第三頁(yè)，共47頁(yè)。

3、aj時(shí)阻感負(fù)載交流調(diào)壓電路工作波形wtwtwtwt圖4-5aaaOOOOu1iG1iG2iojiT1iT2當(dāng)阻感負(fù)載當(dāng)阻感負(fù)載, a j , a j 時(shí)電路時(shí)電路(dinl)(dinl)工作情況工作情況阻感負(fù)載單相交流(jioli)(jioli)調(diào)壓電路VT1VT1的導(dǎo)通時(shí)間超過的導(dǎo)通時(shí)間超過 。觸發(fā)觸發(fā)VT2VT2時(shí)，時(shí)， io io尚未過零，尚未過零， VT1VT1仍導(dǎo)通，仍導(dǎo)通， VT2 VT2不會(huì)導(dǎo)通。不會(huì)導(dǎo)通。ioio過零后，過零后，VT2VT2才可開通，才可開通，VT2VT2導(dǎo)通角小于導(dǎo)通角小于。衰減衰減(shui jin)(shui jin)過程中，過程中， VT1VT1導(dǎo)通時(shí)間

4、漸短，導(dǎo)通時(shí)間漸短， VT2 VT2的導(dǎo)的導(dǎo)通時(shí)間漸長(zhǎng)通時(shí)間漸長(zhǎng)6.1.1 單相交流調(diào)壓電路第4頁(yè)/共46頁(yè)第四頁(yè)，共47頁(yè)。6.1.1 單相(dn xin)交流調(diào)壓電路3) 斬控式交流(jioli)調(diào)壓電路用V3V3給負(fù)載(fzi)(fzi)續(xù)流交流電源的負(fù)半周交流電源的正半周用V4V4給負(fù)載續(xù)流用V V1 1進(jìn)行斬波控制用V2V2進(jìn)行斬波控制第5頁(yè)/共46頁(yè)第五頁(yè)，共47頁(yè)。三相交流調(diào)壓電路a) 星形聯(lián)結(jié)b) 線路控制三角形聯(lián)結(jié)c) 支路控制三角形聯(lián)結(jié)d) 中點(diǎn)控制三角形聯(lián)結(jié)6.1.2 三相交流(jioli)調(diào)壓電路根據(jù)三相(sn xin)聯(lián)結(jié)形式的不同，三相(sn xin)交流調(diào)壓電路具

5、有多種形式第6頁(yè)/共46頁(yè)第六頁(yè)，共47頁(yè)。wt2uaubucuwtabuacuVT1VT2VT3VT4VT5VT66.1.2 三相(sn xin)交流調(diào)壓電路1351462652abanuu=2acanuu=uana a =60=60三相(sn xin)三線星接電路 任一相導(dǎo)通須和任一相導(dǎo)通須和 另一相構(gòu)成另一相構(gòu)成(guchng)(guchng)回路回路 電流通路中至少有電流通路中至少有 兩個(gè)管，應(yīng)采用雙兩個(gè)管，應(yīng)采用雙 脈沖或?qū)捗}沖觸發(fā)脈沖或?qū)捗}沖觸發(fā) 相電壓過零點(diǎn)定相電壓過零點(diǎn)定 為為a a 的起點(diǎn)。的起點(diǎn)。 移相范圍移相范圍0 0 150150 VT1 VT1、VT6VT6導(dǎo)通導(dǎo)通

6、VT1 VT1、VT2VT2導(dǎo)通導(dǎo)通 VT4 VT4、VT3VT3導(dǎo)通導(dǎo)通2abanuu=2acanuu= VT4 VT4、VT5VT5導(dǎo)通導(dǎo)通第7頁(yè)/共46頁(yè)第七頁(yè)，共47頁(yè)。wt2uaubucuwtabuacuVT1VT2VT3VT4VT5VT6a a =120=1206.1.2 三相交流(jioli)調(diào)壓電路uan1351462652abanuu=2acanuu= VT1 VT1、VT6VT6導(dǎo)通導(dǎo)通 VT1 VT1、VT2VT2導(dǎo)通導(dǎo)通 VT4 VT4、VT3VT3導(dǎo)通導(dǎo)通2abanuu=2acanuu= VT4 VT4、VT5VT5導(dǎo)通導(dǎo)通第8頁(yè)/共46頁(yè)第八頁(yè)，共47頁(yè)。3)3)單

7、相交流(jioli)(jioli)調(diào)壓電路的諧波分析電阻(dinz)負(fù)載電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路基波(j b)和諧波電流含量6.1.1 單相交流調(diào)壓電路由于正負(fù)半波對(duì)稱，不含直流分量和偶次諧波基波和各次諧波有效值負(fù)載電流基波和各次諧波有效值電流基波和各次諧波標(biāo)么值隨 a a變化的曲線（基準(zhǔn)電流為a a =0=0時(shí)的有效值）見圖 RL RL負(fù)載同R R負(fù)載，也只含3 3、5 5、7 7次諧波。隨著次數(shù)的增加，諧波含量減少。阻感負(fù)載時(shí)的諧波電流含量少一些。當(dāng)a a 角相同時(shí)，隨著j j ，諧波含量 第9頁(yè)/共46頁(yè)第九頁(yè)，共47頁(yè)。6.2.1 交流(jioli)調(diào)功電路調(diào)功電路(dinl)(din

8、l)與交流調(diào)壓電路(dinl)(dinl)的異同比較調(diào)壓電路在每個(gè)電源周期都對(duì)輸出(shch)(shch)電壓波形控制。 調(diào)功電路是將負(fù)載與交流電源接通幾個(gè)周期, ,再斷開幾個(gè)周期, ,通過通斷周波數(shù)的比值來調(diào)節(jié)平均功率。電路形式完全相同，控制方式不同電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路控制周期為控制周期為M M倍電源周期，晶閘管在倍電源周期，晶閘管在前前N N個(gè)周期導(dǎo)通，后個(gè)周期導(dǎo)通，后M MN N個(gè)周期關(guān)斷。個(gè)周期關(guān)斷。負(fù)載電壓和負(fù)載電流（也即電源電負(fù)載電壓和負(fù)載電流（也即電源電流）的重復(fù)周期為流）的重復(fù)周期為M M倍電源周期。倍電源周期。電阻負(fù)載時(shí)的工作情況M電源周期控制周期=M倍電源周期=24MO

9、導(dǎo)通段=M3M2Muou1uo,iowtU12交流調(diào)功電路典型波形(M =3、N =2)第10頁(yè)/共46頁(yè)第十頁(yè)，共47頁(yè)。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)(yudin) (yudin) 響應(yīng)速度快，無(wú)觸點(diǎn)，壽命長(zhǎng)，可頻繁通響應(yīng)速度快，無(wú)觸點(diǎn)，壽命長(zhǎng)，可頻繁通斷。斷。與交流調(diào)功電路與交流調(diào)功電路(dinl)的區(qū)別的區(qū)別并不控制電路的平均輸出功率。無(wú)明確的控制周期，根據(jù)需要(xyo)控制通斷。頻度比交流調(diào)功電路低。6.2.2 交流電力電子開關(guān)代替電路中的機(jī)械開關(guān)晶閘管投切電容（Thyristor SwitchedCapacitorTSC）作用作用控制無(wú)功功率，提高功率因數(shù)，控制無(wú)功功率，提高功率因數(shù)， 穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，改

10、善供電質(zhì)量。穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，改善供電質(zhì)量。性能優(yōu)于機(jī)械開關(guān)投切的電容器性能優(yōu)于機(jī)械開關(guān)投切的電容器結(jié)構(gòu)上常用三相，可三角形聯(lián)結(jié)，結(jié)構(gòu)上常用三相，可三角形聯(lián)結(jié)， 也可星形聯(lián)結(jié)。也可星形聯(lián)結(jié)。TSCTSC基本原理圖第11頁(yè)/共46頁(yè)第十一頁(yè)，共47頁(yè)。12ttttusiCuCVT1VT2ttuVT1uusiCuCCVT1VT2VT1TSCTSC理想投切時(shí)刻原理(yunl)(yunl)說明6.2.2 交流電力電子(dinz)開關(guān)晶閘管的投切選擇投入時(shí)刻：電源電壓(diny)和電容器預(yù)充電電壓(diny)相等，這樣電容器電壓(diny)不會(huì)產(chǎn)生躍變，就不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流。理想情況下，希望電容器預(yù)充電電壓(

11、diny)為電源電壓(diny)峰值，這時(shí)電源電壓(diny)的變化率為零，電容投入過程不但沒有沖擊電流，電流也沒有階躍變化由于二極管的作用，在電路不導(dǎo)通時(shí)u uC C總會(huì)維持在電源電壓峰值。成本稍低，但響應(yīng)速度稍慢，投切電容器的最大時(shí)間滯后為一個(gè)周波。TSCTSC電路也可采用晶閘管和二極管反并聯(lián)的方式第12頁(yè)/共46頁(yè)第十二頁(yè)，共47頁(yè)。6.3.1 單相交(xingjio)交變頻器晶閘管交交變頻電路，也稱周波變流器(Cycloconvertor) 把電網(wǎng)頻率(pnl)的交流電變成可調(diào)頻率(pnl)的交流電的變流電路，屬于直接變頻電路。 廣泛用于大功率交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)際使用的主要是三

12、相輸出交交變頻電路。第13頁(yè)/共46頁(yè)第十三頁(yè)，共47頁(yè)。ZPN輸出電壓平均輸出電壓圖4-18OuouoaP=0aP=2aP=2wt單相交交變頻電路原理圖和輸出電壓(diny)(diny)波形電路構(gòu)成(guchng)(guchng)如圖4-184-18，由P P組和N N組反并聯(lián)的晶閘管變流電路構(gòu)成(guchng)(guchng)，和直流電動(dòng)機(jī)可逆調(diào)速用的四象限變流電路完全相同。變流器P P和N N都是相控整流電路。6.3.1 單相交(xingjio)交變頻器1) 電路構(gòu)成和基本工作原理工作原理P P組工作時(shí)，負(fù)載電流i io o為正。N N組工作時(shí)，i io o為負(fù)。兩組變流器按一定的頻率交

13、替工作，負(fù)載就得到該頻率的交流電。改變兩組變流器的切換頻率，就可改變輸出頻率w wo o 。改變變流電路的控制角a a，就可以改變交流輸出電壓的幅值。第14頁(yè)/共46頁(yè)第十四頁(yè)，共47頁(yè)。在半個(gè)周期內(nèi)讓P P組工作 a a 角按正弦規(guī)律從9090減到0 0或某個(gè)值，再增加(zngji)(zngji)到9090，每個(gè)控制間隔內(nèi)的平均輸出電壓就按正弦規(guī)律從零增至最高，再減到零。另外半個(gè)周期可對(duì)N N組進(jìn)行同樣的控制。uouo由若干段電源電壓拼接而成，在uouo的一個(gè)周期內(nèi)，包含的電源電壓段數(shù)越多，其波形就越接近正弦波。6.3.1 單相交(xingjio)交變頻器為使uouo波形接近(jijn)(j

14、ijn)正弦波，可按正弦規(guī)律對(duì)a a 角進(jìn)行調(diào)制。第15頁(yè)/共46頁(yè)第十五頁(yè)，共47頁(yè)。 當(dāng)uouo和ioio的相位差小于9090時(shí)，一周期內(nèi)電網(wǎng)向負(fù)載(fzi)(fzi)提供能量的平均值為正，電動(dòng)狀態(tài)。 當(dāng)二者相位差大于9090時(shí)，一周期內(nèi)電網(wǎng)向負(fù)載(fzi)(fzi)提供能量的平均值為負(fù)，電網(wǎng)吸收能量，發(fā)電狀態(tài)。 考慮無(wú)環(huán)流工作方式下ioio過零的死區(qū)時(shí)間，一周期可分為6 6段。1OO23456圖4-20uoiowtwt圖4-20 單相交交變頻(bin pn)電路輸出電壓和電流波形第1段 io 0，反組逆變(n bin)第2段 電流過零，為無(wú)環(huán)流死區(qū)第3段 io 0， uo 0，正組整流

15、第4段 io 0， uo 0，正組逆變 第5段 又是無(wú)環(huán)流死區(qū) 第6段 io 0， uo 0，為反組整流 6.3.1 單相交交變頻器第16頁(yè)/共46頁(yè)第十六頁(yè)，共47頁(yè)。6.3.2 6.3.2 三相交(xingjio)(xingjio)交變頻電路l 由三組輸出電壓(diny)相位各差120的單相交交變頻電路組成。1)1) 電路接線方式公共交流母線進(jìn)線方式輸出星形聯(lián)結(jié)方式交交變頻電路主要(zhyo)(zhyo)應(yīng)用于大功率交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，使用的是三相交交變頻電路。第17頁(yè)/共46頁(yè)第十七頁(yè)，共47頁(yè)。(1)公共(gnggng)交流母線進(jìn)線方式公共交流母線進(jìn)線三相交(xingjio)(xingj

16、io)交變頻電路（簡(jiǎn)圖）由三組彼此獨(dú)立的、輸出電由三組彼此獨(dú)立的、輸出電壓相位相互錯(cuò)開壓相位相互錯(cuò)開120120的單的單相交交變頻電路構(gòu)成。相交交變頻電路構(gòu)成。電源進(jìn)線通過進(jìn)線電抗器接電源進(jìn)線通過進(jìn)線電抗器接在公共的交流母線上。在公共的交流母線上。因?yàn)殡娫催M(jìn)線端公用，所以因?yàn)殡娫催M(jìn)線端公用，所以三組的輸出端必須隔離。為三組的輸出端必須隔離。為此，交流電動(dòng)機(jī)的三個(gè)繞組此，交流電動(dòng)機(jī)的三個(gè)繞組必須拆開。必須拆開。主要用于中等。容量主要用于中等。容量(rngling)(rngling)的交流調(diào)速系的交流調(diào)速系統(tǒng)。統(tǒng)。6.3.2 6.3.2 三相交交變頻電路第18頁(yè)/共46頁(yè)第十八頁(yè)，共47頁(yè)。(2)

17、 輸出星形聯(lián)結(jié)方式三組的輸出端是星形聯(lián)結(jié)，電動(dòng)機(jī)的三個(gè)繞組也是星形聯(lián)結(jié)電動(dòng)機(jī)中點(diǎn)不和變頻器中點(diǎn)接在一起(yq)，電動(dòng)機(jī)只引出三根線即可圖4-25 輸出星形聯(lián)結(jié)方式(fngsh)三相交交變頻電路a）簡(jiǎn)圖 b）詳圖三組的輸出端是星形聯(lián)結(jié)，電動(dòng)機(jī)的三個(gè)繞組也是星形聯(lián)結(jié)。電動(dòng)機(jī)中點(diǎn)(zhn din)不和變頻器中點(diǎn)(zhn din)接在一起，電動(dòng)機(jī)只引出三根線即可。6.3.2 6.3.2 三相交交變頻電路第19頁(yè)/共46頁(yè)第十九頁(yè)，共47頁(yè)。圖4-25 輸出星形聯(lián)結(jié)方式三相交交變頻(bin pn)電路a）簡(jiǎn)圖 b）詳圖因?yàn)槿M的輸出聯(lián)接在一起，其電源進(jìn)線必須隔離(gl)，因此分別用三個(gè)變壓器供電。由于輸

18、出端中點(diǎn)不和負(fù)載中點(diǎn)相聯(lián)接，所以在構(gòu)成三相變頻電路的六組橋式電路中，至少要有不同輸出相的兩組橋中的四個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通才能構(gòu)成回路，形成電流。6.3.2 6.3.2 三相交交變頻(bin pn)(bin pn)電路第20頁(yè)/共46頁(yè)第二十頁(yè)，共47頁(yè)。效率較高（一次變流）可方便地實(shí)現(xiàn)四象限(xingxin)工作低頻輸出波形接近正弦波6.3.2 6.3.2 三相交(xingjio)(xingjio)交變頻電路交交變頻電路的缺點(diǎn)：接線復(fù)雜，三相橋的三相交交變頻器至少用3636只管受電網(wǎng)頻率和變流電路脈波數(shù)的限制，輸出頻率較低輸入功率因數(shù)較低。輸入電流(dinli)(dinli)諧波含量大，頻譜復(fù)雜交

19、交變頻和交直交變頻的比較交交變頻電路的優(yōu)點(diǎn)：主要用于500kW500kW或1000kW1000kW以上的大功率、低轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速電路中。目前已在軋機(jī)主傳動(dòng)裝置、鼓風(fēng)機(jī)、礦石破碎機(jī)、球磨機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)等場(chǎng)合應(yīng)用。既可用于異步電動(dòng)機(jī)，也可用于同步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。應(yīng)用第21頁(yè)/共46頁(yè)第二十一頁(yè)，共47頁(yè)。矩陣式變頻器6.4 矩陣式變頻器簡(jiǎn)介：近年出現(xiàn)的新穎的變頻(bin pn)電路是直接變頻(bin pn)電路 ,開關(guān)為全控型控制方式是斬波控制。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：三相輸入電壓為ua、 ub和uc 三相輸出電壓為uu、 uv和uw第22頁(yè)/共46頁(yè)第二十二頁(yè)，共47頁(yè)。6.4 矩陣式變頻器優(yōu)點(diǎn)輸出電壓為正弦波。輸出

20、頻率不受電網(wǎng)頻率的限制。輸入電流也可控制為正弦波且和電壓同相。功率因數(shù)為1，也可控制為需要的功率因數(shù)。能量可雙向流動(dòng)，適用于交流電動(dòng)機(jī)的四象限運(yùn)行。不通過(tnggu)中間直流環(huán)節(jié)而直接實(shí)現(xiàn)變頻，效率較高。第23頁(yè)/共46頁(yè)第二十三頁(yè)，共47頁(yè)。VT1控制(kngzh)規(guī)律原理(yunl) 波形600波形(b xn) 負(fù)載電流第24頁(yè)/共46頁(yè)第二十四頁(yè)，共47頁(yè)。 本章(bn zhn)小結(jié)本章的要點(diǎn)如下：(1) (1) 交流交流變流電路(dinl)(dinl)的分類及其基本概念；(2) (2) 單相交流調(diào)壓電路(dinl)(dinl)的電路(dinl)(dinl)構(gòu)成，在電阻負(fù)載和阻感負(fù)載

21、時(shí)的工作原理和電路(dinl)(dinl)特性；(3) (3) 三相交流調(diào)壓電路(dinl)(dinl)的基本構(gòu)成和基本工作原理；(4) (4) 交流調(diào)功電路(dinl)(dinl)和交流電力電子開關(guān)的基本概念；(5) (5) 晶閘管相位控制交交變頻電路(dinl)(dinl)的電路(dinl)(dinl)構(gòu)成、工作原理和 輸入輸出特性；(6) (6) 各種交流交流變流電路(dinl)(dinl)的主要應(yīng)用；(7) (7) 矩陣式交交變頻電路(dinl)(dinl)的基本概念。第25頁(yè)/共46頁(yè)第二十五頁(yè)，共47頁(yè)。 矩陣式變頻器6.4 矩陣式變頻器9個(gè)開關(guān)器件組成33矩陣，因此該電路被稱為矩

22、陣式變頻電路(Matrix Converter MC)或矩陣變換器。圖中每個(gè)開關(guān)都是矩陣中的一個(gè)元素(yun s)，采用雙向可控開關(guān)，圖給出了應(yīng)用較多的一種開關(guān)單元。第26頁(yè)/共46頁(yè)第二十六頁(yè)，共47頁(yè)。單相輸入單相輸入對(duì)單相交流電壓對(duì)單相交流電壓(diny)us(diny)us進(jìn)行斬波控制，即進(jìn)行進(jìn)行斬波控制，即進(jìn)行PWMPWM控制時(shí)，輸出電壓控制時(shí)，輸出電壓(diny)uo(diny)uo為為ssconouuTtus=a)b)c)UmU1mU23Um12 6.4 矩陣式變頻器式中，TcTc開關(guān)(kigun)(kigun)周期；s s 占空比。矩陣式變頻電路的基本工作(gngzu)原理第2

23、7頁(yè)/共46頁(yè)第二十七頁(yè)，共47頁(yè)。a)b)c)UmU1mU23Um12 利用三相相電壓利用三相相電壓把輸入改為把輸入改為(i wi)三相，就可利三相，就可利用圖用圖6-29b所示的三相相電壓包絡(luò)線所示的三相相電壓包絡(luò)線中所有的陰影部分。中所有的陰影部分。6.4 矩陣式變頻器不同的開關(guān)周期中采用不同的s，可得到與us頻率和波形都不同的uo 。由于單相交流us波形為正弦波，可利用的輸入電壓部分(b fen)只有如圖4-29a所示的單相電壓陰影部分(b fen)，因此uo將受到很大的局限，無(wú)法得到所需輸出波形。第28頁(yè)/共46頁(yè)第二十八頁(yè)，共47頁(yè)。a)b)c)UmU1mU23Um12 利用三相線

24、電壓利用三相線電壓用圖用圖4-28a4-28a中第一行和第二行中第一行和第二行的的 6 6 個(gè) 開 關(guān) 共 同 作 用 來 構(gòu) 造個(gè) 開 關(guān) 共 同 作 用 來 構(gòu) 造(guzo)(guzo)輸出線電壓輸出線電壓uuv uuv 。6.4 矩陣式變頻器理論上所構(gòu)造的uu的頻率(pnl)可不受限制。但如uu必須為正弦波，則其最大幅值僅為輸入相電壓ua幅值的0.5倍。第29頁(yè)/共46頁(yè)第二十九頁(yè)，共47頁(yè)。a)b)c)UmU1mU23Um12 構(gòu)造輸出(shch)電壓時(shí)可利用的輸入電壓部分a)單相輸入 b) 三相輸入構(gòu)造輸出(shch)相電壓 c) 三相輸出(shch)構(gòu)造輸出(shch)線電壓6.

25、4 矩陣式變頻器可利用圖4-29c中6個(gè)線電壓包絡(luò)線中所有的陰影部分。當(dāng)uuv必須為正弦波時(shí)，最大幅值就可達(dá)到輸入線電壓幅值的0.866倍。正弦波輸出條件(tiojin)下矩陣式變頻電路理論上最大的輸出輸入電壓比。第30頁(yè)/共46頁(yè)第三十頁(yè)，共47頁(yè)。 矩陣式變頻器6.4 矩陣式變頻器以相電壓輸出方式為例分析矩陣式交交變頻電路的控制利用對(duì)開關(guān)S11、 S12和S13的控制構(gòu)造輸出電壓uu。為防止輸入電源短路，任何時(shí)刻只能有一個(gè)開關(guān)接通。負(fù)載(fzi)一般是阻感負(fù)載(fzi)，負(fù)載(fzi)電流具有電流源性質(zhì)，為使負(fù)載(fzi)不開路，任一時(shí)刻必須有一個(gè)開關(guān)接通第31頁(yè)/共46頁(yè)第三十一頁(yè)，共4

26、7頁(yè)。cbauuuuu131211sss=1131211=sss矩陣式變頻器6.4 矩陣式變頻器u相輸出電壓uu和各相輸入電壓的關(guān)系(gun x)為 (6-25)式中s11、s12和s13一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)開關(guān)S11、 S12、S13的導(dǎo)通占空比 (6-26)第32頁(yè)/共46頁(yè)第三十二頁(yè)，共47頁(yè)。cbauuuuu131211sss=cbawvuuuuuuu333231232221131211sssssssss 矩陣式變頻器6.4 矩陣式變頻器用同樣的方法控圖中第2，3行的各開關(guān)，得到(d do)類似于 (6-25) 的表達(dá)式。合寫成矩陣的形式 （627） 可縮寫為 uo=s ui （628）第3

27、3頁(yè)/共46頁(yè)第三十三頁(yè)，共47頁(yè)。=34cos32coscosiimiimiimwwwtUtUtUuuucba()=ooomooomooom34cos32coscosjwjwjwtItItIiiiwvu式中 UimUim、Iom Iom 為輸入電壓和輸出(shch)(shch)電流的幅值； wi wi、wo wo 為輸入電壓和輸出(shch)(shch)電流的角頻率； j o j o 為 相 應(yīng) 于 輸 出(shch)(shch)頻率的負(fù)載阻抗角。 6.4 矩陣式變頻器對(duì)實(shí)際系統(tǒng)來說，輸入電壓(diny)(diny)和所需輸出電流是已知的。設(shè)為 第34頁(yè)/共46頁(yè)第三十四頁(yè)，共47頁(yè)。=34

28、cos32coscosoomoomoomwvuwwwtUtUtUuuu()=iiimiiimiiim34cos32coscosjwjwjwtItItIiiicba式中 Uom、Iim為輸出(shch)電壓和輸入電流的幅值； ji為輸入電流滯后于電壓的相位角。6.4 矩陣式變頻器變頻電路希望的輸出(shch)電壓和輸入電流分別為第35頁(yè)/共46頁(yè)第三十五頁(yè)，共47頁(yè)。=34cos32coscosoomoomoomwwwtUtUtU34cos32coscosiimiimiimwwwtUtUtU()=34cos32coscosiimiimiimwwwtItItI()ooomooomooom34cos

29、32coscosjwjwjwtItItI如能求得滿足式(6-35)(6-35)和式(6-36)(6-36)的s s，就可得到希望的 輸 出 電 壓(diny)(diny)和輸入電流。6.4 矩陣式變頻器當(dāng)期望的輸入(shr)功率因數(shù)為1時(shí)，ji =0。把式(6-31)式(6-34)代入式(4-27)和式(4-29)，可得第36頁(yè)/共46頁(yè)第三十六頁(yè)，共47頁(yè)。所用的器件為所用的器件為1818個(gè)，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，控制個(gè)，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，控制(kngzh)(kngzh)方法還不方法還不算成熟。算成熟。O/IO/I最大電壓比只有最大電壓比只有0.8660.866，用于交流電機(jī)調(diào)速時(shí)輸出電

30、壓偏低，用于交流電機(jī)調(diào)速時(shí)輸出電壓偏低 。現(xiàn)狀 尚未進(jìn)入實(shí)用化，主要(zhyo)(zhyo)原因： 如何求取理想(lxing)(lxing)的調(diào)制矩陣s s 。開關(guān)切換時(shí)如何實(shí)現(xiàn)既無(wú)交疊又無(wú)死區(qū)。6.4 矩陣式變頻器要使矩陣式變頻電路能夠很好地工作，需解決的兩個(gè)基本問題：十分突出的優(yōu)點(diǎn)：在器件制造技術(shù)飛速進(jìn)步和計(jì)算機(jī)技術(shù)在器件制造技術(shù)飛速進(jìn)步和計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異的今天，矩陣式變頻日新月異的今天，矩陣式變頻電路將有很好的發(fā)展前景。電路將有很好的發(fā)展前景。有十分理想的電氣性能。有十分理想的電氣性能。和目前廣泛應(yīng)用的交直交變頻電路相比，雖多用了和目前廣泛應(yīng)用的交直交變頻電路相比，雖多用了6 6個(gè)開關(guān)

31、器個(gè)開關(guān)器件，卻省去了直流側(cè)大電容，將使體積減小，且容易實(shí)現(xiàn)集成件，卻省去了直流側(cè)大電容，將使體積減小，且容易實(shí)現(xiàn)集成化和功率模塊化?；凸β誓K化。第37頁(yè)/共46頁(yè)第三十七頁(yè)，共47頁(yè)。余弦(yxin)交點(diǎn)法原理余弦交點(diǎn)法基本公式 余弦交點(diǎn)法圖解(tji)線電壓uab、 uac 、 ubc 、 uba 、 uca和ucb依次用u1 u6表示。相鄰兩個(gè)線電壓的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)于a =06.3.1 單相交(xingjio)交變頻器第38頁(yè)/共46頁(yè)第三十八頁(yè)，共47頁(yè)。 余弦(yxin)交點(diǎn)法原理圖4-21u2u3u4u5u6u1us2us3us4us5us6us1uoaP3aP4wtwt6.3.1

32、單相交(xingjio)交變頻器u1u6所對(duì)應(yīng)的同步信號(hào)分別用us1us6表示us1us6比相應(yīng)的u1u6超前30，us1us6的最大值和相應(yīng)線電壓a =0的時(shí)刻對(duì)應(yīng)。以a =0為零時(shí)刻，則us1us6為余弦信號(hào)。希望輸出電壓為uo，則各晶閘管觸發(fā)時(shí)刻由相應(yīng)的同步電壓us1us6的下降段和uo的交點(diǎn)(jiodin)來決定。第39頁(yè)/共46頁(yè)第三十九頁(yè)，共47頁(yè)。 介紹最基本的、廣泛使用的余弦交點(diǎn)法。 設(shè)Ud0為a = 0時(shí)整流電路的理想空載電壓，則有 每次控制時(shí)a角不同， 表示每次控制間隔內(nèi)uo的平均值。acosd0oUu=0u圖4-21u2u3u4u5u6u1us2us3us4us5us6u

33、s1uoaP3aP4wtwt 余弦交點(diǎn)余弦交點(diǎn)(jiodin)法原理法原理6.3.1 單相交(xingjio)交變頻器3) 3) 輸出正弦波電壓的調(diào)制(tiozh)(tiozh)方法第40頁(yè)/共46頁(yè)第四十頁(yè)，共47頁(yè)。)10(0=domUU余弦交點(diǎn)(jiodin)法原理圖4-21u2u3u4u5u6u1us2us3us4us5us6us1uoaP3aP4wtwt6.3.1 單相交(xingjio)交變頻器設(shè)期望(qwng)的正弦波輸出電壓為比較式(6-15)和(6-16)，應(yīng)使 g 稱為輸出電壓比：第41頁(yè)/共46頁(yè)第四十一頁(yè)，共47頁(yè)。圖4-25 輸出星形聯(lián)結(jié)方式(fngsh)三相交交變頻

34、電路a）簡(jiǎn)圖 b）詳圖和整流電路一樣，同一組橋內(nèi)的兩個(gè)晶閘管靠雙觸發(fā)脈沖保證同時(shí)(tngsh)導(dǎo)通。兩組橋之間則是靠各自的觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，以保證同時(shí)(tngsh)導(dǎo)通。6.3.2 6.3.2 三相交交變頻(bin (bin pn)pn)電路第42頁(yè)/共46頁(yè)第四十二頁(yè)，共47頁(yè)。輸入電流總輸入電流由三個(gè)單相的同一相輸入電流合成而得到。有些諧波相互抵消，諧波種類有所減少(jinsho)(jinsho)，總的諧波幅值也有所降低。200t/ms輸出電壓?jiǎn)蜗噍敵鰰r(shí) U相輸入電流三相輸出時(shí) U相輸入電流200t/ms200t/ms交交變頻電路(dinl)(dinl)的輸入電流波形6.3.2 6.3.2 三相交(xingjio)(xingj