第4章交流電力控制電路和交-交變頻電路ppt課件

1、電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)v 引言v 4.1 交流調(diào)壓電路v 4.2 其他交流電力控制電路v 4.3 交交變頻電路v 4.4 矩陣式變頻電路v 本章要點(diǎn)第第4 4章章 交流電力控制電路和交交變頻電路交流電力控制電路和交交變頻電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)本章學(xué)習(xí)目的與要求本章學(xué)習(xí)目的與要求 了解交流變流電路的分類及其根本概念。 了解單相交流調(diào)壓電路的電路構(gòu)成，兩種負(fù)載時(shí)的任務(wù)原理和電路特性； 掌握三相交流調(diào)壓電路的根本構(gòu)成和根本任務(wù)原理； 了解交流調(diào)功電路和交流電力電子開關(guān)的根本概念； 掌握晶閘管相位控制交交變頻電路的電路構(gòu)成、任務(wù)原理和輸入輸出特性。 掌握各種交流交流變流電路的主要運(yùn)用。電力電子

2、技術(shù)電力電子技術(shù)本章重點(diǎn)與難點(diǎn)本章重點(diǎn)與難點(diǎn)J重點(diǎn)：重點(diǎn)：J 交流調(diào)壓電路、交流調(diào)功電路、交交流調(diào)壓電路、交流調(diào)功電路、交交變頻電路的電路構(gòu)造、任務(wù)原理、波交變頻電路的電路構(gòu)造、任務(wù)原理、波形分析。形分析。J難點(diǎn)：難點(diǎn)：J 交交變頻電路的任務(wù)原理與波形分交交變頻電路的任務(wù)原理與波形分析。析。 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù) 本章主要講述 交流-交流變流電路 把一種方式的交流變成另一種方式交流的電路變頻電路改動(dòng)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改動(dòng)電壓,電流或控制電路的通斷,而不改動(dòng)頻率的電路。交流調(diào)壓電路 相位控制交流調(diào)功電路 通斷控制第第4 4章章 交流電力控制電路和交

3、交變頻電路交流電力控制電路和交交變頻電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù) 4.1 交流調(diào)壓電路 原理原理 兩個(gè)晶閘管兩個(gè)晶閘管反并反并聯(lián)后串聯(lián)在交流聯(lián)后串聯(lián)在交流電路電路中，經(jīng)過對晶閘中，經(jīng)過對晶閘管的管的控制就可控制交控制就可控制交流電流電力。力。 電路圖電路圖電力電子技術(shù)電力電子技術(shù) 運(yùn)用運(yùn)用 1 燈光控制如調(diào)光臺燈和舞臺燈光燈光控制如調(diào)光臺燈和舞臺燈光控制控制)。 2 異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)。異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)。 3 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速。異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速。 4 供用電系統(tǒng)對無功功率的延續(xù)調(diào)理。供用電系統(tǒng)對無功功率的延續(xù)調(diào)理。 5 在高壓小電流或低壓大電流直流電在高壓小電流或低壓大電流直流電源中，源中， 用于調(diào)

4、理變壓器一次電壓。用于調(diào)理變壓器一次電壓。 4.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù) 4.1.1 單相交流調(diào)壓電路 4.1.2 三相交流調(diào)壓電路 4.1 交流調(diào)壓電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)Ou1uoiouVTwtOwtOwtOwt4.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 1) 電阻負(fù)載 輸出電壓與輸出電壓與 的關(guān)系的關(guān)系: : 移相范圍為移相范圍為0 a 0 a 。 a =0a =0時(shí)，輸出電壓為最大時(shí)，輸出電壓為最大 。 Uo=U1;Uo=U1; 隨隨 a a 的增大，的增大，UoUo降低，降低， a =a =時(shí)，時(shí)， Uo =0Uo =0。與與 a a 的關(guān)系的關(guān)系:

5、 : a =0 a =0時(shí)，功率因數(shù)時(shí)，功率因數(shù) =1 =1，a a 增大，輸入電流滯后于電增大，輸入電流滯后于電壓且畸變，壓且畸變，降低。降低。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù) 假設(shè)晶閘管短接，穩(wěn)態(tài)時(shí)負(fù)載電流為正弦波，相位滯后于u1的角度為j ，當(dāng)用晶閘管控制時(shí)，只能進(jìn)展滯后控制，使負(fù)載電流更為滯后。 a =0時(shí)辰仍定為u1過零的時(shí)辰，a 的移相范圍應(yīng)為 j a 。 2) 阻感負(fù)載 0.6Ou1 u1uoiouVTwtOwtOwtwtOuuG1 G1uG2OOwtwtu 負(fù)載阻抗角：u j = arctan(wL/R)VT14.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)q 02

6、0100601401802010060/( )180140a /( )j = 9075604530150圖4-3 單相交流調(diào)壓電路以a為參變量的和a關(guān)系曲線 wt = a 時(shí)辰開通晶閘管VT1，可求得 jqjajqatg)sin()sin(=e當(dāng) a = j 時(shí) = 當(dāng) a j 時(shí) 以j 為參變量，利用47)可把a(bǔ) 和 的關(guān)系表示成右圖。4.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)圖4-4 單相交流調(diào)壓電路a為參變量時(shí)I VTN和a關(guān)系曲線j = 900.40.516018004012080 75 6045j = 0a /( )IVTN負(fù)載電流有效值

7、(4-10)IVT的標(biāo)么值 (4-11)12UZIIVTVTN =VTII20=4.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)圖4-5 aj時(shí)阻感負(fù)載交流調(diào)壓電路任務(wù)波形wtwtwtwt圖4-5aaaqOOOOu1iG1iG2iojiT1iT2 當(dāng)阻感負(fù)載, a j 時(shí)電路任務(wù)情況。圖4-2 阻感負(fù)載單相交流調(diào)壓電路 VT1的導(dǎo)通時(shí)間超越 。 觸發(fā)VT2時(shí)， io尚未過零， VT1仍導(dǎo)通， VT2不會(huì)導(dǎo)通。io過零后，VT2才可開通，VT2導(dǎo)通角小于。 衰減過程中， VT1導(dǎo)通時(shí)間漸短， VT2的導(dǎo)通時(shí)間漸長。4.1.1 單相交流調(diào)壓電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)3) 單相

8、交流調(diào)壓電路的諧波分析電阻負(fù)載由于波形正負(fù)半波對稱，所以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變化的曲線基準(zhǔn)電流為a =0時(shí)的有效值如圖4-6所示。=,5,3, 1o)sincos()(nnntnbtnatuwww22on21nnbaU=RUI/onon=060120180圖4-6基波3次5次7次觸發(fā)延遲角a/( )In/I*/%20406080100圖4-6 電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路基波調(diào)和波電流含量4.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)電流諧波次數(shù)和電阻負(fù)載時(shí)一樣，也只含3、5、7等次諧波。

9、隨著次數(shù)的添加，諧波含量減少。和電阻負(fù)載時(shí)相比，阻感負(fù)載時(shí)的諧波電流含量少一些。當(dāng)a 角一樣時(shí)，隨著阻抗角j 的增大，諧波含量有所減少。阻感負(fù)載4.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù) 4) 斬控式交流調(diào)壓電路在交流電源u1的正半周RL圖4-7u1i1uoV1V2VD1VD2V3V4VD4VD3圖4-7 斬控式交流調(diào)壓電路4.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路用V1進(jìn)展斬波控制用V3給負(fù)載電流提供續(xù)流通道電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)RL圖4-7u1i1uoV1V2VD1VD2V3V4VD4VD3用V2進(jìn)展斬波控制用V4給負(fù)載電流提供續(xù)流通道圖4-7 斬控式交流調(diào)壓

10、電路 4) 斬控式交流調(diào)壓電路在交流電源u1的負(fù)半周4.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)u 特性特性圖4-8 電阻負(fù)載斬控式交流調(diào)壓電路波形4.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路 電源電流的基波分量和電源電壓同相位，即位移因數(shù)為1。 電源電流不含低次諧波，只含和開關(guān)周期T有關(guān)的高次諧波。 功率因數(shù)接近1。RL圖4-7u1i1uoV1V2VD1VD2V3V4VD4VD3電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)4.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 根據(jù)三相結(jié)合方式的不同，三相交流調(diào)壓電路具有多種方式圖4-9 三相交流調(diào)壓電路a) 星形結(jié)合b) 線路控制三角形結(jié)合c)

11、支路控制三角形結(jié)合d) 中點(diǎn)控制三角形結(jié)合電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)三相四線根本原理：相當(dāng)于三個(gè)單相交流調(diào)壓電路的組合，三相互相錯(cuò)開120任務(wù)?；ê?倍次以外的諧波在三相之間流動(dòng)，不流過零線。問題：三相中3倍次諧波同相位，全部流過零線。零線有很大3倍次諧波電流。 a =90時(shí)，零線電流甚至和各相電流的有效值接近。1) 星形結(jié)合電路 可分為三相三線和三相四線圖4-9 三相交流調(diào)壓電路a) 星形結(jié)合4.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)u三相三線，主要分析電阻負(fù)載時(shí)的情況圖4-9 三相交流調(diào)壓電路a) 星形結(jié)合4.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 任一相導(dǎo)通須

12、和另一相構(gòu)成回路。 電流通路中至少有兩個(gè)晶閘管，應(yīng)采用雙脈沖或?qū)捗}沖觸發(fā)。 觸發(fā)脈沖順序和三相橋式全控整流電路一樣，為VT1 VT6,依次相差60。 相電壓過零點(diǎn)定為a 的起點(diǎn)， a角移相范圍是 0 150。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)l (1)0 a 60： l 三管導(dǎo)通與兩管導(dǎo)通交替，每管導(dǎo)通180a 。l 但a =0時(shí)不斷是三管導(dǎo)通。圖4-10 不同a角時(shí)負(fù)載相電壓波形a) a =304.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)60a90：兩管導(dǎo)通，每管導(dǎo)通120。(2)圖4-10 不同a角時(shí)負(fù)載相電壓波形b) a =604.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路電

13、力電子技術(shù)電力電子技術(shù)l (3)90a 150：兩管導(dǎo)通與無晶閘管導(dǎo)通交替，導(dǎo)通角度為l 3002 a。圖4-10 不同a角時(shí)負(fù)載相電壓波形 c) a =1204.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)u諧波情況諧波情況4.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路電流諧波次數(shù)為6k1(k=1，2，3，)，和三相橋式全控整流電路交流側(cè)電流所含諧波的次數(shù)完全一樣。諧波次數(shù)越低，含量越大。和單相交流調(diào)壓電路相比，沒有3倍次諧波，因三相對稱時(shí)，它們不能流過三相三線電路。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù) 2支路控制三角結(jié)合電路 圖49三相交流調(diào)壓電路c)支路控制三角形結(jié)合4.1.2 三

14、相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路u由三個(gè)單相交流調(diào)壓電路由三個(gè)單相交流調(diào)壓電路組成，分別在不同的線電組成，分別在不同的線電壓作用下任務(wù)。壓作用下任務(wù)。u單相交流調(diào)壓電路的分析單相交流調(diào)壓電路的分析方法和結(jié)論完全適用。方法和結(jié)論完全適用。u輸入線電流即電源電流輸入線電流即電源電流為與該線相連的兩個(gè)負(fù)載為與該線相連的兩個(gè)負(fù)載相電流之和。相電流之和。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)u 諧波情況c)支路控制三角形結(jié)合圖49三相交流調(diào)壓電路4.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 3倍次諧波相位和大小一樣，在三角形回路中流動(dòng)，而不出如今線電流中。 線電流中所諧波次數(shù)為6k1(k為正整數(shù))。 在一樣負(fù)載和a 角

15、時(shí)，線電流中諧波含量少于三相三線星形電路。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)u典型用例晶閘管控制電抗器Thyristor Controlled ReactorTCR 配以固定電容器，就可在從容性到感性的范圍內(nèi)延續(xù)調(diào)理無功功率，稱為靜止無功補(bǔ)償安裝(Static Var CampensatorSVC，用來對無功功率進(jìn)展動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，以補(bǔ)償電壓動(dòng)搖或閃變。圖4-11 晶閘管控制電抗器(TCR)電路4.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路a 移相范圍為90 180。控制a 角可延續(xù)調(diào)理流過電抗器的電流，從而調(diào)理無功功率。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)圖4-11 晶閘管控制電抗器(TCR)電路a)b)c)圖4-12

16、TCR電路負(fù)載相電流和輸入線電流波形 a) =120 b) = c) =160 4.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)4.2 其他交流電力控制電路其他交流電力控制電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)4.2.1 交流調(diào)功電路交流調(diào)功電路 交流調(diào)功電路與交流調(diào)壓電路的異同比較一樣點(diǎn)一樣點(diǎn) 電路方式完全一樣電路方式完全一樣不同點(diǎn)不同點(diǎn) 控制方式不同控制方式不同交流調(diào)壓電路在每個(gè)電源周期都對輸出電壓波交流調(diào)壓電路在每個(gè)電源周期都對輸出電壓波形進(jìn)展控制。形進(jìn)展控制。 交流調(diào)功電路是將負(fù)載與交流電源接通幾個(gè)周交流調(diào)功電路是將負(fù)載與交流電源接通幾個(gè)周期期, ,在斷開幾個(gè)周期在斷開幾個(gè)周

17、期, ,經(jīng)過通斷周波數(shù)的比值來經(jīng)過通斷周波數(shù)的比值來調(diào)理負(fù)載所耗費(fèi)的平均功率。調(diào)理負(fù)載所耗費(fèi)的平均功率。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)u 電阻負(fù)載時(shí)的任務(wù)情況2NM電源周期控制周期=M倍電源周期=24MO導(dǎo)通段=M3M2Muou1uo,iowtU12圖4-13 交流調(diào)功電路典型波形(M =3、N =2)圖41電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路4.2.1 交流調(diào)功電路交流調(diào)功電路 控制周期為M倍電源周期，晶閘管在前N個(gè)周期導(dǎo)通，后MN個(gè)周期關(guān)斷。 負(fù)載電壓和負(fù)載電流也即電源電流的反復(fù)周期為M倍電源周期。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)u 諧波情況012 14諧波次數(shù)相對于電源頻率的倍數(shù)圖4-14交流調(diào)功電路的電流頻譜圖

18、(M =3、N =2)2 4 610051234In/I0m4.2.1 交流調(diào)功電路交流調(diào)功電路圖4-14的頻譜圖以控制周期為基準(zhǔn)。In為n次諧波有效值， Io為導(dǎo)通時(shí)電路電流幅值。以電源周期為基準(zhǔn)，電流中不含整數(shù)倍頻率的諧波，但含有非整數(shù)倍頻率的諧波。而且在電源頻率附近，非整數(shù)倍頻率諧波的含量較大。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)4.2.2 交流電力電子開關(guān)交流電力電子開關(guān) 概念概念 把晶閘管反并聯(lián)后串入交流電路中，替代把晶閘管反并聯(lián)后串入交流電路中，替代電路中的機(jī)械開關(guān)，起接通和斷開電路的作用。電路中的機(jī)械開關(guān)，起接通和斷開電路的作用。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 呼應(yīng)速度快，無

19、觸點(diǎn)，壽命長，可頻繁控制通斷。呼應(yīng)速度快，無觸點(diǎn)，壽命長，可頻繁控制通斷。u與交流調(diào)功電路的區(qū)別并不控制電路的平均輸出功率。通常沒有明確的控制周期，只是根據(jù)需求控制電路的接通和斷開。控制頻度通常比交流調(diào)功電路低得多。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)u晶閘管投切電容Thyristor SwitchedCapacitorTSC圖4-15 TSC根本原理圖a) 根本單元單相簡圖 b) 分組投切單相簡圖4.2.2 交流電力電子開關(guān)交流電力電子開關(guān)u作用u對無功功率控制，可提高功率因數(shù)，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，改善供電質(zhì)量。u性能優(yōu)于機(jī)械開關(guān)投切的電容器。u構(gòu)造和原理u晶閘管反并聯(lián)后串入交流電路。u實(shí)踐常用三相，可三角形

20、結(jié)合，也可星形結(jié)合。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù) 晶閘管的投切 選擇晶閘管投入時(shí)辰的原那么：該時(shí)辰交流電源電壓和電容器預(yù)充電電壓相等，這樣電容器電壓不會(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)充電電壓為電源電壓峰值，這時(shí)電源電壓的變化率為零，電容投入過程不但沒有沖擊電流，電流也沒有階躍變化。12ttttusiCuCVT1VT2ttuVT1uusiCuCCVT1VT2VT1圖4-16 TSC理想投切時(shí)辰原理闡明4.2.2 交流電力電子開關(guān)交流電力電子開關(guān)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù) TSC電路也可采用晶閘管和二極管反并聯(lián)的方式4.2.2 交流電力電子開關(guān)交流電力電子開關(guān) 由于二極管的作用

21、，在電路不導(dǎo)通時(shí)uC總會(huì)維持在電源電壓峰值。 本錢稍低，但呼應(yīng)速度稍慢，投切電容器的最大時(shí)間滯后為一個(gè)周波。12ttttusiCuCVT1VT2ttuVT1uusiCuCCVT1VT2VT1圖4-16 TSC理想投切時(shí)辰原理闡明電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)4.3 交交變頻電路交交變頻電路 4.3.1 單相交交變頻器 4.3.2 三相交交變頻器電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)4.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器u晶閘管交交變頻電路，也稱周波變流器(Cycloconvertor)u 把電網(wǎng)頻率的交流電變成可調(diào)頻率的交流電的變流電路，屬于直接變頻電路。u 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)踐運(yùn)用的主要

22、是三相輸出交交變頻電路。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù) 1) 電路構(gòu)成和根本任務(wù)原理ZPN輸出電壓平均輸出電壓圖4-18OuouoaP=0aP=2aP=2wt圖4-18 單相交交變頻電路原理圖和輸出電壓波形4.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器u電路構(gòu)成u如圖4-18，由P組和N組反并聯(lián)的晶閘管變流電路構(gòu)成，和直流電動(dòng)機(jī)可逆調(diào)速用的四象限變流電路完全一樣。u變流器P和N都是相控整流電路。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)u任務(wù)原理uP組任務(wù)時(shí)，負(fù)載電流io為正。uN組任務(wù)時(shí)，io為負(fù)。u兩組變流器按一定的頻率交替任務(wù)，負(fù)載就得到該頻率的交流電。u改動(dòng)兩組變流器的切換頻率，就可改動(dòng)輸出頻率wo 。u改動(dòng)變流電

23、路的控制角a，就可以改動(dòng)交流輸出電壓的幅值。ZPN輸出電壓平均輸出電壓圖4-18OuouoaP=0aP=2aP=2wt圖4-18 單相交交變頻電路原理圖和輸出電壓波形4.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)u為使uo波形接近正弦波，可按正弦規(guī)律對a 角進(jìn)展調(diào)制。4.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器在半個(gè)周期內(nèi)讓P組 a 角按正弦規(guī)律從90減到0或某個(gè)值，再添加到90，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N組進(jìn)展同樣的控制。uo由假設(shè)干段電源電壓拼接而成，在uo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。電力

24、電子技術(shù)電力電子技術(shù) 2) 整流與逆變?nèi)蝿?wù)形狀a)整 流逆 變阻 斷圖 4-19b)PNttttt整 流逆 變阻 斷OOOOOuo,iouoiot1t2t3t4t5uouPuNuoiPiNuPuNuoioiNiP4.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器阻感負(fù)載為例，也適用于交流電動(dòng)機(jī)負(fù)載。把交交變頻電路理想化，忽略變流電路換相時(shí)uo的脈動(dòng)分量，就可把電路等效成圖4-19a所示的正弦波交流電源和二極管的串聯(lián)。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)設(shè)負(fù)載阻抗角為j ，那么輸出電流滯后輸出電壓j 角。兩組變流電路采取無環(huán)流任務(wù)方式，即一組變流電路任務(wù)時(shí)，封鎖另一組變流電路的觸發(fā)脈沖。a)整流逆變阻斷圖4-19b)

25、PNttttt整流逆變阻斷OOOOOuo,iouoiot1t2t3t4t5uouPuNuoiPiNuPuNuoioiNiP4.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)u任務(wù)形狀a)整 流逆 變阻 斷圖 4-19b)PNttttt整 流逆 變阻 斷OOOOOuo,iouoiot1t2t3t4t5uouPuNuoiPiNuPuNuoioiNiP4.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器t1t3期間：io正半周，正組任務(wù)，反組被封鎖。t1 t2： uo和io均為正，正組整流，輸出功率為正。t2 t3 ： uo反向， io仍為正，正組逆變，輸出功率為負(fù)。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)t3

26、t5期間： io負(fù)半周，反組任務(wù)，正組被封鎖。t3 t4 ：uo和io均為負(fù)，反組整流，輸出功率為正。t4 t5 ： uo反向， io仍為負(fù)，反組逆變，輸出功率為負(fù)。a)整 流逆 變阻 斷圖 4-19b)PNttttt整 流逆 變阻 斷OOOOOuo,iouoiot1t2t3t4t5uouPuNuoiPiNuPuNuoioiNiP4.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器小結(jié)：小結(jié)：哪一組任務(wù)由哪一組任務(wù)由ioio方向決議，方向決議，與與uouo極性無關(guān)。極性無關(guān)。任務(wù)在整流還是逆變，那任務(wù)在整流還是逆變，那么根據(jù)么根據(jù)uouo方向與方向與ioio方向能方向能否一樣確定。否一樣確定。電力電子技術(shù)

27、電力電子技術(shù) 當(dāng)uo和io的相位差小于90時(shí)，一周期內(nèi)電網(wǎng)向負(fù)載提供能量的平均值為正，電動(dòng)機(jī)任務(wù)在電動(dòng)形狀。 當(dāng)二者相位差大于90時(shí)，一周期內(nèi)電網(wǎng)向負(fù)載提供能量的平均值為負(fù)，電網(wǎng)吸收能量，電動(dòng)機(jī)為發(fā)電形狀。 思索無環(huán)流任務(wù)方式下io過零的死區(qū)時(shí)間，一周期可分為6段。1OO23456圖4-20uoiowtwt圖4-20 單相交交變頻電路輸出電壓和電流波形第1段 io 0，反組逆變第2段 電流過零，為無環(huán)流死區(qū)第3段 io 0， uo 0，正組整流 第4段 io 0， uo 0，正組逆變 第5段 又是無環(huán)流死區(qū) 第6段 io 0， uo 0，為反組整流 4.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器電力

28、電子技術(shù)電力電子技術(shù) 3) 輸出正弦波電壓的調(diào)制方法u 引見最根本的、廣泛運(yùn)用的余弦交點(diǎn)法。u 設(shè)Ud0為a = 0時(shí)整流電路的理想空載電壓，那么有 u u (4-15) u每次控制時(shí)a角不同，u 表示每次控制間隔內(nèi)uo的平均值。acosd0oUu=0u圖4-21u2u3u4u5u6u1us2us3us4us5us6us1uoaP3aP4wtwt圖4-21 余弦交點(diǎn)法原理4.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)設(shè)期望的正弦波輸出電壓為 (4-16比較式(4-15)和(4-16)，應(yīng)使 (4-17) g 稱為輸出電壓比：ttUUood0omsinsincoswwa=)10

29、(0=domUUtUuoomosinw=圖4-21 余弦交點(diǎn)法原理圖4-21u2u3u4u5u6u1us2us3us4us5us6us1uoaP3aP4wtwt4.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器電力電子技術(shù)電力電子技術(shù))sin(coso1twa=圖4-21 余弦交點(diǎn)法原理圖4-21u2u3u4u5u6u1us2us3us4us5us6us1uoaP3aP4wtwt4.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器余弦交點(diǎn)法根本公式 (4-18)余弦交點(diǎn)法圖解線電壓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)對應(yīng)于a =0。電力電子技術(shù)電力電

30、子技術(shù)u1u6所對應(yīng)的同步信號分別用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)辰對應(yīng)。以a =0為零時(shí)辰，那么us1us6為余弦信號。希望輸出電壓為uo，那么各晶閘管觸發(fā)時(shí)辰由相應(yīng)的同步電壓us1us6的下降段和uo的交點(diǎn)來決議。圖4-21 余弦交點(diǎn)法原理圖4-21u2u3u4u5u6u1us2us3us4us5us6us1uoaP3aP4wtwt4.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)u不同g 時(shí)，在uo一周期內(nèi)， a 隨 w ot 變化的情況。圖中，u g 較小，即輸出電壓較低時(shí)，a只在離90很近的范圍內(nèi)變化，

31、電路的輸入功率因數(shù)非常低。 = 0 = 0.1相位控制角a/( )輸出相位w 0 t圖4-2212015018030609000.91.02223圖4-22 不同g 時(shí)a和wot的關(guān)系)sin(sin2)sin(coso1o1ttwwa=4.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器電力電子技術(shù)電力電子技術(shù) 4) 輸入輸出特性4.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器(1) 輸出上限頻率 輸出頻率增高時(shí)，輸出電壓一周期所含電網(wǎng)電壓段數(shù)減少，波形畸變嚴(yán)重。電壓波形畸變及其導(dǎo)致的電流波形畸變和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是限制輸出頻率提高的主要要素。就輸出波形畸變和輸出上

32、限頻率的關(guān)系而言，很難確定一個(gè)明確的界限。當(dāng)采用6脈波三相橋式電路時(shí)，輸出上限頻率不高于電網(wǎng)頻率的1/31/2。電網(wǎng)頻率為50Hz時(shí)，交交變頻電路的輸出上限頻率約為20Hz。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)圖4-23 單相交交變頻電路的功率因數(shù)(2) 輸入功率因數(shù)4.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器輸入電流相位滯后于輸入電壓，需求電網(wǎng)提供無功功率。一周期內(nèi)， a角以90為中心變化。輸出電壓比g 越小，半周期內(nèi)a的平均值越接近90。負(fù)載功率因數(shù)越低，輸入功率因數(shù)也越低。不論負(fù)載功率因數(shù)是滯后的還是超前的，輸入的無功電流總是滯后。0.8 0.6 0.4 0.2 0 =1.0輸入位移因數(shù)負(fù)載功率因數(shù) （

33、 滯后 ）負(fù)載功率因數(shù) （ 超前 ）圖4-2301.0負(fù)載功率因數(shù)超前負(fù)載功率因數(shù)滯后輸入位移因數(shù)電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)(3) 輸出電壓諧波輸出電壓的諧波頻譜非常復(fù)雜，既和電網(wǎng)頻率fi以及變流電路的脈波數(shù)有關(guān)，也和輸出頻率fo有關(guān)。采用三相橋時(shí)，輸出電壓所含主要諧波的頻率為6fifo，6fi3fo，6fi5fo，12fifo，12fi3fo，12fi5fo，采用無環(huán)流控制方式時(shí)，由于電流方向改動(dòng)時(shí)死區(qū)的影響，將添加5fo、7fo等次諧波。4.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器電力電子技術(shù)電力電子技術(shù) (4) 輸入電流

34、諧波 輸入電流波形和可控整流電路的輸入波形類似，但其幅值和相位均按正弦規(guī)律被調(diào)制。 采用三相橋式電路的交交變頻電路輸入電流諧波頻率 (4-19) 和 (4-20) 式中，k=1,2,3,；l=0,1,2,。oiin216lffkf=oiin2kfff=4.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)4.3.2 三相交交變頻電路三相交交變頻電路l 由三組輸出電壓相位各差120的單相交交變頻電路組成。1) 電路接線方式公共交流母線進(jìn)線方式公共交流母線進(jìn)線方式輸出星形結(jié)合方式輸出星形結(jié)合方式交交變頻電路主要運(yùn)用于大功率交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，運(yùn)用的是三相交交變頻電路。電力電子技術(shù)電力電子技

35、術(shù)(1)公共交流母線進(jìn)線方式圖4-24 公共交流母線進(jìn)線三相交交變頻電路簡圖4.3.2 三相交交變頻電路三相交交變頻電路 由三組彼此獨(dú)立的、輸出電壓相位相互錯(cuò)開120的單相交交變頻電路構(gòu)成。 電源進(jìn)線經(jīng)過進(jìn)線電抗器接在公共的交流母線上。 由于電源進(jìn)線端公用，所以三組的輸出端必需隔離。為此，交流電動(dòng)機(jī)的三個(gè)繞組必需拆開。 主要用于中等容量的交流調(diào)速系統(tǒng)。電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)(2) 輸出星形結(jié)合方式三組的輸出端是星形結(jié)合，電動(dòng)機(jī)的三個(gè)繞組也是星形結(jié)合電動(dòng)機(jī)中點(diǎn)不和變頻器中點(diǎn)接在一同，電動(dòng)機(jī)只引出三根線即可圖4-25 輸出星形結(jié)合方式三相交交變頻電路a簡圖 b詳圖三組的輸出端是星形結(jié)合，電動(dòng)機(jī)的

36、三個(gè)繞組也是星形結(jié)合。電動(dòng)機(jī)中點(diǎn)不和變頻器中點(diǎn)接在一同，電動(dòng)機(jī)只引出三根線即可。4.3.2 三相交交變頻電路三相交交變頻電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)圖4-25 輸出星形結(jié)合方式三相交交變頻電路a簡圖 b詳圖由于三組的輸出聯(lián)接在一同，其電源進(jìn)線必需隔離，因此分別用三個(gè)變壓器供電。由于輸出端中點(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)通才干構(gòu)成回路，構(gòu)成電流。4.3.2 三相交交變頻電路三相交交變頻電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)圖4-25 輸出星形結(jié)合方式三相交交變頻電路a簡圖 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

37、保證同時(shí)導(dǎo)通。兩組橋之間那么是靠各自的觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，以保證同時(shí)導(dǎo)通。4.3.2 三相交交變頻電路三相交交變頻電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù) 2) 輸入輸出特性 輸出上限頻率和輸出電壓諧波和單相交交變頻電路是一致的。u輸入電流u總輸入電流由三個(gè)單相的同一相輸入電流合成而得到。u有些諧波相互抵消，諧波種類有所減少，總的諧波幅值也有所降低。200t/ms輸出電壓單相輸出時(shí) U相輸入電流三相輸出時(shí) U相輸入電流200t/ms200t/ms圖4-26 交交變頻電路的輸入電流波形4.3.2 三相交交變頻電路三相交交變頻電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù) 諧波頻率為 (4-21) (4-22) 式中k=1,

38、2,3,l=0,1,2,。 采用三相橋式電路時(shí)，輸入諧波電流的主要頻率為fi6fo、5fi 、5fi6fo 、 7fi 、 7fi6fo 、 11fi 、 11fi6fo fi12fo等。其中5fi次諧波的幅值最大。oiin616lffkf=oiin6kfff=200t/ms輸出電壓單相輸出時(shí) U相輸入電流三相輸出時(shí) U 相輸入電流200t/ms200t/ms4.3.2 三相交交變頻電路三相交交變頻電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)u輸入功率因數(shù)u 三相總輸入功率因數(shù)應(yīng)為u u (4-23)u三相電路總的有功功率為各相有功功率之和。u但視在功率卻不能簡單相加，而應(yīng)由總輸入電流有效值和輸入電壓有效值來計(jì)算，比三相各自的視在功率之和要小。u三相總輸入功率因數(shù)要高于單相交交變頻電路。SPPPSPcba=4.3.2 三相交交變頻電路三相交交變頻電路電力電子技術(shù)電力電子技術(shù) 3) 改善輸入功率因數(shù)和提高輸出電壓4.3.2 三相交交變頻電路三相交交變頻電路u根本思