第六章交流變換電路

第6章交流變換電路6.1交流變換器類型6.2晶閘管交流開關(guān)

6.3交流調(diào)壓電路6.4交-交變頻電路第6章交流變換電路交流變換電路是對交流電路的幅值、頻率、相數(shù)等參數(shù)進行變換的電路。本章主要講述晶閘管交流調(diào)壓電路的拓撲結(jié)構(gòu)、控制方式和工作原理及應(yīng)用；晶閘管調(diào)功電路的接線形式、工作原理及應(yīng)用；交-交變頻電路的拓撲結(jié)構(gòu)、工作原理。本章要求掌握晶閘管交流調(diào)壓電路的控制方式和調(diào)功器的應(yīng)用，交-交變頻電路的工作原理。6.1交流變換器類型交流變換電路

交流電壓控制電路

交-交變頻電路

交流調(diào)壓電路

交流調(diào)功電路

晶閘管交流開關(guān)

電壓型電路

電流型電路

只改變輸出電壓的幅值而不改變頻率的交流變換電路工頻交流電直接變換成頻率可調(diào)的交流電的交流變換電路

采用相位控制的交流電壓控制電路

令交流調(diào)壓器中的晶閘管在交流電流自然過零時關(guān)斷或?qū)ú捎猛〝嗫刂频慕涣麟妷嚎刂齐娐?/p>

電壓型直接變頻電路是利用反并聯(lián)整流電路的工作原理拓廣而成電流型的電路結(jié)構(gòu)也可看成是橋式整流電路的拓廣

6.2晶閘管交流開關(guān)6.2.1簡單交流開關(guān)及應(yīng)用6.2.2由過零觸發(fā)開關(guān)電路組成的單相交流調(diào)功器6.2.3固態(tài)開關(guān)6.2.1簡單交流開關(guān)及應(yīng)用單只普通晶閘管交流開關(guān)圖6.1為只用一只普通晶閘管構(gòu)成的交流開關(guān)電路，該電路包含一個由二極管組成的整流橋。晶閘管只受正壓，不受反壓。其缺點是由于串聯(lián)元件多，其壓降損耗較大。圖6.1單只普通晶閘管交流開關(guān)

6.2.1簡單交流開關(guān)及應(yīng)用2.普通晶閘管反并聯(lián)的交流開關(guān)圖6.2為普通晶閘管反并聯(lián)構(gòu)成的交流開關(guān)。當(dāng)S閉合時，兩只晶閘管均以管子本身的陽極電壓作為觸發(fā)電壓進行觸發(fā)，具有強觸發(fā)性質(zhì)，即使對觸發(fā)電流很大的管子也能可靠觸發(fā)。隨著交流電源的交變，兩個晶閘管輪流導(dǎo)通，負載上得到的基本上是正弦電壓。圖6.2晶閘管反并聯(lián)的交流開關(guān)6.2.1簡單交流開關(guān)及應(yīng)用3.采用光耦合器的交流開關(guān)電路如圖6.3所示為采用光耦合器的交流開關(guān)電路。主電路由兩只晶閘管VT1、VT2和兩只二極管VD1、VD2組成。當(dāng)控制信號未接通時，1、2端沒有信號。B光耦合器中的光敏管截止，晶體管VT處于導(dǎo)通狀態(tài)，晶閘管門極電路被晶體管VT旁路，因而VT1、VT2晶閘管處于截止狀態(tài)，負載未接通。當(dāng)1、2端接入控制信號時，B光耦合器中的光敏管導(dǎo)通，晶體管V截止，VT1、VT2晶閘管控制極得到觸發(fā)電壓而導(dǎo)通，主回路被接通。電源正半波時(例如、V)路為—VT1—VD2——。電源負半波時(、)，通路為——VT2—VD1—。負載上得到交流電壓。因而只要控制光耦合器的通/斷就能方便地控制電路的通/斷，進而在負載上獲得完整的交流電壓。6.2.1簡單交流開關(guān)及應(yīng)用圖6.3采用光耦合器的交流開關(guān)電路6.2.1簡單交流開關(guān)及應(yīng)用4.雙向晶閘管交流開關(guān)圖6.4為采用雙向晶閘管的交流開關(guān)，雙向晶閘管為I+、Ⅲ觸發(fā)方式，其線路簡單，但工作頻率低(小于400Hz)。圖6.4采用雙向晶閘管的交流開關(guān)

6.2.1簡單交流開關(guān)及應(yīng)用圖6.5為雙向晶閘管控制三相自動溫控電熱爐的典型電路。當(dāng)開關(guān)QS撥到“自動”位置時，爐溫就能自動保持在給定溫度。若爐溫低于給定溫度，溫控儀KT(調(diào)節(jié)式毫伏溫度計)使常開觸點KT閉合，雙向晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通。繼電器KA得電，使主電路中VT1—VT3管導(dǎo)通，負載電阻接入交流電源，電熱爐升溫。若爐溫達到給定溫度，溫控儀的常閉觸點KT斷開，VT4關(guān)斷，繼電器KA失電，雙向晶閘管VT1～VT3關(guān)斷，電阻與電源斷開，電熱爐降溫。雙向晶閘管僅用一只電阻(主電路為、控制電路為)構(gòu)成本相強觸發(fā)電路，其阻值可由實驗確定。用電位器代替或，調(diào)節(jié)電位器阻值，使雙向晶閘管兩端電壓減到2～5V，此時電位器阻值即為觸發(fā)電阻值。6.2.1簡單交流開關(guān)及應(yīng)用圖6.5雙向晶閘管控制三相自動控溫電熱爐電路6.2.2由過零觸發(fā)開關(guān)電路組成的單相交流調(diào)功器

1.過零觸發(fā)的概念前述可控整流和有源逆變電路都采用移相觸發(fā)控制，這種觸發(fā)方式使得電路輸出為缺角的正弦波，包含大量的高次諧波。為了彌補這種不足，可采用過零觸發(fā)或稱零觸發(fā)。過零觸發(fā)是指在正弦交流電壓過零時，觸發(fā)晶閘管，使晶閘管或者處于全導(dǎo)通或者處于全阻斷，使負載得到完整的正弦波。2.交流調(diào)功器(周波控制器)的工作原理交流過零觸發(fā)開關(guān)電路就是利用零觸發(fā)方式來控制晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷。交流零觸發(fā)開關(guān)使電路在電壓為零或零附近瞬間接通，利用管子電流小于維持電流使管子自行關(guān)斷，這種開關(guān)對外界的電磁干擾最小。6.2.2由過零觸發(fā)開關(guān)電路組成的單相交流調(diào)功器交流過零觸發(fā)開關(guān)電路就是利用零觸發(fā)方式來控制晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)斷。交流零觸發(fā)開關(guān)使電路在電壓為零或零附近瞬間接通，利用管子電流小于維持電流使管子自行關(guān)斷，這種開關(guān)對外界的電磁干擾最小。由過零觸發(fā)開關(guān)電路組成的單相交流調(diào)功器，是通過改變輸出電壓有效值來改變輸出功率的。如在設(shè)定的周期內(nèi)導(dǎo)通的周波數(shù)為n，每個周波的周期為T(50Hz，)，則調(diào)功器的輸出功率和輸出電壓有效值為因此，改變導(dǎo)通周波數(shù)，即可改變電壓或功率。3.零觸發(fā)的兩種工作模式1)全周波連續(xù)式2)全周波斷續(xù)式6.2.2由過零觸發(fā)開關(guān)電路組成的單相交流調(diào)功器圖6.6全周波過零觸發(fā)輸出電壓波形(全周波連續(xù)式)圖6.9全周波過零觸發(fā)輸出電壓波形(全周波斷續(xù)式)6.2.3固態(tài)開關(guān)1.固態(tài)開關(guān)的概念固態(tài)開關(guān)(SolidStateSwitch)，簡稱SSS，是近年來發(fā)展起來的一種以雙向晶閘管為基礎(chǔ)構(gòu)成的無觸點通斷組件。它包括固態(tài)繼電器(SolidStateRelay，SSR)和固態(tài)接觸器(SolidStateContactor，SSC)。6.2.3固態(tài)開關(guān)2.固態(tài)開關(guān)的類型1)采用光電三極管耦合器的“0”電壓固態(tài)開關(guān)圖6.10為采用光電三極管耦合器的“0”電壓固態(tài)開關(guān)電路。1、2為輸入端，相當(dāng)于繼電器或接觸器的線圈；3、4為輸出端，相當(dāng)于繼電器或接觸器的一對觸點，與負載串聯(lián)后接到交流電源上。輸入端接上控制電壓，使發(fā)光二極管發(fā)光。緊靠著的光敏管阻值減少，適當(dāng)選取、的比例，可使晶體管在零電壓附近截止，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通。輸出端交流電源通過負載、二極管～、以及構(gòu)成通路，在電阻上產(chǎn)生電壓降作為雙向晶閘管的觸發(fā)信號，使導(dǎo)通，負載得電。6.2.3固態(tài)開關(guān)圖6.10采用光電三極管耦合器的“0”電壓固態(tài)開關(guān)內(nèi)部電路6.2.3固態(tài)開關(guān)2)采用光電晶閘管耦合器的“0”電壓開關(guān)圖6.11為光電晶閘管耦合器的“0”電壓開關(guān)。由輸入端1、2輸入信號，光電晶閘管耦合器B中的光控晶閘管導(dǎo)通；電流經(jīng)3－－－－－4構(gòu)成回路；借助上的電壓降向雙向晶閘管的控制極提供分流，使導(dǎo)通。由、與1組成“0”電壓開關(guān)功能電路。即當(dāng)電源電壓過0并升至一定幅值時，V1導(dǎo)通，光控晶閘管則被關(guān)斷。圖6.11光電晶閘管耦合器的“0”電壓開關(guān)6.2.3固態(tài)開關(guān)3)采用光電雙向晶閘管耦合器的非“0”電壓開關(guān)圖6.12為光電雙向晶閘管耦合器非“0”電壓開關(guān)。輸入端1、2有信號時，光電雙向晶閘管耦合器B導(dǎo)通；3————4回路有電流通過，兩端壓降為雙向晶閘管VT提供觸發(fā)信號。這種電路相對于輸入信號的任意相位交流電源均可同步接通，因而稱為非“0”電壓開關(guān)。3.固態(tài)開關(guān)的優(yōu)點固態(tài)開關(guān)一般采用環(huán)氧樹脂封裝，具有體積小、工作頻率高的特點，適用于頻繁工作或潮濕、有腐蝕性以及易燃的環(huán)境中。圖6.12光電雙向晶閘管耦合器非“0”電壓開關(guān)

6.3交流調(diào)壓電路6.3.1單相交流調(diào)壓電路6.3.2三相交流調(diào)壓電路6.3.1單相交流調(diào)壓電路1.電阻性負載1）電路若正、負半周以同樣的移相角觸發(fā)VT1和VT2，則負載電壓有效值可以隨角而改變，實現(xiàn)交流調(diào)壓。圖6.13單相交流調(diào)壓器主電路6.3.1單相交流調(diào)壓電路2）波形圖6.14單相交流調(diào)壓電路電壓波形

6.3.1單相交流調(diào)壓電路3）公式晶閘管電流平均值晶閘管電流有效值負載電阻電壓的有效值負載電阻電流的有效值功率因數(shù)

控制角的移相范圍為≤≤

6.3.1單相交流調(diào)壓電路2.電阻—電感負載當(dāng)電源電壓由正半周過零反向時，由于負載電感中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢阻止電流變化，電流還未到零，即電壓過零時晶閘管關(guān)不斷，還將繼續(xù)導(dǎo)通到負半周。在一個晶閘管導(dǎo)電時，它的管壓降成為另一晶閘管的反向電壓而使其截止。圖6.15帶感性負載的單相調(diào)壓電路

6.3.1單相交流調(diào)壓電路在一個晶閘管導(dǎo)電時，電路工作情況和單相半波整流時相同，負載電流的表達式即為下述微分方程式的解

(6.7)

解該方程得(6.8)導(dǎo)通角可由邊界條件求得。當(dāng)時，，將此條件代入式(6.8)，得(6.9)以為參變量的與的關(guān)系，如圖6.16所示。6.3.1單相交流調(diào)壓電路圖6.16單相交流調(diào)壓器以為參變量的與的關(guān)系6.3.1單相交流調(diào)壓電路負載電流波形如圖6.17所示。如圖6.17(a)所示為情況下的電流波形，既不連續(xù)，又非正弦。圖6.17帶電感性負載單相交流調(diào)壓電路波形

6.3.1單相交流調(diào)壓電路當(dāng)時，我們分兩種情況來討論：1)晶閘管門極用窄脈沖觸發(fā)圖6.15電路接通電源后，如果先觸發(fā)VT1，且，則VT1的導(dǎo)通角，如圖6.18所示。如果觸發(fā)脈沖的寬度小于，則當(dāng)?shù)碾娏飨陆档搅銜r，VT2的門極脈沖已經(jīng)消失而無法導(dǎo)通。到第二個周期時，VT1又重復(fù)第一周期的工作，這樣VT2將始終無法導(dǎo)電，回路中將出現(xiàn)直流分量的電流。

6.3.1單相交流調(diào)壓電路2)晶閘管門極用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)如果觸發(fā)脈沖的寬度大于，如圖6.18所示，VT1的VT2可以在VT1之后接著導(dǎo)電，但VT2的起始導(dǎo)電角所以VT2的導(dǎo)通角。從第二個周期開始，VT1的導(dǎo)通角逐漸減小，VT2的導(dǎo)通角將逐漸增大，直到兩個晶閘管的時達到平衡，這時電路的工作狀態(tài)與時相同。之所以會逐漸過渡到平衡狀態(tài)，是因為VT1被首次觸發(fā)之后，電路的工作情況和兩只晶閘管被短接時一樣，電路的過渡過程和負載的普通單相交流電路在時合閘發(fā)生的過渡過程完全相同。該過渡過程的電流解亦即式(6.8)，電流解的適用區(qū)應(yīng)改為≤＜∞，當(dāng)→∞時，電路達到穩(wěn)態(tài)，式(6.8)中的指數(shù)項等于零，這時，電流表達式即為式(6.10)，也就是電路工作在的狀態(tài)。6.3.1單相交流調(diào)壓電路圖6.18＜

時阻感負載調(diào)壓器的工作波形6.3.1單相交流調(diào)壓電路一個周期內(nèi)VT1導(dǎo)通輸出的電壓平均值為(6.11)

一個周期內(nèi)流過VT1的電流平均值為(6.12)

一個周期內(nèi)VT1電流平均值的標幺值為

(6.13)6.3.1單相交流調(diào)壓電路流過晶閘管的電流有效值為(6.14)

負載電流有效值為(6.15) 晶閘管電流有效值的標么值為 (6.16)6.3.1單相交流調(diào)壓電路綜上所述，單相交流調(diào)壓有如下特點：①電阻性負載時，負載電流波形與單相橋式可控整流交流側(cè)波形一致。改變控制角可以連續(xù)改變負載電壓有效值，達到交流調(diào)壓的目的。單相交流調(diào)壓的觸發(fā)電路完全可以套用整流觸發(fā)電路。②電感性負載時，不能用窄脈沖觸發(fā)。否則當(dāng)時，會產(chǎn)生很大的直流電流分量，燒毀熔斷器或晶閘管。③電感性負載時，最小控制角(阻抗角)。所以的移相范圍為，電阻性負載時，移相范圍是。6.3.2三相交流調(diào)壓電路當(dāng)交流功率調(diào)節(jié)容量較大或者為某些三相負載控制方式時，通常采用三相交流調(diào)壓器。三相交流調(diào)壓器接線形式很多，各有其特點，其技術(shù)經(jīng)濟指標各不相同。三相交流調(diào)壓器常用的電路接線方式有四種，即星形帶中性線的三相交流調(diào)壓電路，晶閘管與負載連接成內(nèi)三角形的三相交流調(diào)壓電路，三對反并聯(lián)晶閘管(也可用三只雙向晶閘管)連接成的單相三線交流調(diào)壓電路和三相晶閘管接于星形負載中性點的三相交流調(diào)壓電路。此外，由于雙向晶閘管可看成是兩只普通晶閘管的反并聯(lián)，因而由普通晶閘管反并聯(lián)組成的星形帶中線的三相交流調(diào)壓電路，晶閘管與負載連接成內(nèi)三角形的三相交流調(diào)壓電路，以及用三對反并聯(lián)晶閘管連接成的三相三線交流調(diào)壓電路，均可用一只雙向晶閘管代替兩只反并聯(lián)的普通晶閘管，組成相應(yīng)的三相交流調(diào)壓電路。6.3.2三相交流調(diào)壓電路1.負載按連接的三相交流調(diào)壓電路如圖

6.21

所示為負載按連接的三相交流調(diào)壓電路(星形帶中性線的三相交流調(diào)壓路)，該電路各相通過零線自成回路，它相當(dāng)于三只單相晶閘管交流調(diào)壓器的組合。電路中晶閘管承受的電壓、電流就是接于相電壓的單相調(diào)壓器需要考慮的數(shù)值，該電路的缺陷是在零線中三次諧波電流很大。由于三次諧波屬于零序分量，它在零線中的電流值為各相三次諧波電流值的代數(shù)和。圖6.21負載按連接的三相交流調(diào)壓電路6.3.2三相交流調(diào)壓電路2.三對反并聯(lián)晶閘管接成的三相三線交流調(diào)壓電路圖6.22所示為用三對反并聯(lián)晶閘管接成的三相三線交流調(diào)壓電路。負載可以接成星形，也可接成三角形。由于沒有零線，每相電流必須和另一相構(gòu)成回路，與三相全控橋整流一樣，應(yīng)采用寬脈沖或雙窄脈沖觸發(fā)。首先要確定電路中門極起始控制點，把圖中的晶閘管換成二極管可看出，在電阻負載時，從相電壓過零時刻開始，相應(yīng)的二極管就導(dǎo)通。因此，的點應(yīng)定在各相電壓過零點。晶閘管VT1、VT3、VT5的觸發(fā)相位依次相差120°，VT4、VT6、VT2的觸發(fā)相位依次也相差120°，同相的兩個晶閘管的觸發(fā)相位相差180°。這樣，自VT1至VT6的觸發(fā)相位依次相差60°。圖6.22用三對反并聯(lián)晶閘管接成的三相三線交流調(diào)壓電路6.3.2三相交流調(diào)壓電路調(diào)壓器有兩種不同的工作狀態(tài)：在同一時刻，每一相都有一只晶閘管導(dǎo)電，稱為1類工作狀態(tài)。在同一時刻，有一相兩只晶閘管都不導(dǎo)電，另兩相各有一只晶閘管導(dǎo)電，稱為2類工作狀態(tài)。1類工作狀態(tài)，例如的工作狀況即屬此類工作狀態(tài)，其波形如圖6.23所示，每相都有一只晶閘管導(dǎo)電，三相電壓、電流及所有晶閘管的都是對稱的，因此三相電源中點與三相負載中點電位相等。2

類工作狀態(tài)，有一相的兩只晶閘管都不導(dǎo)電，所以電流只能在導(dǎo)電的兩相間構(gòu)成回路，電流通過兩相負載電阻。這時，線電流峰值等于線電壓峰值除以兩倍電阻值。晶閘管兩端可能承受的最大電壓為，U為線電壓有效值。6.3.2三相交流調(diào)壓電路圖6.23三相三線交流調(diào)壓器電路時的波形6.3.2三相交流調(diào)壓電路3.負載是三角形連接的交流調(diào)壓電路該電路如圖6.24所示，可以看成是三個由線電壓供電的單相交流調(diào)壓電路的組合。晶閘管點應(yīng)定在線電壓的零點上，VT1～VT6的觸發(fā)脈沖依次相差60°。無論是電阻性負載還是電感性負載，每一相都可當(dāng)作單相交流調(diào)壓電路來分析，單相交流調(diào)壓電路的方法和結(jié)果都可沿用，注意把單相相電壓改成線電壓即可。在作標么值與非標么值之間的換算時要注意這一點。圖6.24負載是三角形連接的交流調(diào)壓電路6.3.2三相交流調(diào)壓電路4.三相晶閘管接于星形負載中性點的三相交流調(diào)壓電路該電路如圖6.25所示，用三角形連接的三個晶閘管來代替星形連接負載的中性點圖6.25三相晶閘管接于星形負載中性點的三相交流調(diào)壓電路6.4交-交變頻電路6.4.1交-交變頻電路的用途

6.4.2單相交-交變頻電路6.4.3三相交-交變頻電路6.4交-交變頻電路交-交變頻電路是不通過中間直流環(huán)節(jié)而把電網(wǎng)頻率的交流電直接變換成不同頻率的交流電的變流電路。交-交變頻電路也叫周波變流器(CycleConverter)。因為沒有中間環(huán)節(jié)(直流環(huán)節(jié))，僅用一次變換就實現(xiàn)了變頻，所以效率較高。大功率交流電動機調(diào)速系統(tǒng)所用的變頻器主要是交-交變頻器。實際系統(tǒng)所用的交-交變頻電路主要是三相輸出交-交變頻電路，但單相輸出交-交變頻電路是其基礎(chǔ)。本節(jié)將分別介紹單相交-交變頻電路和三相交-交變頻電路的工作原理。6.4.1交-交變頻電路的用途使用目的內(nèi)容節(jié)能風(fēng)機、泵類機械等可根據(jù)所要求流量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，而擠壓機、攪拌機等可根據(jù)負載狀態(tài)來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，可以減小電力傳動功率自動化提高搬運機械的停止精度，提高生產(chǎn)線的速度控制精度，以及采用有反饋控制的流量控制等實現(xiàn)自動化提高產(chǎn)品質(zhì)量生產(chǎn)時實現(xiàn)最佳生產(chǎn)線速度、加工時實現(xiàn)最佳加工速度，以及協(xié)調(diào)生產(chǎn)線內(nèi)各裝置間的速度來提高產(chǎn)品質(zhì)量提高生產(chǎn)率根據(jù)產(chǎn)品種類實現(xiàn)生產(chǎn)線的最佳速度和加減速度，提高控制響應(yīng)性以及提升生產(chǎn)線速度來提高生產(chǎn)率提高產(chǎn)品合格率在不影響產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備加速時間最小化前提下，實現(xiàn)對外界各種干擾的速度穩(wěn)定性來提高產(chǎn)品合格率改善維修性采用對機械不產(chǎn)生沖擊的起動、停止和空載、低速運轉(zhuǎn)使設(shè)備壽命延長有利設(shè)備小型化增加設(shè)備使用靈活性，可使機械部分減少雨量來實現(xiàn)小型化增加舒適性電梯、電車等，采用平滑的加速、減速以提高乘坐的舒適性使環(huán)境舒適對于空調(diào)設(shè)備等改通/斷控制為速度控制調(diào)節(jié)空調(diào)能力，以小功率連續(xù)運轉(zhuǎn)實現(xiàn)舒適的環(huán)境植物、家畜的良好養(yǎng)育使空調(diào)設(shè)備在植物、家畜的最佳條件下運轉(zhuǎn)，幫助發(fā)育低噪聲化根據(jù)負載降低轉(zhuǎn)速，以減小機械和風(fēng)的噪聲1)變頻調(diào)速傳動使用的目的6.4.1交-交變頻電路的用途2)變頻調(diào)速傳動的應(yīng)用領(lǐng)域表6-3給出了變頻調(diào)速傳動的應(yīng)用領(lǐng)域。3)常用電動機調(diào)速傳動方式的分類(1)直流電動機(調(diào)壓調(diào)速)：晶閘管調(diào)壓、斬波器調(diào)壓、電阻降壓。(2)步進電動機(調(diào)整驅(qū)動脈沖電壓/電流/分配頻率)。(3)交流電動機①機械式：變間距帶輪、圓錐摩擦輪、金屬環(huán)摩擦輪、球面摩擦輪、星形錐與環(huán)；②油壓式：液壓聯(lián)軸節(jié)、液壓變矩器、油壓離合器；③電氣式：電磁轉(zhuǎn)差離合、調(diào)壓調(diào)速、變頻調(diào)速。6.4.2單相交-交變頻電路1.基本結(jié)構(gòu)和工作原理圖6.27是單相交-交變頻電路的原理圖。電路由兩組反并聯(lián)的晶閘管變流電路構(gòu)成。讓兩組變流電路按一定頻率交替工作，就可以給負載輸出該頻率的交流電。改變兩組變流電路的切換頻率，就可以改變輸出頻率。改變變流電路工作時的控制角，就可以改變交流輸出電壓的幅值。圖6.27單相交-交變頻電路原理圖

6.4.2單相交-交變頻電路假設(shè)在一個周期內(nèi)控制角是固定不變的，則輸出電壓波形為矩形波。矩形波中所含的大量諧波對電動機的工作很不利。如果讓角不是固定值，而是如圖6.28所示在半個周期內(nèi)讓正組變流電路的角按正弦規(guī)律從90°逐漸減小到0°，然后再逐漸增大到90°。那么，正組整流電路在每個控制間隔內(nèi)的平均輸出電壓就按正弦規(guī)律從零逐漸增至最大，再逐漸減小到零，如圖6.28中虛線所示。在另外半個周期內(nèi)，對負組變流器進行同樣的控制，就可以得到接近正弦波的輸出電壓。圖6.28交-交變頻電路的輸出波形

6.4.2單相交-交變頻電路6.4.2單相交-交變頻電路2.整流與逆變工作狀態(tài)如果把交-交變頻電路理想化，忽略交流電路換相時輸出電壓的脈動分量，就可把它看成如圖6.29(a)所示的正弦波交流電源和二極管的串聯(lián)。圖6.29(b)給出了一個周期內(nèi)負載電壓、電流波形及正反兩組變流電路的電壓、電流波形。由于變流電路的單向?qū)щ娦?，在t1-t3期間的負載電流正半周，只能是正組變流電路工作，反組變流電路被封鎖。其中在t1～t2階段，輸出電壓和電流均為正，故正組變流電路輸出功率為正，工作在整流狀態(tài)。在t2～t3階段，負載電流仍為正，但輸出電壓已反向。故這一階段正組變流電路輸出功率為負，工作在逆變狀態(tài)。6.4.2單相交-交變頻電路圖6.29理想交-交變頻電路的工作狀態(tài)6.4.2單相交-交變頻電路3.輸出正弦波電壓的調(diào)制方法使交-交變頻電路的輸出電壓波形為正弦波的調(diào)制方法有多種，這里主要介紹最基本的、廣泛采用的余弦交點法。4.輸入/輸出特性1)輸出上限頻率交-交變頻電路的輸出電壓是由若干段電網(wǎng)電壓拼接而成的。當(dāng)輸出頻率升高時，輸出電壓一個周期內(nèi)電網(wǎng)電壓的段數(shù)就減少，所含的諧波分量就要增加。這種輸出電壓的波形畸變是限制輸出頻率提高的主要因素之一。此外，負載功率因數(shù)也對輸出特性有一定影響。就輸出波形畸變和輸出頻率來看，難于確定一個明確的界限。一般認為，變流電路采用6脈波的三相橋式電路時，最高輸出頻率不高于電網(wǎng)頻率的1/3～1/2。電網(wǎng)頻率為50Hz時，交-交變頻電路的輸出上限頻率約為20Hz。6.4.2單相交-交變頻電路2)輸入功率因數(shù)交-交變頻電路的輸出是通過相位控制的方法來得到的，因此在輸入端需要提供滯后的無功電流。即使負載功率因數(shù)為1且輸出電壓比也等于1，輸入端也許提供無功電流。因為在輸出電壓的一個周期內(nèi)，角是從之間不斷變化的，角的平均值總大于0。隨著負載功率因數(shù)的降低或輸出電壓比的減小，所需要的無功電流都要增加。另外，不論負載的功率因數(shù)是滯后還是超前，輸入的無功電流總是滯后的。圖6.33給出了在不同輸出電壓比時的輸入位移因數(shù)和負載功率因數(shù)的關(guān)系。輸入位移因數(shù)是輸入電壓和輸出電壓中的基波分量相位差的余弦，其值比輸入功率因數(shù)略大，因此，圖6.33也大體反映了輸入功率因數(shù)和負載功率因數(shù)的關(guān)系。輸入功率因數(shù)較低，是交-交變頻電路的一大缺點。圖6.33交-交變頻電路的輸入位移因數(shù)6.4.2單相交-交變頻電路5.無環(huán)流控制及有環(huán)流控制在無環(huán)流方式下，由于在負載電流反向時必須留一定的死區(qū)時間，就使得輸出電壓的波形畸變增大。為了減小死區(qū)的影響，應(yīng)在確保無環(huán)流的前提下盡量縮短死區(qū)時間。另外，在負載電流發(fā)生斷續(xù)時，相同角時的輸出電壓被抬高，這也造成輸出波形的畸變，應(yīng)該采取一定的措施對其進行補償。電流死區(qū)和電流斷續(xù)的影響也限制了輸出頻率的提高。交-交變頻電路也可以采用有環(huán)流控制方式。這種方式和直流可逆調(diào)速系統(tǒng)中的有環(huán)流方式類似，在正、反兩組變流電路之間設(shè)置環(huán)流電抗器。運行時，兩組變流電路都施加觸發(fā)脈沖，并且使整組觸發(fā)角和反組觸發(fā)角保持的關(guān)系。由于兩組變流電路之間流過環(huán)流，可以避免出現(xiàn)電流斷續(xù)現(xiàn)象，并可消除電流死區(qū)，從而使變頻電路的輸出特性得以改善，還可提高輸出上