交流交流變換器

交流交流變換器第一頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日6.0引言6.1晶閘管交流電壓控制器的類(lèi)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-交流變換器第二頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日本章主要講述

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(kāi)關(guān)器件時(shí)，依靠交流電源瞬時(shí)值過(guò)零及反向來(lái)關(guān)斷晶閘管。晶閘管開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)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引言第三頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日6.1.1單相全控6.1.2帶中線星形聯(lián)結(jié)6.1.3無(wú)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(lèi)型第四頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日（a）單相全控通態(tài)時(shí)：斷態(tài)時(shí)：兩個(gè)反并聯(lián)開(kāi)關(guān)器件負(fù)載電壓、負(fù)載功率的大小由控制角a確定6.1.1單相全控第五頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日（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)第六頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日（c）無(wú)中線的三相聯(lián)接輸入電流中沒(méi)有3次及3的倍數(shù)次諧波電流6.1.3無(wú)中線的三相連接第七頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日(d)Δ聯(lián)接的交流電壓控制器只適用于允許斷開(kāi)6根出線端子的三角形負(fù)載6.1.4三角形聯(lián)結(jié)的交流電壓控制器第八頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日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第九頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日利用傅立葉級(jí)數(shù)可求出基波及各次諧波。6.2.1電阻負(fù)載第十頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日表6.1不同觸發(fā)角時(shí)基波和3~15次諧波電壓(電流)的相對(duì)值6.2.1電阻負(fù)載（續(xù)）第十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D6.3電阻負(fù)載、不同觸發(fā)角α?xí)r基波及諧波幅值分布圖6.2.1基波及諧波分布圖第十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日(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第十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日輸出電壓有效值、晶閘管電流有效值、負(fù)載電流有效值為：6.2.2電阻、電感性負(fù)載（續(xù)2）（3）a=>f

時(shí)，第十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日

(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）第十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日（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）第十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日例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23Ω、感抗為23Ω，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)。

第十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日S3,S4:負(fù)載續(xù)流開(kāi)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交流電壓控制器第十八頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日6.3.1三相星形聯(lián)結(jié)交流電壓控制器6.3.2三相開(kāi)口三角形交流電壓控制器6.3三相全波交流電壓控制器第十九頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日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(guò)零點(diǎn)為控制角a的計(jì)算起點(diǎn)。第二十頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日(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°:第二十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日(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)第二十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日工作狀態(tài)小結(jié)：（1）a＜30°：處于第一類(lèi)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(lèi)和第二類(lèi)工作狀態(tài)。（3）60°<a<90°：處于第二類(lèi)工作狀態(tài)（兩相同時(shí)導(dǎo)電）（4）90°<a<150°：交替處于第一類(lèi)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)第二十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D6.7三相開(kāi)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(kāi)口三角形電壓控制器第二十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日*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第二十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日*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….第二十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日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－交流直接變頻器第二十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日正反組單相全控橋變流器并聯(lián)(類(lèi)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?？刂普唇M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基本工作原理第二十八頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日改變相控角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，輸出波形越好第二十九頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日6.5.2實(shí)用電路結(jié)構(gòu)第三十頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日6.5.2實(shí)用電路結(jié)構(gòu)(續(xù)1)第三十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日6.5.2實(shí)用電路結(jié)構(gòu)(續(xù)2)第三十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日

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)第三十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日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－交流變頻器第三十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日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(kāi)關(guān)都是雙向可控開(kāi)關(guān)對(duì)圖（a）中的9個(gè)雙向開(kāi)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(chēng)的交流輸出電壓圖（b）是構(gòu)成雙向開(kāi)關(guān)的方案之一第三十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D6.11a中的輸出電壓滿足以下關(guān)系矩陣中9個(gè)開(kāi)關(guān)函數(shù)表明了圖6.11a中9個(gè)可控開(kāi)關(guān)（18個(gè)IGBT）的工作狀態(tài),其開(kāi)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(kāi)路過(guò)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第三十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日優(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)第三十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日2.單相調(diào)壓器純電阻負(fù)載晶閘管控制角范圍0~p