第六章交流交流变流电路课件.ppt

1、内蒙古工业大学精品课程内蒙古工业大学精品课程电力电子技术（第电力电子技术（第5版）版）机械工业出版社机械工业出版社 王兆安王兆安、刘进军、刘进军 主编主编第六章第六章 交流交流变流电路交流交流变流电路26.1 6.1 交流调压电路交流调压电路 6.2 6.2 其他交流电力控制电路其他交流电力控制电路6.3 6.3 交交变频电路交交变频电路 6.4 6.4 矩阵式变频电路矩阵式变频电路 本章小结本章小结第第6 6章章 交流交流变流电路交流交流变流电路3引言引言l 交流交流-交流变流电路：把一种形式的交流变流电路：把一种形式的交流交流变成另一种形式变成另一种形式交流交流的电路。的电路。l 交流交流

2、-交流变换电路可以分为直接方式（即无中间直流环交流变换电路可以分为直接方式（即无中间直流环节）和间接方式（有中间直流环节）两种。节）和间接方式（有中间直流环节）两种。l 直接方式直接方式l 交流电力控制电路：只改变电压、电流或对电路的通断交流电力控制电路：只改变电压、电流或对电路的通断 进行控进行控制，而不改变频率的电路。制，而不改变频率的电路。l 变频电路：改变频率的电路。变频电路：改变频率的电路。46.1 交流调压电路交流调压电路 6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路56.1 交流调压电路交流调压电路引言引言l 把把两个晶闸管反并联两个

3、晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可以控后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可以控制交流输出。制交流输出。l 灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制)。l 异步电动机软起动。异步电动机软起动。l 异步电动机调速。异步电动机调速。l 供用电系统对无功功率的连续调节。供用电系统对无功功率的连续调节。l 在高压小电流或低压大电流直流电源中，用于调节变压器一次电压。在高压小电流或低压大电流直流电源中，用于调节变压器一次电压。l 交流电力控制电路交流电力控制电路l 交流调压电路交流调压电路：在每半个周波内通过对晶闸管开通相位的控制，调节输：在每半个周波

4、内通过对晶闸管开通相位的控制，调节输出电压有效值的电路。出电压有效值的电路。l 交流调功电路交流调功电路：以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断，改变通态：以交流电的周期为单位控制晶闸管的通断，改变通态周期数和断态周期数的比，调节输出功率平均值的电路。周期数和断态周期数的比，调节输出功率平均值的电路。l 交流电力电子开关交流电力电子开关：串入电路中根据需要接通或断开电路的晶闸管。：串入电路中根据需要接通或断开电路的晶闸管。l 交流调压电路应用交流调压电路应用66.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路u图图6-1 电阻负载单相交电阻负载单相交流调压电路及其波形流调压电路及其波形1、电阻负载、电

5、阻负载l 负载电流有效值负载电流有效值Io:ooUIR(6-2)01uoiouVT000tttt 2o1112sind1sin22UUttU (6-1)l 在交流电源在交流电源t=时触发导通时触发导通VT1；l 在交流电源在交流电源t=+时触发导通时触发导通VT2；l u1的正半周和负半周，分别对的正半周和负半周，分别对VT1和和VT2的开的开 通角通角 进行控制就可以调节进行控制就可以调节输出电压。输出电压。l 工作过程工作过程l 基本的数量关系基本的数量关系l负载电压有效值负载电压有效值Uo:7u图图6-1 电阻负载单相交电阻负载单相交流调压电路及其波形流调压电路及其波形l 晶闸管电流有效

6、值晶闸管电流有效值IT:21112sin21sin2(1)22TUtIdtRUR l 功率因数功率因数:ooo1o11sin22U IUPSU IU (6-3)(6-4)01uoiouVT000ttttl 的移相范围为的移相范围为0 ，随着，随着 的增大，的增大，Uo逐逐渐降低，渐降低，逐渐降低。逐渐降低。6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路8l 当正半周期当正半周期VTVT1 1关断时，关断时，VTVT2 2恰好触发导通，在一个周期中恰好触发导通，在一个周期中两只晶闸管轮流两只晶闸管轮流导通导通180。此。此时负载电流时负载电流i0临界连续，负载临界连续，负载电流是一个滞后电源电压的

7、纯电流是一个滞后电源电压的纯正弦电流。即任何时刻电源电正弦电流。即任何时刻电源电压都加在负载上，负载电压为压都加在负载上，负载电压为完整的正弦波，相当于晶闸管完整的正弦波，相当于晶闸管失去控制，无调压作用。失去控制，无调压作用。l 触发角触发角负载阻抗角负载阻抗角arctan(/)L R 6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路2、阻感负载、阻感负载9VT1图图6-2 阻感负载单相交流阻感负载单相交流调压电路及其波形调压电路及其波形l 时的工作情况时的工作情况l工作过程工作过程l若晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，若晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，相位滞后于相位滞后于u1的角度为的角

8、度为，当用晶闸管控制，当用晶闸管控制时，只能进行时，只能进行滞后控制滞后控制，使负载电流更为，使负载电流更为滞后。滞后。l设负载的阻抗角为设负载的阻抗角为 ，稳态，稳态时时 的移相范围应为的移相范围应为 。l在在 t=时刻开通晶闸管时刻开通晶闸管VT1，可求得，可求得导通导通角角，即，即1tg(/)L R tgsin()sin()e (6-7)6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路2、阻感负载、阻感负载10图图6-3 单相交流调压电路以单相交流调压电路以 为为参变量的参变量的 和和 关系曲线关系曲线 以以 为参变量，利用式为参变量，利用式(6-7)可以把可以把 和和 的关系用图的关系用图

9、6-3的一簇曲线来表示。的一簇曲线来表示。l 基本的数量关系基本的数量关系l 负载电压有效值负载电压有效值Uo l 晶闸管电流有效值晶闸管电流有效值IVT(6-8)(6-9)6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路 2o111(2sin)()1sin2sin(22)2UUtdtU 2tg1VT121sin()sin()d()2sin cos(2)cos2tUItetZUZ 11l 负载电流有效值负载电流有效值Io:l晶闸管电流晶闸管电流IVT的标么值的标么值:式中式中图图6-4 单相交流调压电路单相交流调压电路 为参变量时为参变量时IVTN和和 关系曲线关系曲线(6-10)(6-11)6.

10、1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路oVT2II VTNVT12ZIIU 22()ZRL 12l 时的工作情况时的工作情况l VT1的导通时间的导通时间超过超过。l触发触发VT2时，时，io尚未过零，尚未过零，VT1仍导通，仍导通，VT2不会导通，不会导通，io过零后，过零后，VT2才可开通，才可开通，VT2导通角导通角小于小于。lio有有指数衰减分量指数衰减分量，在指数，在指数分量衰减过程中，分量衰减过程中，VT1导通导通时间渐短，时间渐短，VT2的导通时间的导通时间渐长。渐长。tttt图4-5OOOOu1iG1iG2ioiT1iT2图图6-5 时阻感负载交流调压电路工作波形时阻感负载交

11、流调压电路工作波形6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路稳态工作情况，稳态工作情况，U0=U113l例例6-1 一单相交流调压器，输入交流电压为一单相交流调压器，输入交流电压为220V，50Hz，负载为电阻电感，负载为电阻电感，其中其中R=8W，XL=6 W。试求。试求=/6、/3时的输出电压、电流有效值及输入功时的输出电压、电流有效值及输入功率和功率因数。率和功率因数。解：负载阻抗及负载阻抗角分别为：解：负载阻抗及负载阻抗角分别为：因此开通角因此开通角 的变化范围为：的变化范围为：即即 当当=/6时，由于时，由于 ,因此晶闸管调压器全开放，输出电压为完因此晶闸管调压器全开放，输出电压为

12、完 整的正弦波，负载电流也为最大，此时输出功率最大，为整的正弦波，负载电流也为最大，此时输出功率最大，为 6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路2210LZRX6arctan()arctan()0.643536.878LXR 0.6435022022()inIIAZ203872()inPI RW14功率因数为功率因数为:实际上，此时的功率因数也就是负载阻抗角的余弦。实际上，此时的功率因数也就是负载阻抗角的余弦。=/3 时，先计算晶闸管的导通角，由式（时，先计算晶闸管的导通角，由式（6-7）得）得 解上式可得晶闸管导通角为：解上式可得晶闸管导通角为：6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压

13、电路1o38720.822022inPU I tansin(0.6435)sin(0.6435)33e 2.727156.2 156.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路晶闸管电流有效值为：晶闸管电流有效值为：1VTsin cos(2)cos2UIZ 2sin2.727 cos(0.64352.727)22032.7270.8210 13.55()A 019.16()inVTIIIA22937()ininPI RW1o29370.697220 19.16inPU I 163、单相交流调压电路的谐波分析、单相交流调压电路的谐波分析l带电阻负载时，对负载电压带电阻负载时，对负载电压uo进行谐波

14、分析进行谐波分析 式中式中(n=3,5,7,)(n=3,5,7,)(6-12)6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路o1,3,5,()(cossin)nnnutan tbn t 112(cos21)2Ua 112sin22()2Ub 1211cos(1)1cos(1)111nUannnn 1211sin(1)sin(1)11nUbnnnn 17基波和各次谐波的有效值可按下式求出基波和各次谐波的有效值可按下式求出负载电流基波和各次谐波的有效值为负载电流基波和各次谐波的有效值为060120180图4-6基波3次5次7次触发延迟角/()In/I*/%20406080100图图6-6 电阻负载单

15、相交流调电阻负载单相交流调压电路基波和谐波电流含压电路基波和谐波电流含量量(n=1,3,5,7,)(6-13)(6-14)l 电流基波和各次谐波标么值随电流基波和各次谐波标么值随 变化的曲线，如图变化的曲线，如图6-6所示，其中所示，其中基准电流为基准电流为=0时的电流有效值时的电流有效值。l阻感负载时阻感负载时l 电流谐波次数和电阻负载时相同，也只含电流谐波次数和电阻负载时相同，也只含3、5、7等次等次谐波。谐波。l随着次数的增加，谐波含量减少。随着次数的增加，谐波含量减少。l和电阻负载时相比，阻感负载时的谐波电流含量少一些。和电阻负载时相比，阻感负载时的谐波电流含量少一些。l当当 角相同时

16、，随着阻抗角角相同时，随着阻抗角 的增大，谐波含量有所减少。的增大，谐波含量有所减少。6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路22on12nnUabonon/IUR 18RL图4-7u1i1uoV1V2VD1VD2V3V4VD4VD3图图6-7 斩控式交流调压电路斩控式交流调压电路4、斩控式交流调压电路、斩控式交流调压电路l工作原理工作原理l 用用V1，V2进行进行斩波控制斩波控制，用，用V3，V4给负给负载电流提供载电流提供续流续流通道。通道。l设斩波器件（设斩波器件（V1，V2）导通时间为）导通时间为ton，开，开关周期为关周期为T，则导通比，则导通比 =ton/T，通过改变，通过改变

17、 来调节输出电压。来调节输出电压。l电源电流的基波分量是和电源电压同相位电源电流的基波分量是和电源电压同相位的，即的，即位移因数为位移因数为1，电源电流中不含低，电源电流中不含低次谐波，只含和开关周期次谐波，只含和开关周期T有关的高次谐有关的高次谐波，这些高次谐波用很小的滤波器即可滤波，这些高次谐波用很小的滤波器即可滤除，这时电路的功率因数接近除，这时电路的功率因数接近1。图图6-8 电阻负载斩控式电阻负载斩控式交流调压电路波形交流调压电路波形6.1.1 单相交流调压电路单相交流调压电路196.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路l 根据三相联结形式的不同，三相交流调压电路具有多种形式。根

18、据三相联结形式的不同，三相交流调压电路具有多种形式。图图6-9 三相交流调压电路三相交流调压电路a)星形联结星形联结 b)支路控制三角形联结支路控制三角形联结 c)中点控制三角形联结中点控制三角形联结 206.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路1、星形联结电路、星形联结电路 l 分为分为三相三线三相三线和和三相四线三相四线两种情况。两种情况。l三线四相三线四相l 相当于三个单相交流调压电路的组合，三相当于三个单相交流调压电路的组合，三相互相错开相互相错开120工作。工作。l 基波和基波和3倍次以外倍次以外的谐波在三相之间流动，的谐波在三相之间流动，不流过零线，不流过零线，3的整数倍次的整

19、数倍次谐波是同相位谐波是同相位的，不能在各相之间流动，全部流过零线。的，不能在各相之间流动，全部流过零线。l 当当=90时，零线电流甚至和各相电流的时，零线电流甚至和各相电流的有效值接近。有效值接近。图图6-9 a)星形联结星形联结216.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路l三相三线带电阻负载时的工作原理三相三线带电阻负载时的工作原理l任一相导通须和另一相构成回路，因此电任一相导通须和另一相构成回路，因此电流通路中流通路中至少有两个晶闸管至少有两个晶闸管，应采用双脉，应采用双脉冲或宽脉冲触发。冲或宽脉冲触发。l触发脉冲顺序和三相桥式全控整流电路一触发脉冲顺序和三相桥式全控整流电路一样，为

20、样，为VT1 VT6,依次相差依次相差60。l把把相电压过零点相电压过零点定为开通角定为开通角 的起点，三的起点，三相三线电路中，两相间导通时是靠线电压相三线电路中，两相间导通时是靠线电压导通的，而线电压超前相电压导通的，而线电压超前相电压30，因此，因此 角的移相范围是角的移相范围是0 150图图6-9 a)星形联结星形联结22图图6-10 不同不同 角时负载相电压波形角时负载相电压波形a)=30 l根据任一时刻导通晶闸管个数以及半个周波内电流是否连续可将根据任一时刻导通晶闸管个数以及半个周波内电流是否连续可将0150的移相范围分为如下三段的移相范围分为如下三段 l 0 60范围内，电路处于

21、范围内，电路处于三个晶闸管导通与两个晶闸管导通的交三个晶闸管导通与两个晶闸管导通的交替状态替状态，每个晶闸管导通角度为，每个晶闸管导通角度为180-，但，但=0 时是一种特殊情况，一时是一种特殊情况，一直是三个晶闸管导通。直是三个晶闸管导通。6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路23图图6-10 不同不同 角时负载相电压波形角时负载相电压波形 b)=60 l60 90范围内，任一时刻都是范围内，任一时刻都是两个晶闸管导通两个晶闸管导通，每个晶，每个晶闸管的导通角度为闸管的导通角度为120。6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路24图图6-10 不同不同 角时负载相电压波形角时负载相

22、电压波形 c)=120 l 90 150 范围内，电路处于范围内，电路处于两个晶闸管导通与无晶闸管导通的交替状两个晶闸管导通与无晶闸管导通的交替状态态，每个晶闸管导通角度为，每个晶闸管导通角度为300-2，而且这个导通角度被分割为不连续，而且这个导通角度被分割为不连续的两部分，在半周波内形成两个断续的波头，各占的两部分，在半周波内形成两个断续的波头，各占150-。6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路25l 谐波分析谐波分析l 电流谐波次数为电流谐波次数为6k1(k=1，2，3，)；l谐波次数越低，含量越大；谐波次数越低，含量越大；l和单相交流调压电路相比，和单相交流调压电路相比，没有没

23、有3倍次谐波倍次谐波，因为三相对称，因为三相对称时，它们不能流过三相三线电路。时，它们不能流过三相三线电路。6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路26图图6-9 三相交流调压电路三相交流调压电路 b)支路控制三角形联结支路控制三角形联结2、支路控制三角联结电路、支路控制三角联结电路l 由三个单相交流调压电路组成，分别由三个单相交流调压电路组成，分别在不同的在不同的线电压线电压作用下工作。作用下工作。l单相交流调压电路的分析方法和结论完单相交流调压电路的分析方法和结论完全适用，输入线电流（即电源电流）为全适用，输入线电流（即电源电流）为与该线相连的两个负载相电流之和。与该线相连的两个负载相

24、电流之和。l谐波分析谐波分析l 3倍次谐波倍次谐波相位和大小相同，在三角相位和大小相同，在三角形回路中流动，而不出现在线电流形回路中流动，而不出现在线电流中。中。l线电流中所谐波次数为线电流中所谐波次数为6k1(k为正为正整数整数)。l在相同负载和在相同负载和 角时，线电流中谐波角时，线电流中谐波含量少于三相三线星形电路。含量少于三相三线星形电路。6.1.2 三相交流调压电路三相交流调压电路276.2 其他交流电力控制电路其他交流电力控制电路 6.2.1 交流调功电路交流调功电路 6.2.2 交流电力电子开关交流电力电子开关286.2.1 交流调功电路交流调功电路2NM电源周期控制周期=M倍电

25、源周期=24MO导通段=M3M2Muou1uo,iotU12012 14谐波次数相对于电源频率的倍数2 4 61080.60.50.40.30.20.1051234In/I0m图图6-11 交流调功电路典型波形交流调功电路典型波形(M=3、N=2)图图6-12 交流调功电路的电流频谱图交流调功电路的电流频谱图(M=3、N=2)l 交流调功电路交流调功电路 l 工作原理工作原理l 和交流调压电路的电路形式完全相同，只是和交流调压电路的电路形式完全相同，只是控制方式不同控制方式不同。l通过改变通过改变接通周波数接通周波数与与断开周波数断开周波数的比值来调节负载所消耗的平的比值来调节负载所消耗的平均

26、功率。均功率。29l谐波分析谐波分析l 在交流电源接通期间，负载电压电流都是在交流电源接通期间，负载电压电流都是正弦波正弦波，不对电网电压电流造，不对电网电压电流造成通常意义的谐波污染。成通常意义的谐波污染。l如果以电源周期为基准，电流中不含整数倍频率的谐波，但含有如果以电源周期为基准，电流中不含整数倍频率的谐波，但含有非整数非整数倍频率的谐波倍频率的谐波，而且在电源频率附近，非整数倍频率谐波的含量较大。，而且在电源频率附近，非整数倍频率谐波的含量较大。2NM电源周期控制周期=M倍电源周期=24MO导通段=M3M2Muou1uo,iotU12012 14谐波次数相对于电源频率的倍数2 4 61

27、080.60.50.40.30.20.1051234In/I0m图图6-11 交流调功电路典型波形交流调功电路典型波形(M=3、N=2)图图6-12 交流调功电路的电流频谱图交流调功电路的电流频谱图(M=3、N=2)6.2.1 交流调功电路交流调功电路306.2.2 交流电力电子开关交流电力电子开关l交流电力电子开关：把交流电力电子开关：把晶闸管晶闸管反并联后串入交流电路中，反并联后串入交流电路中，代替电路中的机械开关，起接通和断开电路的作用。代替电路中的机械开关，起接通和断开电路的作用。l优点：响应速度快，没有触点，寿命长，可以频繁控制通优点：响应速度快，没有触点，寿命长，可以频繁控制通断。

28、断。l与交流调功电路的区别与交流调功电路的区别l 并不控制电路的平均输出功率。并不控制电路的平均输出功率。l通常没有明确的控制周期，只是根据需要控制电路的接通和断开。通常没有明确的控制周期，只是根据需要控制电路的接通和断开。l控制频度通常比交流调功电路低得多。控制频度通常比交流调功电路低得多。316.3 交交变频电路交交变频电路 6.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路 6.3.2 三相交交变频电路三相交交变频电路326.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路图图6-13 单相交交变频电路原单相交交变频电路原理图和输出电压波形理图和输出电压波形 l交交变频电路是把电网频率的交流电交交变频

29、电路是把电网频率的交流电直接变换成可调频率的交流电的变流电直接变换成可调频率的交流电的变流电路，因为没有中间直流环节，因此属于路，因为没有中间直流环节，因此属于直接变频电路直接变频电路。1、电路构成和基本工作原理、电路构成和基本工作原理 l 由由P组和组和N组反并联的晶闸管相控整组反并联的晶闸管相控整流电路构成，和直流电动机可逆调流电路构成，和直流电动机可逆调速用的四象限变流电路完全相同。速用的四象限变流电路完全相同。l工作原理工作原理l P组工作时，负载电流组工作时，负载电流io为为正正，N组工作时，组工作时，io为为负负。336.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路图图6-13 单相交

30、交变频电路原单相交交变频电路原理图和输出电压波形理图和输出电压波形 l两组变流器按一定的频率交两组变流器按一定的频率交替工作，负载就得到该频率替工作，负载就得到该频率的交流电。的交流电。l改变两组变流器的改变两组变流器的切换切换频率频率，就可以改变输出频，就可以改变输出频率率 0。l改变变流电路工作时的改变变流电路工作时的控制角控制角，就可以改变交，就可以改变交流输出电压的流输出电压的幅值幅值。34图图6-13 单相交交变频电路原单相交交变频电路原理图和输出电压波形理图和输出电压波形 l为使为使uo波形接近正弦波，可按波形接近正弦波，可按正弦规律对正弦规律对 角进行调制。角进行调制。l 在半个

31、周期内让在半个周期内让P组组 角按正弦角按正弦规律从规律从90减到减到0或某个值或某个值，再，再增加到增加到90，每个控制间隔内的，每个控制间隔内的平均输出电压平均输出电压就按正弦规律从零就按正弦规律从零增至最高，再减到零；另外半个增至最高，再减到零；另外半个周期可对周期可对N组进行同样的控制。组进行同样的控制。luo由若干段电源电压拼接而成，在由若干段电源电压拼接而成，在uo的一个周期内，包含的电源电压的一个周期内，包含的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦段数越多，其波形就越接近正弦波。波。6.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路35图图6-14 理想化交交变频电理想化交交变频电路的整

32、流和逆变工作状态路的整流和逆变工作状态l以阻感负载为例，把电路等效成图以阻感负载为例，把电路等效成图6-14a所示的正弦波交流电源和二极管的串联，所示的正弦波交流电源和二极管的串联，二极管体现了交流电路的电流的单方向性。二极管体现了交流电路的电流的单方向性。l设负载阻抗角为设负载阻抗角为，则输出电流滞后输出，则输出电流滞后输出电压电压 角，两组变流电路采取角，两组变流电路采取无环流工作无环流工作方式方式，即一组变流电路工作时，封锁另一，即一组变流电路工作时，封锁另一组变流电路的触发脉冲。组变流电路的触发脉冲。l工作状态工作状态l t1t3期间：期间：io处于正半周处于正半周，正组工作，正组工作

33、，反组被封锁。反组被封锁。l t1t2阶段：阶段：uo和和io均为正，均为正，正组整正组整流流，输出功率为正。，输出功率为正。lt2t3阶段：阶段：uo反向，反向，io仍为正，仍为正，正组正组逆变逆变，输出功率为负。，输出功率为负。6.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路2 2、整流与逆变工作状态、整流与逆变工作状态36图图6-14 理想化交交变频电理想化交交变频电路的整流和逆变工作状态路的整流和逆变工作状态lt3t5期间：期间：io处于负半周处于负半周，反组工作，正，反组工作，正组被封锁。组被封锁。lt3t4阶段：阶段：uo和和io均为负，均为负，反组整流反组整流，输出功率为正。输出功率

34、为正。lt4t5阶段：阶段：uo反向，反向，io仍为负，仍为负，反组逆反组逆变变，输出功率为负。，输出功率为负。6.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路结论结论l哪组变流电路工作由哪组变流电路工作由io方向方向决定，决定，与与uo极性无关。极性无关。l变流电路工作在整流还是逆变状态，变流电路工作在整流还是逆变状态，根据根据uo方向与方向与io方向是否相同方向是否相同来确来确定。定。37l考虑到无环流工作方式下负载电流过考虑到无环流工作方式下负载电流过零的正反组切换死区时间，一周期的零的正反组切换死区时间，一周期的波形可分为波形可分为6段段：l 第第1段段io0，为反组逆变；，为反组逆变；l

35、 第第2段电流过零，为切换死区；段电流过零，为切换死区；l 第第3段段io0，uo0，为正组整流；，为正组整流；l 第第4段段io0，uo0，为正组逆变；，为正组逆变；l 第第5段又是切换死区；段又是切换死区；l 第第6段段io0，uo0，为反组整流。，为反组整流。图图6-15 单相交交变频电路输出电压和电流波形单相交交变频电路输出电压和电流波形6.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路l当输出电压和电流的相位差小于当输出电压和电流的相位差小于90时，一周期内电网向负载提供能量的时，一周期内电网向负载提供能量的平均值为正，若负载为电动机，则电平均值为正，若负载为电动机，则电动机工作在动机工作

36、在电动状态电动状态；当二者相位差；当二者相位差大于大于90时，一周期内电网向负载提时，一周期内电网向负载提供能量的平均值为负，即电网吸收能供能量的平均值为负，即电网吸收能量，电动机工作在量，电动机工作在发电状态发电状态。38l主要介绍最基本的主要介绍最基本的余弦交点法余弦交点法。l用余弦交点法求交交变频电路用余弦交点法求交交变频电路 角的基本公式角的基本公式 每次控制间隔内输出电压的平均值为：每次控制间隔内输出电压的平均值为：式中式中Ud0为为=0时整流电路的理想空载电压。时整流电路的理想空载电压。要得到的正弦波输出电压为要得到的正弦波输出电压为：比较式比较式(6-15)和和(6-16)，应使

37、，应使 式中，式中，称为输出电压比，称为输出电压比，因此因此(6-15)(6-16)(6-17)(6-18)6.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路3 3、输出正弦波电压的调制方法、输出正弦波电压的调制方法od0cosuU oomosinuUt omood0cossinsinUttUomd0(01)UU1ocos(sin)t 39图4-21u2u3u4u5u6u1us2us3us4us5us6us1uoP3P4tt图图6-16 余弦交点法原理余弦交点法原理l余弦交点法图解余弦交点法图解l 线电压线电压uab、uac、ubc、uba、uca和和ucb依次用依次用u1u6表示，表示，相邻两个线

38、电压的相邻两个线电压的交点对应于交点对应于=0。lu1u6所对应的同步信号分别用所对应的同步信号分别用us1us6表示，表示，us1us6比相应的比相应的u1u6超前超前30，us1us6的最大值和相应线电压的最大值和相应线电压=0的时刻对应，的时刻对应，以以=0为零时刻，则为零时刻，则us1us6为余弦信号为余弦信号。l希望输出电压为希望输出电压为uo，则各晶闸管触发时刻由相应的，则各晶闸管触发时刻由相应的同步电压同步电压us1us6的下降的下降段和段和uo的交点的交点来决定。来决定。6.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路40=0=0.1相位控制角/()输出相位 0 t图4-22120

39、15018030609000.10.20.30.80.91.00.80.20.30.91.02223图图6-17 不同不同 时时 和和 ot的关系的关系l不同输出不同输出 的情况下，在的情况下，在输出电压的一个周期内，输出电压的一个周期内，控制角控制角 随随 ot变化的情况变化的情况如图如图6-17，图中，图中 较小，即输出电压较较小，即输出电压较低时，低时，只在离只在离90很很近的范围内变化近的范围内变化，电路，电路的输入功率因数非常低。的输入功率因数非常低。6.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路1o1ocos(sin)sin(sin)2tt 414、输入输出特性输入输出特性l输出上限

40、频率输出上限频率 l输出频率增高时，输出电压一周期所含电网电压段数减输出频率增高时，输出电压一周期所含电网电压段数减少，波形畸变严重，少，波形畸变严重，电压波形畸变电压波形畸变及其导致的及其导致的电流波形电流波形畸变和转矩脉动畸变和转矩脉动是限制输出频率提高的主要因素。是限制输出频率提高的主要因素。l就输出波形畸变和输出上限频率的关系而言，很难确定就输出波形畸变和输出上限频率的关系而言，很难确定一个明确的界限。一个明确的界限。l当采用当采用6脉波三相桥式电路时，一般认为输出上限频率脉波三相桥式电路时，一般认为输出上限频率不高于电网频率的不高于电网频率的1/31/2，电网频率为，电网频率为50H

41、z时，交交时，交交变频电路的输出上限频率约为变频电路的输出上限频率约为20Hz。6.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路42图图6-18 交交变频电交交变频电路的输入位移因数路的输入位移因数l 输入功率因数输入功率因数 l输入电流相位总是滞后于输入输入电流相位总是滞后于输入电压，需要电压，需要电网提供无功功率电网提供无功功率l在输出电压的一个周期内，在输出电压的一个周期内，角角以以90为中心为中心而前后变化。而前后变化。l输出电压比输出电压比 越小，半周期内越小，半周期内 的平均值越靠近的平均值越靠近90，位移因数，位移因数越低；负载功率因数越低，输入越低；负载功率因数越低，输入功率因数也

42、越低。功率因数也越低。l不论负载功率因数是滞后的还不论负载功率因数是滞后的还是超前的，是超前的，输入的无功电流总是输入的无功电流总是滞后的滞后的。6.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路43l 输出电压谐波输出电压谐波l 输出电压的谐波频谱非常复杂，既和输出电压的谐波频谱非常复杂，既和电网频率电网频率f fi i以及以及变变流电路的脉波数流电路的脉波数有关，也和有关，也和输出频率输出频率f fo o有关。有关。l采用三相桥式电路时，输出电压所含主要谐波的频率为采用三相桥式电路时，输出电压所含主要谐波的频率为 6fifo，6fi3fo，6fi5fo，12fifo，12fi3fo，12fi5f

43、o，l 采用无环流控制方式时，由于电流方向改变时死区的采用无环流控制方式时，由于电流方向改变时死区的影响，将增加影响，将增加5fo、7fo等次谐波。等次谐波。6.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路44l 输入电流谐波输入电流谐波l输入电流波形和可控整流电路的输入波形类似，但其输入电流波形和可控整流电路的输入波形类似，但其 幅值和相位幅值和相位均按正弦规律被调制。均按正弦规律被调制。l采用三相桥式电路的交交变频电路输入电流谐波频率为采用三相桥式电路的交交变频电路输入电流谐波频率为和和式中，式中，k=1,2,3,；l=0,1,2,。交交变频电路也可采用有环流方式，避免电流断续并消除电流死区，

44、改善交交变频电路也可采用有环流方式，避免电流断续并消除电流死区，改善输出波形，还可提高交交变频电路的输出上限频率，但是有环流方式需要输出波形，还可提高交交变频电路的输出上限频率，但是有环流方式需要设置环流电抗器，使设备成本增加，运行效率也因环流而有所降低。设置环流电抗器，使设备成本增加，运行效率也因环流而有所降低。(6-19)(6-20)6.3.1 单相交交变频电路单相交交变频电路 inio612fkflfinio2ffkf456.3.2 三相交交变频电路三相交交变频电路图图6-19 公共交流母线进线公共交流母线进线三相交交变频电路（简图）三相交交变频电路（简图）交交变频电路主要应用于大功率交

45、流电机交交变频电路主要应用于大功率交流电机调速系统，这种系统使用的是三相交交变频电调速系统，这种系统使用的是三相交交变频电路，三相交交变频电路是由路，三相交交变频电路是由三组输出电压相位三组输出电压相位各差各差120的单相交交变频电路组成的。的单相交交变频电路组成的。1、电路接线方式、电路接线方式 l 公共交流母线进线方式公共交流母线进线方式l由三组彼此独立的、输出电压相位相互错由三组彼此独立的、输出电压相位相互错开开120的单相交交变频电路构成。的单相交交变频电路构成。l电源进线通过进线电抗器接在电源进线通过进线电抗器接在公共的交流公共的交流母线母线上。上。l因为电源进线端公用，所以三组的因

46、为电源进线端公用，所以三组的输出端输出端必须隔离必须隔离；为此，交流电动机的三个绕组；为此，交流电动机的三个绕组必须拆开，共引出必须拆开，共引出6根线。根线。l主要用于主要用于中等容量中等容量的交流调速系统。的交流调速系统。46图图6-20 输出星形联结方式三相交交变频电路输出星形联结方式三相交交变频电路a）简图）简图 b）详图）详图 l输出星形联结方式输出星形联结方式 l三组输出端是三组输出端是星形联结星形联结，电动机的三个绕，电动机的三个绕组也是组也是星形联结星形联结，电动机中点不和变频器，电动机中点不和变频器中点接在一起，电动机只引出三根线即可。中点接在一起，电动机只引出三根线即可。l因

47、为三组输出联接在一起，其因为三组输出联接在一起，其电源进线必电源进线必须隔离须隔离，因此分别用三个变压器供电。，因此分别用三个变压器供电。l构成三相变频电路的六组桥式电路中，至构成三相变频电路的六组桥式电路中，至少要有少要有不同输出相的两组桥中的四个晶闸不同输出相的两组桥中的四个晶闸管管同时导通才能构成回路，形成电流。同时导通才能构成回路，形成电流。l同一组桥内的两个晶闸管靠同一组桥内的两个晶闸管靠双触发脉冲双触发脉冲保保证同时导通，两组桥之间则是靠各自的触证同时导通，两组桥之间则是靠各自的触发脉冲有足够的宽度，以保证同时导通。发脉冲有足够的宽度，以保证同时导通。6.3.2 三相交交变频电路三

48、相交交变频电路472、输入输出特性输入输出特性l输出上限频率输出上限频率和和输出电压谐波输出电压谐波与单相交交变频电路是一致的。与单相交交变频电路是一致的。l输入电流输入电流l总的输入电流由三个单相电路的同一相输入电流合成而得到。总的输入电流由三个单相电路的同一相输入电流合成而得到。l有些谐波相互抵消，谐波种类有所减少，总的谐波幅值也有所降低。有些谐波相互抵消，谐波种类有所减少，总的谐波幅值也有所降低。l谐波频率为谐波频率为200 t/ms输出电压输出电压单相输出时单相输出时 U相输入电流相输入电流三相输出时三相输出时 U相输入电流相输入电流200t/ms200 t/ms图图6-21 交交变频

49、电路的输入电流波形交交变频电路的输入电流波形和和式中式中k=1,2,3,；l=0,1,2,。6.3.2 三相交交变频电路三相交交变频电路 inio616fkflfinio6ffkf 当变流电路采用三相当变流电路采用三相桥式电路时，三相交交变桥式电路时，三相交交变频电路输入谐波电流的频电路输入谐波电流的主主要频率要频率为：为：fi6fo、5fi、5fi6fo、7fi、7fi6fo、11fi、11fi6fo、13fi、13fi6fo等，其中等，其中5fi次谐次谐波的幅值最大。波的幅值最大。48l 输入功率因数输入功率因数l 总输入功率因数为总输入功率因数为l三相电路总的三相电路总的有功功率有功功率

50、为各相有功功率之和。为各相有功功率之和。l视在功率视在功率不能简单相加，而应该由总输入电流有效值和输入电压有不能简单相加，而应该由总输入电流有效值和输入电压有效值来计算，比三相各自的视在功率之和要小，因此三相交交变频效值来计算，比三相各自的视在功率之和要小，因此三相交交变频电路总输入功率因数要高于单相交交变频电路。电路总输入功率因数要高于单相交交变频电路。l从另一个角度看，从另一个角度看，三相的三相的输入位移因数输入位移因数与单相输出时相同，由于三与单相输出时相同，由于三个单相交交变频电路的部分输入电流谐波相互抵消，三相系统的个单相交交变频电路的部分输入电流谐波相互抵消，三相系统的基基波因数波