1、1第第6 6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2 交交變頻 直接 交直交變頻 間接n 本章主要講述本章主要講述 交流交流-交流變流電路交流變流電路n 把一種形式的交流變成另一種形式交流的電路把一種形式的交流變成另一種形式交流的電路第第6 6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交流電力控制電路只改變電壓、電流或控制電路的通斷,而不改變頻率的電路。 變頻電路改變頻率的電路交流調(diào)壓電路 相位控制交流調(diào)功電路 通斷控制3 6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路 交流調(diào)壓原理交流調(diào)壓原理兩個晶閘管反并聯(lián)后串兩個晶閘管反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，通過聯(lián)

2、在交流電路中，通過對晶閘管的控制就可控對晶閘管的控制就可控制交流電力。制交流電力。 電路圖電路圖4 6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路 應用應用 1 燈光控制（如調(diào)光臺燈和舞臺燈光控制燈光控制（如調(diào)光臺燈和舞臺燈光控制)。 2 異步電動機軟起動。異步電動機軟起動。 3 異步電動機調(diào)速。異步電動機調(diào)速。 4 供用電系統(tǒng)對無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。供用電系統(tǒng)對無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。 5 在高壓小電流或低壓大電流直流電源中，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。用于調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。56.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路6 6.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路wwwwROu1uo

3、ioVT1VT2u1uoiouVTtOtOtOt圖6-1 電阻負載單相交流調(diào)壓電路及其波形n1 電阻負載電阻負載 與與a a 的關系：的關系： a a 0 0時，功率因數(shù)時，功率因數(shù) 1 1， a a 增大，輸入電流滯后于電壓增大，輸入電流滯后于電壓且畸變，且畸變， 降低。降低。 輸出電壓與輸出電壓與 a a 的關系的關系： 移相范圍為移相范圍為0 0 a a 。 a a 0 0時，輸出電壓為最大。時，輸出電壓為最大。 U U0 0U U1 1，隨，隨a a的增大，的增大，U U0 0降低，降低， a a 時，時，U U0 00 0。7 若晶閘管短接，穩(wěn)態(tài)時負載電流為正弦波，相位滯后于u1的角

4、度為j ，當用晶閘管控制時，只能進行滯后控制，使負載電流更為滯后。 設設a a =0=0時刻仍定為時刻仍定為u u1 1過零過零的時刻，阻感負載穩(wěn)態(tài)時的時刻，阻感負載穩(wěn)態(tài)時a a 的的移相范圍應為移相范圍應為j j a a 。 6.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路n2 阻感負載阻感負載0.6Ou u1 1uoi ou VTwtOwtOwtwtOuG1uG2OOwtwt圖6-2 阻感負載單相交流調(diào)壓電路及其波形 負載阻抗角： j = arctan(wL / R)VT18 若晶閘管短接，穩(wěn)態(tài)時負載電流為正弦波，相位滯后于u1的角度為j ，當用晶閘管控制時，只能進行滯后控制，使負載電流更為滯

5、后。 設a =0時刻仍定為u1過零的時刻，阻感負載穩(wěn)態(tài)時a 的移相范圍應為j a 。 6.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路n2 阻感負載阻感負載0.6Ou u1 1uoi ou VTwtOwtOwtwtOuG1uG2OOwtwt圖6-2 阻感負載單相交流調(diào)壓電路及其波形 負載阻抗角： j = arctan(wL / R)VT19 若晶閘管短接，穩(wěn)態(tài)時負載電流為正弦波，相位滯后于u1的角度為j ，當用晶閘管控制時，只能進行滯后控制，使負載電流更為滯后。 設設a a =0=0時刻仍定為時刻仍定為u u1 1過零過零的時刻，阻感負載穩(wěn)態(tài)時的時刻，阻感負載穩(wěn)態(tài)時a a 的的移相范圍應為移相范圍

6、應為j j a a 。 6.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路n2 阻感負載阻感負載0.6Ou u1 1uoi ou VTwtOwtOwtwtOuG1uG2OOwtwt圖6-2 阻感負載單相交流調(diào)壓電路及其波形 負載阻抗角： j = arctan(wL / R)VT1106.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路圖6-5 aj時阻感負載交流調(diào)壓電路工作波形wtwtwtwt圖4-5aaaOOOOu1iG1iG2iojiT1iT2當阻感負載當阻感負載, a a j j 時電路時電路工作情況動態(tài)過程工作情況動態(tài)過程VT1的導通時間超過的導通時間超過 。觸發(fā)觸發(fā)VT2時，時， io o尚未過尚

7、未過零零， VT1仍導通，仍導通， VT2不會導通。不會導通。io o過零后，過零后，VT2才可才可開通，開通，VT2導導通角小于通角小于 。衰減過程中，衰減過程中， VT1導通導通時間漸短，時間漸短， VT2的導通的導通時間漸長。時間漸長。結論：阻感負載當結論：阻感負載當a a j j 時，其穩(wěn)態(tài)工作情況和時，其穩(wěn)態(tài)工作情況和a a j j 時完全相同。時完全相同。圖6-2 阻感負載單相交流調(diào)壓電路116.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路n4 斬控式交流調(diào)壓電路斬控式交流調(diào)壓電路RL圖4-7u1i1uoV1V2VD1VD2V3V4VD4VD3用V1進行斬波控制用V3給負載電流提供續(xù)流

8、通道在交流電源u1的正半周圖6-7 斬控式交流調(diào)壓電路一般采用全控型器件作為開關器件；一般采用全控型器件作為開關器件；工作原理與直流斬波電路相似。工作原理與直流斬波電路相似。126.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路RL圖4-7u1i1uoV1V2VD1VD2V3V4VD4VD3用V2進行斬波控制用V4給負載電流提供續(xù)流通道圖6-7 斬控式交流調(diào)壓電路n4 斬控式交流調(diào)壓電路在交流電源u1的負半周136.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路圖圖68給出了給出了電阻負載電阻負載時斬控式時斬控式交流調(diào)壓電路的負載電壓交流調(diào)壓電路的負載電壓Uo和電和電源電流源電流i1波形。波形。電源電流的

9、基波分量和電源電電源電流的基波分量和電源電壓同相位，即位移因數(shù)為壓同相位，即位移因數(shù)為1 1。電源電流不含低次諧波，只含電源電流不含低次諧波，只含和開關周期和開關周期T T有關的高次諧波。有關的高次諧波。功率因數(shù)接近功率因數(shù)接近1 1。圖圖6-8 電阻負載斬控電阻負載斬控式交流調(diào)壓電路波形式交流調(diào)壓電路波形14 6.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路n1 單相交流調(diào)壓電路（電單相交流調(diào)壓電路（電阻負載）阻負載）n2 斬控式交流調(diào)壓電路斬控式交流調(diào)壓電路156.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路n根據(jù)三相聯(lián)結形式的不同，三相交流調(diào)壓電路具有多種形式圖6-9 三相交流調(diào)壓電路a) 星形

10、聯(lián)結b) 線路控制三角形聯(lián)結c) 支路控制三角形聯(lián)結d) 中點控制三角形聯(lián)結166.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相四線三相四線基本原理：相當于三個單相基本原理：相當于三個單相交流調(diào)壓電路的組合，三相交流調(diào)壓電路的組合，三相互相錯開互相錯開120120工作?；üぷ鳌；ê秃? 3倍次以外的諧波在三相倍次以外的諧波在三相之間流動，不流過零線。之間流動，不流過零線。問題：問題：三相中三相中3 3倍次諧波同倍次諧波同相位，全部流過零線。零線相位，全部流過零線。零線有很大有很大3 3倍次諧波電流。倍次諧波電流。 a a = =9090時，零線電流甚至和時，零線電流甚至和各相電流的有效值接

11、近。各相電流的有效值接近。1 星形聯(lián)結電路 可分為三相三線和三相四線可分為三相三線和三相四線圖6-9 三相交流調(diào)壓電路a) 星形聯(lián)結176.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相三線，三相三線，主要分析主要分析電阻負載電阻負載時時 的情況的情況任一相導通須和另一相構成回路。任一相導通須和另一相構成回路。電流通路中至少有兩個晶閘管，應電流通路中至少有兩個晶閘管，應采用雙脈沖或?qū)捗}沖觸發(fā)。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觸發(fā)脈沖順序和三相橋式全控整 流電路一樣，為流電路一樣，為VTVT1 1 VT VT6 6, ,依次依次 相差相差6060。相電壓過零點定為相電壓過零點定

12、為a a 的起點，的起點， a a角角 移相范圍是移相范圍是0 0150150。圖圖6-9 6-9 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路a) a) 三相三線星形聯(lián)結三相三線星形聯(lián)結186.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相三線，三相三線，主要分析主要分析電阻負載電阻負載時時 的情況的情況a a =0 =0（相電壓過零點起點）情況（相電壓過零點起點）情況圖圖6-9 6-9 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 三相三線星形聯(lián)結三相三線星形聯(lián)結196.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相三線，三相三線，主要分析主要分析電阻負載電阻負載時時 的情況的情況a a =0 =0（相電壓過零點起點

13、）情況（相電壓過零點起點）情況特點：每管持續(xù)導通特點：每管持續(xù)導通180 180 ； 除換相點外，每個時刻都有三個管子同時導通。除換相點外，每個時刻都有三個管子同時導通。206.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相三線，三相三線，a a =30 =30情況情況圖圖6-9 6-9 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 三相三線星形聯(lián)結三相三線星形聯(lián)結216.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相三線，三相三線，a a =30 =30情況情況0 30期間，期間，VT4VT4關斷，關斷，VT1VT1因無觸發(fā)脈沖不導通。故因無觸發(fā)脈沖不導通。故A A相負載相負載的相電壓為零。的相電壓為零。2

14、26.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相三線，三相三線，a a =30 =30情況情況30 60期間，期間，VT1VT1加入觸發(fā)加入觸發(fā)脈沖導通，三相同時導通，構成脈沖導通，三相同時導通，構成三相流通回路。故三相流通回路。故A A相負載的相電相負載的相電壓為壓為A A相的相電壓。相的相電壓。236.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相三線，三相三線，a a =30 =30情況情況60 90期間，期間，VT5VT5關斷，而關斷，而VT2VT2因無觸發(fā)脈沖而未導通，只有因無觸發(fā)脈沖而未導通，只有A A、B B兩相流通回路。故兩相流通回路。故A A相負載相負載的相電壓為的相電壓為(

15、Uab/2) (Uab/2) 。246.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相三線，三相三線，a a =30 =30情況情況90 120期間，期間， VT2VT2觸發(fā)導觸發(fā)導通，故通，故A A相負載的相電壓為相負載的相電壓為A A相的相的相電壓相電壓UaUa。256.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相三線，三相三線，a a =30 =30情況情況120 150期間，期間，VT6VT6關斷，關斷，而而VT3VT3因無觸發(fā)脈沖而未導通，只因無觸發(fā)脈沖而未導通，只有有A A、C C兩相流通回路。故兩相流通回路。故A A相負載相負載的相電壓為的相電壓為(Uac/2) (Uac/2) 。

16、266.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相三線，三相三線，a a =30 =30情況情況150 180期間，期間， VT3VT3觸發(fā)導觸發(fā)導通。故通。故A A相負載的相電壓為相負載的相電壓為A A相的相的相電壓相電壓UaUa。276.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相三線，三相三線，a a =30 =30情況情況導通特點：每管持續(xù)導通（導通特點：每管持續(xù)導通（180 -30 ）；有的區(qū)間是兩相流通回）；有的區(qū)間是兩相流通回路，有的區(qū)間是三相流通回路。路，有的區(qū)間是三相流通回路。286.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相三線，三相三線，a a =60 =60情況情況

17、0 60期間，期間， UaUa=0=0。296.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相三線，三相三線，a a =60 =60情況情況60 120期間，期間， UaUa= =（Uab/2Uab/2）。）。306.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相三線，三相三線，a a =60 =60情況情況120 150期間，期間， UaUa= =（Uac/2Uac/2）。）。316.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相三線，三相三線，a a =60 =60情況情況120 150期間，期間， UaUa= =（Uac/2Uac/2）。）。導通特點：每管持續(xù)導通（導通特點：每管持續(xù)導通（18

18、0 -60 ），且每個區(qū)間是兩相流通），且每個區(qū)間是兩相流通回路?；芈?。326.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相三線，三相三線，a a =90 =90情況情況30 90 ）30 90期間，期間， UaUa=0=0。336.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相三線，三相三線，a a =90 =90情況情況30 90 ）90 150期間，期間， UaUa=Uab/2=Uab/2。346.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相三線，三相三線，a a =90 =90情況情況30 90 ）150 210期間，期間， UaUa=Uac/2=Uac/2。356.1.2 三相交流調(diào)壓

19、電路三相交流調(diào)壓電路三相三線，三相三線，a a =120 =120情況情況30 90 ）30 120期間，期間， UaUa=0=0。366.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相三線，三相三線，a a =120 =120情況情況30 90 ）120 150期間，期間， UaUa=Uab/2=Uab/2。376.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相三線，三相三線，a a =120 =120情況情況30 90 ）150 180期間，期間， UaUa=0=0。386.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相三線，三相三線，a a =120 =120情況情況30 90 ）180 21

20、0期間，期間， UaUa=Uac/2=Uac/2。396.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路三相三線，三相三線，a a =120 =120情況情況特點：每管觸發(fā)后導通特點：每管觸發(fā)后導通30 ，關關斷斷30 406.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路l(1)0a a60：三管導通與兩管三管導通與兩管導通交替，每管導通交替，每管導通導通(180a a) ) 。但但a a=0時一直時一直是三管導通。是三管導通。圖6-10 不同a角時負載相電壓波形a) a =30按以下三段范圍分別討論：416.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路(2) 60 a a 90：兩管導通，每管兩管導通，每

21、管導通導通120。圖6-10 不同a角時負載相電壓波形b) a =60426.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路l(3)90a a150：兩管導通與無晶閘管兩管導通與無晶閘管導通交替，導通角度導通交替，導通角度為為(3002 a a) )。圖6-11 不同a角時負載相電壓波形 c) a =120436.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路諧波情況諧波情況電流諧波次數(shù)為電流諧波次數(shù)為6 6k k1(1(k k=1=1，2 2，3 3，) )，和三相橋式全控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)完全相同。整流電路交流側(cè)電流所含諧波的次數(shù)完全相同。諧波次數(shù)越低，諧波含量越大。諧波次

22、數(shù)越低，諧波含量越大。和單相交流調(diào)壓電路相比，和單相交流調(diào)壓電路相比，沒有沒有3 3倍次諧波，倍次諧波，因三相對稱時，因三相對稱時，它們不能流過三相三線電路。它們不能流過三相三線電路。446.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路n2 支路控制三角聯(lián)結電路由三個單相交流調(diào)壓電路組成，由三個單相交流調(diào)壓電路組成，分別在不同的線電壓作用下工分別在不同的線電壓作用下工作作。單相交流調(diào)壓電路的分 析方法和結論完全適用。輸入線電流（即電源電流）為與該線相連的兩 個負載相電流之和。 圖612三相交流調(diào)壓電路c)支路控制三角形聯(lián)結456.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路 圖4-9 諧波情況諧波情況

23、 3倍次諧波相位和大小相同，在三角形回路中流動，而不出現(xiàn)在線電流中。 線電流中所諧波次數(shù)為6k1(k為正整數(shù))。 在相同負載和a 角時，線電流中諧波含量少于三相三線星形電路。圖613三相交流調(diào)壓電路c)支路控制三角形聯(lián)結466.2 其他交流電力控制電路其他交流電力控制電路476.2.1 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)壓電路的異同比較交流調(diào)功電路與交流調(diào)壓電路的異同比較n 相同點相同點 電路形式電路形式完全相同完全相同n 不同點不同點 控制方式控制方式不同不同交流調(diào)壓電路在每個電源交流調(diào)壓電路在每個電源周期周期都對輸出電壓波形進行都對輸出電壓波形進行控制?？刂?。 交流調(diào)功電路是將

24、負載與交流電源接通幾個周期交流調(diào)功電路是將負載與交流電源接通幾個周期, ,再斷再斷開幾個周期開幾個周期, ,通過通斷周波數(shù)的比值來調(diào)節(jié)負載所消耗通過通斷周波數(shù)的比值來調(diào)節(jié)負載所消耗的平均功率。的平均功率。486.2.1 交流調(diào)功電路交流調(diào)功電路 電阻負載時的工作情電阻負載時的工作情況況控制周期為控制周期為M倍電源周倍電源周期，晶閘管在前期，晶閘管在前N個周個周期導通，后期導通，后MN個周個周期關斷。期關斷。負載電壓和負載電流負載電壓和負載電流（也即電源電流）的重（也即電源電流）的重復周期為復周期為MM倍電源周期。倍電源周期。常用于電爐的溫度控制。常用于電爐的溫度控制。（不適合調(diào)光燈）（不適合調(diào)

25、光燈）M電源周期控制周期=M倍電源周期4MO導通段=2NM3M2Muou1uo,iowtU12圖圖6-13 6-13 交流調(diào)功電路交流調(diào)功電路典型波形典型波形( (M M =3=3、N N =2)=2)圖6-1電阻負載單相交流調(diào)壓電路496.2.2 交流電力電子開關交流電力電子開關概念：概念： 把晶閘管反并聯(lián)后串入交流電路中，代替電把晶閘管反并聯(lián)后串入交流電路中，代替電路中的機械開關路中的機械開關，起接通和斷開電路的作用。，起接通和斷開電路的作用。優(yōu)點：優(yōu)點： 響應速度快，無觸點，壽命長，可頻繁控制響應速度快，無觸點，壽命長，可頻繁控制通斷。通斷。與交流調(diào)功電路的與交流調(diào)功電路的區(qū)別區(qū)別并不控

26、制電路的平均輸出功率。并不控制電路的平均輸出功率。通常沒有明確的控制周期，通常沒有明確的控制周期，只是根據(jù)需要控制電路的接通和只是根據(jù)需要控制電路的接通和斷開。斷開?？刂祁l度通常比交流調(diào)功電路低得多?？刂祁l度通常比交流調(diào)功電路低得多。506.3 交交變頻電路交交變頻電路 516.3.1 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，的變流電路，屬于直接變頻電路。屬于直接變頻電路。u 廣泛用于大功率交流電動機調(diào)速傳動系統(tǒng)

27、，廣泛用于大功率交流電動機調(diào)速傳動系統(tǒng)，實際使用的主要是三相輸出交交變頻電路。實際使用的主要是三相輸出交交變頻電路。526.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器n1 電路構成和基本電路構成和基本工作原理工作原理電路構成電路構成如圖如圖6-186-18，由，由P P組和組和N N組反并聯(lián)組反并聯(lián)的晶閘管的晶閘管變流電路構成。變流電路構成。變流器變流器P P和和N N都是相控都是相控整流電路整流電路（三相半波（三相半波可控整流電路）可控整流電路） 。圖6-18 單相交交變頻電路原理圖和輸出電壓波形536.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器n1 電路構成和基本工作電路構成和基本工作原理原理電路構成

28、電路構成如圖如圖6-186-18，由，由P P組和組和N N組組反并聯(lián)反并聯(lián)的晶閘管變流電路的晶閘管變流電路構成。構成。變流器變流器P P和和N N都是相控整都是相控整流電路流電路（三相半波可控整（三相半波可控整流電路）流電路） 。圖6-18 單相交交變頻電路原理圖和輸出電壓波形546.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器n1 電路構成和基本電路構成和基本工作原理工作原理電路構成電路構成如圖如圖6-186-18，由，由P P組和組和N N組反并聯(lián)組反并聯(lián)的晶閘管的晶閘管變流電路構成。變流電路構成。變流器變流器P P和和N N都是相控都是相控整流電路整流電路（三相半波（三相半波可控整流電路）可控

29、整流電路） 。圖6-18 單相交交變頻電路原理圖和輸出電壓波形556.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器n1 電路構成和基本電路構成和基本工作原理工作原理電路構成電路構成如圖如圖6-186-18，由，由P P組和組和N N組反并聯(lián)組反并聯(lián)的晶閘管的晶閘管變流電路構成。變流電路構成。變流器變流器P P和和N N都是相控都是相控整流電路整流電路（三相半波（三相半波可控整流電路）可控整流電路） 。圖6-18 單相交交變頻電路原理圖和輸出電壓波形566.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器工作原理工作原理P P組工作時，負載電流組工作時，負載電流i io o為為正正。N N組工作時，組工作時，i i

30、o o為為負負。兩組變流器按一定的頻率兩組變流器按一定的頻率交替工作，負載就得到該交替工作，負載就得到該頻率的交流電。頻率的交流電。改變兩組變流器的切換改變兩組變流器的切換頻率，就可改變輸出頻頻率，就可改變輸出頻率率w wo o 。改變變流電路的控制角改變變流電路的控制角a a，就可以改變交流輸，就可以改變交流輸出電壓的幅值。出電壓的幅值。圖6-18 單相交交變頻電路原理圖和輸出電壓波形576.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器為使為使u uo o波形接近正弦波，可按正弦規(guī)律對波形接近正弦波，可按正弦規(guī)律對a a 角進行角進行調(diào)制。調(diào)制。在半個周期內(nèi)讓在半個周期內(nèi)讓P P組組 a a 角按正

31、弦規(guī)律從角按正弦規(guī)律從9090減到減到0 0或某或某個值，再增加到個值，再增加到9090，每個控制間隔內(nèi)的平均輸出電壓就，每個控制間隔內(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。另外半個周期可對按正弦規(guī)律從零增至最高，再減到零。另外半個周期可對N N組進行同樣的控制。組進行同樣的控制。u uo o由若干段電源電壓拼接而成，在由若干段電源電壓拼接而成，在u uo o的一個周期內(nèi)，包含的一個周期內(nèi)，包含的電源電壓段數(shù)越多，其波形就越接近正弦波。的電源電壓段數(shù)越多，其波形就越接近正弦波。586.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器n 2 整流與逆變工作狀態(tài)整流與逆變工作狀態(tài)以以阻感負載阻感負

32、載為例，也適用于為例，也適用于交流電動機負載。交流電動機負載。把交交變頻電路理想化，忽把交交變頻電路理想化，忽略變流電路換相時略變流電路換相時u uo o的脈動的脈動分量，就可把電路等效成圖分量，就可把電路等效成圖6-14a6-14a所示的正弦波交流電所示的正弦波交流電源和二極管的串聯(lián)。源和二極管的串聯(lián)。圖6-19 理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài)596.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器n 2 整流與逆變工作整流與逆變工作狀態(tài)狀態(tài)圖6-19 理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài)設負載設負載阻抗角為阻抗角為j j ，則輸出，則輸出電流滯后輸出電壓電流滯后輸出電壓j j 角。角。兩組變

33、流電路兩組變流電路采取無環(huán)流采取無環(huán)流工作方式，即一組變流電工作方式，即一組變流電路工作時，封鎖另一組變路工作時，封鎖另一組變流電路的觸發(fā)脈沖。流電路的觸發(fā)脈沖。606.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器n 2 整流與逆變工作狀態(tài)整流與逆變工作狀態(tài)圖6-19 理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài)工作狀態(tài)工作狀態(tài)t t1 1 t t3 3期間期間：i io o正半周，正組正半周，正組工作，反組被封鎖。工作，反組被封鎖。t t1 1 t t2 2： u uo o和和i io o均為正，均為正，正組整流正組整流，輸出功率為正。，輸出功率為正。t t2 2 t t3 3 ： u uo o反向，反向

34、， i io o仍仍為正，為正，正組逆變正組逆變，輸出功，輸出功率為負。率為負。616.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器n 2 整流與逆變工作狀態(tài)整流與逆變工作狀態(tài)圖6-19 理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài)工作狀態(tài)工作狀態(tài)t t1 1 t t3 3期間期間：i io o正半周，正組正半周，正組工作，反組被封鎖。工作，反組被封鎖。t t1 1 t t2 2： u uo o和和i io o均為正，均為正，正組整流正組整流，輸出功率為正。，輸出功率為正。t t2 2 t t3 3 ： u uo o反向，反向， i io o仍仍為正，為正，正組逆變正組逆變，輸出功，輸出功率為負。率為負。6

35、26.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器n 2 整流與逆變工作狀態(tài)整流與逆變工作狀態(tài)圖6-19 理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài)工作狀態(tài)工作狀態(tài)t t1 1 t t3 3期間期間：i io o正半周，正組正半周，正組工作，反組被封鎖。工作，反組被封鎖。t t1 1 t t2 2： u uo o和和i io o均為正，均為正，正組整流正組整流，輸出功率為正。，輸出功率為正。t t2 2 t t3 3 ： u uo o反向，反向， i io o仍仍為正，為正，正組逆變正組逆變，輸出功，輸出功率為負。率為負。636.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器n 2 整流與逆變工作狀態(tài)整流與逆變工作

36、狀態(tài)圖6-19 理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài)t t3 3 t t5 5期間：期間： i io o負半周，反組工負半周，反組工作，正組被封鎖。作，正組被封鎖。t t3 3 t t4 4 ：u uo o和和i io o均為負，反均為負，反組整流，輸出功率為正。組整流，輸出功率為正。t t4 4 t t5 5 ： u uo o反向，反向， i io o仍為仍為負，反組逆變，輸出功率為負，反組逆變，輸出功率為負。負。小結：小結：哪一組工作由哪一組工作由i io o方向決定，方向決定，與與u uo o極性無關。極性無關。工作在整流還是逆變，則根工作在整流還是逆變，則根據(jù)據(jù)u uo o方向與方向

37、與i io o方向是否相同方向是否相同確定。確定。646.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器n 2 整流與逆變工作狀態(tài)整流與逆變工作狀態(tài)圖6-19 理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài)t t3 3 t t5 5期間：期間： i io o負半周，反組工負半周，反組工作，正組被封鎖。作，正組被封鎖。t t3 3 t t4 4 ：u uo o和和i io o均為負，均為負，反反組整流組整流，輸出功率為正。，輸出功率為正。t t4 4 t t5 5 ： u uo o反向，反向， i io o仍為仍為負，負，反組逆變反組逆變，輸出功率為，輸出功率為負。負。小結：小結：哪一組工作由哪一組工作由i io

38、 o方向決定，方向決定，與與u uo o極性無關。極性無關。工作在整流還是逆變，則根工作在整流還是逆變，則根據(jù)據(jù)u uo o方向與方向與i io o方向是否相同方向是否相同確定。確定。65 當uo和io的相位差小于90時，一周期內(nèi)電網(wǎng)向負載提供能量的平均值為正，電動機工作在電動狀態(tài)。 當二者相位差大于90時，一周期內(nèi)電網(wǎng)向負載提供能量的平均值為負，電網(wǎng)吸收能量，電動機為發(fā)電狀態(tài)。6.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器圖6-20 單相交交變頻電路輸出電壓和電流波形小結：小結：哪一組工作由哪一組工作由i io o方向決定，與方向決定，與u uo o極極性無關。性無關。工作在整流還是逆變，則根據(jù)工

39、作在整流還是逆變，則根據(jù)u uo o方向與方向與i io o方向是否相同確定。方向是否相同確定。66考慮無環(huán)流工作方式下io過零的死區(qū)時間，一周期可分為6段。6.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器1OO23456圖4-20uoiowtwt圖6-20 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 676.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器n 設設U Ud0d0為為a a = 0= 0時時整流整流電路的理想

40、空載電壓電路的理想空載電壓，則有則有 (6-15) (6-15) 交交變頻電路每次控制交交變頻電路每次控制a a角都是不同的。角都是不同的。 表示每次控制間隔內(nèi)表示每次控制間隔內(nèi)u uo o的平均值。的平均值。acosd0oUu0u3 輸出正弦波電壓的調(diào)制方法余弦交點法1OO23456圖4-20uoiowtwt686.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器設期望的正弦波輸出電壓為設期望的正弦波輸出電壓為 (6-16(6-16）比較式比較式(6-15)(6-15)和和(6-16)(6-16)，應使，應使 (6-17)(6-17) g g 稱為輸出電壓比：稱為輸出電壓比：余弦交點法基本公式余弦交點法

41、基本公式 (6-18)ttUUood0omsinsincoswgwa)10(0ggdomUUtUuoomosinw)sin(coso1twga1OO23456圖4-20uoiowtwt696.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器余弦交點法圖解：余弦交點法圖解：線電壓線電壓u uabab、 u uacac 、 u ubcbc 、 u ubaba 、 u ucaca和和u ucbcb依次用依次用u u1 1 u u6 6表示。表示。相鄰兩個線電壓的交點對應相鄰兩個線電壓的交點對應于于a a =0=0。圖6-16 余弦交點法原理圖4-21u2u3u4u5u6u1us2us3us4us5us6us1u

42、oaP3aP4wtwt706.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器u u1 1 u u6 6所對應的同步信號分所對應的同步信號分別用別用u us1s1 u us6s6表示表示u us1s1 u us6s6比相應的比相應的u u1 1 u u6 6超超前前3030，u us1s1 u us6s6的幅值和的幅值和相應線電壓在相應線電壓在a a =0=0的時刻對的時刻對應。應。以以a a =0=0作為零時刻，則作為零時刻，則u us1s1 u us6s6為余弦信號。為余弦信號。各晶閘管觸發(fā)時刻由相應的各晶閘管觸發(fā)時刻由相應的同步電壓同步電壓u us1s1 u us6s6的下降段的下降段和期望的輸出電

43、壓和期望的輸出電壓u uo o的交點的交點來決定。來決定。圖6-21 余弦交點法原理圖4-21u2u3u4u5u6u1us2us3us4us5us6us1uoaP3aP4wtwt716.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器圖圖617表示表示不同不同g g 時，時，在在u uo o一個周期內(nèi)，一個周期內(nèi)， a a 隨隨 w w o ot t 變化的情況。變化的情況。u g g 較小，即輸出電壓較較小，即輸出電壓較低時，低時，a a只在離只在離9090很近很近的范圍內(nèi)變化，電路的輸?shù)姆秶鷥?nèi)變化，電路的輸入功率因數(shù)非常低。入功率因數(shù)非常低。g = 0g = 0.1相位控制角a/( )輸出相位w 0

44、t圖4-2212015018030609000.91.02223圖6-22 不同g g 時a和wot的關系)sin(sin2)sin(coso1o1ttwgwga726.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器n4 輸入輸出特性輸入輸出特性n 1) 輸出上限頻率輸出上限頻率 輸出頻率增高時，輸出電壓一周期內(nèi)所含電網(wǎng)電壓段數(shù)減少，輸出頻率增高時，輸出電壓一周期內(nèi)所含電網(wǎng)電壓段數(shù)減少，波形畸變嚴重。波形畸變嚴重。電壓波形畸變及其導致的電流波形畸變和電動機轉(zhuǎn)矩脈動是電壓波形畸變及其導致的電流波形畸變和電動機轉(zhuǎn)矩脈動是限制輸出頻率提高的主要因素。限制輸

45、出頻率提高的主要因素。就輸出波形畸變和輸出上限頻率的關系而言，很難確定一個就輸出波形畸變和輸出上限頻率的關系而言，很難確定一個明確的界限。明確的界限。當采用當采用6 6脈波三相橋式電路時，輸出上限頻率不高于電網(wǎng)頻脈波三相橋式電路時，輸出上限頻率不高于電網(wǎng)頻率的率的1/31/21/31/2。電網(wǎng)頻率為。電網(wǎng)頻率為50Hz50Hz時，交交變頻電路的輸出時，交交變頻電路的輸出上限頻率約為上限頻率約為20Hz20Hz。736.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器0.8 0.6 0.4 0.2 0g =1.0輸入位移因數(shù)負載功率因數(shù) （ 滯后 ）負載功率因數(shù) （ 超前 ）圖4-2301.00.80.60

46、.圖6-23 單相交交變頻電路的功率因數(shù)2) 輸入功率因數(shù)輸入功率因數(shù)輸入電流相位滯后于輸入電壓，輸入電流相位滯后于輸入電壓，需要電網(wǎng)提供無功功率。需要電網(wǎng)提供無功功率。輸出電壓比輸出電壓比g g 越小，半周期內(nèi)越小，半周期內(nèi)a a的平均值越靠近的平均值越靠近9090，位移因，位移因數(shù)越低。數(shù)越低。負載功率因數(shù)越低，輸入功率負載功率因數(shù)越低，輸入功率因數(shù)也越低。因數(shù)也越低。不論負載功率因數(shù)是滯后的還不論負載功率因數(shù)是滯后的還是超前的，輸入的無功電流總是超前的，輸入的無功電流總是滯后。是滯后。輸入位移因數(shù) 負載功率因數(shù)（超前）負載功率因數(shù)

47、（滯后）746.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器3) 輸出電壓諧波輸出電壓諧波輸出電壓的諧波頻譜非常復雜，輸出電壓的諧波頻譜非常復雜，既和電網(wǎng)頻率既和電網(wǎng)頻率f fi i以及變流以及變流電路的脈波數(shù)有關，也和輸出頻率電路的脈波數(shù)有關，也和輸出頻率f fo o有關。有關。采用三相橋時，輸出電壓所含主要諧波的頻率為采用三相橋時，輸出電壓所含主要諧波的頻率為6f fi if fo o，6f fi i3f fo o，6f fi i5f fo o，12f fi if fo o，12f fi i3f fo o，12f fi i5f fo o，采用無環(huán)流控制方式時，由于電流方向改變時死區(qū)的影響，采用無環(huán)

48、流控制方式時，由于電流方向改變時死區(qū)的影響，將增加將增加5f fo o、7f fo o等次諧波。等次諧波。756.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器n4) 輸入電流諧波輸入電流諧波輸入電流波形和可控整流電路的輸入波形類似，但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，其幅值和相位均按正弦規(guī)律被調(diào)制，各次諧波的幅各次諧波的幅值較可控整流電路的諧波幅值小。值較可控整流電路的諧波幅值小。采用三相橋式電路的交交變頻電路輸入電流諧波頻采用三相橋式電路的交交變頻電路輸入電流諧波頻率率n n 式中，式中，k k= =1,2,3,；l l= =0,1,2,。766.3.2 三

49、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線方式公共交流母線進線方式輸出星形聯(lián)結方式輸出星形聯(lián)結方式交交變頻電路主要應用于大功率交流電機調(diào)速系統(tǒng)，使用的是三相交交變頻電路。776.3.2 三相交交變頻電路三相交交變頻電路n1）公共交流母線進線方式）公共交流母線進線方式由三組彼此獨立的、輸出電由三組彼此獨立的、輸出電壓相位相互錯開壓相位相互錯開120的單相的單相交交變頻電路構成。交交變頻電路構成。電源進線通過進線電抗器接電源進線通過進線電抗器接在公共的交流母線上。在公共的交流母線上。因為電源進線端公用，所以因為電源進線端公

50、用，所以三組的輸出端必須隔離三組的輸出端必須隔離。為。為此，此，交流電動機的三個繞組交流電動機的三個繞組必須拆開。必須拆開。主要用于中等容量的交流調(diào)主要用于中等容量的交流調(diào)速系統(tǒng)。速系統(tǒng)。圖6-24 公共交流母線進線三相交交變頻電路（簡圖）78n2) 輸出星形聯(lián)結方式輸出星形聯(lián)結方式6.3.2 三相交交變頻電路三相交交變頻電路圖4-25 輸出星形聯(lián)結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聯(lián)結，電動機的三個繞組也是三組的輸出端是星形聯(lián)結，電動機的三個繞組也是星形聯(lián)結。星形聯(lián)結。電動機中點不和變頻器中點接在一起，電動機只引電動機中點不和變頻器中點接在一起，電動機只引出三根線即可。

51、出三根線即可。796.3.2 三相交交變頻電路三相交交變頻電路圖4-25 輸出星形聯(lián)結方式三相交交變頻電路a）簡圖 b）詳圖因為三組的輸出聯(lián)接在一起，其因為三組的輸出聯(lián)接在一起，其電源進線必須隔離，因此分電源進線必須隔離，因此分別用三個變壓器供電。別用三個變壓器供電。由于輸出端中點不和負載中點相聯(lián)接，所以在構成三相變頻由于輸出端中點不和負載中點相聯(lián)接，所以在構成三相變頻電路的六組橋式電路中，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至少要有不同輸出相的兩組橋中的四個晶閘管同時導通才能構成回路，形成電流。四個晶閘管同時導通才能構成回路，形成電流。2) 輸出星形聯(lián)結方式806.3.2 三

52、相交交變頻電路三相交交變頻電路圖4-25 輸出星形聯(lián)結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)的兩個晶閘管靠雙觸發(fā)脈沖保證同時導通。兩組橋之間則是靠各自的觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，以保證同時導通。2) 輸出星形聯(lián)結方式816.3.2 三相交交變頻電路三相交交變頻電路n2 輸入輸出特性 輸入電流總輸入電流由三個單相的同一相(圖中為U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，總的諧波幅值也有所降低。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。826.3.2 三相交交變頻電路三相交交變頻電路諧波頻率為n (4-21)n和 (4-22)n式中k=1,2,

53、3,l=0,1,2,。 采用三相橋式電路時，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。 U U200t/ms輸出電壓單相輸出時相輸入電流三相輸出時相輸入電流200t/ms200t/ms圖6-26 交交變頻電路的輸入電流波形836.3.2 三相交交變頻電路三相交交變頻電路輸入功率因數(shù) 三相總輸入功率因數(shù)應為n (6-23)三相電路總的有功功率為三組單相有功功率之和。但視在功率卻不能簡單相加，而應由總輸入電流有效值和輸入電壓有效值來計算，比三組單相各自的視在功率之和要小

54、。三相總輸入功率因數(shù)要高于單相交交變頻電路。SPPPSPcba846.3.2 三相交交變頻電路三相交交變頻電路n3 改善輸入功率因數(shù)和提高輸出電壓改善輸入功率因數(shù)和提高輸出電壓基本思路基本思路各相輸出的是相電壓，而加在負載上的是線電壓。各相輸出的是相電壓，而加在負載上的是線電壓。在各相電壓中疊加同樣的直流分量或在各相電壓中疊加同樣的直流分量或3 3倍于輸出頻率的諧波倍于輸出頻率的諧波分量，它們都不會在線電壓中反映出來，因而也加不到負分量，它們都不會在線電壓中反映出來，因而也加不到負載上。利用這一特性可以使輸入功率因數(shù)得到改善并提高載上。利用這一特性可以使輸入功率因數(shù)得到改善并提高輸出電壓。輸出電壓。直流偏置直流偏置負載電動機低速運行時，變頻器輸出電壓很低，各組橋式負載電動機低速運行時，變頻器輸出電壓很低，各組橋式電路的電路的a a角都在角都在9090附近，因此輸入功率因數(shù)很低。附近，因此輸入功率因數(shù)很低。給各相輸出電壓疊加上同樣的給各相輸出電壓疊加上同樣的直