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【电力电子】第6章 交流交流变流电路

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交流-交流变流电路

交流-交流变流电路

☞晶闸管电流有效值IVT
IVT
20 0 20 60 100 a /(° ) 140 180
U1 sin cos(2 a j ) cos j 2 Z
负载电流有效值： I 0 2 IVT
IVT的标么值：
单相交流调压电路以a为参变 量的θ和a关系曲线 2016/2/16
IVTN IVT
■星形联结电路
◆分为三相三线和三相四线两种情况。 ◆三相四线 ☞相当于相当于三个单相交流调压电路 的组合，三相互相错开120°工作。
☞基波和3倍次以外的谐波在三相之间流
动，不流过零线。 ☞三相中3倍次谐波同相位，全部流过零
三相交流调压电路
a) 星形联结
线。零线有很大3倍次谐波电流。
☞ a =90°时，零线电流甚至和各相电 流的有效值接近。
可开通，VT2 导通角小于π 。 ☞ io 有指数衰减分量，在指数分量衰减过程中，VT1 导通时间渐短，VT2 的
u1 O
导通时间渐长。
iG1 iG2
wt

O a
wt wt wt
图4-5
O io
a iT1
j
O a
iT2
2016/2/16
a<j时阻感负载交流调压电路工作波形
12
6.1.1 单相交流调压电路
2016/2/16 17
6.1.2 三相交流调压电路
■星形联结电路
◆三相三线 ☞ 任一相导通须和另一相构成回路，因 此电流通路中至少有两个晶闸管，应采用双 脉冲或宽脉冲触发。
☞触发脉冲顺序和三相桥式全控整流电
路一样，为VT1~ VT6，依次相差60° ☞把相电压过零点定为开通角a的起点，
三相交流调压电路

电力电子技术第6章 交流交流变流电路

电力电子技术第6章 交流交流变流电路

~u
VT1
uo
R
（a） 电阻负载单相交流调压电路 u1 O uo O i
o
α
π +α
t
VT1
VT2
t
u
O
V T
t
t O School of Electronics Science and Technology 7/57 （b）电阻负载单相交流调压工作波形
6.1.1 单相交流调压电路
每个晶闸管均在对应的交流电压 过零点关断，晶闸管的控制触发 角为α，导通角为θ = π-α。负载电 压波形是电源电压波形的一部分， 负载电流（也即电源电流）和负 载电压的波形相同，晶闸管也只 在两个晶闸管均关断时才承受电 压。 定量分析：由此可知，当晶闸管 的控制触发角为α时，负载两端的
ui 0 uo 0
t
t
图6-1 （c）斩控式交流调压方案 6/57
School of Electronics Science and Technology
6.1.1 单相交流调压电路
1 相控式交流调压电路
VT2
相控式交流调压电路的工作情 况和负载性质有很大的关系， 下面就电阻性负载和电感性负 载分别讨论。 （1）电阻性负载 单相相控式 交流调压电路电阻性负载电路 图如图所示，加在该电路输入 端的电源为正弦交流电。在交 流电源的正负半周分别在ωt =α 和ωt =π +α 时刻触发晶闸管VT1 和VT2，从而得到负载两端的电 压、电流以及VT两端电压波形 如图所示。
■直接方式
◆交流电力控制电路：只改变电压、电流或对电路的通 断进行控制，而不改变频率的电路。
◆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 出电压有效值的电路。 ◆交流调功电路：以交流电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。 ◆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。

6电力电子-交交变换

6电力电子-交交变换

wt
uOo
α
wt
O io
θ
wt
O
wt
u VT1
O
wt
二、阻感负载
2.工作特点
1）必须采用宽脉冲或脉冲列触发。
2）晶闸管的导通角θ既与控制角α有关，也与负载 阻抗角φ有关。
α>φ时， θ=π-α+φ< π 。
3）αθ↓ Uo↓→实现交流调压。 4）α的移相范围为： φ~π。
5）α= φ时，晶闸管全导通（θ = π），相当于正弦 稳态电路（uo=u1，io滞后于uo φ角度 ）。此时 Uo 及Po为最大。
wt
•θ=π
wt
•Uo=U1为最大，Io及P也为最大。
wt
11
单相交流调压电路
VT1
二、阻感负载
io VT2
R
1.工作原理
u1
uo
L
设负载阻抗角为φ= arctan(ωL / R)
u1
Oφ
u G1
u
αO
G2
uOo
φ
α
O io
VT1
O u VT1
O
3）a <φ时
wt
•若ug为窄脉冲，则只有VT1导通，VT2始
a
ua VT3
VT4
n
b
ub VT
VT
态，这时负载相电压就是电源相电压；
2）两相中各有一个晶闸管导通，另一相不导通， n' 称为2类工作状态，这时导通相的负载相电压是
5
6
c
电源线电压的二分之一。
uc
VT2 负载
以a相为例，分析a相负载电压uan‘波形：
•三相中各有一个晶闸管导通：uan‘=ua;

第六章_交-交变流电路

第六章_交-交变流电路
1
• 输出电压的频率
• 输出上限频率：输出电压的频率应低于输入电压的频率 （电网频率），由于输出电压频率越接近电网频率，则每 个周期中所含电网电压段数就越少，波形就畸变越严重
• 输入功率因数
• 特点：1，由于相位控制，则输入电流相位总是滞后于电
压相位，由于该性质，因此要求电网输出无功功率。 2，当越小，则半周期中的平均越接近90，即 位移因数越低。
斩控式交流调压电路
1.由V1和V2通断进行斩控控制 2.V3和V4进行续流
VD1 i1 V2 VD2 V3 VD3
用V2进行斩波控制
V1
用V4给负载电流 提供续流通道
u1
VD4 uo V4
R L
图4-7
6.2 交流调功电路
1. 与调压电路的异同
1）.电路结构与调压电路结构相同 2）.电路控制方式不同
wt
V T
O
wt
注意：
1.功率因数是指电路端口输入与输出功率大 小之比，即U 1 I 0 和 U 0 I 0 2.功率因数受到的影响，即 U 0 U1 时 1 但是随着增大后，则此时Uo将降低，因此λ 随着增加而减小。 3.对于电压波形Uo会随着会发生畸变，调压 方向只会向降低的方向进行。
组工作，电流为负时N组工作。 2.当负载电压为正且电流为正时，P组工作在整流， 当电压为负且电流为正时，P组工作在逆变状态。 3.当负载电压为负且电流为负时，N组工作在整流， 当电压为正且电流为负时，N组工作在逆变状态。
输出电压调制方法——余弦交点法
• 由于每次控制的都在变化之中固用电压平均值表示u1 O Nhomakorabeauo wt
4. 晶闸管导通电流有效值：
IT 1 2 2U1 sinw t d w t U1 R R

电力电子技术6 交流变换电路

电力电子技术6 交流变换电路

6.2 交－交变频电路
正反两组整流器切换时，不能简单将原来工作的整流器封 锁，同时将原来封锁的整流器立即开通。因为已开通的晶 闸管并不能在触发脉冲取消的那一瞬间立即被关断，必须 待晶闸管承受反压时才能关断。如果两组整流器切换是触 发脉冲的封锁和开放同时进行，原先导通的整流器不能立 即关断，而原来封锁的整流器已经开通，于是出现两组桥 同时导通的现象，将会产生很大的短路电流，使晶闸管损 坏。为了防止在负载电流反向时环流产生，将原来工作的 整流器封锁后，必须留有一定死区时间，再将原来封锁的 整流器开通工作。这种两组桥任何时刻只有一组桥工作， 在两组桥之间不存在环流，称为无环流控制方式。 （2）变频电路的工作过程（以感性负载为例）
（2）输出星形联结方式
三相单相交-交变频电路的输出端星形联结，电动机的三个绕组也星形 联结，电动机中点和变频器中点接在一起，电动机只引出三根线即可。 因为三组单相变频器连接在一起，其电源进线就必须隔离，所以三组单 相变频器分别用三个变压器供电。
6.2 交－交变频电路
6.2.3 交-交变频电路输出频率上限的限制 交-交变频电路的输出电压是由若干段电网电压拼接而成的。当
输出频率升高时，输出电压一个周期内电网电压的段数就减少， 所含的偕波分量就增加。这种输出电压波形的畸变是限制输出频 率提高的主要因素之一。 6.2.4 交-交变频电器的优缺点 同交-直-交变频器相比有以下优缺点 1、优点：（1）只有一次变流，且使用电网换相，提高了变流效 率。 （2）可以很方便的实现四象限工作。 （3）低频时输出波形接近正弦波 缺点： （1）接线复杂，使用的晶闸管数目多。 （2）受电网频率和交流电路各脉冲数的限制，输出频率低。 （3）采用相控方式，功率因数较低。
当电源处于正半周时，触发T1导 通，电源的正半周施加到负载上； 当电源处于负半周时，触发T2导 通，电源负半周加到负载上。电

电力电子技术基础 第6章 AC-AC变换-交流调压和交交变频器

电力电子技术基础 第6章 AC-AC变换-交流调压和交交变频器

图6-1 单相交流调压电路（电阻式负载）
第6章 AC/AC变换——交流调压和交交变频器
u1
2、单相交流调压电路 （阻感式负载）
0j a
p
2p
wt
波形与工作原理
VT1
i0
VT2
R i2
~u1
u0
L
uG uG1
uG2
0
wt
u0
0j a
p
p+ a
wt
i00wtqFra bibliotekuVT
0
wt
图6-2 阻感负载电路波形
第6章 AC/AC变换——交流调压和交交变频器
电力电子技术课程讲座
第6章 AC/AC变换——交交变流电路 6.1 概述
交流-交流变流电路（AC/AC Converter）即把一种形式的交流变成另一种形式 交流的电路。在进行AC-AC变流时，可改变相应的电压(电流)、频率和相数等。
交流-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。
+
p
a p
第6章 AC/AC变换——交流调压和交交变频器
2、单相交流调压电路 （电阻式负载）
1.0
功率因数 λ
0.8
P U0I0 U0 sin 2a + p a
S U1I0 US
2p
p
✓ α越大，输出电压越低，功率因数也越低。 ✓ 移相范围： ✓ 图中输出电压虽是交流，但不是正弦波，没有偶次谐
O
✓
时刻，开通VT2，此时i2流过负载，u0 = u1；
✓在
期间，无VT通，由相应的VT承担u0电压，u0 = 0。
p+a

第6章 交流-交流变换电路


周波变换器
6-1 交流电压控制电路
典型应用
1 灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制) 2 异步电动机软起动 3 小型异步电动机调压调速 4 供用电系统对无功功率的连续调节 5 加热炉温度控制
6-1 交流电压控制电路 6-1-1 单相交流调压 控制方式： 1.通断控制
2.相位控制
6-1-1 单相交流调压
电力电子开关应用例
无功补偿装置—晶闸管投切电容器（TSC： Thyristor Switched Capcitor）中利用晶闸管 实现补偿电容的投入与切除，实现输入功率 因数在期望值附近。
TSC单相主电路
返回
6-2 相控交交变频电路 6.2.1 单相交-交变频电路
1) 基本结构与工作原理
将两个相控整流电路反并联并控制它们分 时向负载供电，则可在负载上获得交流电
Y 三相四线联接（ N 联接） 三角形联接（ D联接）
三相四线联接、三角形联接三相交流调压 可看作是三个单相交流调压电路的组合,可 仿照单相交流调压方法进行控制.
6-1-2 三相交流调压
中线上 是否存 在电流?
6-1-2 三相交流调压
三相三线联接（Y 联接） 工作原理
1 由于没有零线，每相 电流必须和另一相构成 回路.与三相全控桥整 流电路一样，应采用宽 脉冲或双窄脉冲触发。
接线复杂，使用的晶闸管较多
受电网频率和变流电路脉波数的限制 输出频率较低，输出电压谐波成分大 采用相控方式，输入功率因数较低
交-交变频器主要用于500kW以上，转速在 600r/min以下的大功率、低转速的交流调 速装置中。它既可用于异步电动机传动，也 可用于同步电动机传动。
6-2-2 三相交交变频电路
控制方式：

第6章 交流-交流变换电路

9
单相交流调压阻感负载 阻感负载电路不同 、 的 图6-2-3 单相交流调压阻感负载电路不同α、 φ的波形
2、阻感负载 、
α < 时，采用宽脉冲或脉冲列触发。 采用宽脉冲或脉冲列触发。
则在刚开始触发晶闸管的几个周波内， 这样即使α＜φ，则在刚开始触发晶闸管的几个周波内， 两管的电流波形还是不对称的。但经几周波后，负载电 两管的电流波形还是不对称的。但经几周波后， 流即成为对称连续的正弦波，电流滞后电压φ角。 流即成为对称连续的正弦波，
14
三、斩控式交流调压电路
原 理 分 析
i1 V2
T
器件
V1 u 2 V u1 1 = ton/T
V1
为ton
开关
为
VD 1
一般采用全控型器 件作为开关器件
控
VD 2 V3 VD 3
控
15
u1
控
VD 4 uo V4
R L
4-7
单相交流调压电路
斩控式交流调压电路阻性负载 特性 电源电流的基波分量和电源 电压同相位 电源电流不含低次谐波， 电源电流不含低次谐波，只 含和开关周期T有关的高次 含和开关周期 有关的高次 谐波 功率因数接近1 功率因数接近
u1 O uo O io O uVT O u1 u1 VT1 VT2 io uo R u1 VT1 VT2 io uo R
ωt
O uo
ωt
ωt
O io O uVT
ωt
ωt
ωt
ωt
O
ωt
5
第一节 交流调压电路
VT1
数量关系
负载电压有效值
u1
VT2
io uo R
Uo =
π α 1 sin 2α + 1 1 α 2π π U 负载电流有效值 Io = o R 晶闸管电流有效值

6_交流交流变流电路


VT 2 u1
io uo R
u1 O uo O io O uVT O
ωt
ωt
ωt
7
ωt
6.1.1 单相交流调压电路（电阻负载）VT 单相交流调压电路（电阻负载）
负载电压有效值
Uo =
1
∫( π
1
π α
2 1 sinωt d(ωt) U
2
)
VT 2 u1
io uo R
π −α 1 α =U1 sin2 + 2 π π
2
u1 O uo O io O uVT O
ωt
ωt
ωt
ωt
9
6.1.1 单相交流调压电路（电阻负载） 单相交流调压电路（电阻负载）
功率因数
U P UI 1 π −α sin2 + λ= = o o = o = α S U1Io U1 2 π π
u1
VT 1 VT 2 io uo R
u1 O uo O io O uVT O
解：负载阻抗及负载阻抗角分别为： 负载阻抗及负载阻抗角分别为：
2 Z = R 2 + X L = 10Ω
XL 6 ϕ = arctan( ) = arctan( ) = 0.6435 = 36.87° R 8 的变化范围为： 因此开通角α的变化范围为：
ϕ ≤α <π
即
0.6435 ≤ α < π
20
30
支路控制三角联结电路
工作原理 由三个单相交流调压电路组 成，它们分别在不同的线电 压作用下工作 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） 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
ua b ub uc a ia 负载 n

交流变换电路详解课件


负载电流基波和各次谐波有效值：
I on U on / R
在上面关于谐波的表达式中 n=1为基波，n=3,5,7,…为奇次谐波。随着谐波次数n的增加， 谐波含量减少。
第7页，共43页。
6.1.1 单相交流调压电路
➢感性负载 （R-L负载）
❖ 单相交流电压器带阻感负载时，
工作情况同可控整流电路带电感负 载相似；
2） 采用宽脉冲或脉冲列触发，使第
二个晶闸管的导通角θ<π 。随后T1
导通角逐渐减小，T2逐渐增大，最终
使两个晶闸管的导通角θ=1800达到平
图（6.1.4）
衡。解决失控现象。
窄脉冲触发时的工作波形
第12页，共43页。
6.1.1 单相交流调压电路
总结：
❖ 当 时，并采用宽脉冲触发， 负载电压、电流总是完整的正弦波， 改变控制角 ,负载电压、电流的有
第六章 交流变换电路
➢ 概述
➢ 交流变换电路：把交流电能的参数（幅值、频率、相数）加以转换的 电路。
交流电力控制电路
分
维持频率不变 改变输出电压的幅值。
类
交一交变频电路 （直接变频电路）
将电网频率的交流电直接变换成较低频率的交流电 直接变频的同时也可实现电压变换。
第2页，共43页。
6.1 交流调压电路
第3页，共43页。
6.1.1 单相交流调压电路
➢单相交流调压器主电路特点：
T1 、T2 构成无触点交流开关。
✓ 1）电源正半周：T1触发 导通，电源 的正半周施加到负载上；
✓ 2）电源负半周：T2触发导通，电 源负半周便加到负载上；
✓ 3）电源过零：T1、T2交替触发 导通，电源电压全部加到负载；
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Uo
1
(
2U1 sin wt)2 d (wt)
U1
1 sin 2 sin(2 2 )
2
(6-8)
☞晶闸管电流有效值IVT
图6-3 单相交流调压电路以 为参变量的 和 关系曲线
I VT
1
2
2U1 Z
sin(wt
)
sin(
wt
)e tg
2
d(w t )
U1 sin cos(2 )
第6章 交流交流变流电路
6.1 交流调压电路
6.2 其他交流电力控制 电路
6.3 交交变频电路
引言
■交流-交流变流电路：把一种形式的交流变成另一种形 式交流的电路。
■交流-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。
■直接方式 ◆交流电力控制电路：只改变电压、电流或对电路的
通断进行控制，而不改变频率的电路。 ◆变频电路：改变频率的电路。
2/53
6.1 交流调压电路
6.1.1 单相交流调压电路 6.1.2 三相交流调压电路
3/53
6.1 交流调压电路·引言
■把两个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 可以控制交流输出。
■交流电力控制电路
◆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， 调节输出电压有效值的电路。
2 L
10
因此开通角 的变化范围为：
即
0.6435
①当 = /6时，由于 < ,因此晶闸管调压器全开放，输出电压为完 整的正弦波，负载电流也为最大，此时输出功率最大，为
I I 220 22(A)
in
oZ
10/53
6.1.1 单相交流调压电路
P I 2 R 3872(W )
in
in
功率因数为
Pin 3872 0.8
U1Io 220 22
实际上，此时的功率因数也就是负载阻抗角的余弦。
② 时，先计算晶闸管的导通角，由式（6-7）得
3
e sin( 0.6435) sin( 0.6435)
tan
3
3
解上式可得晶闸管导通角为：
2.727 156.2
11/53
6.1.1 单相交流调压电路
1 sin 2
2
(6-1)
☞负载电流有效值Io ☞晶闸管电流有效值IT
Io
Uo R
(6-2)
2
IT
1 2
2U1 sinwt
R
d wt U1
R
1 (1 sin 2 ) 2 2
(6-3)
☞功率因数
P U o I o U o 1 sin 2
S U1I o U1 2
(6-4)
IVT
U1
2 Z
sin cos(2 ) cos
220 2.727 sin 2.727 cos(2 3 0.6435 2.727 )
2 10
0.8
13.55(A)
I I I 19.16(A)
in
o
VT
P I 2 R 2937(W )
in
in
Pin 2937 0.697
5/53
6.1.1 单相交流调压电路
◆ 的移相范围为0≤ ≤ ，随着 的增大 ，Uo逐渐降低， 逐渐降低。 ■阻感负载
◆工作过程 ☞若晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦
波，相位滞后于u1的角度为 ，当用晶闸管 控制时，只能进行滞后控制，使负载电流更 为滞后。
☞设负载的阻抗角为 tg1(wL / ，R)稳态时 的移相范围应为 ≤ ≤ 。
U1Io 220 19.16
12/53
6.1.1 单相交流调压电路
■单相交流调压电路的谐波分析 ◆带电阻负载时，对负载电压uo进行谐波分析
式中
an
uo (wt) (an cos nw t bn sin nw t) n 1, 3,5,
(6-12)
a1
2U1 (cos 2 1) 2
b1
2U1 sin 2 2( )
电压。
4/53
6.1.1 单相交流调压电路
u1
O
wt
uo
O
wt
io
uO
wt
VT
O
wt
图6-1 电阻负载单相交流 调压电路及其波形
■电阻负载
◆工作过程
☞在交流电源u1的正半周和负半周，分别对VT1和 VT2的开通角 进行控制就可以调节输出电压。
◆基本的数量关系
☞负载电压有效值Uo
Uo
1
2U1 sinwt 2 dwt U1
◆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 变通态周期数和断态周期数的比，调节输出功率平均值的电路。
◆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。
■应用
◆灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制)。
◆异步电动机软起动。
◆异步电动机调速。
◆供用电系统对无功功率的连续调节。
◆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
☞在 t= 时刻开通晶闸管VT1，可求得 导通角 ，即
sin( ) sin( )e tg (6-7)
VT1
图6-2 阻感负载单相交流 调压电路及其波形
6/53
6.1.1 单相交流调压电路
以 为参变量，利用式(6-7)可以把 和 的关系用图6-3的一簇曲线来表示 ◆基。本的数量关系
☞负载电压有效值Uo
2
2U1
n
1
1
cos(n
1)
1
n
1
1
cos(n
1)
1
(n=3,5,7,…)
wt
iT2
图6-5 < 时阻感3
6.1.1 单相交流调压电路
◆例6-1 一单相交流调压器，输入交流电压为220V，50Hz，负载为电阻电感，
其中R=8W，XL=6 W。试求 = /6、 /3时的输出电压、电流有效值及输入功
率和功率因数。
解： 负arc载tan(阻XR抗L) 及arct负an(载86) 阻0.6Z抗435角 3分6.8R7别2为：X
(6-9)
2 Z
c os
7/53
6.1.1 单相交流调压电路
☞负载电流有效值Io ☞晶闸管电流IVT的标么值
式中Z R2 (wL)2
Io 2IVT
I VTN I VT
Z 2U1
(6-10) (6-11)
图6-4 单相交流调压电路 为参变量时IVTN和 关系曲线
8/53
6.1.1 单相交流调压电路
◆ < 时的工作情况 ☞VT1的导通时间超过 。 ☞触发VT2时，io尚未过零，VT1仍导通，VT2不会导通，io过零后，VT2才可
开通，VT2导通角小于 。 ☞io有指数衰减分量，在指数分量衰减过程中，VT1导通时间渐短，VT2的导
通时间渐长。
u1
O
wt
iG1
O
iG2
O io
iT1
wt wt
O