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电力电子 AC-AC变换.

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《电力电子技术》第五章AC-AC变换技术应用

《电力电子技术》第五章AC-AC变换技术应用
《电力电子技术》
第五章 AC-AC变换技术应用
第5章 AC-AC变换技术
概述 5.1 交流调压电路
5.1.1 单相交流调压电路 5.1.2 三相交流调压电路 5.2 其他交流电力控制电路 4.2.1 交流调功电路 4.2.2 交流电力电子开关 5.3 交交变频电路 5.3.1 单相交交变频电路 5.3.2 三相交交变频电路 5.4 矩阵式变频电路 本章小结
VT1提前通，L被过充电，放电时间延长， VT1的导 通角超过π
■
5.1 交流调压电路
交流调压电路的应用：
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
调节变压器一次电压
■
5.1.1 单相交流调压电路
1．电阻负载
工作原理：
在VT1u和1的VT正2半的周开和通负角半a进周行，控分制别就对可
Io = 2IT
Z I TN = I T 2U1
IVTN
j = 90°
7650°° 45°
0.5 0.4 j = 0 0.3 0.2 0.1
0
40
80
120
160 180
a /(°)
图4-4
图4-4 单相交流调压电路a为参变量时
a IVTN和 关系曲线(显示放大图）
■
5.1.1 单相交流调压电路
a < j 时的工作情况

晶闸管电流有效值
IVT =
1
2
a
a
2U1 Z

s in( t


j
)

交流电力控制电路

交流电力控制电路
•
用三对反并联晶闸管连接 成三相三线交流调压电路
• 首先要确定电路中门极起始控制点，把图中 的晶闸管换成二极管可看出，在电阻负载时 ，从相电压过零时刻开始，相应的二极管就 导通。因此，α的点应定在各相电压过零点 。
• 晶闸管VT1、VT3、VT5的触发相位依次相差 120°，VT4、VT6、VT2的触发相位依次也 相差120°，同相的两个晶闸管的触发相位相 差180°。这样，自VT1至VT6的触发相位依 次相差60°。
•
晶闸管与负载连接成内三 角形的三相交流调压电路
•连接成内三角形的交流调压电路
•
晶闸管与负载连接成内三 角形的三相交流调压电路
• 如上图所示，可以看成是三个由线电 压供电的单相交流调压电路的组合。 晶闸管点应定在线电压的零点上，VT1 ～VT6的触发脉冲依次相差60度。
•
晶闸管与负载连接成内三 角形的三相交流调压电路
（1） 固定周期控制 总控制周期数m不 变，通过调节导通 周期数n来调节导通 比，进而调节平均 输出功率。 1）全周波连续控制
•
由过零触发开关电路组 成的单相交流调功器
（1）固 定周期 控制
2）全周波 断续式
•
由过零触发开关电路组 成的单相交流调功器
•（2）可变周期控制： 即导通周期数n不变， 而改变控制周期数m， 从而控制导通比及输出 功率。
• 由过零触发开关电路组成的单相交 流调功器，是采用周期控制的方式 。即将交流电源与负载接通几个整 周期，再断开几个整周期，通过改 变接通周期数与断开周期数的比值 来调节负载上的平均功率。即通过 控制导通比D=n/m可以调节平均功 率。
•
由过零触发开关电路组 成的单相交流调功器
3. 零触发的两种工 作模式

第5章 AC-AC变换

第5章 AC-AC变换

在晶闸管交流调压电路中，每相负载电流为正负对称的缺角 正弦波，它包含有较大的奇次谐波电流，3次谐波电流的相 位是相同的，中性线的电流为一相3次谐波电流的三倍，且 数值较大，这种电路的应用有一定的局限性。
湘潭大学机械工程学院
2、晶闸管与负载连成内三角形的三相交流调压电路
优点：由于晶闸管串接在三 角形内部，流过的是相电流， 在同样线电流情况下，管子 的容量可降低，另外线电流 中无3的倍数次谐波分量。 缺点：只适于负载是三个分 得开的单元的情况，因而其 应用范围也有一定的局限性。
湘潭大学机械工程学院
② 控制角α=30º
以U相为例，uU过零变正 30º 后发出VT1的触发脉冲 ug1，uU过零变负30º 后发出 VT4的触发脉冲ug2 。 归纳α=30º时的导通特点 如下：每管持续导通150º ； 有的区间由两个晶闸管同时 导通构成两相流通回路，也 有的区间三个晶闸管同时导 通构成三相流通回路。
负载上获得负向电压。 如果工作期间α角不变，则输出电压为矩形波交流电 压，如图(b)所示。 改变正反组切换频率可以调节输出交流电的频率， 而改变的α大小即可调节矩形波的幅值。
湘潭大学机械工程学院
(2) 正弦波型交-交变频器
主电路与方波型的主电路相同，但正弦波型交-交变频器输出 电压的平均值按正弦规律变化，克服了方波型交-交变频器输出 波形高次谐波成分大的缺点。 在正组桥整流工作时，使控制角α从 / 2 0 / 2 ，输出的 平均电压由低到高再到低的变化。 在负组桥逆变工作时，使控制角α从 / 2 / 2 ，就可以 获得平均值可变的负向逆变电压。
(2) 斩波控制：利用脉宽调制技术把交流电压波形分割 成脉冲列，改变脉冲的占空比即可达到调接平均输出 电压的目的。

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

电力电子AC——AC变换

电力电子AC——AC变换
Uo 1



( 2U sin t ) 2 dt U
1 [sin 2 sin(2 2 )]
负载电流有效值Io为
t 1 2U tan Io sin( t ) sin( )e d t π Z
io t 0
解方程得
2U 2U （α≤ω t≤α+θ） io sin(t ) sin e tan Z Z t 2U 2U sin e tan 为暂态分量。 sin(t ) 为稳态分量； it 其中 is Z Z
t t t t
it
io

it
t
电
力
电
子
技
术
6.2.1 相控式交流调压电路
u1 O
iG1 iG2
O

O io
iT1
O
触发脉冲的宽度< -( )= -
α < 时的工作情况（ 用窄脉冲触发） t VT1提前导通，L 被过充电，放电 时间延长， VT1 t 的导通角超过π； 触发VT2时， io尚 未过零， VT1仍 t 导通， VT2不导 通；
(b) 高压直流电源方案
电
力
电
子
技
术
6.1 概述
在一些大惯性环节中，例如温度控制有时也采用通断控制，这 种电路称交流调功电路。通断控制一般在交流电压的过零点接 通或关断，加在负载上是整数倍周期的交流电，在接通期间负 载上承受的电压与流过的电流均是正弦波，与相位控制相比， 对电网不会造成谐波污染，仅仅表现为负载通断。
（a） 阻感负载单相交流调压电路

交-交变换(ACAC变换

交-交变换(ACAC变换

VR
M
LC 2
M
N
VR
A B C
M
~
N
N
a)
VF
LC1 LC 2
b)
VR
c)
采用三相桥式电路 的反并联可逆电路 a)主电路 b)简图
A B C
Ld
Ia Ea
LC 4 a)
Ud M
LC 3
-
A B C
VF
VR
M
b)
2．交叉连接
a） 三相半波电路构成 b）三相桥式电路构成
A1 B1 C1
VF
VR
Ld
A2
优点：安全可靠，无环流，体积小。 缺点：存在换流死区，动态响应慢。
2)．有环流系统
基本工作方式：VF、VR同时加触发脉冲信号， 但它们的控制角满足 ， F R 180 其目的是使两组整流桥输出同一个数值、同一 个方向的Ud 。这种控制方式称为α、β配合控 制。
电动机工作状态 工作象限 转速n、反电势Ea、电压Ud 转矩T，电枢电流Ia 无坏流系统 正组VF状态 反组VR状态 正组VF状态 反组VR状态 正向电动 Ⅰ ＋ + 整流 封锁 整流 待逆变 正向制动 Ⅱ ＋ － 封锁 逆变 待整流 逆变
电压差如能产生直流平均环流则其流向与图中的Ic反向，与晶闸管装置所允许的 电流流动方向相反而实际不能流通。可知，这时也不会产生直流平均环流。 产生直流平均环流Ic。由于两边电源的内阻都较小，很小的 U d 也会引起较大 的直流平均环流，且 U d 是一个直流平均量，它无法依靠电抗器来抑制Ic的 大小，只能靠改变 F R 来减弱或消除它。 （1）使 F R 略大于1800 （2）使 min min

交流变换电路ppt课件


u
u
1
o
u1 Oα uo
ug1
θ
ug2
α
O io
O u VT
O
2.参数计算
输出电压有效值Uo：
a a U 01 πa π 2 U 1 s int2d (t) U 12 1 π s in 2 π π
R
输出电流有效值Io：
Io

Uo R
t
晶闸管电流有效值IT：
t
IT2 1 πa π 2 U 1 R sint 2d(t)U R 1 1 2 1a πsin 2π 2 a
抑制冲击电流
I
的小电感
U
a)
Hale Waihona Puke b)TSC图基4本-1原5 理图
•两个反并联的晶闸管起着把C并 入电网或从电网断开的作用。 •串联小电感的作用：抑制电容 器投入电网时出现的冲击电流。 •为避免容量较大的电容器组同 时投入或切断对电网造成较大冲 击，一般需将电容器分组。 •根据电网对无功的需求而改变 投入电容器的容量。
R
基本原理：
将负载与交流电源接通几个整周波，再断开几个整周波，通过改变 通断周波数的比值来调节负载的平均功率。 因调节对象是电路的输出平均功率，故称为交流调功电路。 采用过零触发方式，负载电压、电流都是近似完整的正弦波。
11
交流调功电路
交流调功电路
VT 1 i
o
VT 2
u 1
u o
R
零触发输出电压的两种工作模式
第5章 交流变换电路
5.1 交流电力电子开关电路 5.2 交流调压电路与交流调功电路 5.3 交交变频电路
本章小结
1
概述

第6章_AC-AC变换技术


Iin
Io
220 Z
22( A)
Pin
I
2 o
R
3872(W )
6.2 单相交流调压电路
功率因数为 cos 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
3
时，先计算晶闸管的导通角，由式（6-16）得
e sin( 0.6435) sin( 0.6435)
◆ 图9-20是TSC的基本原理图，可以看出TSC的基本原理实际上就是 用晶闸管交流开关来投入或者切除电容器，两个反并联的晶闸管 起着把电容C并入电网或从电网断开的作用，串联的电感很小，只 是用来抑制电容器投入电网时可能出现的冲击电流；在实际工程 中，为避免容量较大的电容器组同时投入或切断会对电网造成较 大的冲击，一般把电容器分成几组，根据电网对无功的需求而改 变投入电容器的容量，TSC实际上就成为断续可调的动态无功功
■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。——6.2～6.4 ◆变频电路：改变频率的电路。——6.5
■间接方式 ◆在交流变流电路中增加了直流环节。 ◆在9章的变频器和UPS中介绍。
6.1 AC-AC变换技术概述
■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。
1
(
2U1 sinwt)2 d(wt) U1
1 sin 2 sin(2 2)
2
(6-17)
☞晶闸管电流有效值IVT
I VT
1
2
2U1 Z
sin(wt
)
sin(
wt
)e tg
2

AC-DC-AC变换


iL
iD
iD3 D5
D1 P *
1 2VD 1
C1 T1
L1
N
=
21
N2
B
o A ip N*1
IL C+
2VD
C2
T2
D2 Q
*
N2
=
2
N2
PV0 R
0
VAB iD3
0
iD
VAB
4
(d) iL 波形
(e) iD3 波形
t t
(a)
D4 iD4
0
12TS
TS (f)iD4 波形
t
图9.6(a) (d) (e) (f)
电力电子学
——电力电子变换和控制技术（第二版）
第9 章
多级开关电路组合型交流、 直流电源
9 多级开关电路组合型交流、直流电源
引言 9.1 AC/DC-DC/AC变压、变频电源VVVF 9.2 AC/DC-DC/AC恒压、恒频不间断电源UPS 9.3 晶闸管相控整流-有源逆变的直流输电系统 9.4 具有中间交流环节的直流电源 *9.5 移相全桥零电压开关DC/AC-AC/DC变换器 9.6 交流电源、直流负载时电力电子变换系统方案比较 小结
蓄电池经 逆变器向 负载供电
供电质量不如在线双变换式UPS
9.2.3 在线互动式UPS
图9.图 4双9.4变双流变器流器串串、、并并联联补补偿偿式式UPUSPS
通常co交sφ流=1电；源负v载S不非是线额性定，值有，谐且波有电谐流波，电要压求，不但停希电望，is有仅额有定基正波弦分电量压且VR。 令并联变流器II输出iLh+iLQ及部分iLP，输出额定正弦电压VR; 令串联变流器I输出vsh及基波补偿电压(VS1-VR)（容量15~20%）; 使电源仅输出基波有功电流cosφ=1 、负载仅含基波电压且vL=vR。

第4章交流电力控制电路和交交变频电路(ACAC变换)

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，不改变频率的电路
改变频率的电路
变频电路
交交变频电路 交直交变频电路
大多不改变相数，也有改变相数的
2
交交变频电路
直接变频电路
直接把一种频率的交流变成另一种频率或可变频率的交流
交直交变频电路
间接变频电路
先将交流整流成直流，再把直流逆变成另一种频率或可变频率的交流
(4-10)
14
IVTN
0.5
0.4 j= 0
0.3
0.2
设晶闸管电流IVT的标么值为
Z IVTN IVT
2U1
(4-11)
0.1 IVT和a的关系曲线如图4-4
0 40 80 120 160180
a /(°)
图4-4 单相交流调压电路a为参变量时IVTN和a关系曲线
15
/(°)
180
u1
VT1
25
电流中含有很多谐波，进行傅里叶分析可知，其中电流谐波次数
为6k±1(k=1，2，3，…)。
和三相桥式全控整流电路交流侧电流所含谐波的次数完全相同。 谐波次数越低，含量越大。 和单相交流调压电路相比，没有3的整数倍次谐波，因三相对称
交流调压电路 交流调功电路
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
以交流电周期为单位控制晶闸管通断，改 变通断周期数的比，调节输出功率的平均 值
交流电力电子开关
不调节输出平均功率，只接通或断开电路， 串入电路的晶闸管
6
4.1 交流调压电路
4.1.1 单相交流调压电路 4.1.2 三相交流调压电路
VD1 V1 i1
u1
V2 VD2
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AC/AC
6.1.3 无中线的三相连接 is
V'
输入电流中没有3 次及3的倍数次谐 波电流
（c） 无中线的三相联接
AC/AC
6.1.4 三角形联结的控制器
v
AN
i i
A
T
B
Z
A
L
1
N
B
v
T
Z
L
4
T
T
6
2
T
Z
C
L
5
BN
只适用 于允许 断开6根 出线端 子的三 角形负 载
i
v
CN
C
T
3
(d) Δ联接的控制器
us O uo O
t
t
增大，输入电流滞后于电压
且畸变，λ 降低。
=0时，功率因数λ =1，
i
o
u
O
V T
t
O
t
电阻负载单相交流调压电路及其波形
AC/AC
iT1
T1 ig1
is
io
T4
iT 4
1 1 V0 ( 2VS sin t ) 2 d ( t ) VS sin 2a 2
AC/AC
6.2 单相交流电压控制器
6.2.1
电阻负载
6.2.2
*6.2.3
电阻、电感性负载
PWM交流电压控制器
AC/AC
6.2.1 电阻负载
输出电压与 α 的关系: 移相范围为0≤ ≤π。 =0时，输出电压为最大 。 Uo=Us, 随 的增大，Uo降低， =π时， Uo =0。 λ 与 的关系:
AC/AC
把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路 交流调压电路 相位控制 交流电压 频率不变，仅 控制器 改变电压大小 交流调功电路 通断控制 变频器
交交变频 实现频率变换 亦可改变电压大小 交直交变频 直接 间接
采用晶闸管作开关器件时，依靠交流电源瞬时值过零及反向关断晶闸 管。晶闸管开关器件的开通则可采用移相控制，改变控制角调控变换器输出 电压的大小。 单相电压控制器常用于小功率单相电动机、照明和电加热控制，三相交 流－交流电压控制器的输出是三相恒频变压交流电源，通常给三相交流异步 电动机供电，实现异步电动机的变压调速，或作为异步电动机的启动器使用 。
vo
0


v0 R

B

vo
C
t
io

0



2
t
AC/AC
6.2.1 电阻负载（续）
表6.1 不同触发角
时基波
V1m 和3~15次谐波电压(电流)的相对值
AC/AC
基波及谐波分布图
电阻负载、不同触发角α时基波及谐波幅值分布图
AC/AC
6.2.2 电阻、电感性负载
O u
VT
t
O
t
图4-2 电阻负载单相交流调压电路及其波形
AC/AC
（1） <
j 时电路工作情况。
T1的导通时间超过π 。 触发T2时， io尚未过 零， T1仍导通， T2 不会导通。io过零后， T2才可开通，T2导通 角小于π。 衰减过程中， T1导通 时间渐短， T2的导通 时间渐长。
t
1 ( t a ) tg
(d)电流不连续波形
输出电压有效值 VO 、晶闸管电流有效值 I T 、负载电流有效值 I O 为：
VO 1



( 2VS sin t ) 2 d ( t ) VS
1 [sin 2 sin 2( )]

A
vo


vs
AC/AC
(c)电流连续电感性负载波形
(3)

diT1 dt
]
0
A
iT1
vo

αφ

iT 4
2
v0 vS 2VS sin t RiT1 L
iT 1 2VS [sin( t ) sin(a )e Z





B
两个 反并联 开关器件
通态时： 断态时：
vO (t ) vS (t )
vO (t ) 0
AC/AC
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
6.1.2 带中线星形联结
三个单相 交流电压 控制器可 组合成带 中线的三 相交流电 压控制器
is
T1 T4
T3 T6 T5
V
T2
（b） 带中线星形联接
缺点 中线电流大
90 时，中线电流约等于相电流
vs 2Vs sin t

is
R
(a) 电路
vs
Z ( L) 2 R 2
arctan L / R
O
v ,i ,i
O S
均为正弦波


2
iT1
0




t
2

时，同

iT4

is
。
vs
(c)电流连续电感性负载波形
u1 O
阻感负载单相交流调压电路
t

iG1 iG2
O
t t t
O io
iT1
j
O
<j时阻感负载交流调压电路工作波形 图4-5
iT2
AC/AC
iT1
T1 ig1

is
（2 ）
L
io

时，
ig4
T4
iT 4
vO
vO vS 2VS sin t
iS iO 2VS sin( t ) Z
T1
负载阻抗角： j = arctan(L / R) 若晶闸管短接，稳态时负载 电流为正弦波，相位滞后于us 的角度为j ，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。
u
us u
1
O 0.6
t
uG1
O
G2
G1
u
t
O u
t
o
O i
o
t
=0时刻仍定为us过零的 时刻， 的移相范围应为j ≤ ≤ π。
ig4

vO
vs 2Vs sin t

2
D
R
I 0 I S V0 / R
v s 2Vs sin t
A
I T I S / 2 V0 / 2R
P VI V 1 PF 0 0 0 sin 2 S VS I S VS 2
利用傅立叶级数可求出基波及各次谐波。
第6章
交流-交流变换器
1
AC/AC
6 交流-交流变换器
6.0 6.1 引言 晶闸管交流电压控制器的类型
6.2 单相交流电压控制器
6.3 三相全波交流电压控制器
*6.4 变压器抽头电压控制器
6.5 *6.6 6.7 交流/交流直接变频器 矩阵式交流/交流变频器 本章小结
6.0 引言
本章主要讲述 交流-交流变流电路
AC/AC
6.1 晶闸管交流电压控制器的类型
6.1.1 单相全控
6.1.2 带中线星形联结 6.1.3 无中线的三相连接
6.1.4 三角形联结的控制器
AC/AC
6.1.1 单相全控
is
T1
io
vo


T 4
vs 2Vs sin t
（a） 单相全控
R
负载电压、负载 功率的大小由 控制角 确定