电力电子课件 - 华中科技大学 - 第6章 交流 - 交流变换器

输出电压波形
6.5.2 实用电路结构
6.5.2 实用电路结构(续1)
6.5.2 实用电路结构(续2)
6.5.3 交流－交流相控直接变频的优缺点 优点：
只需一级变换环节 晶闸管工作在自然换流工况 能量可双向传递，易实现电机的四象限运行 低频输出时可获得较高质量的正弦电压波形
缺点：
2


1

[sin 2 a sin 2 (a )]
IT
1 2
a a
(
2V S Z

ta
tg f
) [sin( t f ) sin( a f ) e
2
] d ( t )
2
VS 2Z


sin co s( 2 a f )
co s f
可看作三个独立的单相电 路分别分析。
i A i AB i CA i B i BC i AB i C i CA i BC
iBC L
C
iC
T3
uo
图 6.7 三相开口三角形电压控制器
绕组相电流小于输入线电流
i ,i ,i
A B
C
中无 3 次及 3的倍数次谐波电流
*
I T 与控制角 a
*
的关系曲线
sin cos( 2a f ) 2 cos f
2V S Z

Z 2V S
IT
1 2

2

例6-1
单相交流调压器控制230v交流电源的输出功率，负载电阻为 23Ω、感抗为23Ω ，求（1）a角控制范围；（2）最大电流有效值； （3）最大功率和功率因数。 L 23 解: (1) a f arctan R arctan 23 4 ； a max
电力电子学
——电力电子变换和控制技术（第二版）
第6章 交流-交流变换器
6 交流-交流变换器
6.0 引言
6.1 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 晶闸管相控交流/交流直接变频器
*6.6 矩阵式交流/交流变频器
6.7 本章小结
6.0 引言
本章主要讲述 交流-交流变流电路
把一种形式的交流电变成另一种形式交流电的电路 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来关断晶 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。
(a) 电路
vs

a f a f
2
f arctan L / R
v ,i ,i
O S
O
均为正弦波
0
iT 1
is
（2）a<f 时，同a=f
a
iT 4
f

f
a
t
2 a
is

vs
A
(c )电 流 连 续 电 感 性 负 载 波 形 vo
f
a
iT 4
f

f
2 a
6.2.1 电阻负载
6.2.2
电阻、电感性负载
*6.2.3 PWM交流电压控制器
6.2.1 电阻负载
iT 1
T1 i g 1
is
io
ig 4 T4
iT 4
V0
1



a
( 2V S sin t ) d ( t ) V S
2
1 2
sin 2 a
a
vs
vO
an
图(d)表明：负载输出电流与输出电压不同相位时，正反组变流 器在不同时段工作在整流或有源逆变工况。所以，半控桥变流 器不能构成交交变频器。
6.5.1 基本工作原理（续）
改善相控交－交变频器输出波形的措施
改变相控角ap (或an )只能在输出电压一个脉波周期中得到 一个输出电压平均值，因此： 1. 相同拓扑结构的相控交交变频器输出频率越低，输出电 压的脉波数越多，谐波含量越少。 2. 输出相同频率的交交变频器，拓扑结构输入的相数越多， 脉波数越多，输出电压的脉波数就越多，谐波含量越少。 三相交交变频器每相采用的晶闸管元件越多，输出波形越好
6.3.2
三相开口三角形交流电压控制器
6.3.1 三相Y联结电压控制器
V AN V BN
N
T1 T4 T3 T6 T5 T2
R
晶 闸 管 导 通 区
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T5
T1 T2
R
VCN
R
间
T6
A
V
V
V
B
V
C
(a) 电路
C
0

t
VCA
A V BC
N
(c ) a 0
控制角 a=0，三相同时导电，180°导电 。
3
有效功率 视在功率
1150 230 7 . 07
0 . 707
注：在a amin的非正弦电流工作下，功率因数<基波相移因数。

*6.2.3 PWM交流电压控制器
优点：输出 电压谐波 含量少
S1~S4:自关断功率器件
S3,S4: 负载续流开关

6.3 三相全波交流电压控制器
6.3.1
三相星形联结交流电压控制器
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

6.1.4 三角形联结的交流电压控制器
A
v
AN
i
Z
A
L
T
B
1
N
i
v
BN
B
T
Z
L
T
4
2
T
Z
L
5
T
T
3
6
只适用 于允许 断开6根 出线端 子的三 角形负 载
i
v
CN
C
C
(d) Δ联接的交流电压控制器

6.2 单相交流电压控制器
T3 T6 T5 T2
T
1
R
T
2
T
T
3
4
R
T
T
5
6
u
V
iA
AB
V
AC
V
BC
V
AB
V
AC
2R
2R
(a) 电路
0
t
( d )a 6 00
6.3.1 三相Y联结电压控制器(续2)
u
V
A
V
B
V
C
a=120°: 两相间断导电，
导电角 小于120°。
V AN T1 T4 V BN N VCN T3 T6 T5 T2 R R R
k a t ( k 1)
*6.5 晶闸管相控交流－交流直接变频器
6.5.1
基本工作原理
6.5.2
6.5.3
实用电路结构
交流/交流相控直接变频的优缺点
6.5.1 基本工作原理
正反组单相全控桥变流器并联(类似直流可逆主电路)构成单相 输出的相控交交直接变频器。控制正反组变流器的ap、an 随时 间周期性变化，负载端电压就成为频率可控的交流电压。
T1
0
t
0
120
I II III
T2
T3
T4
T5 T6
u
iA
V CB
V
AB
V AC
V
AB
2R V
AC
2R
(a) 电路
0
t
150
0
a=150°: 完全不能导电。
(e) a 1 2 0
0
6.3.1 三相Y联结电压控制器(续3)
工作状态小结：
（1） a＜30°：处于第一类工作状态（三相同时导电）。 （2）30°＜a＜60°：每隔30°交替地出现第一类和第二类工作 状态。 （3） 60 °< a <90 °：处于第二类工作状态（两相同时导电）
IO
2 IT
VS Z


sin cos( 2a f )
cos f
6.2.2 电阻、电感性负载（续3）

180
φ =0
φ
φ
160 140 120 100 80 60 40 20







f
tg
1
L
R
φ
φ
φ
φ
=9
=7
=6
=1 5
=4 5
=3
,

0
0
5
0
a f , 180 a f时 ，
（4） 90°< a <150°：交替处于第一类工作状态和断流状态。
（5） a > 150 °：电路全断流，不能工作。
所以电阻负载控制角a 的调控范围为： 0°~ 150°, 三相阻感性负载，分析方法与单相电路相同。

6.3.2 三相开口三角形电压控制器
iA A T1 T4 i AB L R B iB T6 T2 R L T5 iC A R