交流交流变换电路要点
交流交流变换电路
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VT
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C
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VT
图6-16 TSC理想投切时刻原理说明
晶闸管的投切 选择晶闸管投入时刻的原则：该时刻交流电源电压和电容器预充电电压相等，这样电容器电压不会产生跃变，就不会产生冲击电流。 理想情况下，希望电容器预充电电压为电源电压峰值，这时电源电压的变化率为零，电容投入过程不但没有冲击电流，电流也没有阶跃变化。
本章主要讲述 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
6.1 交流调压电路
电路图
原理
两个晶闸管反并 联后串联在交流电路 中，通过对晶闸管的 控制就可控制交流电 力。
6.1 交流调压电路
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。
图6-15 TSC基本原理图 a) 基本单元单相简图 b) 分组投切单相简图
作用 对无功功率控制，可提高功率因数，稳定电网电压，改善供电质量。 性能优于机械开关投切的电容器。 结构和原理 晶闸管反并联后串入交流电路。 实际常用三相，可三角形联结，也可星形联结。
晶闸管投切电容（Thyristor Switched——Capacitor——TSC）
三相三线
6.1.2 三相交流调压电路
6.1.2 三相交流调压电路
三相电路基本知识
三相电路基本知识一、概括三相电路基本知识是电力系统中至关重要的部分，涉及三相交流电的产生、传输、变换和应用。
本文旨在介绍三相电路的基本概念、原理及应用领域。
三相电路具有高效、稳定的特点，广泛应用于工业、商业和家庭等各个领域。
本文将重点介绍三相电源、三相负载、三相线路的接法、三相电路的功率计算，以及三相电路中的电压电流特性等内容，为读者提供三相电路的基本知识和理解，以便更好地应用和维护电力系统。
1. 介绍三相电路的重要性和应用领域三相电路在现代电力系统中占据着举足轻重的地位，其重要性不容忽视。
三相电路是一种能够同时传输三种频率电能的电路系统，其广泛的应用领域涵盖了工业、商业和家庭等各个方面。
了解三相电路的基本知识，对于电气工程师、电力工作者以及广大民众来说都至关重要。
三相电路的重要性体现在其高效稳定的电力传输能力上。
相较于单相电路，三相电路具有更高的输电效率和更大的容量，能够满足大规模电力负载的需求。
三相电路还能提供更为平衡和稳定的电力供应，有助于保障电力系统的整体运行安全。
三相电路的应用领域极为广泛。
在工业领域，三相电路是电动机、发电机、变压器等设备的核心驱动力量，广泛应用于各类机械设备、生产线以及自动化系统中。
在商业领域，三相电路用于照明、空调、电脑等设备，为商业活动的正常进行提供了重要支持。
在家庭领域，三相电路则为家用电器如电视、冰箱、洗衣机等提供了稳定的电力供应。
三相电路还广泛应用于电网建设、能源分配以及电力系统自动化控制等方面。
三相电路在现代电力系统中具有不可或缺的地位。
掌握三相电路的基本知识，对于理解和应用电力系统具有重要意义。
在接下来的文章中，我们将详细介绍三相电路的基本概念、工作原理以及相关的技术要点。
2. 简述三相电路的发展历程及其在现代电力系统中的地位三相电路的发展历程可以追溯到电力工业的早期阶段。
自发电机的发明以来，三相电路技术得到了不断的完善和发展。
随着工业化的进程，三相电路因其高效、稳定的特性，逐渐取代了单相电路，成为电力系统的主要组成部分。
交流电路工作原理
交流电路工作原理交流电路是一种电路，电流方向和大小随着时间的变化而周期性地改变。
它是由交流电源、负载和其他元件组成的。
交流电路工作原理是利用交流电源提供的电压来驱动负载，实现电能的转化和传输。
在交流电路中，电源可以是交流电发生器，它产生正弦波形状的电压信号。
这个信号的频率决定了电流变化的快慢。
负载可以是任何需要电能进行工作的设备，如灯泡、电动机等。
交流电路中常用的元件有电阻、电容和电感。
电阻用于限制电流，电容用于储存电能，电感用于储存磁能。
这些元件的特性会影响电路的性能和响应。
当交流电路中的电源开始提供电压时，电流会随着时间的变化而周期性地改变方向和大小。
这是因为正弦波形的电压信号会驱动电流来回流动。
在电压为正时，电流方向为正；在电压为负时，电流方向为负。
交流电路中的电流和电压具有相位差，即它们的变化不完全同步。
相位差的大小和方向取决于电路中的元件特性和连接方式。
这种相位差在交流电路的分析和设计中起着重要的作用。
交流电路中的负载会消耗电能，通过变化的电流和电压来进行转化。
例如，灯泡会将电能转化为光能和热能。
电动机会将电能转化为机械能。
交流电路工作原理可以通过分析电路中的电压、电流和功率来理解。
电压和电流是相互关联的，它们遵循欧姆定律和基尔霍夫电流定律。
功率表示电能的转化速率，通过功率可以评估电路的效率和性能。
总而言之，交流电路的工作原理是利用交流电源提供的电压来驱动负载，通过电流的周期性变化实现电能的转化和传输。
了解交流电路的工作原理对于电路设计、分析和维护都是至关重要的。
直流-交流变换电路
组N的逆变。为此，只要降低 U d β 且使 EU dβ(U dα)，
则N组产生逆变，流过电流Id2，电机电流Id反向，反组有 源逆变将电势能E通过反组N送回电网，实现回馈制动。 （3）反组整流 N组整流，使电动机反转，其过程与正组整流类似。 （4）正组逆变 P组逆变，产生反向制动转矩，其过程与组反逆变类似。
逆变状态时的控制角称为逆变角β，规定以α=π处作为计量
β角的起点，大小由计量起点向左计算。满足如下关系：
4.2.2 逆变失败与最小逆变角的限制
1、逆变失败
可控整流电路运行在逆变状态时，一旦发生换相失败，电 路又重新工作在整流状态，外接的直流电源就会通过晶闸 管电路形成短路，使变流器的输出平均电压Ud和直流电 动势E变成顺向串联，由于变流电路的内阻很小，将出现 很大的短路电流流过晶闸管和负载，这种情况称为逆变失 败，或称为逆变颠覆。
4.3 无源逆变（变频）电路
4.3.1 变频概述及变频器的种类
将直流电能变换成交流电能供给无源负载的过程称为无逆 变。用于逆变的直流电能通常是由电网提供的交流电整流 得来的。我们把“将电网提供的恒压恒频CVCF(Constant Voltage Constant Frequency)交流电变换为变压变频 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)交流电供给 负载”的过程称为变频，实现变频的装置叫变频器。
造成逆变失败的原因：
（1）触发电路工作不可靠。不能适时、准确地给各晶闸 管分配触发脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等。
（2）晶闸管发生故障。器件失去阻断能力，或器件不能 导通。
（3）交流电源异常。在逆变工作时，电源发生缺相或突 然消失而造成逆变失败。
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。
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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
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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。
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6.1 交流调压电路
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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；
AC-AC转换电源电路的设计要点
前言利用电力电子器件实现工业规模电能变换的技术，有时也称为功率电子技术。
一般情况下，它是将一种形式的工业电能转换成另一种形式的工业电能。
例如，将交流电能变换成直流电能或将直流电能变换成交流电能；将工频电源变换为设备所需频率的电源；在正常交流电源中断时，用逆变器（见电力变流器）将蓄电池的直流电能变换成工频交流电能。
应用电力电子技术还能实现非电能与电能之间的转换。
例如，利用太阳电池将太阳辐射能转换成电能。
电力电子技术在如今的社会中有着不可或缺的作用。
(1) 优化电能使用。
通过电力电子技术对电能的处理，使电能的使用达到合理、高效和节约，实现了电能使用最佳化。
(2) 改造传统产业和发展机电一体化等新兴产业。
据发达国家预测，今后将有95%的电能要经电力电子技术处理后再使用，即工业和民用的各种机电设备中，有95%与电力电子产业有关，特别是，电力电子技术是弱电控制强电的媒体，是机电设备与计算机之间的重要接口，它为传统产业和新兴产业采用微电子技术创造了条件，成为发挥计算机作用的保证和基础。
(3) 电力电子技术高频化和变频技术的发展，将使机电设备突破工频传统，向高频化方向发展。
实现最佳工作效率，将使机电设备的体积减小几倍、几十倍，响应速度达到高速化，并能适应任何基准信号，实现无噪音且具有全新的功能和用途。
(4) 电力电子智能化的进展，在一定程度上将信息处理与功率处理合一，使微电子技术与电力电子技术一体化，其发展有可能引起电子技术的重大改革。
有人甚至提出，电子学的下一项革命将发生在以工业设备和电网为对象的电子技术应用领域，电力电子技术将把人们带到第二次电子革命的边缘。
目录前言 (1)摘要 (3)1．设计目的 (4)2．主要技术参数 (5)3．主电路图 (6)4．电路各部分工作原理分析 (7)4.1整流电路的设计 (7)4.1.1工作原理 (7)4.1.2主要数量关系 (8)4.2 逆变电路的设计 (9)4.2.1三相电压型桥式逆变电路 (9)4.2.2逆变器主电路设计 (11)4.3 脉宽控制电路的设计 (12)4.3.1 SG3524芯片 (12)4.3.2 利用SG3524生成SPWM信号 (13)4.4 驱动电路的设计 (15)4.5整流变压器的设计 (17)4.6 保护电路原理框图及工作原理 (2)5 系统仿真 (2)5.1 系统仿真电路图 (2)5.2 SPWM设计 (2)6. 设计小结 (19)7.附表：AC/AC转换电源所用元器件 (18)参考文献 (20)摘要本次课程设计题目为AC/AC转换电源设计。
交交变频电路
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交交变频
第五节 电流型交－交变频电路
• 电流型－－输出交变电流 • 单相输入，三相输出 • 由两个电流型逆变器
反并联构成。 • f0 / fi < 1 / 3 时，晶闸
管可实现自然换流， 不需逼迫换流电路。
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• 要点：
– 交－交变频电路（周波变流器）旳原理及电 路。
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交交变频
第四节 三相交－交变频器
• 三相输入、三相输出－－应用普遍 • 常用零式及桥式交－交变频器比较：
元件 整流 脉波 输出 谐波 功率 个数 形式 数 电压 含量 等级 零式－－18支 半波 少 低 较高 中档 桥式－－36支 全波 多 高 较低 大
• 正、负组间留有死区，以使晶闸管可靠关断。
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交交变频
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• 输出频率 谐振频率
交交变频
• 控制措施：
在每一种电流脉冲开始之前：
– 根据所需电流方向决定触发正组或负组
– 根据所需电流大小在三个输入电压中选择， 并触发相应旳晶闸管。
– 电压选择原则：
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• 交－交变频器旳缺陷：
交交变频
– 晶闸管元件数量多，成本高，控制复杂。
– 最高输出频率受限制， f0 / fi < 1 / 3 。 – 输入侧功率因数低，当输出电压较低时，功
率因数更低。
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第二节 倍频电路
一、三倍增频器 • 电阻负载，电压过零
交流-交流变换电路汇总
应用电路：电风扇无极调速器 P172
2、单相调压电路的结构和工作原理(阻-感负载)
（1）电路结构和工作原理波形
i2 VT1
U g1
u2
Ug2 VT2 u
L
R
(a)
图4-3
u2 (ug )
U g1
U g2
0
i
iB i2
0 is
i2
u
U g1 t
i2 t
0
t
是负载电流的稳态分量，它滞后于电压一个功率因数角 ； 为以时间常数
② 带电感性负载时，不能用窄脉冲触发，否则 当α<φ时会发生有一个晶闸管无法导通的现象， 电流出现很大的直流分量。
③ 带电感性负载时，α的移相范围为φ ~180度 ， 带电阻性负载时移相范围为0 ~180度。
4.1.2 三相交流调压器
工业中交流电源多为三相系统，交流电机也 多为三相电机，应采用三相交流调
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。
2、Y型： 这是一种最典型、最常用的三相交流调压电路
图4-10
它的正常工作须满足： ① 三相中至少有两相导通才能构成通路，且其中
第4章 交流-交流变换电路
1. 交流调压：交流电力控制电路只改变交流电 压、电流的幅值或对交流电路进行通断控制 ，而不改变交流电的频率。它包括交流开关 、交流调功和交流调压等。
2. 交-交变频
交流电力控制电路主要采用通断控制或相位控制方式。
交流开关和交流调功主要采用通断控制，而交流调压通常采用 相位控制。 1）通断控制。即把晶闸管作为开关，将负载与交流电源接通
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6-1-1 单相交流调压
2.相位控制
u1
wt
uo
wt
a
输出电压有效值:
Uo
2
(
2U sin w t)2 dw t U
2 a
1 ( a sin 2a )
2
6-1-2 三相交流调压
主要接线形式有
三相四线联接（YN 联接）
三相三线联接（Y 联接）
三角形联接（D 联接）等
通常用于小功率电机调速\温 度控制等场合
6-1-2 三相交流调压
三相三线联接三相交流调压 电阻负载波形(控制角=60)
6-1-3 电力电子开关
和采用通断控制方法控制输出功率相似， 利用晶闸管的开通可控与反向阻断特性，将 反并联的晶闸管串联到电路中，可作为无触 点开关来使用。此时电路的目的不是控制输 出平均功率，而是根据需要接通与断开电路。
6-1-2 三相交流调压
三相四线联接（YN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。
6-3 矩阵式交交变频器
相控交交变频电路具有输入功率因数低、 输入电流谐波严重、输出频率低(低于输入 频率)等缺陷，使其应用受到限制。
6-2-2 三相交交变频电路
1) 三相交--交变频主电路
1) 三相交--交变频主电路
1) 三相交--交变频主电路
6-2-2 三相交交变频电路
2 输入输出特性 输出频率上限:约为输入频率的1/3
输入功率因数 P
S
总的表观功率应比三组单相变频电路表观功率 之和小。因此，三相交-交变电路的总输入功交流-交流变换电路
前言 6-1 交流电压控制电路 6-2 相控交交变频电路 6-3 矩阵式交交变频器
返回
第6章 交流/交流变换电路
交流/交流变换电路是直接从交流电变换得 到另一种形式的交流电的电力电子电路。
交流电压控制电路
改变电压不对 频率进行变换
交流调压 交流调功
交流变频电路
实现频 率变换
输出电压谐波/输入电流谐波较大
3 交-交变频器和交-直-交变频器的比较
交-交变频器优点：
只用一次变流，提高了变流效率
可以方便地实现四象限工作。相控整流装 置既可整流，也可以实现有源逆变，因此交 -交变频器容易实现能量的双向流动。
低频时输出波形接近正弦波
6-2-2 三相交交变频电路
交-交变频器主要缺点： 接线复杂，使用的晶闸管较多
2 a 0的点应定在各相电压过零点
3 触发相位自 T1 至 T6 ，依次滞后间隔为60
6-1-2 三相交流调压
4 存在两种不同的工作状态
1类工作状态同一时刻，每一 相均有一晶闸管导电
2类工作状态同一时刻，有一 相两只晶闸管都不导电， 另两相各有一只晶闸管 导电
6-1-2 三相交流调压
三相三线联接三相交流调压 电阻负载波形(控制角=30)
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
6-2-2 三相交交变频电路 返回
为获得期望输出电压，应使每次控制角改变的 间隔内整流输出电压平均值和期望电压相等.
Ud Uo
a cos1( sin w0t)
其中 U om U do
4) 无环流控制及有环流控制
无环流控制方式
控制电路保证两个反并联的相控整流电路 不同时工作，从而两个整流电路之间不存在电 流同时通过。
在无环流方式下，由于在负载电流换向、在整 流器之间切换工作时为保证无环流而必须留一 定的死区时间，使得输出电压的波形畸变增大。
6-2-2 三相交交变频电路
交-交变频器主要用于交流调速系统中， 因此实际使用的主要是三相交-交变频器。
三相交-交变频电路是由三组输出电压相 位各差120的单相交-交变频电路组成的，因 此上一节的许多分析和结论对三相交-交变 频电路也是适用的。
三相交-交变频电路形式: 公共交流母线进线、三相半波整流器构成的方式 公共交流母线进线、三相桥式整流器构成的方式 输入隔离输出星形联结的桥式整流器方式
和机械开关相比，这种电力电子开关响应 速度快，不存在触点氧化等问题，因而寿命长。
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
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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
6.2.1单相交-交变频电路
2) 整流与逆变工作状态
负载电流正半周， 正组变流电路工作 负载电流负半周， 反组变流电路工作
3) 输出正弦波电压的控制方法
设期望输出的正弦电压: Uo Uom sin w0t
整流电路输出平均电压: Ud Udo cosa U do :整流器理想空载电压
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 控制方式： 1.通断控制
4) 无环流控制及有环流控制
有环流控制方式
正反两组变流电路之间设置环流电抗器。运行 时，两组变流电路都施加触发脉冲，正组触发 角 a p和反组触发角a N 保持的关系aP aN 180。此 时由于正反组输出电压瞬时值不等,两组变流电 路之间存在环流。
在有环流方式下，可以避免出现电流断续现象， 并可消除电流死区，从而使变频电路的输出特 性得以改善，然而控制较无环流方式复杂。