第六章 交流变换电路
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第6章DC-AC变换技术
由于D2、D3(或D1、D4)续流，电压形成一个与导通期间伏秒积相等的负(正)的面积。如果Q1和Q4（Q2和Q3）导通时间超过Ts/4，波形导通时间变化的影响。由此可见，全桥逆变器在感性负载时不宜采用双极性控制方式。 vAB的有效值和瞬时值为： ——为输出电压角频率。 当n=1时，其基波分量的有效值为： 显然当电源电压和负载不变时，其输出功率是半桥电路的4倍。
图6-6 逆变器输出瞬时电压和电流曲线
图6-7 四象限工作情况
图6-8 反并联二极管
3 、逆变器波形指标 实际逆变器的输出波形总是偏离理想的正弦波形，含有谐波成分，为了评价输出波形的品质质量，从电压角度引入下述几个参数指标： 1）谐波因子（Harmonic Factor） 第n次谐波因子HFn定义为第n次谐波分量有效值同基波分量有效之值比，即 2）总谐波（畸变）因子THD (Total harmonic distortion factor) 该参数表征了一个实际波形同基波分量的接近程度。输出为理想正弦波的THD为零。 3）畸变因子（Distortion factor） 总谐波因子指示了总的谐波合量，但它并不能告诉我们每一个谐波分量的影响程度，畸变因子定义： 对于第次谐波的畸变因子定义如下：
图6-13 方波逆变器输出频谱
因此，我们得出方波逆变器输出的频谱图，如图6-13所示，并有以下结论： （1）方波逆变器输出的方波谐波幅度随着n的增加而减小，其减小系数为1/n； (2)偶次谐波不存在； (3)最低次谐波为3次谐波； (4)由于基波和谐波频率差较小，低通滤波器设计相当困难。 图6-14为方波的各次谐波时域图。
图6-12 全桥电路移相控制方式的工作过程
3傅立叶级数、方波逆变器输出谐波 1)傅立叶级数 傅立叶级数是研究和分析波形形状的工具。为了分析方便，把傅立叶级数的基本定义、概念叙述如下。 在实际问题中，除了正弦函数外，还会遇到许多非正弦的周期函数，为了研究非正弦的周期函数，将周期函数展开成由三角函数组成的级数，即将周期为 的周期函数用一系列三角函数 之和来表示： 其中 都是常数。
第6章 交流调压电路
第六章 交流调压电路
•
只改变交流电压或对电路的通断进行控制，而不改变频率的 电路称为交流电力控制电路。 交流调压电路、交流过零调功电路是交流电力控制电路的常 用形式。
•
• 共同点:(1)多数电路都未用晶闸管作为开关元件，晶闸管连接方式 相同(2)电力变换时，它们都不改变交流电的频率; • 区别: (1)它们的控制目标不同，交流调压电路控制的目标是输出 电压的有效值，交流过零调功电路控制的目标是输出平均功率。 （2）控制方式不同，交流调压有通/断控制和相位控制方式，交 流调功利用过零触发，调节晶闸管的通断周波数的方式。 •
图6-15 交流调压电路构成b）工作波形
•
•
二、晶闸管电镀电源
低压大电流电路:交流输人电压380V, 50 Hz;直流输出电流。0~1500A，直流输出电 压0~18V。 • 晶闸管电镀电源的主电路如图6-16所示。
图6-16 晶闸管电镀电源的主电路
第一节单相交流调压电路
采用晶闸管组成的交流电压控制电路，可以很方便地调节输出电压的有效 值。交流调压器的晶闸管控制通常有通/断控制和相位控制两种方法。 • 通/断控制是将晶闸管作为开关将负载与交流电源接通几个周期，然后再断 开几个周期，通过改变通/断时间的比值达到调压的目的。 • 相位控制是使晶闸管在电源电压的每一个周期中，在选定的时间内将负载 与电源接通，通过改变选定的时刻可达到调压的目的。 • 用晶闸管组成的单相交流调压电路有多种形式，可以由一只双向晶闸管组 成，也可以使用两只普通的晶闸管来完成。以下以使用两只普通的晶闸管反 向并联组成的电路为例，来分析单相交流调压电路的工作原理。 •
•
二、调功电路实例
•
图6-13 全周波连续式分立元件过零调功电路
•
只改变交流电压或对电路的通断进行控制，而不改变频率的 电路称为交流电力控制电路。 交流调压电路、交流过零调功电路是交流电力控制电路的常 用形式。
•
• 共同点:(1)多数电路都未用晶闸管作为开关元件，晶闸管连接方式 相同(2)电力变换时，它们都不改变交流电的频率; • 区别: (1)它们的控制目标不同，交流调压电路控制的目标是输出 电压的有效值，交流过零调功电路控制的目标是输出平均功率。 （2）控制方式不同，交流调压有通/断控制和相位控制方式，交 流调功利用过零触发，调节晶闸管的通断周波数的方式。 •
图6-15 交流调压电路构成b）工作波形
•
•
二、晶闸管电镀电源
低压大电流电路:交流输人电压380V, 50 Hz;直流输出电流。0~1500A，直流输出电 压0~18V。 • 晶闸管电镀电源的主电路如图6-16所示。
图6-16 晶闸管电镀电源的主电路
第一节单相交流调压电路
采用晶闸管组成的交流电压控制电路，可以很方便地调节输出电压的有效 值。交流调压器的晶闸管控制通常有通/断控制和相位控制两种方法。 • 通/断控制是将晶闸管作为开关将负载与交流电源接通几个周期，然后再断 开几个周期，通过改变通/断时间的比值达到调压的目的。 • 相位控制是使晶闸管在电源电压的每一个周期中，在选定的时间内将负载 与电源接通，通过改变选定的时刻可达到调压的目的。 • 用晶闸管组成的单相交流调压电路有多种形式，可以由一只双向晶闸管组 成，也可以使用两只普通的晶闸管来完成。以下以使用两只普通的晶闸管反 向并联组成的电路为例，来分析单相交流调压电路的工作原理。 •
•
二、调功电路实例
•
图6-13 全周波连续式分立元件过零调功电路
第6章1 交流—交流
t tg sin( t ) sin( ) e d( t )
IVT
U2 2Z
1 2
I VT
2U 2 Z
t tg sin( t ) sin( ) e d( t )
id
u2
VT1
R
udc
VT4 L
自动化与信工程学院电气系
--电力电子技术--
4、特点 1）调节连续； 2）纯阻负载时，电源电流基波分量与电源电压同相位， 位移因数为1； 3）电源电流谐波：只含和开关周期有关的高次谐波， 易于滤波器设计，功率因数高。
自动化与信工程学院电气系
--电力电子技术--
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--电力电子技术--
4）
2
查P143,图6-3： 查P143,图6-4：
ITR 2U 2 R2 ( L)
2
,
135 0
I RN 0.32
2
I RN 320( A)
P ( 2 320 ) 2 R cos 0.453 S ( 2 320 ) 230
id
2U 2 (cos cos t ) L
iT1
ωt
2 3
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--电力电子技术--
负载电流：
平均值：
有效值：
Id 0
I dR
1
晶闸管
平均值：
2U 2 (cos cos t dt 291 (A ) L
n 1, n 3,5,7,9......
第六章 AC-AC变换器
• 交流调压电路一般采用相位控制，其特点是维持频率不变，仅改变输 出电压的大小，它广泛应用于电炉温度控制、灯光调节、异步电机的 软启动和调速等场合。此外，在高压或低压大功率直流电源中，也常 用交流调压电路调节变压器一次电压。 • 在这种电路中如采用晶闸管相控整流电路，高电压小电流可控直流电 源就需要很多晶闸管串联，低电压大电流直流电源需要很多晶闸管并 联，这都是十分不合理的。若采用交流调压电路在变压器一次侧调压，
相控交流调压电路－单相
t
t t
t
dio L Rio dt
2U1 sin t
t tg
io
2U1 sin t sin e Z
正弦项
指数衰减项
6.2.1
三相四线
相控交流调压电路－三相
VT4
RA uA RB uB RC uC
~u
VT1
1 [sin 2 sin 2 2
u 0 ug1 0 ug2 0 uo 0 io 0
I VT
t t t t t
1 2U1 2 Z
t tg sin( t ) sin( )e
其电压电流值都适中，而在变压器二次侧只要用二极管整流就可以了。
6.1 概述
• 交流电力控制电路：交流调功电路和交流电子开关 • 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。 • 交流电子开关一般也采用通断控制，用来替代交流电路中 的机械开关，主要用于投切交流电力电容器以控制电网的 无功功率。交流调功电路和交流电子开关通称交流电力控 制电路。
电力电子技术第6章
电
力
电
子
技
术
第6章 AC－AC变换器
基本内容
1
概述
交流调压电路 交流电力控制电路
2
3
4
交－交变频电路
电
力
电
子
技
术
6.1 概述
交流-交流变流电路——一种形式的交流变成另一种 形式交流的电路，可改变相关的电压、电流、频率 和相数等 只改变电压, 交流调压电路 相位控制 电流或控制电 交流电力 路的通断,而 控制电路 交流调功电路 通断控制 不改变频率的 电路。 交交变频 直接 改变频率的电路 变频电路 交直交变频 间接
u 0
t t t
is
可见：当φ <a <π 时，由于其中的 暂态分量为负（负的直流分量） ，因此VTl和VT2的导通角θ 均小 于π!
ug1 0 ug2 0 uo 0 io 0
io
t
it
it
t
电
力
电
子
技
术
6.2.1 相控式交流调压电路
VT2导通时，上述关系完全相同，只是io极性相反，相位差180°。 在这种情况下，负载电压有效值Uo为
流过负载中的电流有效值Io为
Io Uo U R R 1 sin 2 2
6-2
流过晶闸管中电流有效值IVT为
I VT 1 2U sin t U d ( t ) 2 R R
2
1 sin 2 4 2
电
力
电
子
技
术
第6章 学习指导
学习指导
本章主要讨论交流调压电路、交流电力控制电路和交－交变频电路的 构成和基本工作原理。建议重点学习以下主要内容： 1）交流调压电路构成的基本思想、单相相控式交流调压电路的工作 原理、星形连接的三相相控式交流调压电路的工作原理和电路工作特 点。 2）交流调功电路的工作原理、晶闸管投切电容器电路的工作特点。 3）相控式单相交－交变频器的电路构成特点、工作原理、调制方法 以及输入输出特性；相控式三相交－交变频器的电路接线特点；矩阵 式交－交变频器的基本概念、电路构成的基本思想、矩阵式交交变频 电路的基本工作原理。
电路分析基础第6章-三相交流电路-PPT精选课件.ppt
19
第6章三相交流电路
6.2.1 若把对称三相负载ZU、ZV、ZW一端连在一起，成为一
个公共点N′(称为负载的中点)，并接到三相电源的中线上， 而各负载的另一端分别接到三相电源的端线上，就构成星形 连接，如图6-7所示。用四根导线把电源和负载连接起来的 三相电路，称为三相四线制电路(Y0-Y0供电系统)。
第6章三相交流电路
6.1 三相电源
所谓三相交流电源，是由三个频率相同、振幅相等、相 位依次互差120°的正弦交流电源按一定方式连接而成的电
6.1.1 对称三相电源 三相发电机是将三组完全相同的绕组对称固定在同一圆
柱形铁芯上，固定不动，这三个绕组在空间位置上互相差 120°角。当中间转动的励磁绕组以角频率ω匀速旋转时， 三相绕组会同时产生三个大小及频率相同而相位互差120° 的对称三相电动势，这就是三相交流发电机的原理。图61(a)
10
100
由此得中线电流为
•
•••
INIUIVIW2 2374 4672 2120
2 20.8j2 20.64 40.6j440.82 21j2 2 3
2
2
3 3j29 .4 3.2 4 54.6 1A
29
第6章三相交流电路 (1)在对称的三相四线制电路中(负载为对称三相负载)， 中线电流为零，即中线不起作用，可以去掉，成为三相三线 (2)三相负载不对称时，中线有电流通过，中线不能断 (3)中线上不允许安装熔断器(保险)和开关；熔断器(保 险)和开关只能装在端线(火线)
压严重不对称，使用电设备不能正常工作。
24
第6章三相交流电路
【例6-2】对称三相负载作星形连接，且每相负载为纯
电阻，大小为10Ω，已知电源电压 U UV =380∠0°V，求
第6章三相交流电路
6.2.1 若把对称三相负载ZU、ZV、ZW一端连在一起，成为一
个公共点N′(称为负载的中点)，并接到三相电源的中线上， 而各负载的另一端分别接到三相电源的端线上，就构成星形 连接，如图6-7所示。用四根导线把电源和负载连接起来的 三相电路，称为三相四线制电路(Y0-Y0供电系统)。
第6章三相交流电路
6.1 三相电源
所谓三相交流电源，是由三个频率相同、振幅相等、相 位依次互差120°的正弦交流电源按一定方式连接而成的电
6.1.1 对称三相电源 三相发电机是将三组完全相同的绕组对称固定在同一圆
柱形铁芯上，固定不动，这三个绕组在空间位置上互相差 120°角。当中间转动的励磁绕组以角频率ω匀速旋转时， 三相绕组会同时产生三个大小及频率相同而相位互差120° 的对称三相电动势，这就是三相交流发电机的原理。图61(a)
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由此得中线电流为
•
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INIUIVIW2 2374 4672 2120
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3 3j29 .4 3.2 4 54.6 1A
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第6章三相交流电路 (1)在对称的三相四线制电路中(负载为对称三相负载)， 中线电流为零，即中线不起作用，可以去掉，成为三相三线 (2)三相负载不对称时，中线有电流通过，中线不能断 (3)中线上不允许安装熔断器(保险)和开关；熔断器(保 险)和开关只能装在端线(火线)
压严重不对称，使用电设备不能正常工作。
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第6章三相交流电路
【例6-2】对称三相负载作星形连接，且每相负载为纯
电阻，大小为10Ω，已知电源电压 U UV =380∠0°V，求
电力电子技术课件(王兆安)——第六章+交流控制电路和交交变频电路
5
Single-phase AC voltage controller
电阻负载Resistive load 电路结构：两个晶闸管可
用一双向可控硅代替
0 时刻为电源电压过 u
零时刻 在交流电源的正负半周， 分别控制两个晶闸管开通， 正负半周触发角相等
负载电压波形是电源电压 波形的一部分
6
Single-phase AC voltage controller
谐波分析Harmonic analysis
电阻负载Resistive load
由于波形正负半波对称，所以不
含直流分量和偶次谐波
uo (wt) (an cosnw t bn sin nw t) n 1, 3,5,
基波和各次谐波有效值
Uon
1 2
an2 bn2
负载电流基波和各次谐波有效值
20
三相交流相四线
三相四线
基本原理：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
问题：三相中3倍次谐波同 相位，全部流过零线。零线 有很大3倍次谐波电流。 =90°时，零线电流甚至和 各相电流的有效值接近，在 选择线径和变压器时一定要 注意
电阻负载Resistive load 移相范围(The phase
shift range)为
0 u
负载电压有效值RMS value of output voltage
负载电流有效值RMS value of output current
7
Single-phase AC voltage controller
0°≤ a <60°：三管导通与两管导通交替，每管导 通180°－a
电路与电子技术(第二版)第6章三相交流电路
公共点N，对外形成A、B、C、N四个端子，这种连接形式称为 三相电源的星形连接或Y连接，如图6.3所示。
三相电源的首端A、B、C的引出线称为端线或火线；N称为 中点或零点，中点的引出线称为中线或零线。流出端线的电流
称为线电流，而每一相线圈中的电流称相电流。图6.3中用İa、İb、 İc表示相电流。端线与端线间的电压称为线电压，依相序分别记 为 UAB、 UBC、 UCA；每相绕组两端的电压称为相电压，分别记 为 UAN、 UBN、 UCN。
这时电源三角形中没有环流。如果接反，将会形成很大的环形
电流，烧毁电源。
第6章 三相交流电路
21
6.3 三相电源和负载的连接
目前，我国电力系统的供电方式均采用三相三线制或三相 四线制。用户用电实行统一的技术规定：额定频率为50 Hz，额 定电压线电压为380 V，相电压为220 V。电力负载可分为单相负 载和三相负载，三相负载有三角形连接和星形连接两种。结合 电源系统，三相电路的连接主要有以下几种方式。
电路如图6.10所示，三相电源对称，三相负载也对称，即
Za=Zb=Zc=|Z|∠。
第6章 三相交流电路
27
图6.10 对称负载Y－Y连接
第6章 三相交流电路
28
负载中点与电源中点等电位，若连线阻抗可忽略，可以看
做是直接相连，所以，每相的计算均可单独进行。
负载电压分别为
Ua U A U p0
U b U B U p120
Zab=Zbc=Zca=|Z|∠。
第6章 三相交流电路
31
图6.11 负载的三角形连接
第6章 三相交流电路
32
各相负载中的电流为
Ia b
U AB Zab
U1 Z
三相电源的首端A、B、C的引出线称为端线或火线；N称为 中点或零点，中点的引出线称为中线或零线。流出端线的电流
称为线电流，而每一相线圈中的电流称相电流。图6.3中用İa、İb、 İc表示相电流。端线与端线间的电压称为线电压，依相序分别记 为 UAB、 UBC、 UCA；每相绕组两端的电压称为相电压，分别记 为 UAN、 UBN、 UCN。
这时电源三角形中没有环流。如果接反，将会形成很大的环形
电流，烧毁电源。
第6章 三相交流电路
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6.3 三相电源和负载的连接
目前，我国电力系统的供电方式均采用三相三线制或三相 四线制。用户用电实行统一的技术规定：额定频率为50 Hz，额 定电压线电压为380 V，相电压为220 V。电力负载可分为单相负 载和三相负载，三相负载有三角形连接和星形连接两种。结合 电源系统，三相电路的连接主要有以下几种方式。
电路如图6.10所示，三相电源对称，三相负载也对称，即
Za=Zb=Zc=|Z|∠。
第6章 三相交流电路
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图6.10 对称负载Y－Y连接
第6章 三相交流电路
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负载中点与电源中点等电位，若连线阻抗可忽略，可以看
做是直接相连，所以，每相的计算均可单独进行。
负载电压分别为
Ua U A U p0
U b U B U p120
Zab=Zbc=Zca=|Z|∠。
第6章 三相交流电路
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图6.11 负载的三角形连接
第6章 三相交流电路
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各相负载中的电流为
Ia b
U AB Zab
U1 Z