晶闸管 交直交电压型变频电路
交交变频与交直交变频的对比
交直交变频定义
交直交变频是一种将直流电转换为交流电的电力电子技术。
它首先将直流电通过电力电子器件转换成交流电，然后通过 滤波和调节控制，输出所需频率和电压的交流电。
工作原理概述
交交变频器通常由两组反并联的晶闸管组成，通过控制晶闸管的导通角来改变输 入交流电的相位角，从而实现频率的变换。
交直交变频器则是由整流器和逆变器组成，通过控制逆变器的开关状态来改变输 出交流电的频率和电压。
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交交变频与交直交变 频的对比
目录
• 定义与原理 • 电路结构与特点 • 应用场景与优缺点 • 性能参数比较 • 发展趋势与展望
01
定义与原理
交交变频定义
交交变频是一种将工频交流电转换为 另一种频率交流电的电力电子技术。
它通过改变输入交流电的频率，输出 不同频率的交流电，以满足各种电机 调速和控制系统对电源的要求。
交直交变频应用场景
01
新能源领域
在风力发电和太阳能发电等新能源领域，交直交变频器用于控制风力发
电机和太阳能逆变器的运行，实现最大功率点跟踪和并网发电。
02
电动汽车驱动
在电动汽车和混合动力汽车中，交直交变频器用于驱动电动机，实现车
辆的加速、减速和制动等功能。
03
工业传动领域
在工业传动领域，交直交变频器用于控制各种电动机的速度和转矩，实
交交变频和交直交变频技术的不断创新和发展， 将推动电力传动技术的进步和发展。
促进节能减排
推广变频器在各领域的应用，有助于实现节能减 排和绿色发展目标。
ABCD
提高能源利用效率
通过应用变频器技术，实现对电机的高效控制和 精确调速，提高能源的利用效率。
高级电工考试试题-判断题
判断题1.转速负反馈调速系统，转速反馈电压极性总是与转速给定电压的极性相反。
( )2.当通过晶闸管的阳极电流小于其维持电流时，则晶闸管变为阻断状态。
( )3.当双闭环调速系统稳定运行时，转速调节器，电流调节器的输入偏差控制电压均为零。
( )4.在脉宽调制逆变器的控制电路频率和幅值可调的正弦波称为调制波，而幅值和频率固定的三角波成为载波。
( )5.定时器不管什么情况，置位后必须要复位。
( )6.若一个异或门的两个输入端的电平相同，即同为高电平或同为低电平，则输出高电平。
( )7.要将变化缓慢的电压信号整形成脉冲信号，应采用施密特触发器。
( )8. 环形计数器实际上是一个自循环的移位寄存器。
( )9.单相半波可控整流电路若接电动机负载，需负载侧并接续流二极管才能正常工作。
( )10.变压器油凝固点越低越好。
( )11.变压器的组别是一次线电压对应二次线电压相位差。
( )12.变压器差动保护反映该保护范围内变压器的内、外部故障。
( )13.五芯柱互感器，二次：辅助接开口三角形，反映的是零序电压。
( )14.计数器不管什么情况，置位后必须还要复位。
( )15. PLS／PLF脉冲输出指令必须成对使用。
( )16.旧程序全部清除指令是NOP—A—GO—GO。
( )17.变频器调速系统，当变频器的电源频率下降时，电动机的转速跟着下降。
( )18.小接地电流系统正常运行时，电压互感器二次侧辅助绕组的开口三角形处有100V电压降。
( )19.电流互感器的一、二次线圈各端是按减性表示的。
( )20. 8051每个中断源相应地在芯片上都有其中断请求输入引脚。
( )21.交直交电压型变频器主电路主要是整流器、滤波器及逆变器组成。
( )22.欧姆法是用来代替二项式系数法来计算负荷。
( )23.在选择高压熔断器时不必进行动稳定度校验。
( )24.电流互感器一、二次线圈同名端是按减极性表示的。
( )25.在标么值短路电流计算中，——般基准容量S 选100MV A。
电力电子题库含答案
1．一型号为KP10-7的晶闸管，UTN = 700V IT(AV)= 10A 。
12．中间直流侧接有大电容滤波的逆变器是电压型逆变器，交流侧输出电压波形为矩形波。
3．晶闸管串联时，给每只管子并联相同阻值的电阻R是__均压______措施。
4．在SPWM的调制中，载波比是载波频率和调制波频率的比值。
5．考虑变压器漏抗的可控整流电路中，在换相过程期间，两个相邻的晶闸管同时导通，对应的电角度称为换相重叠角。
6．功率晶体管GTR从高电压小电流向低电压大电流跃变的现象称为二次击穿。
7．三相半波可控整流电阻性负载电路中，控制角α的最大移相范围是150°。
8．三相全控桥电路有 6 只晶闸管，应采用宽脉冲或双窄脉冲才能保证电路工作正常。
电压连续时每个管导通120 度，每间隔60 度有一只晶闸管换流。
接在同一桥臂上两个晶闸管触发脉冲之间的相位差为180°。
9．型号为KP100-8的晶闸管其额定参数为：额定电压800 v，额定电流100 A 。
10．考虑变压器漏抗的可控整流电路中，在换相过程期间，两个相邻的晶闸管同时导通，对应的电角度称为换相重叠角11．抑制过电压的方法之一是用_电容__吸收可能产生过电压的能量，并用电阻将其消耗。
而为抑制器件的du/dt和di/dt，减小器件的开关损耗，可采用接入缓冲电路的办法。
12．在交-直-交变频电路中，中间直流环节用大电容滤波，则称之为电压型逆变器，若用大电感滤波，则为电流型逆变器。
13．锯齿波触发电路由脉冲形成环节、锯齿波的形成和脉冲移相环节、同步环节、双窄脉冲形成环节构成。
14．若输入相电压为U2，单相桥式电路的脉冲间隔= 180 ，晶闸管最大导通=maxθ180 ，晶闸管承受的最大电压Udm= 0.9U2 , 整流电压脉动次数m= ; 三相半波电路的脉冲间隔= 120 , 晶闸管最大导通=maxθ 150 ，晶闸管承受的最大电压Udm= 1.17U2 ,整流电压脉动次数m= ;15．GTO、GTR、MOSFET、IGBT分别表示：可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管16．在三相半波可控整流电路中，电感性负载，当控制角大于30°时，输出电压波形出现负值，因而常加续流二级管。
0电力电子试题a.答案
《电力电子技术》试题A答案一、名词解释（每题4分，共20分）1．PW M异步调制--载波信号和调制信号不同步的调制方式；通常保持f c 固定不变，当fr变化时，载波比N是变化的2．PW M控制技术--即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值）。
3．强迫换流--设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反压或反电流的换流方式称为强迫换流。
通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称为电容换流。
4．交流电力控制电路--只改变电压,电流或控制电路的通断,而不改变频率的电路。
交流调压电路——相位控制，交流调功电路——通断控制。
5．逆变--把直流电转变成交流电，整流的逆过程；分有源逆变电路和无源逆变电路二、填空题（每空1分，共20分）1．电力变换四大类即：交流变直流、交流变交流、直流变直流、直流变交流。
2．电力电子器件的损耗主要损耗：通态、断态、开关损耗。
3．光隔离一般采用光电耦合器，磁隔离的元件通常是脉冲变压器。
4．晶闸管交交变频电路，当采用6脉波三相桥式电路时，电网频率为50Hz 时，交交变频电路的输出上限频率约为 20Hz 。
5．换流有：电网、器件、强迫、负载换流四种方式。
6.抑制过电压的方法之一是用__储能元件吸收可能产生过电压的能量，并用电阻将其消耗。
7.180°导电型电压源式三相桥式逆变电路，其换相是在_同一相_的上、下二个开关元件之间进行。
8.改变SPWM逆变器中的调制比，可以改变输出电压基波的幅值。
9.为了利于功率晶体管的关断，驱动电流后沿应是(一个)较大的负电流。
10．功率晶体管缓冲保护电路中的二极管要求采用_快速恢复型二极管，以便与功率晶体管的开关时间相配合。
11．三相全控桥式整流电路中的六个晶闸管的触发脉冲相位按相序依次互差600度。
12．为防晶闸管误触发，可在晶闸管的控制极和阴极间加反向电压。
三、问答题（共30分）1．使晶闸管导通的条件是什么？维持晶闸管导通的条件是什么？怎样才能使晶闸管由导通变为关断？（8分）答：承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。
第1章通用变频器的基本工作原理1.1交直交变频器的基本
套三相桥式无环流反并联的可逆装置。正、反向两组晶 阐管按一定周期相互切换。正向组工作时，反向组关断， 在负载上得到正向电压；反向组工作时，正向组关断， 在负载上得到反向电压。工作晶阐管的关断通过交流电 源的自然换相来实现。这样，在负载上就获得了交变的 输出电压uo。
有的交一交变压变频装置用电抗器将输出电流强 制变成矩形波或阶梯波，具有电流源的性质，它 也是电流源型变频器。
注意几点：从主电路上看，电压源型变频器和电 流源型变频器的区别仅在于中间直流环节滤波器 的形式不同，但是这样一来，却造成两类变频器 在性能上相当大的差异，主要表现如下：
(1) 无功能量的缓冲 对于变压变频调速系统来说，变频器的负载是异
3、逆变电路——直－交部分
逆变电路是交－直－交变频器的核心部分，其中6个三 极管按其导通顺序分别用 VT1～VT6表示，与三极管反向并 联的二极管起续流作用。
按每个三极管的导通电角度又分为120°导通型和 180°导通型两种类型。
逆变电路的输出电压为阶梯波，虽然不是正弦波，却是 彼此相差120°的交流电压，即实现了从直流电到交流电的 逆变。输出电压的频率取决于逆变器开关器件的切换频率， 达到了变频的目的。
交－交变频器主要用于大容量交流电动机调速，几乎没 有采用单相输入的，主要采用三相输入。主回路有三脉波零 式电路（有18个晶闸管）、三脉波带中点三角形负载电路 （有12个晶闸管）、三脉波环路电路（有9个晶闸管）、六脉 波桥式电路（有36个晶闸管）、十二脉波桥式电路等多种。
用的最多的是六脉波桥式电路，又分为分离负载桥式电 路和输出负载Y联结两种型式。
U
额定电压
L n P 基频 f
图1.1.11 电压与频率之间的关系
第5章 交流调压电路和变频电路讲解
5.2 交—交变频电路
图5-8 公共交流母线接线方式的三相交—交变频电路
图5-9 输出为星形联结方式的三相交—交变频电路
由于变频电路输出端中性点不与负载中性点连接，所以六组桥式
电路中，至少要有不同相的两组桥中的四个晶闸管同时导通才能构成
回路。与整流电路一样，同一组桥内的两个晶闸管靠双触发脉冲保证
同时导通；而两组桥之间则靠各自触发脉冲的宽度保证同时导通。
而且与负载的阻抗角φ（φ=arctanω
L/R）有关。图5⁃3为导通角θ、触
发延迟角α和负载阻抗角φ的关系曲
线。
图5-3 带阻感性负载的单相交流调压电路及其波形图 a)电路图 b)负载阻抗三角形 c)α>φ d)α=φ e)α<φ
5.1 交流调压电路
1)带电阻性负载时，负载得到缺角的正弦电压、电流波形。 2)带阻感性负载时，触发脉冲宽度必须足够，否则当α<φ时一个晶闸 管无法导通，将出现波形丢失现象，使负载带有较大直流分量而烧 坏晶闸管。 3)带阻感性负载时，最小触发延迟角α=φ，所以α的移相范围为φ～18 0°；带电阻性负载时，α的移相范围为0～180°。
5.1 交流调压电路
3. 三相交流调压电路实例 图5⁃5所示为由双向晶闸管
组成的软起动器主电路。软起动 器可用于三相异步电动机的起动 与制动控制，电动机容量可以较 大。采用软起动器可抑制电动机 起动过程中的电流，降低对机械 传动系统的冲击，提高机电系统 寿命，减少故障。软起动器适用 于控制轻载起动的用电设备，如 水泵、风机、压缩机等。
图5-7 三相桥式单相交—交变频电路及其波形图 a)三相桥式单相交—交变频电路图 b)波形图
5.2 交—交变频电路
5.2.2 三相交—交变频电路 1.接线方式
变频器技术及综合应用习题答案
《变频器技术及综合应用》教材参考答案1.1.4 思考与练习单选题1．电力电子器件一般工作在（ ）状态。
AA ．开关B ．放大C ．饱和D ．截止2．下列电力电子元件中，从控制类型角度，晶闸管属于（ ）器件。
BA ．不可控B ．半控型C ．全控型D ．电压控制型3．单相半波整流电路中，晶闸管触发角α的移相范围（ ）。
BA ．0～90︒B ．0～180︒C ．90︒～180︒D ．0～45︒4．在交-直-交变频器主电路中，将交流电转换为直流电的单元电路是（ ）。
AA ．整流电路B ．滤波电路C ．制动电路D ．逆变电路6．在交-直-交变频器主电路中，将直流电流电转换为交流电的单元电路是（ ）。
DA ．整流电路B ．滤波电路C ．制动电路D ．逆变电路7．在交-直-交变频器主电路中，将脉动的直流电转换为平滑直流电的单元电路是（ ）。
BA ．整流电路B ．滤波电路C ．制动电路D ．逆变电路8．在交-直-交变频器主电路中，吸收负载反馈能量的单元电路是（ ）。
CA ．整流电路B ．滤波电路C ．制动电路D ．逆变电路9．三相桥式整流电路是由（ ）个开关管组成。
CA ．3B ．4C ．6D ．910．三相桥式整流电路输出的（ ）个脉波直流电。
CA ．3B ．4C ．6D ．9简答题1． 写出交流异步电动机的转速公式，说明各种调速方法及特点。
答：交流异步电动机的转速公式：)1(60s pf n -= 交流异步电动机的三种调速方法：变极对数p 调速、变转差率s 调速及变电源频率f 调速。
①变极对数p 调速特点：优点是在每一个转速等级下，具有较硬的机械特性，稳定性好。
其缺点是转速只能在几个速度级上改变，调速平滑性差；②变转差率s 调速特点：变转差率调速又可采用降低定子电压、转子串电阻、串级调速实现。
降低定子电压调速特点：范围窄，机械特性软；适用范围窄；转子串电阻调速特点：只能有级调速，平滑性差；低速时机械特性软，静差率大，转子铜损高，运行效率低；串级调速特点：优点是：可以通过某种控制，使转子回路的能量回馈到电网，从而提高效率；在适当的控制下，可以实现低同步或高同步的连续调速。
晶闸管和IGBT_混合的三相电机两相变频控制策略
第 43 卷第 2 期2024年 3 月Vol.43 No.2Mar. 2024中南民族大学学报（自然科学版）Journal of South-Central Minzu University（Natural Science Edition）晶闸管和IGBT混合的三相电机两相变频控制策略谢仕宏，梁荣茂*，梁力（陕西科技大学电气与控制工程学院，西安710021）摘要现有三相交直交变频电路中大多使用IGBT作为电力电子器件，为了进一步降低低压大容量变频器设备成本，减少IGBT的使用，提出了一种晶闸管和IGBT混合的三相电机两相变频电路结构及四开关八电压矢量直接转矩控制策略.首先分析了利用IGBT辅助晶闸管关断的三相电机两相变频电路结构，并分析了不同开关状态下的瞬时电路工作原理，给出三相四开关拓扑下的八电压矢量生成方法；其次提出四开关八矢量异步电机直接转矩控制策略，并给出扇区划分、电压矢量选择和电压矢量伏秒生成原理；最后通过仿真实验验证所提策略的正确性和可行性.仿真结果验证了上述电路结构和控制方法的有效性.关键词三相电机；两相变频；晶闸管；八电压矢量；直接转矩控制中图分类号TM921 文献标志码 A 文章编号1672-4321（2024）02-0252-08doi：10.20056/ki.ZNMDZK.20240215Two-phase variable frequency control strategy of three-phase motormixed with thyristor and IGBTXIE Shihong，LIANG Rongmao*，LIANG Li（School of Electrical and Control Engineering， Shaanxi University of Science and Technology， Xi’an 710021， China）Abstract IGBT is mostly used as power electronic device in the existing three phase AC/DC converter circuit. In order to further reduce the cost of low-voltage high-capacity converter equipment and reduce the use of IGBT， a three-phase motor two-phase converter circuit structure with thyristor and IGBT and a four switch eight voltage vector direct torque control strategy are proposed. Firstly，the two-phase frequency conversion circuit structure of three-phase motor with IGBT assisted thyristor switching is analyzed， and the instantaneous circuit working principle under different switching states is analyzed. The eight voltage vector generation method under three-phase four switch topology is given. Secondly， the four switch eight vector asynchronous motor direct torque control strategy is proposed， and the sector division， voltage vector selection and voltage vector volt second generation principle are given，Finally，the correctness and feasibility of the proposed strategy are verified by simulation experiments. The experimental results verify the effectiveness of the circuit structure and control method.Keywords three-phase motor； two-phase frequency conversion； thyristor； 8 voltage vector； direct torque control随着变频技术的发展，三相异步电动机有了优越的调速性能，被广泛应用于工业生产和交通运输中.在有着较高的调速性能的同时，现在也在追求更低成本、更小能耗、更小体积的变频装置.传统的电压源型交直交三相六开关变频器已经广泛应用在三相异步电动机的调速过程中，利用IGBT的特点传统拓扑结构能够满足大部分情况下的调速要求.基于此经典拓扑结构，进一步衍生出了减少IGBT的使用数量的三相四开关拓扑结构.在文献［1］中分析了三相四开关的可行性，验证了两相变频对于三相异步电动机具有可行性.但三相四开关拓扑结构仍需要四个IGBT进行两相逆变.改进的DTC控制收稿日期2023-03-05 * 通信作者梁荣茂，研究方向：电力电子与电气传动，E-mail：*****************作者简介谢仕宏（1977-），男，讲师，博士，研究方向：电力传动技术、新能源及逆变并网技术，E-mail：***************基金项目国家自然科学基金资助项目（51577110）；陕西科技大学科研启动基金资助项目（2020BJ-11）第 2 期谢仕宏，等：晶闸管和IGBT混合的三相电机两相变频控制策略策略在一定程度上减少了电机的转矩脉动以及降低了逆变器输出的电流谐波［2-4］.在文献［5］和文献［6］中提出了一种变频器和感应电机能量回馈的思路，基于传统交直交三相六开关变频拓扑结构进行了仿真和实验验证.在文献［7］中提出了一种基于叠加原理合成所需矢量的PWM过调制策略，使得三相四开关逆变器输出平衡的三相电压.在文献［8］中提出了一种基于晶闸管和IGBT的三相整流和逆变的拓扑结构，验证了该结构的可行性.在文献［9］中提出了一种通过并联逆变器提高电能质量的新方法，实现了在弱电网环境下对电能质量的治理.直接转矩控制策略应用于多相电机有了更多思路，结合新的开关表、虚拟电压矢量和预测控制策略，使得转矩脉动有效的减少［10-12］.在文献［13-15］中依次提到了，三相四开关新的应用方向即用户侧的容错应用、无速度传感器的DTC控制和DTC结合智能控制算法的策略.在文献［16］中在传统三相四开关拓扑上提出了一种新的FCS-MPC控制策略，为四开关在容错领域应用提供了一种新的思路.在原有拓扑电路上进行控制算法的改进，可以使传统控制策略得到优化，进而提升电机的工作性能［17-20］.本文提出一种新的交直交电压型变频电路拓扑结构.采用4个晶闸管、2个IGBT及8个二极管构成的逆变结构代替由4个IGBT的构成的逆变结构.对该新式的交直交变频电路拓扑的原理、拓扑结构、带负载时的能量回馈、IGBT和晶闸管的开关时序等进行了研究分析，建立了基于八电压矢量的直接转矩仿真模型.仿真结果表明，该新拓扑结构实现了传统四开关逆变电路的功能，也验证了八电压矢量在新拓扑的可行性.1 三相电机两相变频电路结构及工作原理基于晶闸管及IGBT混合的三相电机两相变频控制拓扑结构如图1所示.图1所示的三相电机两相交直交变频电路结构由晶闸管（VT1~VT4）、绝缘栅型双极性晶体管（IGBT1和IGBT2）和二极管（D1~D8）组成.电机U、V相与逆变桥臂连接，电机W相绕组与电容中性点相连.当VT1、IGBT1和D4导通时，电流由直流母线正极流入电机U相，D2、D4为其续流回路.当D3、IGBT1和VT2导通时，电流由电机U相流出，流入直流母线负极，D1、D3为其续流回路.电机V 相绕组导通原理与电机U绕组导通原理相同.1.1 新拓扑逆变部分能量传输模式晶闸管和IGBT混合的四开关交直交变频电路经过不控整流之后，经过逆变部分实现输出两相互差60°的交流电压.通过两个晶闸管共用一个IGBT 实现开关器件完全可控即晶闸管开通时对应IGBT 一定开通.图2所示为三相电机两相变频电路在不同开关组合下的能量传输模式.（1）图1所示电路的晶闸管VT1开通，此时能量传输方向为：电容C1正端—VT1—IGBT1—D4—异步电机U相，电容C1负端—D6—D8—异步电机V相，或者异步电机V相—D8—D6—电容C1负端，异步电机W相—两电容中点.能量传输如图2（a）所示.（2）图1所示电路的晶闸管VT1、VT3开通，此时能量传输方向为：电容C1正端—VT1—IGBT1—D4—异步电机U相，电容C1正端—VT3—IGBT2—D8—异步电机V相，异步电机W相—两电容中点.能量传输如图2（b）所示.（3）图1所示电路的晶闸管VT1、VT4开通，此时能量传输方向为：电容C1正端—VT1—IGBT1—D4—异步电机U相，异步电机V相—D7—IGBT2—VT4—电容C2负端，两电容中点—异步电机W相.能量传输如图2（c）所示.（4）图1所示电路的晶闸管VT3开通，此时能量传输方向为：U DC+—VT3—IGBT2—D8—异步电机V 相，电容C2正端—D2—D4—异步电机U相，异步电机W相—两电容中点.能量传输如图2（d）所示.（5）图1所示电路的晶闸管VT2开通，此时能量传输方向为：异步电机U相—D3—IGBT1—VT2—电容C2负端，异步电机V相—D7—D5—电容C1正端，两电容中点—异步电机W相.能量传输如图2（e）所示.（6）图1所示电路的晶闸管VT4开通，此时能量传输方向为：异步电机U相—D3—D1—U DC+，异步电机V相—D7—IGBT2—VT4—电容C2负端，两电容中三相电源图 1 基于晶闸管及IGBT混合的三相电机两相变频控制拓扑结构Fig.1 Topology of two-phase frequency conversion control of three-phase motor based on thyristor and IGBT mixture253第 43 卷中南民族大学学报（自然科学版）点—异步电机W相.能量传输如图2（f）所示.（7）图1所示电路的晶闸管VT2、VT4开通，此时能量传输方向为：异步电机U相—D3—IGBT1—VT2—电容C2负端，异步电机V相—D7—IGBT2—VT4—电容C2负端，两电容中点—异步电机W相.能量传输如图2（g）所示.（8）图1所示电路的晶闸管VT2、VT3开通，此时能量传输方向为：异步电机U相—D3—IGBT1—VT2—电容C2负端，U DC+—VT3—IGBT2—D8—异步电机V相，两电容中点—异步电机W相.能量传输如图2（h）所示.1.2 新拓扑逆变部分开关状态通过分析图2的能量传输状态，可以推导出表1所示三相电机两相变频电路的开关时序和开关状态表.图3为晶闸管VT1~VT4及IGBT1和IGBT2的开关时序图.规定四个晶闸管VT1~VT4导通时为1，关断时为0.建立表1所示的新型交直交变频器逆变部分的开关状态表.其中有八个有效电压矢量分别为（1000）、（1010）、（0010）、（0110）、（0100）、（0101）、（0001）和（1001），根据这八个电压矢量画出矢量图如图4所示.在晶闸管导通的半个周期内，对应IGBT采用PWM调整，以减小输出电压谐波分量.图 2 新四开关拓扑逆变部分的能量传输模式Fig. 2 Energy transfer mode of the inverting part of the new four-switch topology254第 2 期谢仕宏，等：晶闸管和IGBT 混合的三相电机两相变频控制策略2 基于八电压矢量的直接转矩控制策略四开关两相直接转矩控制是将一相从直流母线两电容中点引出、将电压和电流进行坐标变换和分析得到八电压矢量表.根据文献［21］中的方法结合拓扑结构得出虽然同样需要6个驱动信号，但其中两个信号来源于同桥信号变换，即有4个有效驱动信号即可.在晶闸管和IGBT 配合时要前者先于后者关断且需要考虑晶闸管的关断时间.拓扑电路在IGBT 旁并联一电容，在电容的充放电时辅助晶闸管的关断.三相电机四开关八矢量两相直接转矩控制原理框图如图5所示.2.1 扇区划分根据以上论述可知，此拓扑的电压空间矢量为848向量对678 (1001)图4 八电压矢量图Fig. 4 Eight -voltage vector diagram图5 四开关八矢量两相直接转矩控制原理框图Fig. 5 Block diagram of four -switch eight -vector two -phase directtorque controlIGBT VT VT IGBT VT VT 图 3 新拓扑逆变部分的开关时序Fig. 3 Switching sequence of the inverting part of the new topology表 1 新型交直交变频器逆变部分的开关状态表Tab. 1 Switch state of the inverter part of the new AC -DC -AC converter开关状态123456789开关信号VT 1234000000010010010001010110100010011010V U 000-U DC /4-U DC /6-U DC /2U DC /4U DC /2U DC /6输出相电压V V 0-U DC /4U DC /40-U DC /6U DC /20-U DC /2U DC /6V W 0U DC /4-U DC /4U DC /4U DC /30-U DC /40-U DC /3电压矢量Us 0-j 2/4U DCj 2/4U DC-6/8U DC -j 2/8U DC-6/12U DC -j 2/4U DC -6/12U DC +j 2/4U DC6/8U DC +j 2/8U DC 6/8U DC -j 2/4U DC6/12U DC +j 2/4U DC255第 43 卷中南民族大学学报（自然科学版）称的.这种模式下8个固有电压矢量对复平面进行划分而形成8个扇区，各扇区占据的角度存在差异性且可以分为两类60°扇区和120°扇区.根据此结果可推断出该四开关逆变器的矢量控制模式下，扇区划分不均匀且矢量幅值不一致，导致选择过程变得很繁琐.在直接转矩控制下可能会导致转矩脉动加剧，则应在矢量选择时考虑尽量不要选择使转矩幅值剧烈变化的电压矢量.八矢量扇区分布如图4所示.2.2 电压矢量选择电压矢量选择单元通过滞环调节单元得到的磁链调节指令ψQ 和转矩调节指令T Q ，及当前磁链所在扇区θ（k ），设置电压矢量选择表，在此基础上选择适宜的开关信号对逆变器进行控制.由于使用八电压矢量会存在可以选择多个电压矢量的情况，且由于存在120°的扇区会存在位于某个中间角度时为矢量选择的分界线，使前后选择的矢量不尽相同.此时应该列出可能的矢量，在接下来的仿真中进一步选择最合适的电压矢量［22-23］.在具体选择时应该避免选择使磁链和转矩变换过大的电压矢量.在此研究过程中以θ（1）扇区为例，并假设磁链逆时针旋转，则：当ψQ =1，T Q =1，需增加定子磁链，增加电磁转矩，选用电压矢量V 1；当ψQ =1，T Q =0，需增加定子磁链，减小电磁转矩，选用电压矢量V 8；当ψQ =0，T Q =1，需减小定子磁链，增加电磁转矩，选用电压矢量V 4；当ψQ =0，T Q =0，需减小定子磁链，减小电磁转矩，选用电压矢量V 6；其他扇区同理，则可得出三相电机两相直接转矩控制的电压矢量选择表如表2所示.2.3 八电压矢量基本原理由图4八矢量磁链扇区分布图为例，可知八矢量可以分成8个扇区.以第一扇区和第三扇区为例，假设参考电压矢量Vr 的相角分别为θ1和θ2.因为有开路零电压矢量（即开关管全部关断时的电压矢量），则根据伏秒平衡原理则有下面的等式.第一扇区V 1和V 8为例，矢量合成图6所示.U r T s =U 1T 1+U 8T 8+U z T z ，（1）且 T 1+T 8+T z =T s ，（2）其中电压矢量设为：U s =23(U a +U b e j 2π/3+U c e j 4π/3)=U sα+jU sβ ，（3）代入后联立可得：ìíîïïïïïT 1=22||U r T s cos θ1/U dcT 8=2||U r T s sin (π6+θ)/U dc T z =T s -T 1-T 8，（4）第三扇区V 2和V 3为例，矢量合成图7所示.U r T s =U 2T 2+U 3T 3+U z T z ，（5）同理可得：ìíîïïïïïT 2=6||U r T s cos θ2/U dcT 3=22||U r T s sin (π3+θ2)/U dc T z =T s -T 2-T 3.（6）3 仿真研究基于上述分析和对传统三相四开关逆变器的理论研究，建立交直交电压型变频器的逆变器-异步电机驱动系统仿真模型.仿真模型中异步电机参数（取自MATLAB 电机模块库4kW 电机预设值）：转子类型：鼠笼式，P N =4 kW ，U N =400 V ，f N =50 Hz ，R s =1.405 Ω，l s =0.005839 h ，R r =1.395 Ω，l r =0.005839 h ，L m =0.1722 h ；根据三相四开关直流侧电压利用率为0.5，取直流母线电压V DC =800 V ；电机初始转速设定值700 r/min ，在0.5秒时增大至1000 r/min ，初始负θ1V 1V 8V r 图 6 V1和V8期望输出电压矢量合成图Fig. 6 Resultant of expected output voltage vectors for V1 and V8V 2V 3V rθ2图 7 V2和V3期望输出电压矢量合成图Fig. 7 Synthesis of expected output voltage vectors for V2 and V3表 2 扇区的电压矢量选择表Tab. 2 Voltage vector selection table of sectorψQ 0011T Q 0101θ（1）V 6V 4V 8V 1θ（2）V 7V 4V 8V 2θ（3）V 8V 5V 1V 3θ（4）V 1V 6V 2V 4θ（5）V 2V 8V 4V 5θ（6）V 3V 8V 4V 6θ（7）V 4V 1V 5V 7θ（8）V 5V 2V 6V 8256第 2 期谢仕宏，等：晶闸管和IGBT 混合的三相电机两相变频控制策略载转矩为空载，在0.3秒增大至26.7 N ·m.异步电机转速响应如图8所示.在图8和图9的异步电机转速和转矩图可以看出，在新拓扑结构下，应用八电压矢量直接转矩控制策略可以正常启动成功，基本达到了给定转速和预期转矩.在图10三相电流图中通过MATLAB 示波器模块的测量单元测得：0.1-0.3 s 电流频率约为25 Hz ，0.3-0.5 s 电流频率约为30 Hz ，0.6-0.8 s 电流频率约为50 Hz.通过仿真进一步验证了新拓扑应用DTC 策略的可行性，亦验证了新拓扑在异步电机调频领域的可行性.通过观察分析可知输出驱动脉冲与开关时序分析时一致.异步电机转矩波形如图9所示，在0～0.05 s 时间段内电机转矩迅速上升，启动转矩波动较大，从0.1 s 开始电动机逐渐完成启动过程并趋于平稳运行，此后转矩在一定范围内有着周期性波动.根据图11和图12异步电动机磁链幅值和轨迹图可以看到幅值基本平稳和磁链轨迹基本为圆形磁链.通过对图13和14观察分析可知输出驱动脉冲与开关时序分析时一致，达到了预期开关时序目标.总的来说，在晶闸管和IGBT 混合的三相四开关的拓扑电路上应用新的基于八电压矢量的DTC 策略，具有较高的转矩响应速度和较低的转矩脉动.图 10 变频电路逆变部分输出电流波形图Fig.10 Output current waveform of inverter part of inverter circuit00.1 0.20.30.40.50.60.70.8Time/s0.20.30.40.50.60.70.80.1ψs /W b图 11 定子磁链幅值波形图Fig. 11 Waveform of stator flux amplitude0.10.20.30.4 0.50.60.70.8Time/s0 20 40 60 80 100 120实际转矩 整定转矩-20N ·m图 9 异步电机输出转矩图Fig. 9 Output torque diagram of asynchronous motor图 13 VT1、VT2和IGBT1驱动脉冲图（电机转速1000 n/min ）Fig. 13 VT1、VT2 and IGBT1 drive pulse （motor speed 1000 n/min ）图 12 定子磁链轨迹图Fig. 12 Stator flux locus0.1 0.20.30.40.50.60.70.8Time/s020040060080010001200-200r /m i n实际转速整定转速图 8 异步电机输出转速波形图Fig. 8 Output speed waveform of asynchronous motor257第 43 卷中南民族大学学报（自然科学版）4 结论本文采用4个晶闸管、2个IGBT 和8个二极管，提出一种新的交直交变频器拓扑结构和八电压矢量的控制策略，对比分析了传统四开关逆变器四电压矢量控制方法和采用新型拓扑结构的逆变器八电压矢量控制方法，研究了新的交直交变频器拓扑结构的能量传输模式、开关状态、电压矢量的作用时间及八电压矢量的直接转矩控制原理.在此基础上，搭建仿真模型进行仿真分析，仿真结果验证了本文所提新型拓扑结构和控制策略的可行性，从而有效降低了设备成本.参 考 文 献［1］ 袁庆伟，赵荣祥.三相四开关逆变器供电的IPMSM 直接转矩控制系统建模与分析［J ］.电工技术学报，2017，32（15）：76-88.［2］ SUN D ， CHEN W ， CHENG Y ， et al. 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晶闸管单相交流调压及调功电路课程设计
目录绪论 (1)1 调压调功原理简介 (2)2 交流调压电路波形及相控特性分析 (3)带电阻性负载 (3)原理 (3)计算与分析 (3)带阻感性负载 (4)原理分析 (4)计算与分析 (5)α<φ的情形 (6)3 方案设计 (7)主电路的设计 (7)主电路图 (7)参数计算 (7)调功电路的设计 (8)触发电路的设计 (9)芯片介绍 (9)触发电路图 (10)保护电路的设计 (11)原理 (11)计算 (12)保护电路图 (13)4 电阻炉负载过零控制特性分析 (14)5 MATLAB仿真 (15)6.个人小结 (17)参考文献 (17)附录： (18)绪论交流-交流变流电路，即把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路。
在进行交流-交流变流时，能够改变相关的电压（电流）、频率和相数等。
交流-交流变流电路能够分为直接方式（无中间直流环节方式）和间接方式（有中间直流环节方式）两种。
而间接方式能够看做交流-直流变换电路和直流-交流变换电路的组合，故人-交变流主要指直接方式。
其中，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称为交流电力控制电路，改变频率的电路称为变频电路。
采用相位控制的交流电力控制电路，即交流调压电路；采用通断控制的交流电力控制电路，即交流调功电路和交流无触点开关。
交流调压电路普遍用于灯光控制（如调光台灯和舞台灯光控制）及异步电动机的软启动也用于异步电动机调速。
在电力系统中，这种电路还常常利用于对无功功率的持续调节。
另外，在高电压小电流或低电压大电流直流电源中，也常采用交流调压电路调节变压器一次电压。
在这些电源中若是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，十分不合理。
采用交流调压电路在变压器一次侧调压，其电压、电流值都比较适中，在变压器二次侧只要用二极管整流就可以够了。
如此的电路体积小、本钱低、易于设计制造。
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
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晶闸管构成的交直交电压型变频电路的分析
摘要：从总体方面概括地分析了交直交电压型变频电路的结构和各部分的作用。
重点分析了逆变器部分的2种工作状态：稳定工作状态和换相过程。
在分析稳定工作状态时，给出在6种不同的工作状态下负载相电压和负载线电压的大小，并在分析换相过程时，详尽地说明了6个换相过程中的2种。
对电气系的本/专科学生的学习有一定帮助。
1电路图及交直交变频器工作原理
1.1电路图
电路图如图1，图2，图3所示。
1.2交-直-交变频器工作原理
交-直-交变频器的工作原理是：先通过整流器将工频交流电变换成直流电，再通过逆变器将直流电转变成交流电。
变频器输出的交流电的幅值和频率均可调节。
交直交变频器由整流环节、直流环节和逆变环节3部分构成。
整流环节6个晶闸管构成三相桥式可控整流电路，
交流电整流成幅值可调的直流电Ud，其中，Ud幅值的调节是通过调节晶闸管的控制角α的大小来实现的，α角越小，U d就越大，两者的关系用公式表示三相桥式可控整流电路接电感型负载：U d =2.34U2cosα。
直流环节C F为直流侧大电容，能够滤除高频谐波，可使直流电压U d的波形更为平直。
因为直流环节中并接大电容，所以这种变频器属于电压型变频器。
逆变环节VT1~VT6构成三相桥式逆变电路，采用强迫换流方式。
强迫换流电路由C1~C6，L1~L6构成，作用是：当某个晶闸管（即逆变管）需要关断时，强迫换流电路会在此晶闸管两端形成反压，迫使其关断。
逆变电路的作用是：将直流电U d逆变成频率可调的三相交流电。
VD1~VD6：构成续流二极管。
2逆变器分析
在分析逆变器的工作时，通常要分析他的2种工作状态，即稳定工作状态和换相过程，两者相比，稳定工作状态持续的时间很长。
在换相过程中，希望逆变管VT1~VT6能够顺利快速地换相，而不出什么差错。
2.1稳态电路分析
每个周期共有6个工作状态，采用180°导电型。
每个工作状态都有3个晶闸管同时导通，持续时间为60°。
这6个工作状态分别是：（VT1，VT2，VT3）、（VT2，VT3，VT 4）、（VT3，VT4，VT5）、（VT4，VT5，VT6）、（VT5，VT6，VT1）、（VT6，VT1，VT2）。
表1所示为在不同工作状态下负载的相电压U AO~U CO和线电压U AB~U CA的大小。
在此，当整流管VT1′~的控制角α不变时，Ud的大小就不变。
2.2瞬态电路的分析（即换相过程的分析）
分析一：VT4，VT5，VT6→VT-5，VT6，VT1，由前一个状态切换到后一个状态时的瞬态过程：
(1) VT4，VT5，VT6稳定导通时，C1上被充上极性为上正下负的电压，大小是Ud。
(2) VT1加触发脉冲后，VT1导通，C1经VT1放电，L1上感应出上正下负的电压，大小是Ud。
因L1与L4紧耦合，L4上也感应出上正下负的电压，大小是Ud。
L4上的电压经C4加在VT4两端，使VT4承受反压而关断。
(3) C1放电，放电的通路有2路。
一路经VT1，L1放电；
(6) 再一次给VT1加触发脉冲，VT1稳定导通，iA反向增加，直到达到稳态值。
至此，VT4，VT5，VT-6→VT5，VT-6，VT-1的换相过程完成。
分析二：VT3，VT4，VT-5→VT4，VT-5，VT-6，由前一个状态切换到后一个状态时的瞬态过程。
(1)VT-3，VT-4，VT-5稳定导通时，C6被充上极性为上正下负的电压，大小是Ud。
(2)VT-6加触发脉冲后，VT-6导通，C6经VT-6放电，L6上感应出上正下负的电压，大小是Ud。
因L6与L3紧耦合，L3上也感应出上正下负的电压，大小是Ud。
L3上的电压经C3加在VT-3两端，使VT-3承受反压而关断。
(3)C6放电，放电的通路有2路。
一路经VT-6，L6放电；另一路经C6正端→ZB→ZA →L4→VT-4→C6负端放电。
(4)C6放电完成后，流经L6的电流达到最大，L6放电，经VT-6→VD6→RB放电。
同时负载放电，经ZB→ZA→L4→VT-4→VD6→RB放电。
(5)L6放电完成后，流经VT-6的电流为0，VT-6关断。
负载继续经ZB→ZA→L4→VT-4→VD6→RB放电，直到iB=0。
(6) 再一次给VT-6加触发脉冲，VT-6稳定导通，iB反向增加，直到达到稳态值。
至此，VT-3，VT-4，VT-5→VT-4，VT-5，VT-6的换相过程完成。
3对整个电路的评价
(1)此电路采用电压型变频方式，这是变频器中最常用的一种方式。
(2)变频器输出的三相电压幅值和频率的调节方法。
幅值的调节方法在整流环节中完成，通过调节整流管的控制角α的大小来实现；
频率的调节方法在逆变环节中完成，通过调节逆变管VT1~VT6的触发脉冲的频率的大小来实现。
触发脉冲的频率增加，则输出电压的频率就会增加。
可见，这种变频器属于PAM（即脉幅调制）型变频器，PAM方式的特点是：输出电压的幅值和频率的调节在不同环节中完成。
(3) 整流管和逆变管均由晶闸管构成，而生产和使用晶闸管的技术已经很成熟。