交流-交流变换电路
第五章直流交流(DCAC)变换.
第五章直流—交流（DC—AC）变换5.1 逆变电路概述5.1.1 晶闸管逆变电路的换流问题DC—AC变换原理可用图5-1所示单相逆变电路来说明，其中晶闸管元件VT1、VT4，VT2、VT3成对导通。
当VT1、VT4导通时，直流电源E通过VT1、VT4向负载送出电流，形成输出电压左（+）、右（-），如图5-1（a）所示。
当VT2、VT3导通时，设法将VT1、VT4关断，实现负载电流从VT1、VT4向VT2、VT3的转移，即换流。
换流完成后，由VT2、VT3向负载输出电流，形成左（-）、右（+）的输出电压，如图5-1（b）所示。
这两对晶闸管轮流切换导通，则负载上便可得到交流电压，如图5-1（c）波形所示。
控制两对晶闸管的切换导通频率就可调节输出交流频率，改变直流电压E的大小就可调节输出电压幅值。
输出电流的波形、相位则决定于交流负载的性质。
图5-1 DC—AC变换原理要使逆变电路稳定工作，必须解决导通晶闸管的关断问题，即换流问题。
晶闸管为半控器件，在承受正向电压条件下只要门极施加正向触发脉冲即可导通。
但导通后门极失去控制作用，只有使阳极电流衰减至维持电流以下才能关断。
常用的晶闸管换流方法有：（1）电网换流（2）负载谐振式换流（3）强迫换流5.1.2 逆变电路的类型逆变器的交流负载中包含有电感、电容等无源元件，它们与外电路间必然有能量的交换，这就是无功。
由于逆变器的直流输入与交流输出间有无功功率的流动，所以必须在直流输入端设置储能元件来缓冲无功的需求。
在交—直—交变频电路中，直流环节的储能元件往往被当作滤波元件来看待，但它更有向交流负载提供无功功率的重要作用。
根据直流输入储能元件类型的不同，逆变电路可分为两种类型：图5-4 电压源型逆变器图5-5 无功二极管的作用1．电压源型逆变器电压源型逆变器是采用电容作储能元件，图5-4为一单相桥式电压源型逆变器原理图。
电压源型逆变器有如下特点：1）直流输入侧并联大电容C用作无功功率缓冲环节（滤波环节），构成逆变器低阻抗的电源内阻特性（电压源特性），即输出电压确定，其波形接近矩形，电流波形与负载有关，接近正弦。
交流电力控制电路
晶闸管与负载连接成内三 角形的三相交流调压电路
• 无论是电阻性负载还是电感性负载， 每一相都可当作单相交流调压电路来 分析，单相交流调压电路的方法和结 果都可沿用，注意把单相相电压改成 线电压即可。
常见三相交流调压器
12.3 交流电力控制电路
12.3.1 交流调功电路
1. 过零触发的概念
• 前述可控整流和有源逆变电路都采用移相 触发控制，这种触发方式使得电路输出为 缺角的正弦波，包含大量的高次谐波。为 了弥补这种不足，可采用过零触发或称零 触发。过零触发是指在正弦交流电压过零 时，触发晶闸管，使晶闸管或者处于全导 通或者处于全阻断，使负载得到完整的正 弦波。
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°。
θ(゜)
电感性负载
单相交流调压电路以a为参 变量的θ和a关系曲线
0 45 60
75
α(゜)
单相交流调压特点：
1）电阻性负载时，负载电流波形与
单相桥式可控整流交流侧电流一致。 改变控制角α可以连续改变负载电压 有效值，达到交流调压的目的。 2）电感性负载时，不能用窄脉冲触 发。否则当α< φ时，会出现一个晶闸管
无法导通，生成很大直流分量电流，烧毁 熔断器或晶闸管。
3）电感性负载时，最小控制角αmin=φ （阻抗角）。所以α的移相范围为φ ～180°，电阻性负载时移相范围为 0°～180° 。可以把θ与α、φ之间 的关系用左图所示的一簇曲线来表示。 图中以φ为参变量，当φ=0°时，代 表电阻性负载，此时θ=180°- α ； 若φ为某一特定角度，则当α ≤φ时， θ =180°，当α>φ时， θ随着α的增加 而减小。
电力电子AC——AC变换
( 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
电力电子技术(第二版)第3章答案
第三章交流-交流变换器习题解答3-1. 在交流调压电路中，采用相位控制和通断控制各有什么优缺点？为什么通断控制适用于大惯性负载？答：相位控制：优点：输出电压平滑变化。
缺点：含有较严重的谐波分量通断控制：优点：电路简单，功率因数高。
缺点：输出电压或功率调节不平滑。
由于惯性大的负载没有必要对交流电路的每个周期进行频繁的控制，所以可以采用通断控制。
对时间常数比较小负载的工作产生影响。
3-2. 单相交流调压电路，负载阻抗角为30°，问控制角α的有效移相范围有多大？如为三相交流调压电路，则α的有效移相范围又为多大？答：单相交流调压电路，负载阻抗角为30°，控制角α的有效移相范围是30°-180°；如为三相交流调压电路，α的有效移相范围是30°-150°。
3-3. 一电阻性负载加热炉由单相交流调压电路供电，如α=0°时为输出功率最大值，试求功率为80%，50%时的控制角α。
解：α＝0时的输出电压最大，为此时负载电流最大，为因此最大输出功率为输出功率为最大输出功率的80%时，有：又由化简得αα4.0π-2=sin2由图解法解得α=60°同理，输出功率为最大输出功率的50%时，有：α=90°3-4. 单相交流调压电路，电源电压220V ，电阻负载R=9Ω,当α=30°时，求：（1）输出电压和负载电流；（2）晶闸管额定电压和额定电流；（3）输出电压波形和晶闸管电压波形。
解：(1)负载上交流电压有效值为负载电流为(2)晶闸管承受的正反向电压最大值是22U ，考虑到2-3倍的安全裕量，晶闸管的额定电压应该为()()V U U TN 933~62223~22==晶闸管流过的电流有效值为 A I I T 17414.12420===考虑到1.5~2倍的安全裕量，晶闸管的额定电流为()()()A I I T AV T 67.21~24.1657.12~5.1==3-5. 如图3-35所示为单相晶闸管交流调压电路，其中V U 2202=，.516.5mH L =，.1Ω=R ，求：（1）触发角的移相范围；（2）负载电流的最大有效值；（3）最大输出功率和功率因数。
电力电子技术课件05直流-交流(DC-AC)变换
第五章直流-交流（DC-AC）变换一、概述DC-AC变换器（无源逆变器)V1、V4和V2、V3轮流切换导通，u o为交变电压（1）电网换流 利用电网电压换流，只适合可控整流、有源逆变电路、交—交变频器（2）负载谐振式换流 利用负载回路中形成的振荡特性，使电流自动过零，只要负载 电流超前于电压时间大于t q ，即能实现换流，分串，并联。
VT 2、VT 3通后，u 0经VT 2、VT 3反向加在VT 1、VT 4上1. 晶闸管逆变电路的换流方式换流概念：直流供电时，如何使已通元件关断VT 1导通，C 充电左（-）右（+），为换流做准备； VT 2导通，C 上电压反向加至VT 1，换流，C 反向充电。
（3）强迫换流附加换流环节，任何时刻都能换流直接耦合式强迫换流2. 逆变电路的类型（1）电压源型逆变器电流源型逆变器电流源型逆变器功率流向控制（3）两类逆变器的比较比较点电流型电压型直流回路滤波环节电抗器电容器输出电压波形决定于负载，当负载为异步电动机时，近似为正弦波矩形输出电流波形矩形近似正弦波，有较大谐波分量输出动态阻抗大小续流二极管不需要需要过流及短路保护容易困难线路结构较简单较复杂适用范围适用于单机拖动，频繁加减速下运行，需经常反向的场合适用于多机供电不可逆拖动，稳速工作，快速性不高的场合二、强迫换流式逆变电路1.串联二极管式电流源型逆变器结构VT1～VT6为晶闸管C1～C6为换流电容VD1～VD6为隔离二极管2.工作过程（换流机理）（1）换流前运行阶段（2）晶闸管换流与恒流充、放电阶段（3）二极管换流阶段（4）换流后运行阶段diL dt引起三、逆变器的多重化技术及多电平化1. 多重化技术改善方波逆变的输出波形：中小容量：SPWM大容量：多重化技术思路：用阶梯波逼近正弦波（1）串联多重化特点：适合于电压源型逆变器二重化三相电压源逆变器单个三相逆变电路输出电压波形桥Ⅱ输出电压相位比桥Ⅰ滞后30º桥Ⅰ输出变压器△/Y,桥Ⅱ输出变压器△/Z变比为1变比为13二重化逆变电路输出电压比单个逆变电路输出电压台阶更多、更接近正弦。
交交变频电路
March 30, 2023
24
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。
March 30, 2023
• 要点：
– 交－交变频电路（周波变流器）旳原理及电 路。
March 30, 2023
7
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。
March 30, 2023
22
交交变频
March 30, 2023
23
• 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：
March 30, 2023
19
• 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。
March 30, 2023
20
第二节 倍频电路
一、三倍增频器 • 电阻负载，电压过零
单相交流调压电路
uu0oD1DUUnUGm1NuNmssmi isinsnininnnsttts[iDnU[(Nnm2c11ssinins)tcsoinns][((1cct
)] si)nt n s
n
单相电路 按输出相数分
三相电路 半控型电路 按变流器件分 全控型电路
相控式电路、相频控制电路 按控制方式分
斩控式电路、斩频控制电路
6.1 单相交流调压电路
一、单相交流调压电路的理想模型
1、电路：
内阻为零
理想电源：电压波形无畸变
ui U m sin st
无损耗 理想开关： 无惯性
6.1 单相交流调压电路（续8）
这种控制要求器件开关时间变化小，器件驱动信号准确以及附加相应 的缓冲电路。在无缓冲电路的理想条件下， Ts和Tp的开关时间必须保持始 终一致，否则便会导致共态导通或共态关断，而这是不允许的，因为一旦 产生共态导通，电源沿Ts和Tp短路；相反，若出现共态关断，则负载电流 会将瞬间切断，在感性负载下，器件将会因关断过电压被击穿。附加缓冲 电路是一种有效的方法，由于采用单器件型电路，可以采用单极性缓冲电 路。由图c）可见若电路出现共态导通，电源沿两支缓流LK短路，若电路 出现断态（设此前是Ts导通而Tp关断），由于关断缓冲电路的存在，原先 流经器件Ts的电流，在Ts关断时将改向Cs流过，从而保证负载电流连续， 避免由于共态关断所引起的关断电压。
i]n[(snin[(cc s)t)tn
]
]
令令uuo011=DUDNUmsminsωint：s输t：入输信入号信的频号率的分频量率，分uo量1的，幅u值01的为幅Uo值1m=为DUU0N1mm DUm
改变D，可以改变输出电压的u01分量，实现了调压目的。
AC与AC变换电路
12.1.2 三相相位控制的交流调压电路
1、Y连接三相交流调压电路
（3）负载电压波形 首先介绍波形分析中的波形绘制方法，好的波形绘制方法有助于电 路的波形分析。 ①先画出三相电源电压波形，由于晶闸管VT1，VT3，VT5的共阳极 与三相电源 相连，故在对应的该相电源正半周有可能导通，因此分别在 图12.10（a）中标明晶闸管与三相电源的对应关系。同理，VT4，VT6， VT2分别与三相电源 负半周对应。 ②按触发信号的相位条件和脉冲宽度条件画出触发脉冲波形，如图 12.10（b）所示。晶闸管的导通区间与电路工作状态有关。 ③由于某相负载电压只有三种情况，故画出与该相负载对应的相电 压、线电压波形。如图12.10（c）所示，为分析a相负载电压波形时，画 出 波形轮廓线。 ④这样按区间，根据触发信号、晶闸管导通情况，在 波形轮廓线上 直接描绘出负载电压波形，如图12.10（d）所示。
12.1.2 三相相位控制的交流调压电路
1、Y连接三相交流调压电路
（1）若使电路正常 工作，触发信号应 当满足的要求
②脉宽条件 Y连接时的三相中 至少要有两相导通， 才能构成电流通路， 因此单窄脉冲是无法 启动三相交流调压电 路的。为了保证起始 工作电流的流通，并 在控制角较大、电流 不连续的情况下仍能 按要求使电流流通，触发信号应采用大于600的宽脉冲（或脉冲列)，或 者采用间隔为600的双窄脉冲。
AC/AC变换电路
12.1 交流调压电路 12.2 交流电力控制电路 12.3 交-交变频电路 12.4 矩阵变频电路
AC/AC变换是一种将交流电能幅值或频率直接加以转换 的交流----交流电力变换技术。
只改变交流电压大小或仅对电路实现通断而不改变频率 的控制，称为交流调压 交流调功，也称交流开关控制。交流 开关控制技术广泛应用于交流电动机的调压调速、降压启动、 调温、调光以及电气设备的交流无触点开关等。