《电力电子技术41》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力电子技术41（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电力电子技术第41讲电力电子技术第41讲 6 交流交流变换器（4）6 交流交流变换器（4） 哈尔滨工业大学远程教育 文件:电力电子技术41.2电力电子技术 交流交流变换器(4) 哈尔滨工业大学远程教育 本讲是 第6章 交流交流变换器 的第4讲，上3讲的主要内容是： ? 6.1 交流调压电路 ? 6.2 其它交流电力控制电路 ? 6.3 交交变频电路 6.3.1. 单相交交变频器6.3.1. 单相交交变频器 本讲学习： 6.3.2 三相交交变频电路6.3.2 三相交交变频电路 ? 6.4 矩阵式变频器 哈尔滨工业大学远程教育 文件:电力电子技术41.3电力电子技术 交流交流变换器(4) 哈尔滨工
2、业大学远程教育 6.3.2 三相交交变频电路 ?由三组输出电压相位各差120的单相交交变频电路组成。 1.电路接线方式 公共交流母线进线方式 输出星形联结方式 交交变频电路主要应用于大功率交流电机 调速系统，使用的是三相交交变频电路。 哈尔滨工业大学远程教育 文件:电力电子技术41.4电力电子技术 交流交流变换器(4) 哈尔滨工业大学远程教育 (1)公共交流母线进线方式 公共交流母线进线三相 交交变频电路（简图） 公共交流母线进线三相 交交变频电路（简图） 由三组彼此独立的、输出电压相位相 互错开 由三组彼此独立的、输出电压相位相 互错开120的单相交交变频电路构 成。 的单相交交变频电路构
3、成。 电源进线通过进线电抗器接在公共的 交流母线上。 电源进线通过进线电抗器接在公共的 交流母线上。 因为电源进线端公用，所以三组的输 出端必须隔离。为此，交流电动机的 三个绕组必须拆开。 因为电源进线端公用，所以三组的输 出端必须隔离。为此，交流电动机的 三个绕组必须拆开。 主要用于主要用于中等容量的交流调速系统中等容量的交流调速系统。 哈尔滨工业大学远程教育 文件:电力电子技术41.5电力电子技术 交流交流变换器(4) 哈尔滨工业大学远程教育 (2) 输出星形联结方式 三组的输出端是星形联结，电动机的三个绕组也是星形联结 电动机中点不和变频器中点接在一起，电动机只引出三根线即可 ? 输出星
4、形联结方式三相交交变频电路 a）简图b）详图 输出星形联结方式三相交交变频电路 a）简图b）详图 三组的输出端是星形联结，电动机的三个绕组也是星形联结。 电动机中点不和变频器中点接在一起，电动机只引出三根线即可。 哈尔滨工业大学远程教育 文件:电力电子技术41.6电力电子技术 交流交流变换器(4) 哈尔滨工业大学远程教育 因为三组的输出联接在一起，其电源进线必须隔离，因此分别用三个 变压器供电。 由于输出端中点不和负载中点相联接，所以在构成三相变频电路的六 组桥式电路中，至少要有不同输出相的两组桥中的四个晶闸管同时导通 才能构成回路，形成电流。 哈尔滨工业大学远程教育 文件:电力电子技术41.
5、7电力电子技术 交流交流变换器(4) 哈尔滨工业大学远程教育 和整流电路一样，同一组桥内的两个晶闸管靠双触发脉冲保证同时 导通。 两组桥之间则是靠各自的触发脉冲有足够的宽度，以保证同时导 通。 哈尔滨工业大学远程教育 文件:电力电子技术41.8电力电子技术 交流交流变换器(4) 哈尔滨工业大学远程教育 2.输入输出特性 输出上限频率和输出电压谐波和单相交交变频电路是一致的。 输入电流 总输入电流由三个 单相的同一相输入电 流合成而得到。 有些谐波相互抵 消，谐波种类有所减 少，总的谐波幅值也 有所降低。 200t/ms 输出电压 单相输出时 U相输入电流 三相输出时 U相输入电流 200 t/
6、ms 200t/ms 交交变频电路的输入电流波形交交变频电路的输入电流波形 哈尔滨工业大学远程教育 文件:电力电子技术41.9电力电子技术 交流交流变换器(4) 哈尔滨工业大学远程教育 谐波频率为谐波频率为 (6-21) 和和(6-22) 式中式中k=1,2,3,l=0,1,2,。 ?采用三相桥式电路时，输入谐波电流的主要频率为采用三相桥式电路时，输入谐波电流的主要频率为f fi i66f fo o、5、5f fi i、 5 、 5f fi i66f fo o、 7、 7f fi i、 7、 7f fi i66f fo o、 11、 11f fi i、 11、 11f fi i66f fo o
7、f fi i1212f fo o等。 其中 等。 其中5 5f fi i次谐波的幅值最大次谐波的幅值最大。 () oiin 616lffkf= oiin 6kfff= 输入功率因数输入功率因数 三相总输入功率因数应为:三相总输入功率因数应为: 三相电路总的有功功率为各相有功功率之和三相电路总的有功功率为各相有功功率之和 但视在功率却不能简单相加，而应由总输入电流有效值和输入电压 有效值来计算，比三相各自的视在功率之和要小 但视在功率却不能简单相加，而应由总输入电流有效值和输入电压 有效值来计算，比三相各自的视在功率之和要小 三相三相总输入功率因数要高于单相交交变频电路总输入功率因数要高于单相交
8、交变频电路 S PPP S P cba + = 哈尔滨工业大学远程教育 文件:电力电子技术41.10电力电子技术 交流交流变换器(4) 哈尔滨工业大学远程教育 3. 改善输入功率因数和提高输出电压 基本思路基本思路 各相输出的是相电压，而加在负载上的是线电压。各相输出的是相电压，而加在负载上的是线电压。 在在各相电压中叠加同样的直流分量或3倍于输出频率的谐波分量各相电压中叠加同样的直流分量或3倍于输出频率的谐波分量，它 们都不会在线电压中反映出来，因而也加不到负载上。利用这一特 性可以使输入功率因数得到改善并提高输出电压。 ，它 们都不会在线电压中反映出来，因而也加不到负载上。利用这一特 性可
9、以使输入功率因数得到改善并提高输出电压。 直流偏置直流偏置 负载电动机低速运行时负载电动机低速运行时，变频器输出电压很低，各组桥式电路的，变频器输出电压很低，各组桥式电路的 角 都在90附近，因此输入功率因数很低。 角 都在90附近，因此输入功率因数很低。 给各相输出电压给各相输出电压叠加上同样的直流分量叠加上同样的直流分量，控制角，控制角 将减小，但变频器 输出线电压并不改变。 将减小，但变频器 输出线电压并不改变。 哈尔滨工业大学远程教育 文件:电力电子技术41.11电力电子技术 交流交流变换器(4) 哈尔滨工业大学远程教育 uAN的基波分量 u O t uAB uAN uBN 梯形波控制
10、方式的理想输出电压波形梯形波控制方式的理想输出电压波形 交流偏置 梯形波输出控制方式。 使三组单相变频器的输出均为梯形波（也称准梯形波），主要谐波 成分是三次谐波。 在线电压中三次谐波相互抵消，线电压仍为正弦波。 因为桥式电路较长时间工作在高输出电压区域（即梯形波的平顶区 ），角较小，因此输入功率因数可提高15%左右。 正弦波输出控制方式中，最大输出正弦波相电压的幅值为Ud0。 在同样幅值的情况下，梯形波中的基波幅值可提高15%左右。 哈尔滨工业大学远程教育 文件:电力电子技术41.12电力电子技术 交流交流变换器(4) 哈尔滨工业大学远程教育 交交变频和交直交变频的比较 后面章节中将介绍间接
11、变频电路，先把交流变换成直流，再把直流 逆变成可变频率的交流，称交直交变频电路。 交交变频电路的优点： 交交变频电路的缺点： 接线复杂，采用三相桥式电路的三相交交变频器至少要用36只 晶闸管。 受电网频率和变流电路脉波数的限制，输出频率较低。 输入功率因数较低。 输入电流谐波含量大，频谱复杂。 效率较高（一次变流） 可方便地实现四象限工作 低频输出波形接近正弦波 应用 主要用于500kW或1000kW以上的大功率、低转速的交流调速电路中。 目前已在轧机主传动装置、鼓风机、矿石破碎机、球磨机、卷扬机 等场合应用。 既可用于异步电动机，也可用于同步电动机传动。 哈尔滨工业大学远程教育 文件:电力电
12、子技术41.13电力电子技术 交流交流变换器(4) 哈尔滨工业大学远程教育 6.4 矩阵式变频器 简介： 是近年出现的一种新颖的变频 电路。 是近年出现的一种新颖的变频 电路。 是是直接变频电路直接变频电路 ，采用的开关 器件是全控型。 ，采用的开关 器件是全控型。 控制方式是控制方式是斩波控制斩波控制。 拓扑结构：拓扑结构： 三相输入电压为三相输入电压为ua、 ub和和uc 三相输出电压为三相输出电压为uu、 uv和和uw 矩阵式变频器矩阵式变频器 9个开关器件组成个开关器件组成33矩阵，因此该 电路被称为矩阵式变频电路 矩阵，因此该 电路被称为矩阵式变频电路(Matrix Converte
13、r MC)或矩阵变换器。或矩阵变换器。 图中每个开关都是矩阵中的一个元 素，采用双向可控开关，右图给出 了应用较多的一种 图中每个开关都是矩阵中的一个元 素，采用双向可控开关，右图给出 了应用较多的一种开关单元开关单元。 哈尔滨工业大学远程教育 文件:电力电子技术41.14电力电子技术 交流交流变换器(4) 哈尔滨工业大学远程教育 优点 输出电压为正弦波。 输出频率不受电网频率的限制。 输入电流也可控制为正弦波且和电压同相。 功率因数为1，也可控制为需要的功率因数。 能量可双向流动，适用于交流电动机的四象限运行。 不通过中间直流环节而直接实现变频，效率较高。 哈尔滨工业大学远程教育 文件:电力
14、电子技术41.15电力电子技术 交流交流变换器(4) 哈尔滨工业大学远程教育 矩阵式变频电路的基本工作原理 单相输入单相输入 对单相交流电压对单相交流电压u us s进行斩波控制，即 进行PWM控制时，输出电压 进行斩波控制，即 进行PWM控制时，输出电压u uo o为 (6-24) 为 (6-24) 式中，式中，T Tc c开关周期；开关周期；t ton on 一个 开关周期内开关导通时间； 一个 开关周期内开关导通时间； 占 空比。 占 空比。 ss c on o uu T t u= 构造输出电压时可利用 的输入电压部分 a)单相输入 构造输出电压时可利用 的输入电压部分 a)单相输入 不
15、同的开关周期中采用不同的不同的开关周期中采用不同的 ，可得到 与 ，可得到 与u us s频率和波形都不同的频率和波形都不同的u uo o。 由于单相交流由于单相交流u us s波形为正弦波，波形为正弦波，可利用的 输入电压部分 可利用的 输入电压部分只有右图单相电压阴影部分 ，因此 只有右图单相电压阴影部分 ，因此u uo o将受到很大的局限，无法得到所 需输出波形。 将受到很大的局限，无法得到所 需输出波形。 a) 哈尔滨工业大学远程教育 文件:电力电子技术41.16电力电子技术 交流交流变换器(4) 哈尔滨工业大学远程教育 b) U m Um 1 2 利用三相相电压利用三相相电压 把输入
16、改为三相，就可利用右图所示 的三相相电压包络线中所有的阴影部 分。 把输入改为三相，就可利用右图所示 的三相相电压包络线中所有的阴影部 分。 理论上所构造的理论上所构造的u uo o的频率可不受限 制 的频率可不受限 制。 但如但如u uo o必须为正弦波，则其必须为正弦波，则其最大幅值最大幅值 仅为输入相电压仅为输入相电压ua幅值的幅值的0.5倍。倍。 构造输出电压时可利用的输入电压部分 b) 三相输入构造输出相电压 构造输出电压时可利用的输入电压部分 b) 三相输入构造输出相电压 哈尔滨工业大学远程教育 文件:电力电子技术41.17电力电子技术 交流交流变换器(4) 哈尔滨工业大学远程教育 c) U 1m U 2 3 利用三相线电压利用三相线电压 用下图中第一行和第二行的6个开关共 同作用来构造输出线电压 用下图中第一行和第二行的6个开关共 同作用来构造输出线电压u uuv uv 。 可利用右图中可利用右图中6个
