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1、May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-1,第四章 交流调压电路和交交变频电路,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-2,要 求 及 重 点,掌握交流调压器的基本类型、用途和电路，简要分析单、三相交流调压电路，理解和掌握交流斩波调压的原理与基本性能。掌握交交变频电路的原理及电路，分析其优缺点，掌握三相交交变频电路的有环流和无环流运行。 重点： 交流调压电路和交交变频电路的原理及电路。,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-3,4. 1 交流调压器的类型、用途和电路,交流调压器的调压方式： 通断控制 相位控制 斩波控制 交流调压的应用： 调温的工频加
2、热和感应加热 灯光调节 泵及风机的感应电动机调速 变压器的初级调压,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-4,单相调压器的基本电路,A. 反并联电路 B. 混合反并联电路,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-6,三相调压器的基本电路,A. 反并联电路 B. 混合反并联电路,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-7,三相调压器的基本电路（续）,C. 形负载内接 D. 形负载内接 反并联电路 形反并联电路,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-8,三相调压器的基本电路（续）,E. 形负载内接 三个可控元件 电路,May 1, 200
3、3,北方交通大学电气工程学院,4-9,4. 2 单相交流调压电路的分析,以反并联交流调压电路为例 电阻负载 交流电压有效值 UR 负载的电流有效值,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-10,功率因数 晶闸管的电流平均值 晶闸管的电流有效值 I及通态平均电流 IT,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-11,交流调压器R负载时的参数与关系,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-12,单相交流调压电路的分析（续）,电感性负载 a. 电路 b. 电压与电流波形,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-13,c. 负载电流表达式 感性负载
4、电流 iL的两个分量 iL1、 iL2 电流表达式,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-14,d. 控制角、功率因数角与导通角的关系 单相交流调压器 时的 = f (、 ) 曲线,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-15,e. 几种典型情况： (1) = 0 (2) 不等于 0 180,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-16,(3) = (4) 窄脉冲 宽脉冲,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-17,单相交流调压电路的分析（续）,感性负载时晶闸管电流和负载电流的有效值 晶闸管电流有效值 式中 I* -晶闸管的标幺电流有
5、效值 晶闸管电流有效值,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-18,晶闸管标幺电流有效值 I*与 、的关系,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-19,4. 3 三相交流调压电路的分析,分析举例电路,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-20,三相交流调压器正常工作的基本条件 在三相电路中至少有一相正向晶闸管与另一相反向晶闸管同时导通。 为了保证电路起始工作时两个晶闸管能同时导通，并且在感性负载和控制角较大时，也能使不同相的正、反两个晶闸管同时导通，要求采用宽脉冲，或者双窄触发脉冲电路。 各触发信号应与相应的交流电源电压相序一致，并且与电压同步。
6、,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-21,三相交流调压电路在电阻负载下的波形与参数 波形（见图） 输出电压有效值 Ua,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-22,电阻负载三相调压电路输出电压 (a) 晶闸管反 并联电路 (b) 晶闸管与 二极管反 并联电路,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-23,三相交流调压电路在感性负载下的工况 三相交流调压电路的 I*与 、 的关系,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-24,感性负载（ = 45）下三相调压电路的电流波形,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-25,
7、4. 4 交流斩波调压电路,交流斩波调压的原理与基本性能 原理图,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-26,交流斩波电路输出电压 (a) 电阻负载 (b) 感性负载 (d) 改善cos的斩波调压 导通比:,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-27,交流斩波调压电路 GTR交流斩波器 GTO交流斩波器,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-28,用GTR构成的三相交流斩波器,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-29,4. 5 交交变频电路概述,交流变换的目的： 调节电压、频率、相位 形式： 交直交变频器（整流器逆变器） 交交变
8、频器（直接变频器）,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-30,基本原理及应用 整流电路：Ud 0 或 Ud 0 三相半波整流电路：Ud = 1.17 U2 cos 交交变频器： 在 0 至 之间变化，输出交流电压 正、负两组整流器反并联，输出交流电流,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-31,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-32,输出电压、电流波形图：,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-33,三相零式交交变频器：,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-34,应用领域： 大功率、低速交流传动 （轧钢机、
9、矿井提升机、造纸、冶炼等） 分类： 单相、三相 桥式、零式 有环流、无环流 高频 ( f0 fi )、低频 ( f0 fi ),May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-35,4. 6 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 中等 桥式36支 全波 多 高 较低 大,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-36,三相输出各差120，基本原理相同。,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-37,i0 0正组工作，UP =
10、 Ud = 1.17U2cosP , 0 P ，UP 可正可负。 i0 0负组工作，UN = - Ud = - 1.17U2cosN 平均值 UN = UP ，N = - P 。,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-38,输出瞬时值 uN uP ， u = uP uN 。 u 在正、负组间产生环流，采用电抗器限制。,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-39,有环流运行方式： 目的：使正、负组输出电流平滑过渡。 特点：正、负组同时工作， 采用环流电抗器抑制组间环流。 优点：正、负组自动切换， 输出电流连续、平滑、无死区， 系统动态性能高，稳定性好 缺点：增加电
11、抗器，成本高，损耗大。,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-40,无环流运行方式： 目的：取消电抗器，降低成本及损耗。 特点： i0 0 时正组工作，封锁负组， i0 0 时负组工作，封锁正组。 优点：无组间环流，成本低，损耗小。 缺点：需要检测电流过零点，控制复杂， 控制失败时，造成组间电源短路， 输出电流存在死区，波形畸变。,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-41,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-42,交交变频器输出电压： 输出电压峰值： 输出电压有效值： 电压降系数： 改变 min ，可调节输出电压U0 。 min = 0 时，
12、 = 1 ，U0 = U0max = 0.83 U2 。,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-43,交交变频器控制方法： 余弦交点法： 给定输出曲线与一余弦曲线相交，在交点处产生各晶闸管的触发脉冲。 改变给定曲线的频率和幅值，可控制输出电压的频率和大小。,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-44,交交变频器输出频率： f0 / fi = 1/2 时，半周期内有 6 脉波，谐波大 f0 / fi = 1/3 时，半周期内有 9 脉波，谐波较小 f0 / fi = 1/6 时，半周期内有 18 脉波，谐波小 为了减小谐波含量， 降低负载转矩脉动， 应保证 f0
13、/ fi 1 / 3 ， 即 f0 16.7 Hz 。,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-45,交交变频器的功率因数： 整流电路：cos = cos 交交变频器： 因为 0 ， 所以 cos cosmin ， cos = f ( , cos ) ， cos负载功率因数。 输入侧总功率因数：,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-46,交交变频器的优点： 无中间直流环节，损耗小，效率高。 开关器件采用晶闸管，以利于大功率应用， 采用电源自然换相，不需强迫换流电路。 可以实现能量反馈，使电机作四象限运行。 输出低频时，谐波含量小，负载转矩脉动低。 因此适用于大功
14、率、低速交流传动领域。,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-47,交交变频器的缺点： 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。,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-48,第五章 无源逆变电路,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-49,5. 1 无源逆变电路的原理及分类,无源逆变 直流 交流（向负载直接供电） 变频器 既能调压又能调频 无源逆变器 旋转变频器 静止变频器 交交变频器 直交变频器,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院
15、,4-50,逆变器的基本类型,按结构分类 桥式 零式 按电网相数分类 单相 多相 按器件分类 半控型 全控型,按调制方法分类 SPWM 阶梯波 按导通的角度分类 180 120 按强迫换流的特点 谐振型 并联电容型等,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-51,逆变器的基本类型（续）,按储能元件的性质分类 电压型逆变器 电流型逆变器,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-52,5. 2 单相电压型逆变电路,示意图 组成： 主电路 门控电路 控制电路,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-53,单相桥式逆变电路的原理（R负载） 主电路 波形图 输出
16、电压（图 b） 输出电流（图 c） 直流输入电流（图 d）,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-54,单相桥式逆变电路的原理（L负载） 主电路 波形图 输出电压（图 b） 输出电流（图 c） 直流输入电流（图 d）,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-55,单相半桥GTO逆变电路及波形 主电路 波形图 输出电压（图 b） 输出电流（图 c）,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-56,单相零式逆变电路及波形 主电路 波形图 见右图,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-57,感性负载下SCR单相零式逆变电路,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-58,M相零式逆变电路的简化原理图,May 1, 2003,北方交通大学电气工程学院,4-
