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1、第 4 章 交流电力控制电路和交交变频电路98第 4 章 交流电力控制电路和交交变频电路主要内容：单相、三相相控式交流调压电路，交流调功电路，交流电子开关，单相、三相输出交交变频电路。重点：单相相控式交流调压电路，交流调功电路，单相输出交交变频电路。难点：单相相控式交流调压电路，单相输出交交变频电路。基本要求：掌握单相相控式交流调压电路，理解三相相控式交流调压电路，掌握交流调功电路，了解交流电子开关，掌握单相输出交交变频电路，了解三相输出交交变频电路。1 交流电力控制(1) 单相交流调压电路a 电阻负载工作原理：u 1 的正半周和负半周，分别对 VT1 和 VT2 的开通角 进行控制就可以调节
2、输出电压正负半周 起始时刻（ =0）均为电压过零时刻，稳态时，正负半周的 相等。负载电压波形是电源电压波形的一部分，负载电流（也即电源电流）和负载电压的波形相同。重庆科技学院电力电子技术教案99图 4-1 电阻负载单相交流调压电路及其波形数量关系：负载电压有效值(4-1)负载电流有效值： (4-2)晶闸管电流有效值：(4-3)功率因数： (4-4)输出电压与 的关系： 移相范围为 0。 =0 时 Uo=U1，最大， 的增大，U o 降低， =时，U o=0；与 的关系： =0时，=1， 增大，输入电流滞后于电压且畸变， 降低；b 阻感负载负载阻抗角：晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，相位滞后
3、于 u1 的角度为 ；在用晶闸管控制时，只能滞后控制，使负载电流更为滞后，而无法使其超前； =0 时刻仍为 u1 过零时刻， 的移相范围应为 ；阻感负载时的工作过程分析：在 wt= 时刻开通 VT1，负载电流满足(4-5)解方程得(4-6)式中， 为晶闸管导通角利用边界条件：t=+ 时 io=0，可求得 ：(4-7)第 4 章 交流电力控制电路和交交变频电路100图 4-2 阻感负载单相交流调压电路及其波形VT2 导通时，上述关系完全相同，只是 io 极性相反，相位差 180数量关系：负载电压有效值(4-8)重庆科技学院电力电子技术教案101图 4-3 单相交流调压电路以 为参变量的 和 关系
4、曲线晶闸管电流有效值：(4-9)负载电流有效值：(4-10)IT 的标么值(4-11)第 4 章 交流电力控制电路和交交变频电路102图 4-4 单相交流调压电路 为参变量时 ITN 和 关系曲线 0，反组逆变；第 2 段电流过零，为无环流死区；第 3 段 io0， uo0，正组整流；第 4 段 io0， uo0，正组逆变；第 5 段又是无环流死区；第 6 段 io0， uo0，为反组整流；图 4-15 单相交交变频电路输出电压和电流波形重庆科技学院电力电子技术教案109uo 和 io 的相位差小于 90时，电网向负载提供能量的平均值为正，电动机为电动；相位差大于 90时，电网向负载提供能量的
5、平均值为负，电网吸收能量，电动机为发电状态。c 输出正弦波电压的调制方法余弦交点法：最基本的、广泛使用的方法设 Ud0 为 = 0 时整流电路的理想空载电压，则有(4-12)每次控制时 角不同，表示每次控制间隔内 uo 的平均值期望的正弦波输出电压为： (4-13)比较式(4-12)和(4-13)，应使(4-14) 称为输出电压比余弦交点法基本公式(4-15) 余弦交点法图解：线电压 ub、u c、u bc、u b 、u c 和 ucb 依次用 u1u6 表示；相邻两个线电压的交点对应于 =0；u1u6 所对应的同步信号分别用 us1us6 表示；us1us6 比相应的 u1u6 超前 30，
6、u s1us6 的最大值和相应线电压 =0 的时刻对应；以 =0 为零时刻，则 us1us6 为余弦信号；希望输出电压为 uo，则各晶闸管触发时刻由相应 us1us6 的下降段和 uo 的交点来决定；第 4 章 交流电力控制电路和交交变频电路110图 4-16 余弦交点法原理 较小，即输出电压较低时， 只在离 90很近的范围内变化，电路的输入功率因数非常低。重庆科技学院电力电子技术教案111图 4-17 不同 时 和 wot 的关系d 输入输出特性输出上限频率 输出频率增高时，输出电压一周期所含电网电压段数减少，波形畸变严重，电压波形畸变及其导致的电流波形畸变和转矩脉动是限制输出频率提高的主要
7、因素。输出波形畸变和输出上限频率的关系，很难确定明确界限。当采用 6 脉波三相桥式电路时，输出上限频率不高于电网频率的 1/31/2。电网频率为 50Hz 时，交交变频电路的输出上限频率约为 20Hz。输入功率因数输入电流相位滞后于输入电压，需要电网提供无功功率；一周期内， 角以 90为中心变化； 越小，半周期内 的平均值越靠近 90；负载功率因数越低，输入功率因数也越低；不论负载功率因数是滞后的还是超前的，输入的无功电流总是滞后；图 4-18 单相交交变频电路的功率因数输出电压谐波：输出电压谐波频谱非常复杂，既和电网频率 fi 以及变流电路的脉波数有关，也和输出频率 fo 有关采用三相桥时，
8、输出电压所含主要谐波的频率为：6fifo，6f i3fo，6f i5fo，12fifo，12f i3fo，12f i5fo，采用无环流控制方式时，由于电流死区的影响，将增加 5fo、7fo 等次谐波输入电流谐波：第 4 章 交流电力控制电路和交交变频电路112输入电流波形和可控整流电路的输入波形类似，但其幅值和相位均按正弦规律被调制。采用三相桥式电路的交交变频电路输入电流谐波频率：(4-16)和 (4-17)式中 k=1,2,3,；l=0,1,2,。(2) 三相交交变频电路三相交交变频电路主要应用于大功率交流电机调速系统，由三组输出电压相位各差120的单相交交变频电路组成。a 电路接线方式主要
9、有两种：公共交流母线进线方式和输出星形联结方式公共交流母线进线方式：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；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，电动机的三个绕组必须拆开，主要用于中等容量的交流调速系统。图 4-19 公共交流母线进线三相交交变频电路（简图）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；重庆科技学院电力电子技术教案113因为三组的输出联接在一起，其电源进线必须隔离。图 4-25 输出星形联结方式三相交交变频电路 ）
10、简图 b）详图由于输出端中点不和负载中点联接，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；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。b 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的一致输入电流：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输入功率因数三相总输入功率因数应为(4-18)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。三相总输入功率因数要高于单相交交变频电路。和交直交比较，交交变频的优点：只用一次变流，效率较高；可方便地实现四象限工作；低频输出波形接近正弦波；缺点是：第 4 章 交流电力控制电路和交交变频电路114接线复杂，采用三相桥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；应用：主要用于 500kW 或 1000kW 以下的大功率、低转速交流调速电路中，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
