《交交变换器》ppt课件

1、第3章 交-交变换器 3.1 简介晶闸管单相和三相交流调压器全控型器件的交流斩波电路交-交变频器交-交(AC-AC)变换器的运用3.2 相控交流调压电路 交流调压电路是将固定的交流电变换成输出电压有效值变化的交流电的安装。 控制方法： (1)相位控制 它是使晶闸管在电源电压每一周期中、在选定的时辰将负载与电源接通，改动选定的时辰可到达调压的目的。 (2)通断控制 即把晶闸管作为开关，经过改动通断时间比值到达调压的目的。这种控制方式电路简单，功率因数高，适用于有较大时间常数的负载；缺陷是输出电压或功率调理不平滑。(3) 斩波控制 利用开关管的开关作用，以远高于交流电频率的频率，经过改动导通比，改

2、动输出的交流电有效值，到达调压的目的。开关管应采用全控型电力电子器件。3.2.1 单相交流调压电路 1 电阻性负载的任务情况正半周时辰触发管，负半周时辰触发管，输出电压波形为正负半周缺角一样的正弦波。p负载上交流电压有效值U与控制角的关系为p电流有效值pp电路功率因数p 电路的移相范围为0 。 2sin21)(sin21222UtdtUUaLRUI IUUISP2sin21cos22 2 电感性负载的任务情况电感性负载的任务情况当电源电压反向过零时，由于负载电感产生感应电动势阻止当电源电压反向过零时，由于负载电感产生感应电动势阻止电流变化，故电流不能立刻为零，此时晶闸管导通角电流变化，故电流不

3、能立刻为零，此时晶闸管导通角的的大小，不但与控制角大小，不但与控制角有关，而且与负载阻抗角有关，而且与负载阻抗角?有关。有关。两只晶闸管门极的起始控制点分别定在电源电压每个半周两只晶闸管门极的起始控制点分别定在电源电压每个半周的起始点，的起始点，的最大范围是的最大范围是 。p单相交流调压器电感性负载时的主电路和输出波形 p当控制角为时，Ug1 触发VT1导通，流过VT1管的电流i2有两个分量，即强迫分量iB与自在分量iS，p其强迫分量为p式中p其自在分量为p式中 自在分量衰减时间常数， tZUisin22BRLarctgLRZ,22tgtteZUeZUisin2sin222SRLp流过晶闸管的

4、电流即负载电流为p当 ?时，电压、电流波形如上图所示。随着电源电流下降过零进入负半周，电路中的电感贮藏的能量释放终了，电流到零，VT1管才关断。p在t=0时触发管子，t= 时管子关断，将t= 代入上式可得tgtetZUiiisinsin22BS2tgesinsinp当取不同的?角时， =f()的曲线如下图， (1) 当 ? 时 稳定分量iB与自在分量is如图(b)所示，叠加后电流波形i2的导通角 180，正负半波电流断续， 愈大愈小，波形断续愈严重。(2) 当 ?时 假设触发脉冲为窄脉冲，那么当Ug2出现时，VT1的电流还未到零， VT2管受反压不能触发导通；待VT1中电流变到零关断， VT2

5、接受正压时，脉冲已消逝， 无法导通。这样使负载只需正半波，电流出现很大的直流分量，电路不能正常任务。 所以，带电感性负载时，晶闸管该当采用宽脉冲，这样在 ?时，虽然在刚开场触发晶闸管的几个周期内，两管的电流波形是不对称的，但当负载电流中的自在分量衰减后，负载电流即能得到完全对称延续的波形，电流滞后电源电压?角。 (3) 当 = ?时 电流自在分量is=0，i2=iB；=180。正负半周电流处于临界延续形状，相当于晶闸管失去控制，负载上获得最大功率，此时电流波形滞后电压 = ?角。 相当于晶闸管是不可控的。所以晶闸管的移相范围 思索题：在上述2种情形下，输出电压和电流的波形是怎样的？ 综上所述，

6、单相交流调压可归纳为以下三点： 带电阻性负载时，负载电流波形与单相桥式可控整流交流侧电流波形一致，改动控制角可以改动负载电压有效值。 带电感性负载时，不能用窄脉冲触发，否那么当 60触发。为了保证输出电压对称可调，应坚持触发脉冲与电源电压同步。 =0时的波形 控制角=0由于各相在整个正半周正向晶闸管导通，而负半周反向晶闸管导通，所以负载上获得的调压电压仍为完好的正弦波。=0时假设忽略晶闸管的管降压，此时调压电路相当于普通的三相交流电路，加到其负载上的电压是额定电源电压。图3-9(d)为U相负载电压波形。归纳=0时的导通特点如下：每管继续导通180 ；每60区间有三个晶闸管同时导通。(1) 三相

7、调压电路在纯电阻性负载时的任务情况=30时的波形 控制角=30各相电压过零30后触发相应晶闸管。以U相为例，uu过零变正30后发出VT1的触发脉冲ug1，uu过零变负30后发出VT4的触发脉冲ug2 。归纳=30时的导通特点如下：每管继续导通150 ；有的区间由两个晶闸管同时导通构成两相流通回路，也有的区间三个晶闸管同时导通构成三相流通回路。 =60时的波形 控制角=60=60情况下的详细分析与=30类似。这里给出=60时的脉冲分配图、导通区间和U相负载电压波形如右以下图所示。归纳=60时的导通特点如下：每个晶闸管导通120；每个区间由两个晶闸管构成回路。 =90时的波形 触发角=90 在触发

8、VT1时，VT6还有触发脉冲，由于此时uuuv， VT1和VT6接受正压uuv而导通，电流流过 VT1、u相负载、v相负载、 VT6，不断到uuuw，使得VT2和VT1接受正压uuw一同导通，构成UW相回路，归纳=90时的导通特点如下：每个晶闸管通120 ，各区间有两个管子导通。=120时的波形 触发角=120触发脉冲脉宽大于60 归纳=120时的导通特点如下：每个晶闸管触发后通30，断30，再触发导通30；各区间要么由两个管子导通构成回路，要么没有管子导通。 控制角 150时150以后，负载上没有交流电压输出。当Ug1触发VT1时，虽然VT6的触发脉冲仍存在，但由于uuuv，即，VT1、VT

9、6接受反向电压，不能够导通，因此输出电压为零。输出电压表达式 由于输出电压的波形在不同触发角范围内的组成不同，因此输出电压表达式也不同。 0 60 60 90 90 150 因此， = 0时输出全电压， 增大那么输出电压减小， = 150时输出电压为零。 每相负载上的电压已不是正弦波，但正、负半周对称。因此，输出电压中只需奇次谐波，以三次谐波所占比重最大。但由于这种线路没有零线，故无三次谐波通路，减少了三次谐波对电源的影响。(2) 三相调压电路在电感性负载时的任务情况三相交流调压电路在电感性负载下的情况要比单相电路复杂得多，很难用数学表达式进展描画。从实验可知，当三相交流调压电路带电感性负载时

10、，同样要求触发脉冲为宽脉冲，而脉冲移相范围为：0150 。随着增大那么输出电压减小。3.3 晶闸管交流调功器和交流开关 p前面引见移相触发控制，使得电路中的正弦波形出现缺角，包含较大的高次谐波。为了抑制这种缺陷，可采用过零触发的通断控制方式。这种方式的开关对外界的电磁干扰最小。p控制方法如下：在设定的周期内，使晶闸管开关接通几个周波然后断开几个周波，改动通断时间比，改动了负载上的交流平均电压，可到达调理负载功率的目的。因此这种安装也称为交流调功器。 p过零触发虽然没有移相触发时的高次谐波干扰，但其通断频率比电源频率低，特别当通断比太小时，会出现低频干扰，使照明出现人眼能觉察到的闪烁、电表指针出

11、现摇摆等。所以调功器通常用于热惯性较大的电热负载。3.3.1 3.3.1 晶闸管交流调功器晶闸管交流调功器过零触发通断控制时的输出电压波形 p图3-14为二种通断任务方式，如在设定周期Tc内导通的周波数为n，每个周波的周期为T，p输出电压有效值是 p p那么调功器的输出功率是p p 式中 Pn 设定周期Tc内全部周波导通时，安装输出的功率p Un设定周期Tc内全部周波导通时，安装输出的电压有效值p n在设定周期Tc内导通的周波数p因此改动导通周波数n即可改动电压和功率。 ncUTnTU ncPTnTP晶闸管交流开关是一种快速、理想的交流开关。晶闸管交流开关总是在电流过零时关断，在关断时不会因负

12、载或线路电感储存能量而呵斥暂态过电压和电磁干扰，因此特别适用于操作频繁、可逆运转及有易燃气体、多粉尘的场所。3.3.2 3.3.2 晶闸管交流开关晶闸管交流开关3.5 交-交变频电路 3.5.1 单相交-交变频电路 1 根本构造单相交-交变频电路由两组反并联的晶闸管整流器构成，和直流可逆调速系统用的四象限变换器完全一样，两者的任务原理也类似。 单相交-交变频器的主电路及输出电压波形 2 任务形状t1t3期间：io正半周，正组任务，反组被封锁。t1 t2： uo和io均为正，正组整流，输出功率为正。t2 t3 ： uo反向， io仍为正，正组逆变，输出功率为负。t3 t5期间： io负半周，反组

13、任务，正组被封锁。t3 t4 ：uo和io均为负，反组整流，输出功率为正。t4 t5 ： uo反向， io仍为负，反组逆变，输出功率为负。小结：哪一组任务由io方向决议，与uo极性无关。任务在整流还是逆变，那么根据uo方向与io方向能否一样确定。3 根本类型及任务原理(1) 方波型交-交变频器当正组供电时，负载上获得正向电压；当反组供电时，负载上获得负向电压。假设在各组任务期间角不变，那么输出电压为矩形波交流电压。改动正反组切换频率可以调理输出交流电的频率，而改动的大小即可调理矩形波的幅值。(2) 正弦波型交-交变频器正弦波型交-交变频器的主电路与方波型的主电路一样，但正弦波型交-交变频器输出

14、电压的平均值按正弦规律变化，抑制了方波型交-交变频器输出波形高次谐波成分大的缺陷。p在正组桥整流任务时，使控制角从 ，输出的平均电压由低到高再到低的正弦规律变化。而在正组桥逆变任务时，使控制角从 ，就可以获得平均值可变的负向逆变电压。p输出电压有效值和频率的调理p 使控制角从 ，改动0，就改动了输出电压的峰值，也就改动了输出电压的有效值；改动变化的速率，也就改动了输出电压的频率。p交-交变频电路的输出电压是由假设干段电源电压拼接而成的。在输出电压的一个周期内，所包含的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波。2/02/2/2/2/2/0正弦型交-交变频器的输出电压波形 1OO23456图4-20

15、uoiott第1段io 0，反组逆变 第2段电流过零，为无环流死区第3段io 0， uo 0，正组整流 第4段io 0， uo 0，正组逆变第5段又是无环流死区 第6段io 0， uo 0，为反组整流4. 余弦交点法最常用的方法是余弦交点法，该方法的原那么是：触发角的变化和切换应使得整流输出电压的瞬时值与理想正弦电压的瞬时值误差最小。正弦波型交-交变频器适宜于低频大功率的电气传动系统，最高输出频率是输入频率的1/3或1/2。5输入输出特性(1) 输出上限频率交-交变频器的输出电压并不是平滑的正弦波形，而是由假设干段交流电源电压拼接而成的。在输出电压的一个周期内，所包含的电源电压段数越多，其波形

16、就越接近正弦波。普通以为，交流电路采用6脉波的三相桥式电路时，最高输出频率不高于电网频率的1/31/2。(2) 输入功率因数交-交变频器的输出是经过相位控制的方法来得到的，因此在输入端需求提供滞后的无功电流。由于在输出电压的一个周期内，角是从0到90之间不断变化的。输入功率因数较低，是交-交变频器的一大缺陷。6 无环流控制及有环流控制为保证负载电流反向时无环流，系统必需留有一定的死区时间，这就使得输出电压的波形畸变增大。为了减小死区的影响，应在确保无环流的前提下尽量缩短死区时间。另外，在负载电流发生断续时，一样角时的输出电压被抬高，这也呵斥输出波形的畸变。电流死区和电流断续的影响限制了输出频率

17、的提高。有环流控制方式和直流可逆调速系统中的有环流方式类似，在正反两组变换器之间设置环流电抗器。运转时，两组变换器都施加触发脉冲，并使正组触发角1和反组触发角2坚持1 +2 =180的关系。该方式使输出波形的畸变得以改善，还可提高输出上限频率。但在运转时，有环流方式的输入功率比无环流方式略有添加，使效率有所降低。 7 单相交-交变频电路将两组三相可逆整流器反并联即可构成单相变频电路。 三相半波-单相交-交变频电路 三相桥式-单相交-交变频电路 3.5.2 三相交-交变频电路 p三相交-交变频器电路是由三组输出电压相位互差的单相交-交变频电路组成的。p(1) 公共交流母线进线方式 (2) 输出星形衔接方式 由于变频器输出端中点不和负载中点相衔接，所以在构成三相变频器的六组桥式电路中，至少要有不同相的两组桥中的四个晶闸管同时导通才干构成回路，构成电流。 交-交变频器的特点交-交变频器由于其直接变换的特点，效率较高，可方便地进展可逆运转。主要缺陷是：功率因数低。主电路运用晶闸管元件数目多，控制电路复杂，调试也比较复杂。变频器输出频率遭到其电网频率的限制，最大变频范围在电网二分之一以下。 交-交变频器普通只适用于球磨机、矿井提升机、电动车辆、大型