【文章內容簡介】 況下，希望電容器預充電電壓為電源電壓峰值，這時電源電壓的變化率為零，電容投入過程不但沒有沖擊電流，電流也沒有階躍變化 圖4 1 6usiCuCCVT1VT2ttttusiCuCVT1VT2t1t2uVT 1uVT 1圖 416 TSC理想投切時刻原理說明 交流電力電子開關 交交變頻電路 ?本節(jié)講述：晶閘管交交變頻電路，也稱周波變流器 (Cycloconvertor) ?交交變頻電路 ——把電網頻率的交流電變成可調頻率的交流電，屬于直接變頻電路 ?廣泛用于大功率交流電動機調速傳動系統(tǒng)，實用的主要是三相輸出交交變頻電路 1．電路構成和基本工作原理 ? 電路構成 – 如圖 418，由 P組和 N組反并聯(lián)的晶閘管變流電路構成，和直流電動機可逆調速用的四象限變流電路完全相同 – 變流器 P和 N都是相控整流電路 圖 418 單相交交變頻電路原理圖和輸出電壓波形 單相交交變頻電路 ?工作原理 – P組工作時 ， 負載電流 io為正 – N組工作時 ， io為負 – 兩組變流器按一定的頻率交替工作 ， 負載就得到該頻率的交流電 ?改變兩組變流器的切換頻率 ， 就可改變輸出頻率 ?o ?改變變流電路的控制角 a， 就可以改變交流輸出電壓的幅值 單相交交變頻電路 ?為使 uo波形接近正弦波 ， 可按正弦規(guī)律對 a角進行調制 – 在半個周期內讓 P組 a 角按正弦規(guī)律從 90176。 減到 0176。 或某個值 ，再增加到 90176。 ， 每個控制間隔內的平均輸出電壓就按正弦規(guī)律從零增至最高 ， 再減到零 。 另外半個周期可對 N組進行同樣的控制 – uo由若干段電源電壓拼接而成 ， 在 uo的一個周期內 ， 包含的電源電壓段數越多 ， 其波形就越接近正弦波 單相交交變頻電路 2． 整流與逆變工作狀態(tài) – 阻感負載為例 – 把交交變頻電路理想化 ， 忽略變流電路換相時 uo的脈動分量 ， 就可把電路等效成圖 419a所示的正弦波交流電源和二極管的串聯(lián) – 設負載阻抗角為 j， 則輸出電流滯后輸出電壓 j 角 – 兩組變流電路采取無環(huán)流工作方式 ， 即一組變流電路工作時 ， 封鎖另一組變流電路的觸發(fā)脈沖 單相交交變頻電路 a)整流 逆變阻斷圖4 1 9b)PNttttt整流 逆變阻斷OOOOOuo, iouoiot1t2t3t4t5uouPuNuoiPiNuPuNuoioiNiP圖 419 理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài) ? 工作狀態(tài) ? t1~t3期間： io正半周，正組工作，反組被封鎖 ? t1~ t2： uo和 io均為正，正組整流，輸出功率為正 ? t2 ~ t3 ： uo反向， io仍為正，正組逆變，輸出功率為負 單相交交變頻電路 ? t3 ~ t5期間： io負半周，反組工作，正組被封鎖 ? t3 ~ t4 ： uo和 io均為負，反組整流，輸出功率為正 ? t4 ~ t5 ： uo反向， io仍為負，反組逆變，輸出功率為負 ?小結： ? 哪一組工作由 io方向決定，與 uo極性無關 ? 工作在整流還是逆變，則根據 uo方向與 io方向是否相同確定 ?工作狀態(tài) 單相交交變頻電路 a)整流 逆變阻斷圖4 1 9b)PNttttt整流 逆變阻斷OOOOOuo, iouoiot1t2t3t4t5uouPuNuoiPiNuPuNuoioiNiP圖 419 理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài) 1OO23 456圖4 2 0uoio? t? t圖 420 單相交交變頻電路輸出電壓和電流波形 單相交交變頻電路 考慮無環(huán)流工作方式下 io過零的死區(qū)時間，一周期可分為 6段 第 1段 io 0， uo 0，反組逆變 第 2段 電流過零，為無環(huán)流死區(qū) 第 3段 io 0， uo 0，正組整流 第 4段 io 0， uo 0，正組逆變 第 5段 又是無環(huán)流死區(qū) 第 6段 io 0， uo 0，為反組整流 ?當 uo和 io的相位差小于 90176。 時 ， 一周期內電網向負載提供能量的平均值為正 ， 電動機工作在電動狀態(tài) ?當二者相位差大于 90176。 時 ， 一周期內電網向負載提供能量的平均值為負 ， 電網吸收能量 ， 電動機為發(fā)電狀態(tài) 例： 3．輸出正弦波電壓的調制方法 ? 介紹最基本的、廣泛使用的余弦交點法 – 設 Ud0為 a = 0時整流電路的理想空載電壓，則有 (415) – 每次控制時 a角不同， 表示每次控制間隔內 uo的平均值 – 期望的正弦波輸出電壓為 (416) – 比較式 (415)和 (416)，應使 (417) g 稱為輸出電壓比： ac o sd0o Uu =tUu oomo s in ?=ttUU ood0om s i ns i nc o s ?g?a == 單相交交變頻電路 0u)10(0??= ggdomUU– 余弦交點法基本公式 (418) ?余弦交點法圖解 – 線電壓 uab、 uac 、 ubc 、 uba 、 uca和 ucb依次用 u1 ~ u6表示 – 相鄰兩個線電壓的交點對應于a=0 圖4 2 1u2u3u4u5u6u1us2us3us4us5us6us1uoaP3aP4? t? t圖 421 余弦交點法原理 )s in(c o s o1 t?ga = 單相交交變頻電路 – u1~u6所對應的同步信號分別用 us1~us6表示 – us1~us6 比相應的 u1~u6 超前30176。 ， us1~us6的最大值和相應線電壓 a=0的時刻對應 – 以 a=0為零時刻 ， 則 us1~us6為余弦信號 – 希望輸出電壓為 uo， 則各晶閘管觸發(fā)時刻由相應的同步電壓 us1~us6的下降段和 uo的交點來決定 圖4 2 1u2u3u4u5u6u1us2us3us4us5us6us1uoaP3aP4? t? t圖 421 余弦交點法原理 單相交交變頻電路 ?不同 g 時，在 uo一周期內，a隨 ?ot 變化的情況。圖中， ?g 較小，即輸出電壓較低時， a只在離 90176。 很近的范圍內變化，電路的輸入功率因數非常低 g = 0g = 0 . 1相位控制角a/(176。)輸出相位 ? 0 t圖4 2 21 2 01 5 01 8 030609000 . 10 . 20 . 30 . 80 . 91 . 00 . 80 . 20 . 30 . 91 . 0? 2 ?2?23 ?圖 422 不同 g時 a和 ?ot的關系 )s i n(s i n2)s i n(c o s o1o1 tt ?g??ga == 單相交交變頻電路 1) 輸出上限頻率 – 輸出頻率增高時，輸出電壓一周期所含電網電壓段數減少，波形畸變嚴重 – 電壓波形畸變及其導致的電流波形畸變和轉矩脈動是限制輸出頻率提高的主要因素 – 就輸出波形畸變和輸出上限頻率的關系而言，很難確定一個明確的界限 – 當采用 6脈波三相橋式電路 時， 輸出上限頻率不高于電網頻率的 1/3~1/2。電網頻率為 50Hz時，交交變頻電路的輸出上限頻率約為 20Hz 單相交交變頻電路 2) 輸入功率因數 – 輸入電流相位滯后于輸入電壓，需要電網提供無功功率 – 一周期內， a角以 90176。 為中心變化 ? 輸出電壓比 g越小，半周期內 a的平均值越靠近 90176。 – 負載功率因數越低，輸入功率因數也越低 – 不論負載功率因數是滯后的還是超前的，輸入的無功電流總是滯后 0 . 8 0 . 6 0 . 4 0 .