【文章內(nèi)容簡介】 也稱周波變流器 (Cycloconvertor) ?交交變頻電路 ——把電網(wǎng)頻率的交流電變成可調(diào)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(jī)調(diào)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(gòu)成和基本工作原理 ? 電路構(gòu)成 – 如圖 418，由 P組和 N組反并聯(lián)的晶閘管變流電路構(gòu)成，和直流電動機(jī)可逆調(diào)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(fù)載電流 io為正 – N組工作時 ， io為負(fù) – 兩組變流器按一定的頻率交替工作 ， 負(fù)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 wo ?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(jìn)行調(diào)制 ? 在半個周期內(nèi)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(nèi)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(jìn)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(nèi) ， 包含的電源電壓段數(shù)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(fù)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(shè)負(fù)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 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(fù) 單相交交變頻電路 ? t3 ~ t5期間： io負(fù)半周，反組工作，正組被封鎖 ? t3 ~ t4 ： uo和 io均為負(fù)，反組整流，輸出功率為正 ? t4 ~ t5 ： uo反向， io仍為負(fù)，反組逆變，輸出功率為負(fù) ?小結(jié)： ? 哪一組工作由 io方向決定，與 uo極性無關(guān) ? 工作在整流還是逆變，則根據(jù) 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 圖 419 理想化交交變頻電路的整流和逆變工作狀態(tài) 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(dāng) uo和 io的相位差小于 90176。 時 ， 一周期內(nèi)電網(wǎng)向負(fù)載提供能量的平均值為正 ， 電動機(jī)工作在電動狀態(tài) ?當(dāng)二者相位差大于 90176。 時 ， 一周期內(nèi)電網(wǎng)向負(fù)載提供能量的平均值為負(fù) ， 電網(wǎng)吸收能量 ， 電動機(jī)為發(fā)電狀態(tài) 例： 3．輸出正弦波電壓的調(diào)制方法 ? 介紹最基本的、廣泛使用的余弦交點法 – 設(shè) 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(nèi) uo的平均值 – 期望的正弦波輸出電壓為 (416) – 比較式 (415)和 (416)，應(yīng)使 (417) g 稱為輸出電壓比： 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(yīng)于a=0 圖 421 余弦交點法原理 單相交交變頻電路 – u1~u6所對應(yīng)的同步信號分別用 us1~us6表示 – u s 1 ~u s 6比相應(yīng)的 u 1 ~u 6超前30176。 ， us1~us6的最大值和相應(yīng)線電壓 a=0的時刻對應(yīng) – 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(yīng)的同步電壓 us1~us6的下降段和 uo的交點來決定 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(nèi)，a隨 wot 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(nèi)變化，電路的輸入功率因數(shù)非常低 圖 422 不同 g時 a和 wot的關(guān)系 )sin(sin2)sin(cos o1o1 tt wg?wga == 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(wǎng)電壓段數(shù)減少，波形畸變嚴(yán)重 – 電壓波形畸變及其導(dǎo)致的電流波形畸變和轉(zhuǎn)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(guān)系而言，很難確定一個明確的界限 – 當(dāng)采用 6脈波三相橋式電路 時， 輸出上限頻率不高于電網(wǎng)頻率的 1/3~1/2。電網(wǎng)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(shù) – 輸入電流相位滯后于輸入電壓，需要電網(wǎng)提供無功功率 – 一周期內(nèi)， a角以 90176。為中心變化 ? 輸出電壓比 g越小，半周期內(nèi) a的平均值越靠近 90176。 – 負(fù)載功率因數(shù)越低，輸入功率因數(shù)也越低 – 不論負(fù)載功率因數(shù)是滯后的還是超前的，輸入的無功電流總是滯后 圖 423 單相交交變頻電路的功率因數(shù) 單相交交變頻電路 3) 輸出電壓諧波 –輸出電壓的諧波頻譜非常復(fù)雜 ， 既和電網(wǎng)頻率 fi以及變流電路的脈波數(shù)有關(guān) ， 也和輸出頻率 fo有關(guān) –采用三相橋時 ， 輸出電壓所含主要諧波的頻率為 ? 6fi177。 fo， 6fi177。 3fo， 6fi177。 5fo， … ? 12fi177。 fo， 12fi177。 3fo， 12fi177。 5fo， … –采用無環(huán)流控制方式時 ， 由于電流方向改變時死區(qū)的影響 ， 將增加 5fo、 7fo等次諧波 單相交交變頻電路 4) 輸入電流諧波 – 輸入電流波形和可控整流電路的輸入波形類似，但其幅值和相位均按正弦規(guī)律被調(diào)制 – 采用三相橋式電路的交交變頻電路輸入電流諧波頻率 (419) 和 (420) 式中， k=1,2,3,… ； l=0,1,2,… 。 單相交交變頻電路 ?交交變頻電路主要應(yīng)用于大功率交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，使用的是三相交交變頻電路 ?由三組輸出電壓相位各差 120176。的單相交交變頻電路組成 1．電路接線方式 輸出星形聯(lián)結(jié)方式 公共交流母線進(jìn)線方式 三相交交變頻電路 1) 公共交流母線進(jìn)線方式（圖 424） ? 由三組彼此獨立的、輸出電壓相位相互錯開 120176。的單相