1、1第第6 6章章 交流電力控制電路和交交變頻電路交流電力控制電路和交交變頻電路制作：龔淑秋制作：龔淑秋變頻電路變頻電路改變頻率的電路改變頻率的電路 交交變頻交交變頻 直接直接 交直交變頻交直交變頻 間接間接交流電力交流電力控制電路控制電路只變電壓只變電壓, ,電流電流或控制電路的或控制電路的通斷通斷, ,不變頻不變頻交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路 相位控制相位控制交流調(diào)功電路交流調(diào)功電路 通斷控制通斷控制第第6 6章章 交流電力控制電路和交交變頻電路交流電力控制電路和交交變頻電路AC-ACAC-AC 電路圖電路圖6.1 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路應(yīng)用應(yīng)用 1 燈光控制（如調(diào)光臺(tái)燈和舞臺(tái)燈光控制燈光控制

2、（如調(diào)光臺(tái)燈和舞臺(tái)燈光控制) 2 異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)。異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)。 3 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速。異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速。 4 供用電系統(tǒng)對(duì)無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。供用電系統(tǒng)對(duì)無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。 5 在高壓小電流或低壓大電流直流電源中，在高壓小電流或低壓大電流直流電源中， 用于調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。用于調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。 若晶閘管短接，穩(wěn)態(tài)時(shí)負(fù)載電流為若晶閘管短接，穩(wěn)態(tài)時(shí)負(fù)載電流為正弦波，相位滯后于正弦波，相位滯后于u u1 1的角度為的角度為j j ，當(dāng)，當(dāng)用晶閘管控制時(shí)，只能進(jìn)行滯后控制，用晶閘管控制時(shí)，只能進(jìn)行滯后控制，使負(fù)載電流更為滯后。使負(fù)載電流更為滯后。 a a =0=0時(shí)刻仍定為時(shí)刻仍定為u u

3、1 1過零的時(shí)刻，過零的時(shí)刻，a a 的移相范圍應(yīng)為的移相范圍應(yīng)為j j a a 。0.6Ou1 u1uoiouVTwtOwtOwtwtOuuG1 G1uG2OOwtwtu 負(fù)載阻抗角：負(fù)載阻抗角：j j = arctan(arctan(w wL / / R R) ) VT16.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路2)2) 阻感負(fù)載阻感負(fù)載 aj時(shí)阻感負(fù)載交流調(diào)壓電路工作波形wtwtwtwt圖4-5aaaOOOOu1iG1iG2iojiT1iT2 當(dāng)阻感負(fù)載當(dāng)阻感負(fù)載, , a a j j 時(shí)電路時(shí)電路工作情況工作情況阻感負(fù)載單相交流調(diào)壓電路阻感負(fù)載單相交流調(diào)壓電路VT1VT1的導(dǎo)通時(shí)間超

4、過的導(dǎo)通時(shí)間超過 。觸發(fā)觸發(fā)VT2VT2時(shí)，時(shí)， i io o尚未過零，尚未過零， VT1VT1仍導(dǎo)通，仍導(dǎo)通， VT2VT2不會(huì)導(dǎo)通。不會(huì)導(dǎo)通。i io o過零后，過零后，VT2VT2才可開通，才可開通，VT2VT2導(dǎo)通角小于導(dǎo)通角小于。衰減過程中，衰減過程中， VT1VT1導(dǎo)通時(shí)間導(dǎo)通時(shí)間漸短，漸短， VT2VT2的導(dǎo)通時(shí)間漸長(zhǎng)的導(dǎo)通時(shí)間漸長(zhǎng)6.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路RL圖4-7u1i1uoV1V2VD1VD2V3V4VD4VD36.1.1 單相交流調(diào)壓電路單相交流調(diào)壓電路3) 斬控式交流調(diào)壓電路用用V3V3給負(fù)載續(xù)流給負(fù)載續(xù)流交流電源的負(fù)半周交流電源的負(fù)半周交流電源的正

5、半周交流電源的正半周用用V4V4給負(fù)載續(xù)流給負(fù)載續(xù)流用用V V1 1進(jìn)行斬波控制進(jìn)行斬波控制用用V2V2進(jìn)行斬波控制進(jìn)行斬波控制三相交流調(diào)壓電路a) 星形聯(lián)結(jié)b) 線路控制三角形聯(lián)結(jié)c) 支路控制三角形聯(lián)結(jié)d) 中點(diǎn)控制三角形聯(lián)結(jié)6.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路根據(jù)三相聯(lián)結(jié)形式的不同，三相交流調(diào)壓電路具有多種形式根據(jù)三相聯(lián)結(jié)形式的不同，三相交流調(diào)壓電路具有多種形式wt2uaubucuwtabuacuVT1VT2VT3VT4VT5VT66.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路1351462652abanuu2acanuuuana a =60=60三相三線星接電路三相三線星接電路

6、任一相導(dǎo)通須和任一相導(dǎo)通須和 另一相構(gòu)成回另一相構(gòu)成回路路 電流通路中至少電流通路中至少有有 兩個(gè)管，應(yīng)采用兩個(gè)管，應(yīng)采用雙雙 脈沖或?qū)捗}沖觸脈沖或?qū)捗}沖觸發(fā)發(fā) 相電壓過零點(diǎn)定相電壓過零點(diǎn)定 為為a a 的起點(diǎn)。的起點(diǎn)。 移相范圍移相范圍0 0 150150 VT1 VT1、VT6VT6導(dǎo)通導(dǎo)通 VT1 VT1、VT2VT2導(dǎo)通導(dǎo)通 VT4 VT4、VT3VT3導(dǎo)通導(dǎo)通2abanuu2acanuu VT4 VT4、VT5VT5導(dǎo)通導(dǎo)通wt2uaubucuwtabuacuVT1VT2VT3VT4VT5VT6a a =120=1206.1.2 三相交流調(diào)壓電路三相交流調(diào)壓電路uan13514626

7、52abanuu2acanuu VT1 VT1、VT6VT6導(dǎo)通導(dǎo)通 VT1 VT1、VT2VT2導(dǎo)通導(dǎo)通 VT4 VT4、VT3VT3導(dǎo)通導(dǎo)通2abanuu2acanuu VT4 VT4、VT5VT5導(dǎo)通導(dǎo)通3)3)單相交流調(diào)壓電路的諧波分析單相交流調(diào)壓電路的諧波分析電阻負(fù)載電阻負(fù)載,5,3, 1o)sincos()(nnntnbtnatuwww22on21nnbaURUI/onon060120180圖4-6基波3次5次7次觸發(fā)延遲角a/( )In/I*/%20406080100電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路基波和諧波電流含量基波和諧波電流含量6.1.1 單相交流調(diào)壓電路單

8、相交流調(diào)壓電路由于正負(fù)半波對(duì)稱，由于正負(fù)半波對(duì)稱，不含直流分量和偶次諧波不含直流分量和偶次諧波基波和各次諧波有效值基波和各次諧波有效值負(fù)載電流基波和各次諧波有效值負(fù)載電流基波和各次諧波有效值電流基波和各次諧波標(biāo)么值隨電流基波和各次諧波標(biāo)么值隨 a a變化的曲線變化的曲線（基準(zhǔn)電流為（基準(zhǔn)電流為a a =0=0時(shí)的有效值）見圖時(shí)的有效值）見圖 RL RL負(fù)載負(fù)載同同R R負(fù)載，也只含負(fù)載，也只含3 3、5 5、77次諧波。次諧波。隨著次數(shù)的增加，諧波含量減少。隨著次數(shù)的增加，諧波含量減少。阻感負(fù)載時(shí)的諧波電流含量少一些。阻感負(fù)載時(shí)的諧波電流含量少一些。當(dāng)當(dāng)a a 角相同時(shí)，隨著角相同時(shí)，隨著j

9、j ，諧波含量，諧波含量 6.2.1 交流調(diào)功電路交流調(diào)功電路調(diào)功電路與交流調(diào)壓電路的異同比較調(diào)功電路與交流調(diào)壓電路的異同比較調(diào)壓電路在每個(gè)電源調(diào)壓電路在每個(gè)電源周期周期都對(duì)輸出電壓波形控制。都對(duì)輸出電壓波形控制。 調(diào)功電路是將負(fù)載與交流電源接通幾個(gè)周期調(diào)功電路是將負(fù)載與交流電源接通幾個(gè)周期, ,再斷開幾個(gè)周期再斷開幾個(gè)周期, ,通過通斷周波數(shù)的比值來調(diào)節(jié)平均功率。通過通斷周波數(shù)的比值來調(diào)節(jié)平均功率。電路形式電路形式完全相同，完全相同，控制方式控制方式不同不同電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路電阻負(fù)載單相交流調(diào)壓電路控制周期為控制周期為M M倍電源周期，晶閘管在倍電源周期，晶閘管在前前N N個(gè)周期導(dǎo)通，

10、后個(gè)周期導(dǎo)通，后M MN N個(gè)周期關(guān)斷。個(gè)周期關(guān)斷。負(fù)載電壓和負(fù)載電流（也即電源電負(fù)載電壓和負(fù)載電流（也即電源電流）的重復(fù)周期為流）的重復(fù)周期為M M倍電源周期。倍電源周期。電阻負(fù)載時(shí)的工作情況電阻負(fù)載時(shí)的工作情況M電源周期控制周期=M倍電源周期=24MO導(dǎo)通段=M3M2Muou1uo,iowtU12交流調(diào)功電路典型波形(M =3、N =2)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 響應(yīng)速度快，無觸點(diǎn)，壽命長(zhǎng)，可頻繁通斷。響應(yīng)速度快，無觸點(diǎn)，壽命長(zhǎng)，可頻繁通斷。u 與交流調(diào)功電路的與交流調(diào)功電路的區(qū)別區(qū)別并不控制電路的平均輸出功率。并不控制電路的平均輸出功率。無明確的控制周期，根據(jù)需要控制通斷。無明確的控制周期，根據(jù)需要控制

11、通斷。頻度比交流調(diào)功電路低。頻度比交流調(diào)功電路低。6.2.2 交流電力電子開關(guān)交流電力電子開關(guān)代替電路中的機(jī)械開關(guān)代替電路中的機(jī)械開關(guān)晶閘管投切電容晶閘管投切電容（Thyristor SwitchedCapacitorTSC）u作用作用控制無功功率，提高功率因數(shù)，控制無功功率，提高功率因數(shù)， 穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，改善供電質(zhì)量。穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，改善供電質(zhì)量。性能優(yōu)于機(jī)械開關(guān)投切的電容器性能優(yōu)于機(jī)械開關(guān)投切的電容器u結(jié)構(gòu)上常用三相，可三角形聯(lián)結(jié)，結(jié)構(gòu)上常用三相，可三角形聯(lián)結(jié)，u 也可星形聯(lián)結(jié)。也可星形聯(lián)結(jié)。TSCTSC基本原理圖基本原理圖12ttttusiCuCVT1VT2ttuVT1uusiCuCCVT

12、1VT2VT1TSCTSC理想投切時(shí)刻原理說明理想投切時(shí)刻原理說明6.2.2 交流電力電子開關(guān)交流電力電子開關(guān)晶閘管的投切晶閘管的投切選擇投入時(shí)刻：電源電壓和電容器預(yù)選擇投入時(shí)刻：電源電壓和電容器預(yù)充電電壓相等，這樣電容器電壓不會(huì)充電電壓相等，這樣電容器電壓不會(huì)產(chǎn)生躍變，就不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流。產(chǎn)生躍變，就不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流。理想情況下，希望電容器預(yù)充電電壓理想情況下，希望電容器預(yù)充電電壓為電源電壓峰值，這時(shí)電源電壓的變?yōu)殡娫措妷悍逯担@時(shí)電源電壓的變化率為零，電容投入過程不但沒有沖化率為零，電容投入過程不但沒有沖擊電流，電流也沒有階躍變化擊電流，電流也沒有階躍變化由于二極管的作用，在電路不導(dǎo)通時(shí)由

13、于二極管的作用，在電路不導(dǎo)通時(shí)u uC C總會(huì)維持在電源電壓峰值。總會(huì)維持在電源電壓峰值。成本稍低，但響應(yīng)速度稍慢，投切電成本稍低，但響應(yīng)速度稍慢，投切電容器的最大時(shí)間滯后為一個(gè)周波。容器的最大時(shí)間滯后為一個(gè)周波。TSCTSC電路也可采用晶閘管和二極電路也可采用晶閘管和二極管反并聯(lián)的方式管反并聯(lián)的方式6.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器u晶閘管交交變頻電路，也稱周波變流器(Cycloconvertor)u 把電網(wǎng)頻率的交流電變成可調(diào)頻率的交流電的變流電路，屬于直接變頻電路屬于直接變頻電路。u 廣泛用于大功率交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)際使用的主要是三相輸出交交變頻電路。ZPN輸出電壓平均輸出

14、電壓圖4-18OuouoaP=0aP=2aP=2wt單相交交變頻電路原理圖單相交交變頻電路原理圖和輸出電壓波形和輸出電壓波形u電路構(gòu)成電路構(gòu)成如圖如圖4-184-18，由，由P P組和組和N N組反并聯(lián)組反并聯(lián)的晶閘管變流電路構(gòu)成，和直流的晶閘管變流電路構(gòu)成，和直流電動(dòng)機(jī)可逆調(diào)速用的四象限變流電動(dòng)機(jī)可逆調(diào)速用的四象限變流電路完全相同。電路完全相同。變流器變流器P P和和N N都是相控整流電路。都是相控整流電路。6.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器1) 電路構(gòu)成和基本工作原理電路構(gòu)成和基本工作原理u工作原理工作原理P P組工作時(shí)，負(fù)載電流組工作時(shí)，負(fù)載電流i io o為為正正。N N組工作時(shí)

15、，組工作時(shí)，i io o為為負(fù)負(fù)。兩組變流器按一定的頻率交替工作，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。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，改變兩組變流器的切換頻率，就可改變輸出頻率就可改變輸出頻率w wo o 。改變變流電路的控制角改變變流電路的控制角a a，就可就可以改變交流輸出電壓的幅值。以改變交流輸出電壓的幅值。在半個(gè)周期內(nèi)讓在半個(gè)周期內(nèi)讓P P組工作組工作 a a 角按正弦規(guī)律從角按正弦規(guī)律從9090減到減到0 0或某個(gè)或某個(gè)值，再增加到值，再增加到9090，每個(gè)控制間隔內(nèi)的平均輸出電壓就按正弦規(guī)律，每個(gè)控制間隔內(nèi)的平均輸出電壓就按正弦規(guī)律從零增至

16、最高，再減到零。另外半個(gè)周期可對(duì)從零增至最高，再減到零。另外半個(gè)周期可對(duì)N N組進(jìn)行同樣的控制。組進(jìn)行同樣的控制。u uo o由若干段電源電壓拼接而成，在由若干段電源電壓拼接而成，在u uo o的一個(gè)周期內(nèi)，包含的電源的一個(gè)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。電壓段數(shù)越多，其波形就越接近正弦波。6.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器u為使為使u uo o波形接近正弦波，可按正弦規(guī)律對(duì)波形接近正弦波，可按正弦規(guī)律對(duì)a a 角進(jìn)行調(diào)制。角進(jìn)行調(diào)制。1OO23456圖4-20uoiowtwt 當(dāng)當(dāng)u uo o和和i io o的相位差小于的相位差小于9090時(shí)，一周期內(nèi)電網(wǎng)向負(fù)載提

17、供能量時(shí)，一周期內(nèi)電網(wǎng)向負(fù)載提供能量的平均值為正，電動(dòng)狀態(tài)。的平均值為正，電動(dòng)狀態(tài)。 當(dāng)二者相位差大于當(dāng)二者相位差大于9090時(shí)，一周期內(nèi)電網(wǎng)向負(fù)載提供能量的平時(shí)，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，發(fā)電狀態(tài)。均值為負(fù)，電網(wǎng)吸收能量，發(fā)電狀態(tài)。 考慮無環(huán)流工作方式下考慮無環(huán)流工作方式下i io o過零的死區(qū)時(shí)間，一周期可分為過零的死區(qū)時(shí)間，一周期可分為6 6段。段。1OO23456圖4-20uoiowtwt圖4-20 單相交交變頻電路輸出電壓和電流波形第1段 io 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，

18、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 6.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器6.3.2 6.3.2 三相交交變頻電路三相交交變頻電路l 由三組輸出電壓相位各差120的單相交交變頻電路組成。1)1) 電路接線方式電路接線方式公共交流母線進(jìn)線方式公共交流母線進(jìn)線方式輸出星形聯(lián)結(jié)方式輸出星形聯(lián)結(jié)方式交交變頻電路主要應(yīng)用于大功率交流電機(jī)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。調(diào)速系統(tǒng)，使用的是三相交交變頻電路。(1)公共交流母線進(jìn)線方式公共交流母線進(jìn)線方式公共交流母線進(jìn)線三相交交公共交流母線進(jìn)線三相交交變頻電路（簡(jiǎn)圖）變頻電路（簡(jiǎn)

19、圖） 由三組彼此獨(dú)立的、輸出電由三組彼此獨(dú)立的、輸出電壓相位相互錯(cuò)開壓相位相互錯(cuò)開120120的單的單相交交變頻電路構(gòu)成。相交交變頻電路構(gòu)成。 電源進(jìn)線通過進(jìn)線電抗器接電源進(jìn)線通過進(jìn)線電抗器接在公共的交流母線上。在公共的交流母線上。 因?yàn)殡娫催M(jìn)線端公用，所以因?yàn)殡娫催M(jìn)線端公用，所以三組的輸出端必須隔離。為三組的輸出端必須隔離。為此，交流電動(dòng)機(jī)的三個(gè)繞組此，交流電動(dòng)機(jī)的三個(gè)繞組必須拆開。必須拆開。 主要用于中等。容量的交流主要用于中等。容量的交流調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)速系統(tǒng)。6.3.2 6.3.2 三相交交變頻電路三相交交變頻電路(2) 輸出星形聯(lián)結(jié)方式 三組的輸出端是星形聯(lián)結(jié)，電動(dòng)機(jī)的三個(gè)繞組也是星形聯(lián)

20、結(jié) 電動(dòng)機(jī)中點(diǎn)不和變頻器中點(diǎn)接在一起，電動(dòng)機(jī)只引出三根線即可圖4-25 輸出星形聯(lián)結(jié)方式三相交交變頻電路a）簡(jiǎn)圖 b）詳圖三組的輸出端是星形聯(lián)結(jié)，電動(dòng)機(jī)的三個(gè)繞組也是三組的輸出端是星形聯(lián)結(jié)，電動(dòng)機(jī)的三個(gè)繞組也是星形聯(lián)結(jié)。星形聯(lián)結(jié)。電動(dòng)機(jī)中點(diǎn)不和變頻器中點(diǎn)接在一起，電動(dòng)機(jī)只引電動(dòng)機(jī)中點(diǎn)不和變頻器中點(diǎn)接在一起，電動(dòng)機(jī)只引出三根線即可。出三根線即可。6.3.2 6.3.2 三相交交變頻電路三相交交變頻電路圖4-25 輸出星形聯(lián)結(jié)方式三相交交變頻電路a）簡(jiǎn)圖 b）詳圖因?yàn)槿M的輸出聯(lián)接在一起，其電源進(jìn)線必須隔離，因此因?yàn)槿M的輸出聯(lián)接在一起，其電源進(jìn)線必須隔離，因此分別用三個(gè)變壓器供電。分別用三個(gè)變壓

21、器供電。由于輸出端中點(diǎn)不和負(fù)載中點(diǎn)相聯(lián)接，所以在構(gòu)成三相變由于輸出端中點(diǎn)不和負(fù)載中點(diǎn)相聯(lián)接，所以在構(gòu)成三相變頻電路的六組橋式電路中，至少要有不同輸出相的兩組橋中頻電路的六組橋式電路中，至少要有不同輸出相的兩組橋中的四個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通才能構(gòu)成回路，形成電流。的四個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通才能構(gòu)成回路，形成電流。6.3.2 6.3.2 三相交交變頻電路三相交交變頻電路效率較高（一次變流）效率較高（一次變流）可方便地實(shí)現(xiàn)四象限工作可方便地實(shí)現(xiàn)四象限工作低頻輸出波形接近正弦波低頻輸出波形接近正弦波6.3.2 6.3.2 三相交交變頻電路三相交交變頻電路交交變頻電路的交交變頻電路的缺點(diǎn)缺點(diǎn)：接線復(fù)雜，三相橋的三相

22、交交變頻器至少用接線復(fù)雜，三相橋的三相交交變頻器至少用3636只管只管受電網(wǎng)頻率和變流電路脈波數(shù)的限制，輸出頻率較低受電網(wǎng)頻率和變流電路脈波數(shù)的限制，輸出頻率較低輸入功率因數(shù)較低。輸入功率因數(shù)較低。輸入電流諧波含量大，頻譜復(fù)雜輸入電流諧波含量大，頻譜復(fù)雜u交交變頻和交直交變頻的比較交交變頻和交直交變頻的比較交交變頻電路的交交變頻電路的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：主要用于主要用于500kW500kW或或1000kW1000kW以上的大功率、低轉(zhuǎn)速以上的大功率、低轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速電路中。目前已在軋機(jī)主傳動(dòng)裝置、鼓風(fēng)機(jī)、的交流調(diào)速電路中。目前已在軋機(jī)主傳動(dòng)裝置、鼓風(fēng)機(jī)、礦石破碎機(jī)、球磨機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等場(chǎng)合應(yīng)用。礦石破碎機(jī)、

23、球磨機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等場(chǎng)合應(yīng)用。既可用于異步電動(dòng)機(jī)，也可用于同步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。既可用于異步電動(dòng)機(jī)，也可用于同步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。u應(yīng)用應(yīng)用矩陣式變頻器6.4 矩陣式變頻器矩陣式變頻器簡(jiǎn)介：簡(jiǎn)介：近年出現(xiàn)的新穎的變頻電路近年出現(xiàn)的新穎的變頻電路是直接變頻電路是直接變頻電路 ,開關(guān)為全控型開關(guān)為全控型控制方式是斬波控制。控制方式是斬波控制。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：三相輸入電壓為三相輸入電壓為ua、 ub和和uc 三相輸出電壓為三相輸出電壓為uu、 uv和和uw6.4 矩陣式變頻器矩陣式變頻器u優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)輸出電壓為正弦波。輸出頻率不受電網(wǎng)頻率的限制。輸入電流也可控制為正弦波且和電壓同相。功率因數(shù)為1，也可控制為需要的功

24、率因數(shù)。能量可雙向流動(dòng)，適用于交流電動(dòng)機(jī)的四象限運(yùn)行。不通過中間直流環(huán)節(jié)而直接實(shí)現(xiàn)變頻，效率較高。VT1RL圖4-7u1i1uoV1V2VD1VD2V3V4VD4VD3控制規(guī)律控制規(guī)律原理原理 波形波形600波形波形 負(fù)載電流負(fù)載電流 本章小結(jié)本章小結(jié)本章的要點(diǎn)如下本章的要點(diǎn)如下：(1) 交流交流交流變流電路的分類及其基本概念；交流變流電路的分類及其基本概念；(2) 單相交流調(diào)壓電路的電路構(gòu)成，在電阻負(fù)載和阻感負(fù)載單相交流調(diào)壓電路的電路構(gòu)成，在電阻負(fù)載和阻感負(fù)載 時(shí)的工作原理和電路特性；時(shí)的工作原理和電路特性；(3) 三相交流調(diào)壓電路的基本構(gòu)成和基本工作原理；三相交流調(diào)壓電路的基本構(gòu)成和基本工

25、作原理；(4) 交流調(diào)功電路和交流電力電子開關(guān)的基本概念；交流調(diào)功電路和交流電力電子開關(guān)的基本概念；(5) 晶閘管相位控制交交變頻電路的電路構(gòu)成、工作原理和晶閘管相位控制交交變頻電路的電路構(gòu)成、工作原理和 輸入輸出特性；輸入輸出特性；(6) 各種交流各種交流交流變流電路的主要應(yīng)用；交流變流電路的主要應(yīng)用；(7) 矩陣式交交變頻電路的基本概念。矩陣式交交變頻電路的基本概念。 矩陣式變頻器6.4 矩陣式變頻器矩陣式變頻器9個(gè)開關(guān)器件組成33矩陣，因此該電路被稱為矩陣式變頻電路(Matrix Converter MC)或矩陣變換器。圖中每個(gè)開關(guān)都是矩陣中的一個(gè)元素，采用雙向可控開關(guān)，圖給出了應(yīng)用較多

26、的一種開關(guān)單元。單相輸入單相輸入對(duì)單相交流電壓us進(jìn)行斬波控制，即進(jìn)行PWM控制時(shí)，輸出電壓uo為ssconouuTtua)b)c)UmU1mU23Um12 6.4 矩陣式變頻器矩陣式變頻器式中，式中，T Tc c開關(guān)周期；開關(guān)周期；s s 占空比。占空比。矩陣式變頻電路的基本工作原理a)b)c)UmU1mU23Um12 u利用三相相電壓利用三相相電壓 把輸入改為三相，就可利用圖6-29b所示的三相相電壓包絡(luò)線中所有的陰影部分。6.4 矩陣式變頻器矩陣式變頻器不同的開關(guān)周期中采用不同的s，可得到與us頻率和波形都不同的uo 。由于單相交流us波形為正弦波，可利用的輸入電壓部分只有如圖4-29a

27、所示的單相電壓陰影部分，因此uo將受到很大的局限，無法得到所需輸出波形。a)b)c)UmU1mU23Um12 u利用三相線電壓利用三相線電壓用圖4-28a中第一行和第二行的6個(gè)開關(guān)共同作用來構(gòu)造輸出線電壓uuv 。6.4 矩陣式變頻器矩陣式變頻器理論上所構(gòu)造的uu的頻率可不受限制。但如uu必須為正弦波，則其最大幅值僅為輸入相電壓ua幅值的0.5倍。a)b)c)UmU1mU23Um12 構(gòu)造輸出電壓時(shí)可利用的輸入電壓部分a)單相輸入 b) 三相輸入構(gòu)造輸出相電壓 c) 三相輸出構(gòu)造輸出線電壓6.4 矩陣式變頻器矩陣式變頻器可利用圖4-29c中6個(gè)線電壓包絡(luò)線中所有的陰影部分。當(dāng)uuv必須為正弦波

28、時(shí)，最大幅值就可達(dá)到輸入線電壓幅值的0.866倍。正弦波輸出條件下矩陣式變頻電路理論上最大的輸出輸入電壓比。 矩陣式變頻器6.4 矩陣式變頻器矩陣式變頻器u以相電壓輸出方式為例分析矩陣式交交變頻電路的控制利用對(duì)開關(guān)S11、 S12和S13的控制構(gòu)造輸出電壓uu。為防止輸入電源短路，任何時(shí)刻只能有一個(gè)開關(guān)接通。負(fù)載一般是阻感負(fù)載，負(fù)載電流具有電流源性質(zhì)，為使負(fù)載不開路，任一時(shí)刻必須有一個(gè)開關(guān)接通cbauuuuu1312111131211矩陣式變頻器6.4 矩陣式變頻器矩陣式變頻器u相輸出電壓uu和各相輸入電壓的關(guān)系為 (6-25)式中s11、s12和s13一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)開關(guān)S11、 S12、S1

29、3的導(dǎo)通占空比 (6-26)cbauuuuu131211cbawvuuuuuuu333231232221131211 矩陣式變頻器6.4 矩陣式變頻器矩陣式變頻器用同樣的方法控圖中第2，3行的各開關(guān)，得到類似于 (6-25) 的表達(dá)式。合寫成矩陣的形式 （627） 可縮寫為可縮寫為 uo= ui （628）34cos32coscosiimiimiimwwwtUtUtUuuucbaooomooomooom34cos32coscosjwjwjwtItItIiiiwvu式中式中 U Uimim、I Iomom 為輸為輸入電壓和輸出入電壓和輸出電流的幅值；電流的幅值； w wi、w wo 為輸入為輸入

30、電壓和輸出電電壓和輸出電流的角頻率；流的角頻率； j jo 為相應(yīng)于輸為相應(yīng)于輸出頻率的負(fù)載出頻率的負(fù)載阻抗角。阻抗角。 6.4 矩陣式變頻器矩陣式變頻器對(duì)實(shí)際系統(tǒng)來說，輸入電壓和所需輸出電流是已知的。設(shè)為對(duì)實(shí)際系統(tǒng)來說，輸入電壓和所需輸出電流是已知的。設(shè)為 34cos32coscosoomoomoomwvuwwwtUtUtUuuuiiimiiimiiim34cos32coscosjwjwjwtItItIiiicba式中 Uom、Iim為輸出電壓和輸入電流的幅值； ji為輸入電流滯后于電壓的相位角。6.4 矩陣式變頻器矩陣式變頻器變頻電路希望的輸出電壓和輸入電流分別為34cos32coscos

31、oomoomoomwwwtUtUtU34cos32coscosiimiimiimwwwtUtUtU34cos32coscosiimiimiimwwwtItItIooomooomooom34cos32coscosjwjwjwtItItI如能求得如能求得滿 足 式滿 足 式(6-35)(6-35)和和式式(6-36)(6-36)的的s s， 就， 就可得到希可得到希望的輸出望的輸出電壓和輸電壓和輸入電流。入電流。6.4 矩陣式變頻器矩陣式變頻器當(dāng)期望的輸入功率因數(shù)為1時(shí)，ji =0。把式(6-31)式(6-34)代入式(4-27)和式(4-29)，可得所用的器件為所用的器件為1818個(gè)，電路結(jié)構(gòu)復(fù)

32、雜，成本高，控制方法還不算成熟。個(gè)，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，控制方法還不算成熟。O/IO/I最大電壓比只有最大電壓比只有0.8660.866，用于交流電機(jī)調(diào)速時(shí)輸出電壓偏低，用于交流電機(jī)調(diào)速時(shí)輸出電壓偏低 。u現(xiàn)狀現(xiàn)狀 尚未進(jìn)入實(shí)用化，主要原因：尚未進(jìn)入實(shí)用化，主要原因： 如何求取理想的調(diào)制矩陣如何求取理想的調(diào)制矩陣 。開關(guān)切換時(shí)如何實(shí)現(xiàn)既無交疊又無死區(qū)。開關(guān)切換時(shí)如何實(shí)現(xiàn)既無交疊又無死區(qū)。6.4 矩陣式變頻器矩陣式變頻器u要使矩陣式變頻電路能夠很好地工作，需解決的兩個(gè)基本問題：要使矩陣式變頻電路能夠很好地工作，需解決的兩個(gè)基本問題：u 十分突出的優(yōu)點(diǎn)：十分突出的優(yōu)點(diǎn)：u 在器件制造技術(shù)飛速進(jìn)步

33、和計(jì)算機(jī)技術(shù)在器件制造技術(shù)飛速進(jìn)步和計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異的今天，矩陣式日新月異的今天，矩陣式變頻電路將有很好的發(fā)展前景。變頻電路將有很好的發(fā)展前景。有十分理想的電氣性能。有十分理想的電氣性能。和目前廣泛應(yīng)用的交直交變頻電路相比，雖多用了和目前廣泛應(yīng)用的交直交變頻電路相比，雖多用了6 6個(gè)開關(guān)器個(gè)開關(guān)器件，卻省去了直流側(cè)大電容，將使體積減小，且容易實(shí)現(xiàn)集件，卻省去了直流側(cè)大電容，將使體積減小，且容易實(shí)現(xiàn)集成化和功率模塊化。成化和功率模塊化。)sin(coso1twa余弦交點(diǎn)法原理圖4-21u2u3u4u5u6u1us2us3us4us5us6us1uoaP3aP4wtwt余弦交點(diǎn)法基本公式 u余弦

34、交點(diǎn)法圖解線電壓uab、 uac 、 ubc 、 uba 、 uca和ucb依次用u1 u6表示。相鄰兩個(gè)線電壓的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)于a =06.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器 余弦交點(diǎn)法原理圖4-21u2u3u4u5u6u1us2us3us4us5us6us1uoaP3aP4wtwt6.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器u1u6所對(duì)應(yīng)的同步信號(hào)分別用us1us6表示us1us6比相應(yīng)的u1u6超前30，us1us6的最大值和相應(yīng)線電壓a =0的時(shí)刻對(duì)應(yīng)。以a = 0 為 零 時(shí) 刻 ， 則us1us6為余弦信號(hào)。希望輸出電壓為uo，則各晶閘管觸發(fā)時(shí)刻由相應(yīng)的同步電壓us1us6的下降段和uo的

35、交點(diǎn)來決定。u 介紹最基本的、廣泛使用的余弦交點(diǎn)法。 設(shè)Ud0為a = 0時(shí)整流電路的理想空載電壓，則有 每次控制時(shí)a角不同， 表示每次控制間隔內(nèi)uo的平均值。acosd0oUu0u圖4-21u2u3u4u5u6u1us2us3us4us5us6us1uoaP3aP4wtwt 余弦交點(diǎn)法原理余弦交點(diǎn)法原理6.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器3) 3) 輸出正弦波電壓的調(diào)制方法輸出正弦波電壓的調(diào)制方法ttUUood0omsinsincoswwa)10(0domUUtUuoomosinw余弦交點(diǎn)法原理圖4-21u2u3u4u5u6u1us2us3us4us5us6us1uoaP3aP4wtwt6.3.1 單相交交變頻器單相交交變頻器設(shè)期望的正弦波輸出電壓為比較式(6-15)和(6-16)，應(yīng)使 稱為輸出電壓比：圖4-25 輸出星形聯(lián)結(jié)方式三相交交變頻電路a）簡(jiǎn)圖 b）詳圖和整流電路一樣，同一組橋內(nèi)的兩個(gè)晶閘管靠雙觸發(fā)和整流電路一樣，同一組橋內(nèi)的兩個(gè)晶閘管靠雙觸發(fā)脈沖保證同時(shí)導(dǎo)通。脈沖保證同時(shí)導(dǎo)通。兩組橋之間則是靠各自的觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，以兩組橋之間則是靠各自的觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，以