第6章 交-交

null电力电子学 —电力电子变换和控制技术 （第三版） 陈 坚 编著 华中科技大学电力电子学 —电力电子变换和控制技术 （第三版） 陈 坚 编著 华中科技大学第6章 交流/交流变换器 第六章 交流/交流变换器6.1 晶闸管交流电压控制器的类型 6.2 单相交流电压控制器 6.3 三相全波交流电压控制器 *6.4 变压器抽头电压控制器 *6.5 晶闸管相控交流/交流直接变频器 *6.6 矩阵式交流/交流变频器第六章 交流/交流变换器第6章 交流/交流变换器 null本章主要讲述 交流-交流变流电路 ---- 把一种形式的交流变成另一种形式交流的电路交流电压 控制器频率不变，仅改变电压大小变频器实现频率变换 亦可改变电压大小交交变频 直接 交直交变频 间接 采用晶闸管作开关器件时，依靠交流电源瞬时值过零反向关断晶闸管。晶 闸管开关器件的开通则可采用移相控制，调控变换器输出电压的大小。 单相电压控制器常用于小功率单相电动机、照明和电加热控制。三相交流-交流电压控制器的输出是三相恒频变压交流电源，通常给三相交 流异步电动机供电，实现变压调速，或作为异步电动机的启动器使用。第6章 交流/交流变换器 6.1 晶闸管交流电压控制器的类型6.1 晶闸管交流电压控制器的类型6.1.1 单相全控 6.1.2 带中线星形联结 6.1.3 无中线的三相连接 6.1.4 三角形联结的控制器第6章 交流/交流变换器 6.1 晶闸管交流电压控制器的类型6.1 晶闸管交流电压控制器的类型6.1.1 单相全控 6.1.2 带中线星形联结 6.1.3 无中线的三相连接 6.1.4 三角形联结的控制器第6章 交流/交流变换器 null单相全控两个反并联晶闸管负载电压、负载功率的大小由 控制角α确定通态时断态时第6章 交流/交流变换器 6.1 晶闸管交流电压控制器的类型6.1 晶闸管交流电压控制器的类型6.1.1 单相全控 6.1.2 带中线星形联结 6.1.3 无中线的三相连接 6.1.4 三角形联结的控制器第6章 交流/交流变换器 null带中线星形联结三个单相交流电压控制器可组合成带中线的三相交流电压控制器中线电流大 第6章 交流/交流变换器 6.1 晶闸管交流电压控制器的类型6.1 晶闸管交流电压控制器的类型6.1.1 单相全控 6.1.2 带中线星形联结 6.1.3 无中线的三相连接 6.1.4 三角形联结的控制器第6章 交流/交流变换器 null无中线的三相连接输入电流中没有3次及3的倍数次谐波第6章 交流/交流变换器 6.1 晶闸管交流电压控制器的类型6.1 晶闸管交流电压控制器的类型6.1.1 单相全控 6.1.2 带中线星形联结 6.1.3 无中线的三相连接 6.1.4 三角形联结的控制器第6章 交流/交流变换器 null三角形联结的控制器只适用于允许断开6根出线端子的三相负载第6章 交流/交流变换器 6.2 单相交流电压控制器6.2 单相交流电压控制器6.2.1 电阻负载 6.2.2 电阻、电感性负载 *6.2.3 PWM交流电压控制器第6章 交流/交流变换器 6.2 单相交流电压控制器6.2 单相交流电压控制器6.2.1 电阻负载 6.2.2 电阻、电感性负载 *6.2.3 PWM交流电压控制器第6章 交流/交流变换器 null单相交流电压控制器：电阻负载 利用傅立叶级数可求出基波及各次谐波。第6章 交流/交流变换器 null表6.1 不同触发角α时基波V1m和3-15次谐波电压(电流)的相对值 单相交流电压控制器：电阻负载 第6章 交流/交流变换器 null单相交流电压控制器：电阻负载 第6章 交流/交流变换器 电阻负载、不同触发角α时基波及谐波幅值分布图6.2 单相交流电压控制器6.2 单相交流电压控制器6.2.1 电阻负载 6.2.2 电阻、电感性负载 *6.2.3 PWM交流电压控制器第6章 交流/交流变换器 null单相交流电压控制器:阻感负载第6章 交流/交流变换器 α=φ时：vo 、is、io均为正弦波α<φ时，同α=φ。ig1、ig4必须是宽脉冲null单相交流电压控制器:阻感负载α>φ时：第6章 交流/交流变换器 null 输出电压有效值Vo 、负载电流有效值Io 、晶闸管电流有效值IT为：单相交流电压控制器:阻感负载第6章 交流/交流变换器 null单相交流电压控制器:阻感负载 导通角θ与控制角α的关系曲线 （以负载阻抗角φ为参变量）第6章 交流/交流变换器 null单相交流电压控制器:阻感负载第6章 交流/交流变换器 null例题6-1单相交流调压器控制230V交流电源的输出功率，负载电阻为23Ω、感抗为23Ω ，求（1）α角控制范围；（2）最大电流有效值；（3）最大功率和功率因数。解 （1）（2）注：第6章 交流/交流变换器 6.2 单相交流电压控制器6.2 单相交流电压控制器6.2.1 电阻负载 6.2.2 电阻、电感性负载 *6.2.3 PWM交流电压控制器 第6章 交流/交流变换器 nullPWM交流电压控制器S1、S2导通时，S3、S4断开：S3、S4导通时，S1、S2断开：第6章 交流/交流变换器 6.3 三相全波交流电压控制器6.3 三相全波交流电压控制器6.3.1 三相星形联结交流电压控制器 6.3.2 三相开口三角形交流电压控制器 第6章 交流/交流变换器 null6.3 三相全波交流电压控制器6.3.1 三相星形联结交流电压控制器 6.3.2 三相开口三角形交流电压控制器 第6章 交流/交流变换器 null三相Y联结电压控制器T1-T6依序相差60°触发，脉宽大于60°各相电源由负变正的过零点为α计算起点第一类工作状态：三相同时工作，在同一时刻，每一相有一个晶闸管导电。第二类工作状态：二相同时工作，同一时刻仅二相各有一个晶闸管导电，第三相中的两个晶闸管都不导电。第6章 交流/交流变换器 控制角α=0，三相同时导电，180°导电。null三相Y联结电压控制器α = 60°：两相同时导电， 120°导电区间I: 区间II: 第6章 交流/交流变换器 null三相Y联结电压控制器α = 120°：两相间断续导电， 导电角小于120°区间I: 区间II: 第6章 交流/交流变换器 α=150°：完全不能导电。null三相Y联结电压控制器工作状态小结：：处于第一类工作状态（三相同时导电）。：每隔30°交替出现第一类和第二类工作状态。 30°＜α＜60°α＜30° 60°＜α＜90°：处于第二类工作状态（两相同时导电） 90°＜α＜150°：交替处于第二类工作状态和断流状态。 α > 150°：电路全断流，不能工作。电阻负载：控制角α的调控范围为：0°- 150° 三相阻感性负载，分析方法与单相电路相同。第6章 交流/交流变换器 6.3 三相全波交流电压控制器6.3 三相全波交流电压控制器6.3.1 三相星形联结交流电压控制器 6.3.2 三相开口三角形交流电压控制器 第6章 交流/交流变换器 null三相开口三角形交流电压控制器可看作三个独立的单相电 路分别分析。三相开口三角形电压控制器第6章 交流/交流变换器 *6.4 变压器抽头电压控制器*6.4 变压器抽头电压控制器k=0,1,2….图中输出电压的包络线：OABDHKG优点：负载电压、电流谐波可控性好，输入电流的谐波含量少第6章 交流/交流变换器 *6.5 晶闸管相控交流－交流直接变频器*6.5 晶闸管相控交流－交流直接变频器 6.5.1 基本工作原理 6.5.2 实用电路结构 6.5.3 交流/交流相控直接变频的优缺点第6章 交流/交流变换器 *6.5 晶闸管相控交流－交流直接变频器*6.5 晶闸管相控交流－交流直接变频器 6.5.1 基本工作原理 6.5.2 实用电路结构 6.5.3 交流/交流相控直接变频的优缺点第6章 交流/交流变换器 null基本工作原理正反组单相全控桥变流器并联构成单相直接变频器。控制正反组变流器的 随时间周期性变化。负载输出电流与输出电压不同相位时，正反组变流器在不同时段工作在整流或有源逆变工况。半控桥变流器不能构成交交变频器。第6章 交流/交流变换器 null基本工作原理改善相控交－交变频器输出波形的措施：相同拓扑结构的相控交交变频器输出频率越低，输出电压的脉波数越多，谐波含量越少。输出相同频率的交交变频器，拓扑结构输入的相数越多，脉波数越多，输出电压的脉波数就越多，谐波含量越少。第6章 交流/交流变换器 *6.5 晶闸管相控交流－交流直接变频器*6.5 晶闸管相控交流－交流直接变频器 6.5.1 基本工作原理 6.5.2 实用电路结构 6.5.3 交流/交流相控直接变频的优缺点第6章 交流/交流变换器 null实用电路结构三相交交变频器每相采用的晶闸管元件越多，输出波形越好第6章 交流/交流变换器 *6.5 晶闸管相控交流－交流直接变频器*6.5 晶闸管相控交流－交流直接变频器 6.5.1 基本工作原理 6.5.2 实用电路结构 6.5.3 交流/交流相控直接变频的优缺点第6章 交流/交流变换器 6.5.3 交流－交流相控直接变频的优缺点 *6.5.3 交流－交流相控直接变频的优缺点 适用范围：大功率低速可逆传动系统第6章 交流/交流变换器 优点：缺点： 输出频率低；晶闸管用量多，且控制复杂；输入功率因数低；交流电源输入电流谐波严重，且难于抑制；只需一级变换环节；晶闸管工作在自然换流工况；能量可双向传递，易实现电机的四象限运行；低频输出时可获得较高质量的正弦电压波形。*6.6 矩阵式交流－交流变频器*6.6 矩阵式交流－交流变频器6.6.0 概述 6.6.1 矩阵式交－交变频器的控制方法 6.6.2 矩阵式交－交变频器的优缺点第6章 交流/交流变换器 *6.6 矩阵式交流－交流变频器*6.6 矩阵式交流－交流变频器6.6.0 概述 6.6.1 矩阵式交－交变频器的控制方法 6.6.2 矩阵式交－交变频器的优缺点第6章 交流/交流变换器 null概述交流－交流直接变频器中的半控元件晶闸管改为全控元件（如IGBT）可以构成矩阵式交－交直接变频器（Matrix AC-AC Converter）图(a)中任一开关都是双向可控开关图(b)是构成双向开关的之一对图(a)中的9个双向开关器件进行高频SPWM控制，就可获得频率、电压均可调控的三相对称的交流输出电压第6章 交流/交流变换器 *6.6 矩阵式交流－交流变频器*6.6 矩阵式交流－交流变频器6.6.0 概述 6.6.1 矩阵式交－交变频器的控制方法 6.6.2 矩阵式交－交变频器的优缺点第6章 交流/交流变换器 null矩阵式交－交变频器的控制方法图6.11a中的输出电压va、vb、vc满足以下关系：矩阵中9个开关数表明了图6.11a中9个可控开关（18个IGBT）的工作状态其开通、关断切换原则：满足矩阵函数关系不造成交流电源两相短路不引起感性负载开路过电压第6章 交流/交流变换器 *6.6 矩阵式交流－交流变频器*6.6 矩阵式交流－交流变频器6.6.0 概述 6.6.1 矩阵式交－交变频器的控制方法 6.6.2 矩阵式交－交变频器的优缺点第6章 交流/交流变换器 null矩阵式交－交变频器的优缺点优点：自关断元件工作频率高，采用SPWM波工作方式可获得较理想 的正弦电压输出波形交流输入功率因数高交流输入电流谐波频率高，便于滤波抑制缺点： 采用价格偏高的自关断元件自关断元件耐冲击能力不如半控元件晶闸管系统检测、控制复杂第6章 交流/交流变换器 本章小结本章小结相控晶闸管构成的交交变换器分为两类：变压不变频的交流电压控制器(交流调压器)；变压变频的直接变频器单相调压器纯电阻负载晶闸管控制角范围：电阻电感性负载晶闸管控制角范围：三相调压器最常见的结构为：无中线的三相连接方式阻感性负载时具有多类工作状态采用晶闸管的相控交交直接变频器可自然换流主要用于大功率可逆传动系统全可控元件(如IGBT)构成的矩阵式交交变频器性能优越第6章 交流/交流变换器