七章节交交变频电路

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1、交交变频 March 30,2000北方交通大学电气工程系7-1 交流变换的目的：交流变换的目的：调节电压、频率、相位调节电压、频率、相位 形式：形式：交直交变频器（整流器逆变器）交直交变频器（整流器逆变器）交交变频器（直接变频器）交交变频器（直接变频器）交交变频 March 30,2000北方交通大学电气工程系7-2第一节第一节 基本原理及应用基本原理及应用 整流电路：整流电路：Ud 0 或或 Ud 0 三相半波整流电路：三相半波整流电路：Ud=1.17 U2 cos 交交变频器：交交变频器：在在 0 至至 之间变化，之间变化，输出交流电压输出交流电压 正、负两组整流器反并联，正、负两组整流

2、器反并联，输出交流电流输出交流电流交交变频 March 30,2000北方交通大学电气工程系7-3交交变频 March 30,2000北方交通大学电气工程系7-4 输出电压、电流波形图：输出电压、电流波形图：交交变频 March 30,2000北方交通大学电气工程系7-5 三相零式交交变频器：三相零式交交变频器：交交变频 March 30,2000北方交通大学电气工程系7-6 应用领域：应用领域：大功率、低速交流传动大功率、低速交流传动（轧钢机、矿井提升机、造纸、冶炼等）（轧钢机、矿井提升机、造纸、冶炼等）分类：分类：单相、三相单相、三相 桥式、零式桥式、零式 有环流、无环流有环流、无环流 高

3、频高频(f0 fi)、低频、低频(f0 0正组工作，正组工作，UP=Ud=1.17U2cos P,0 P ，UP 可正可负。可正可负。i0 0 时正组工作，封锁负组，时正组工作，封锁负组，i0 0 时负组工作，封锁正组。时负组工作，封锁正组。优点：优点：无组间环流，成本低，损耗小。无组间环流，成本低，损耗小。缺点：缺点：需要检测电流过零点，控制复杂，需要检测电流过零点，控制复杂，控制失败时，造成组间电源短路，控制失败时，造成组间电源短路，输出电流存在死区，波形畸变。输出电流存在死区，波形畸变。交交变频 March 30,2000北方交通大学电气工程系7-14交交变频 March 30,2000

4、北方交通大学电气工程系7-15 交交变频器输出电压：交交变频器输出电压：输出电压峰值：输出电压峰值：输出电压有效值：输出电压有效值：电压降系数：电压降系数：改变改变 min，可调节输出电压，可调节输出电压U0。min=0 时，时，=1，U0=U0max=0.83 U2。min200cos217.121 UUUP2083.0UU mincos min20cos17.1 UUP交交变频 March 30,2000北方交通大学电气工程系7-16 交交变频器控制方法：交交变频器控制方法：余弦交点法：余弦交点法：给定输出曲线与一余弦曲线相交，在交点给定输出曲线与一余弦曲线相交，在交点处产生各晶闸管的触发

5、脉冲。处产生各晶闸管的触发脉冲。改变给定曲线的频率和幅值，可控制输出电改变给定曲线的频率和幅值，可控制输出电压的频率和大小。压的频率和大小。交交变频 March 30,2000北方交通大学电气工程系7-17 交交变频器输出频率：交交变频器输出频率：f0/fi=1/2 时，半周期内有时，半周期内有 6 脉波，谐波大脉波，谐波大 f0/fi=1/3 时，半周期内有时，半周期内有 9 脉波，谐波较小脉波，谐波较小 f0/fi=1/6 时，半周期内有时，半周期内有 18 脉波，谐波小脉波，谐波小 为了减小谐波含量，为了减小谐波含量，降低负载转矩脉动，降低负载转矩脉动，应保证应保证 f0/fi 1/3，

6、即即 f0 16.7 Hz。交交变频 March 30,2000北方交通大学电气工程系7-18 交交变频器的功率因数：交交变频器的功率因数：整流电路：整流电路：cos =cos 交交变频器：交交变频器：因为因为 0 ，所以所以 cos cos min，cos =f(,cos )，cos 负载功率因数。负载功率因数。输入侧总功率因数：输入侧总功率因数：cos2交交变频 March 30,2000北方交通大学电气工程系7-19 交交变频器的优点：交交变频器的优点：无中间直流环节，损耗小，效率高。无中间直流环节，损耗小，效率高。开关器件采用晶闸管，以利于大功率应用，开关器件采用晶闸管，以利于大功率应

7、用，采用电源自然换相，不需强迫换流电路。采用电源自然换相，不需强迫换流电路。可以实现能量反馈，使电机作四象限运行。可以实现能量反馈，使电机作四象限运行。输出低频时，谐波含量小，负载转矩脉动低。输出低频时，谐波含量小，负载转矩脉动低。因此适用于大功率、低速交流传动领域。因此适用于大功率、低速交流传动领域。交交变频 March 30,2000北方交通大学电气工程系7-20 交交变频器的缺点：交交变频器的缺点：晶闸管元件数量多，成本高，控制复杂。晶闸管元件数量多，成本高，控制复杂。最高输出频率受限制，最高输出频率受限制，f0/fi 1/3。输入侧功率因数低，当输出电压较低时，功输入侧功率因数低，当输

8、出电压较低时，功率因数更低。率因数更低。交交变频 March 30,2000北方交通大学电气工程系7-21一、三倍增频器一、三倍增频器 电阻负载，电压过零电阻负载，电压过零 时时 T 自然关断。自然关断。一个周期六次换流，正、一个周期六次换流，正、负组轮流导通、关断。负组轮流导通、关断。f0=3 fi 输入功率因数低输入功率因数低交交变频 March 30,2000北方交通大学电气工程系7-22二、负载换流的倍频器二、负载换流的倍频器 R、L、C串联谐振，输出电流接近于正弦。串联谐振，输出电流接近于正弦。谐振半个周期后，晶闸管因谐振半个周期后，晶闸管因 iT 0自然关断。自然关断。正、负组交替

9、导通，产生交变电流。正、负组交替导通，产生交变电流。正、负组间留有死区，以使晶闸管可靠关断。正、负组间留有死区，以使晶闸管可靠关断。交交变频 March 30,2000北方交通大学电气工程系7-23交交变频 March 30,2000北方交通大学电气工程系7-24 输出频率输出频率 谐振频率谐振频率 控制方法：控制方法：在每一个电流脉冲开始之前：在每一个电流脉冲开始之前：根据所需电流根据所需电流方向方向决定触发正组或负组决定触发正组或负组 根据所需电流根据所需电流大小大小在三个输入电压中选择，在三个输入电压中选择，并触发相应的晶闸管。并触发相应的晶闸管。电压选择原则：电压选择原则：正组：选择正组：选择最大正电压最大正电压 负组：选择负组：选择最大负电压最大负电压交交变频 March 30,2000北方交通大学电气工程系7-25 电流型输出交变电流电流型输出交变电流 单相输入，三相输出单相输入，三相输出 由两个由两个电流型逆变器电流型逆变器 反并联构成。反并联构成。f0/fi 1/3 时，晶闸时，晶闸 管可实现管可实现自然换流自然换流，不需强迫换流电路。不需强迫换流电路。