PE6-交流-交流变换器.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版标题样式,电力电子学,电力电子变换和控制技术（第二版）,第 6 章,交流,-,交流变换器,1,6.0,引言,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,6.7,本章小结,6,交流,-,交流变换器,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,6.0,引言,交流电压 控制器,频率不变，仅改变电压大小,交流调压电路,相位控制,交流调功电路,通断控制,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及反向关断晶闸管。晶闸管开关器件的开通则可采用移相控制，改变控制角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，实现异步电动机的变压调速，或作为异步电动机的启动器使用。,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,6.1.1,单相全控,（,a,）单相全控,通态时：,断态时：,两个,反并联,开关器件,负载电压、负载功率的大小由,控制角,确定,（,b,）带中线星形联接,时，中线电流约等于相电流,6.1.2,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,缺点,中线电流大,（,c,）无中线的三相联接,6.1.3,无中线的三相连接,输入电流中没有,3,次及,3,的倍数次谐波电流,(d),联接的控制器,6.1.4,三角形联结的控制器,只适用于允许断开,6,根出线端子的三角形负载,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,6.2.1,电阻负载,利用傅立叶级数可求出基波及各次谐波。,6.2.1,电阻负载（续）,表,6.1,不同触发角,时基波,和,315,次谐波电压,(,电流,),的相对值,基波及谐波分布图,图,6.3,电阻负载、不同触发角,时基波及谐波幅值分布图,6.2.2,电阻、电感性负载,(a),电路,（,2,）时，同,。,（,1,）时，,均为正弦波,(3),输出电压有效值,、晶闸管电流有效值,、负载电流有效值,为：,6.2.2,电阻、电感性负载,（续,1,）,(e),导通角 与控制角 的关系曲线（以负载阻抗角 为参变量）,6.2.2,电阻、电感性负载（续,2,）,（,f,）晶闸管电流的标么值 与控制角 的关系曲线,6.2.2,电阻、电感性负载,（续,3,）,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,23,、感抗为,23,，求,（,1,）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),时，最大电流有效值,为：,(3),最大功率,(,时,),注：,在 的非正弦电流工作情况下，功率因数将小于基波相移因数。,S3,S4:,负载续流开关,S1S4:,自关断功率器件,*,6.2.3 PWM,交流电压控制器,优点：输出电压谐波,含量少,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,6.3.1,三相,Y,联结电压控制器,(a),电路,六个晶闸管,T,1,T,6,的触发信号依序相差,60,，脉宽大于,60,，各相电源由负变正的过零点为控制角 计算起点,(b),矢量图,控制角,a,=0,，三相同时导电，,180,导电,。,(a),电路,6.3.1,三相,Y,联结电压控制器,(,续,1),a,=60,两相同时导电，,120,导电,6.3.1,三相,Y,联结电压控制器,(,续,2),(a),电路,a,=150,:,完全不能导电。,a,=120 :,两相间断导电，,导电角 小于,120,。,6.3.1,三相,Y,联结电压控制器,(,续,3),工作状态小结：,（,1,）,a,30,：处于,第一类工作状态（三相同时导电）。,（,2,）,30,a,60,：每隔,30,交替地出现第一类和第二类,工作状态。,（,3,）,60,a,90,：处于,第二类工作状态（两相同时导电）,（,4,）,90,a,150,电路全断流，不能工作。,所以电阻负载控制角,a,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。,6.3.2,三相开口三角形电压控制器,图,6.7,三相开口三角形电压控制器,绕组相电流小于输入线电流,可看作三个独立的单相电 路分别分析。,*,6.4,变压器抽头电压控制器,的包络线为：,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,图中输出电压,;K=0,1,2.,*,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,6.5.1,基本工作原理,正反组单相全控桥变流器并联,(,类似直流可逆主电路,),构成单相输出的相控交交直接变频器。控制正反组变流器的,随时间周期性变化，负载端电压就成为频率可控的交流电压。,、,图,(d),表明：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。所以，半控桥变流器不能构成交交变频器。,改变相控角,(,或,),只能在输出电压一个脉波周期中得到一个输出电压平均值，因此：,6.5.1,基本工作原理（续）,2.,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。,输出电压波形,改善相控交交变频器输出波形的措施,1.,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。,6.5.2,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,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,6.5.3,交流交流相控直接变频的优缺点,适用范围：大功率可逆传动系统,优点：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,6.6.0,引言,6.6.1,矩阵式交交变频器的控制方法,6.6.3,矩阵式交交变频器的优缺点,6.6.0,引言,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,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,图（,b,）是构成双向开关的方案之一,6.6.1,矩阵式交交变频器的控制方法,图,6.11a,中的输出电压,、,、,满足以下关系,矩阵中,9,个开关函数表明了图,6.11a,中,9,个可控开关（,18,个,IGBT,）的工作状态,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,其开通、关断切换原则,：,四步换流法是满足上述要求的控制方案之一,6.6.2,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,2.,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,6.7,小结,1.,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,3.,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,4.,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,5.,全可控元件,(,如,IGBT),构成的矩阵式交交变频器性能优,越,