第3章-交交变频技术

主讲内容：一、单相输出交-交变频电路原理二、三相输出交-交变频电路接线方式三、矩形波交-交变频工作原理第3章交-交变频技术教学重点：一、单相输出交-交变频电路原理二、三交-交变频组成一、单相输出交-交变频电路结构及原理图3-1是单相输出交-交变频电路的原理框图，电路由P（正）组和N（负）组反并联的晶闸管变流电路构成，两组变流电路接在同一个交流电源，Z为负载图3-1单相输出交-交变频电路的原理框图三相半波-单相交-交变频电路三相桥式-单相交-交变频电路图3-2三相半波-单相电阻负载输出波形为了使输出电压的波形接近正弦波，可以按正弦规律对控制角α进行调制，即可得到如图3-2所示的波形。调制方法：在半个周期内让变流器的控制角α按正弦规律从90°逐渐减小到0°或某个值，然后再逐渐增大到90°。)sinarccos(toP余弦交点法求交交变频电路触发延迟角α)sinarccos(-toNπ由图3-2可以看出:输出的电压波形并不是平滑的正弦波，而是由若干段电源电压拼接而成。图3-2三相半波-单相电阻负载输出波形图3-3调制波频率为17Hz三相半波-单相电阻负载输出波形图3-4单个周期内输出波形图3-5调制波频率为30Hz三相半波-单相电阻负载输出波形图3-6单个周期内输出波形感阻性负载时的相控调制如果把交-交变频电路理想化，忽略变流电路换相时输出电压的脉动分量，就可以把电路等效为图3-7所示的正弦波交流电源和二极管的串联。其中交流电源表示变流电路可输出交流正弦电压，二极管体现变流电路只允许电流单方向流过。图3-7理想化交交变频电路图3-8整流与逆变状态波形假设负载阻抗角为ψ，即电流滞后输出电压ψ（负载为感性）。两组变流器工作在直流可逆调速系统中无环流方式。直流可逆调速系统中无环流方式：当一组晶闸管工作时，用逻辑电路去封锁另一组晶闸管的触发脉冲，使它完全阻断，从而切断环流的通路。电机正转时，由正组晶闸管供电；电机反转时，由负组晶闸管供电。t1~t2正组变流器工作，负组阻断。且输出电压U0与I0同向，输出功率为正，故正组工作在整流状态。t2~t3正组变流器工作，负组阻断。但输出电压U0与I0反向，输出功率为负，故正组工作在逆变状态。t3~t4负组变流器工作，正组阻断。且输出电压U0与I0同向，输出功率为正，故负组工作在整流状态。t4~t5负组变流器工作，正组阻断。但输出电压U0与I0反向，输出功率为负，故负组工作在逆变状态。图3-9单相输出交-交变频电路输出电压和电流的波形图第1段，i0,u0,为负组逆变；第2段，i过零,为无环流死区；第3段，i0,u0,为正组整流；第4段，i0,u0,为正组逆变；第5段，i过0,为无环流死区；第6段，i0,u0,为负组整流；输入输出特性1．输出上限频率就常用的6脉波三相桥式电路而言，一般认为，输出上限频率不高于电网频率的1/3～1/2。2.输入功率因数交-交变频电路采用的是相位控制方式，因此其输入电流的相位总是滞后于输入电压，需要电网提供无功功率。交-交变频器的特点无中间环节，所以比一般的变频器效率要高。由于其交流输出电压是直接由交流输入电压波的某些部分包络所构成，因而其输出频率比输入交流电源的频率低得多（输出上限频率不高于电网频率的1/3～1/2），输出波形较好。由于变频器按电网电压过零自然换相，故可采用普通晶闸管。交-交变频电路采用的是相位控制方式，因此其输入电流的相位总是滞后于输入电压，需要电网提供无功功率。二、三相输出交-交变频电路接线方式1、公共交流母线进线方式图3-10公共交流母线进线方式的三相交-交变频电路简图电源进线公用，故三组单相交-交变频电路的输出端必须隔离。该电路主要用于中等容量的交流调速系统2、输出星形联结方式图3-11输出星形联结方式的三相交-交变频电路原理图三、矩形波交-交变频工作原理图3-12三相零式交-交变频电路图3-12中，每一相由两个三相零式整流器组成，提供正向电流的是共阴极组①、③、⑤；提供反向电流的是共阳极组②、④、⑥。为了限制环流，采用了限环流电感L。假设三相电源电压ua、ub、uc完全对称。当给定一个恒定的触发控制角α时，例如，α＝90°，得正组①的输出电压波形如图3-12所示。图3-12输出的电压为矩形波的波形换相与换组过程图3-12电流连续时触发得到的波形假设电流是连续的，不考虑重叠角。组触发的触发延迟角为60°与图3-11所不同的是：当Ua自然过零时，电感的续流使得Ua的导通角增加30°。