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第七章 交－交变频电路

第七章 交－交变频电路. 交流变换的目的： 调节电压、频率、相位 形式： 交－直－交变频器（整流器＋逆变器） 交－交变频器（直接变频器）. 第一节 基本原理及应用 整流电路： U d > 0 或 U d < 0 ， I d > 0 三相半波整流电路： U d = 1.17 U 2 cos  交交变频器：  在 0 至  之间变化， 输出交流电压 正、负两组整流器反并联， 输出交流电流. 输出电压、电流波形图：. 三相零式交交变频器：. 应用领域： 大功率、低速交流传动 （轧钢机、矿井提升机、造纸、冶炼等） 分类：

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第七章 交－交变频电路

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  1. 第七章 交－交变频电路 • 交流变换的目的： • 调节电压、频率、相位 • 形式： • 交－直－交变频器（整流器＋逆变器） • 交－交变频器（直接变频器） 北方交通大学电气工程系

  2. 第一节 基本原理及应用 • 整流电路：Ud > 0 或 Ud < 0 ，Id > 0 • 三相半波整流电路：Ud = 1.17 U2 cos • 交交变频器： •  在 0 至  之间变化，输出交流电压 • 正、负两组整流器反并联，输出交流电流 北方交通大学电气工程系

  3. 北方交通大学电气工程系

  4. 输出电压、电流波形图： 北方交通大学电气工程系

  5. 三相零式交交变频器： 北方交通大学电气工程系

  6. 应用领域： • 大功率、低速交流传动 （轧钢机、矿井提升机、造纸、冶炼等） • 分类： • 单相、三相 • 桥式、零式 • 有环流、无环流 • 高频 ( f0 > fi )、低频 ( f0 < fi ) 北方交通大学电气工程系

  7. 本章主要内容 • 掌握交－交变频电路的原理及电路，分析其优缺点。掌握三相周波变流器的有环流运行，了解倍频电路及电流型单相－三相交交变频电路。 • 重点： • 交－交变频电路（周波变流器）的原理及电路。 北方交通大学电气工程系

  8. 第四节 三相交－交变频器 • 三相输入、三相输出－－应用普遍 • 常用零式及桥式交－交变频器比较： 元件 整流 脉波 输出 谐波 功率 个数 形式 数 电压 含量 等级 零式－－18支 半波 少 低 较高 中等 桥式－－36支 全波 多 高 较低 大 北方交通大学电气工程系

  9. 三相输出各差120°，基本原理相同。 北方交通大学电气工程系

  10. i0 > 0－－正组工作，UP = Ud = 1.17U2cosP , 0 < P <  ，UP可正可负。 • i0 < 0－－负组工作，UN = - Ud = - 1.17U2cosN 平均值 UN = UP，N =  - P。 北方交通大学电气工程系

  11. 输出瞬时值 uNuP， u = uP–uN。 •  u 在正、负组间产生环流，采用电抗器限制。 北方交通大学电气工程系

  12. 有环流运行方式： • 目的：使正、负组输出电流平滑过渡。 • 特点：正、负组同时工作， 采用环流电抗器抑制组间环流。 • 优点：正、负组自动切换， 输出电流连续、平滑、无死区， 系统动态性能高，稳定性好 • 缺点：增加电抗器，成本高，损耗大。 北方交通大学电气工程系

  13. 无环流运行方式： • 目的：取消电抗器，降低成本及损耗。 • 特点：i0 > 0 时正组工作，封锁负组， i0 < 0 时负组工作，封锁正组。 • 优点：无组间环流，成本低，损耗小。 • 缺点：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， 输出电流存在死区，波形畸变。 北方交通大学电气工程系

  14. 北方交通大学电气工程系

  15. 交－交变频器输出电压： • 输出电压峰值： • 输出电压有效值： • 电压降系数： • 改变 min，可调节输出电压U0。 • min = 0 时， = 1 ，U0 = U0max = 0.83 U2。 北方交通大学电气工程系

  16. 交－交变频器控制方法： • 余弦交点法： 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脉冲。 • 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。 北方交通大学电气工程系

  17. 交－交变频器输出频率： f0 / fi = 1/2 时，半周期内有 6 脉波，谐波大 f0 / fi = 1/3 时，半周期内有 9 脉波，谐波较小 f0 / fi = 1/6 时，半周期内有 18 脉波，谐波小 • 为了减小谐波含量， 降低负载转矩脉动， 应保证 f0 / fi < 1 / 3 ， 即f0 < 16.7 Hz 。 北方交通大学电气工程系

  18. 交－交变频器的功率因数： • 整流电路：cos = cos • 交－交变频器： 因为 0 <  < ， 所以 cos < cosmin ， cos = f (  , cos ) ， cos－负载功率因数。 • 输入侧总功率因数： 北方交通大学电气工程系

  19. 交－交变频器的优点： • 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， 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。 • 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。 北方交通大学电气工程系

  20. 交－交变频器的缺点： • 晶闸管元件数量多，成本高，控制复杂。 • 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，功率因数更低。 北方交通大学电气工程系

  21. 第二节 倍频电路 一、三倍增频器 • 电阻负载，电压过零 时 T 自然关断。 • 一个周期六次换流，正、 负组轮流导通、关断。 • f0 = 3 fi • 输入功率因数低 北方交通大学电气工程系

  22. 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。 • 谐振半个周期后，晶闸管因 iT < 0自然关断。 • 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。 北方交通大学电气工程系

  23. 北方交通大学电气工程系

  24. 输出频率  谐振频率 • 控制方法： 在每一个电流脉冲开始之前： • 根据所需电流方向决定触发正组或负组 • 根据所需电流大小在三个输入电压中选择，并触发相应的晶闸管。 • 电压选择原则： • 正组：选择最大正电压 • 负组：选择最大负电压 北方交通大学电气工程系

  25. 第五节 电流型交－交变频电路 • 电流型－－输出交变电流 • 单相输入，三相输出 • 由两个电流型逆变器 反并联构成。 • f0 / fi < 1 / 3 时，晶闸 管可实现自然换流， 不需强迫换流电路。 北方交通大学电气工程系

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