4-*引言6.1交流调压电路6.2其他交流电力控制电路6.3交交变频电路6.4矩阵式变频电路本章要点第6章交流-交流变流电路（C）4-*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变频电路改变频率的电路交交变频直接交直交变频间接交流电力控制电路只改变电压、电流或控制电路的通断，而不改变频率的电路。交流调压电路相位控制交流调功电路通断控制第6章交流电力控制电路和交交变频电路（C）4-*6.1交流调压电路一般中小功率应用中可用一只双向晶闸管代替两只反并联的普通晶闸管，以简化电路。（B）注：与晶闸管相控整流电路相比在控制上有何区别?原理电路图两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就可控制交流电力。4-*应用1、灯光控制(如调光台灯和舞台灯光控制)。2、异步电动机软起动。3、异步电动机调速。4、供用电系统对无功功率的连续调节。5、在高压小电流或低压大电流直流电源中，用于调节变压器一次电压。6.1交流调压电路6.1.1单相交流调压电路6.1.2三相交流调压电路（B）4-*6.1.1单相交流调压电路图6-1电阻负载单相交流调压电路及其波形工作原理Ou1uoiouVTwtOwtOwtOwt1)电阻负载（A）在u1的正半周和负半周，分别对VT1和VT2的开通角度a进行控制就可以调节输出电压。正负半周a起始时刻(a=0)均为电压过零时刻，稳态时正负半周的a相等。负载电压波形是电源电压的一部分，负载电流(也即电源电流)和负载电压的波形相同。4-*6.1.1单相交流调压电路图6-1电阻负载单相交流调压电路及其波形数量关系负载电压有效值：负载电流有效值：晶闸管电流有效值：功率因数：Ou1uoiouVTwtOwtOwtOwt（A）（6-1）（6-2）（6-4）（6-3）4-*6.1.1单相交流调压电路图6-1电阻负载单相交流调压电路及其波形a=0时，功率因数λ=1，a增大，输入电流滞后于电压且畸变，λ降低。Ou1uoiouVTwtOwtOwtOwt（C）λ与a的关系4-*6.1.1单相交流调压电路2)阻感负载0.6Ou1OOwtOuG1OO图6-2阻感负载单相交流调压电路及其波形负载阻抗角：j=arctan(wL/R)VT1（B）(4-10)若晶闸管短接，稳态时负载电流为正弦波，相位滞后于u1的角度为j，当用晶闸管控制时，只能进行滞后控制，使负载电流更为滞后。a=0时刻仍定为u1过零的时刻，a的移相范围应为j≤a≤π。负载电流有效值：uG2uoiouvtwtwtwtwtwt4-*图6-3单相交流调压电路以j为参变量的θ和a关系曲线wt=a时刻开通晶闸管VT1，可求得晶闸管导通角θ（6-7）以j为参变量，利用式(6–7)可把a和θ的关系表示成右图。6.1.1单相交流调压电路（B）4-*图6-5a0，反组逆变第2段电流过零，为无环流死区第3段io>0，uo>0，正组整流第4段io>0，uo<0，正组逆变第5段又是无环流死区第6段io<0，uo<0，为反组整流（C）4-*6.3.2三相交交变频电路由三组输出电压相位各差120的单相交交变频电路组成。1)电路接线方式公共交流母线进线方式输出星形联结方式（C）交交变频电路主要应用于大功率交流电机调速系统，使用的是三相交交变频电路。4-*(1)公共交流母线进线方式图6-24公共交流母线进线三相交交变频电路（简图）6.3.2三相交交变频电路由三组彼此独立的、输出电压相位相互错开120的单相交交变频电路构成。电源进线通过进线电抗器接在公共的交流母线上。因为电源进线端公用，所以三组的输出端必须隔离。为此，交流电动机的三个绕组必须拆开。主要用于中等容量的交流调速系统。（B）4-*图6-25输出星形联结方式三相交交变频电路a）简图b）详图6.3.2三相交交变频电路（B）(2)输出星形联结方式三组的输出端是星形联结，电动机的三个绕组也是星形联结。因为三组的输出联接在一起，其电源进线必须隔离，因此分别用三个变压器供电。4-*2)输入输出特性当采用6脉波三相桥式电路时，输出上限频率不高于电网频率的1/3~1/2。电网频率为50Hz时，交交变频电路的输出上限频率约为20Hz。输入电流200t/ms输出电压单相输出时U相输入电流三相输出时U相输入电流200t/ms200t/ms图4-26交交变频电路的输入电流波形6.3.2三相交交变频电路（B）总输入电流由三个单相的同一相输入电流合成而得到。有些谐波相互抵消，谐波种类有所减少，总的谐波幅值也有所降低。4-*交交变频和交直交变频的比较间接变频电路，先把交流变换成直流，再把直流逆变成可变频率的交流，称交直交变频电路。交交变频电路的优点：交交变频电路的缺点：效率较高（一次变流）可方便地实现四象限工作低频输出波形接近正弦波6.3.2三相交交变频电路（B）接线复杂，采用三相桥式电路的三相交交变频器至少要用36只晶闸管。受电网频率和变流电路脉波数的限制，输出频率较低。输入功率因数较低。输入电流谐波含量大，频谱复杂。4-*6.4矩阵式变频电路是近年出现的一种新颖的变频电路。是直接变频电路，采用的开关器件是全控型。控制方式是斩波控制。图6-23矩阵式变频器（B）全控型开关器件也可采用右图的结构。三相输入电压为ua、ub和uc。三相输出电压为uu、uv和uw。拓扑结构简介4-*9个开关器件组成3×3矩阵，因此该电路被称为矩阵式变频电路(MatrixConverter—MC)或矩阵变换器。图中每个开关都是矩阵中的一个元素，采用双向可控开关。图6-23矩阵式变频器6.4矩阵式变频电路对单相交流电压us进行斩波控制，输出相电压uo为：（B）(6-24)Tc—开关周期；ton—一个开关周期内开关导通时间；σ—占空比；us—交流输入电压。4-*用图6-23a)中第一行和第二行的6个开关共同作用来构造输出线电压uuv。可利用图6-24c)中6个线电压包络线中所有的阴影部分。当uuv必须为正弦波时，最大幅值就可达到输入线电压幅值的0.866倍。正弦波输出条件下矩阵式变频电路理论上最大的输出输入电压比为0.866。图6-24构造输出电压时可利用的输入电压部分a)单相输入b)三相输入构造输出相电压c)三相输入构造输出线电压6.4矩阵式变频电路（B）a)b)c)UmU1mU23Um12√－－－输入利用三相线电压4-*利用对开关S11、S12和S13的控制构造输出电压uu。为防止输入电源短路，任何时刻只能有一个开关接通。负载一般是阻感负载，负载电流具有电流源性质，为使负载不开路，任一时刻必须有一个开关接通。图6-23矩阵式变频器6.4矩阵式变频电路（C）以相电压输出方式为例分析矩阵式交交变频电路的控制4-*U相输出电压uu和各相输入电压的关系为：图4-23矩阵式变频器6.4矩阵式变频电路（B）(6-25)(6-26)式中σ11、σ12和σ13表示一个开关周期内开关S11、S12、S13的导通占空比。4-*用同样的方法控制图中第2、3行的各开关，得到类似于的表达式。写成矩阵的形式图6-23矩阵式变频器6.4矩阵式变频电路（B）详细分析见教材第158页。(6-28)(6-27)可缩写为：uo=sui4-*输出电压为正弦波或任意所需波形。输出频率不受电网频率的限制。输入电流也可控制为正弦波且和电压同相。功率因数为1，也可控制为需要的功率因数。能量可双向流动，适用于交流电动机的四象限运行。不通过中间直流环节而直接实现变频，效率较高。6.4矩阵式变频电路（B）优点4-*要使矩阵式变频电路能够很好地工作，需解决的两个基本问题：6.4矩阵式变频电路所用的开关器件为18个，电路结构较复杂，成本较高，控制方法还不算成熟。输出输入最大电压比只有0.866，用于交流电机调速时输出电压偏低。现状尚未进入实用化，主要原因：如何求取理想的调制矩阵s。开关切换时如何实现既无交叠又无死区。（C）4-*十分突出的优点6.4矩阵式变频电路有十分理想的电气性能。和目前广泛应用的交直交变频电路相比，虽多用了6个开关器件，却省去了直流侧大电容，将使体积减小，且容易实现集成化和功率模块化。（C）在器件制造技术飞速进步和计算机技术日新月异的今天，矩阵式变频电路将有很好的发展前景。4-*本章小结1)交流-交流变流电路的分类及其基本概念。2)单相交流调压电路的电路构成，在电阻负载和阻感负载时的工作原理和电路特性。3)三相交流调压电路的基本构成和基本工作原理。4)交流调功电路和交流电力电子开关的基本概念。5)晶闸管相位控制交交变频电路的电路构成、工作原理和输入输出特性。6)各种交流-交流变流电路的主要应用。7)矩阵式交交变频电路的基本概念。（C）本章的要点
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