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

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

分为：交流调压电路：相位控制；交流调功电路 ：通断控制

变频电路：改变频率的电路。

分为：交交变频：直接；交直交变频：间接

交流调压电路

原理： 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。

电路图：

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。

单相交流调压电路

1 电阻负载

 输出电压与 a 的关系:      

移相范围为0≤a ≤π。 a =0时，输出电压为最大。Uo=U1，随 a 的增大，Uo降低，a =π时，Uo =0。

λ与 a 的关系:        

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。

2   阻感负载

负载阻抗角： = arctan(wL/R)

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，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  ≤ a ≤ π。

当 a = 时    θ  = π

当 a >  时    θ  < π

当阻感负载, a  < 时电路工作情况。

VT1的导通时间超过π 。

触发VT2时， io尚未过零， VT1仍导通， VT2不会导通。

io过零后，VT2才可开通，VT2导通角小于π。 衰减过程中， VT1导通时间渐短， VT2的导通时间渐长。

3 单相交流调压电路的谐波分析    

电阻负载

由于正负半波对称，不含直流和偶次谐波。

阻感负载：

电流谐波次数和电阻负载时相同，也只含3、5、7…等次谐波。

 随着次数的增加，谐波含量减少。  

和电阻负载相比，阻感负载时的谐波电流含量少一些。

 a角相同时，随着阻抗角的增大，谐波含量有所减少。

4  斩控式交流调压电路

用V1 V2进行斩波控制，用V3 V4给负载电流提供续流通道

特性：

电源电流的基波分量和电源电压同相位，即位移因数为1。  

电源电流不含低次谐波，只含和开关周期T有关的高次谐波。

 功率因数接近1。

三相交流调压电路

根据三相联结形式不同，三相交流调压电路具有多种形式

1 星形联结电路 （可分为三线三相和三线四相）

三线四相

相当于三个单相交流调压电路的组合，三相互相错开120°。基波和3倍次以外的谐波在三相之间流动，不流过零线。

 问题：三相中3倍次谐波同相位，全部流过零线。零线有很大3倍次谐波电流。a =90°时，零线电流甚至和各相电流的有效值接近。

三相三线，分析阻负载时的情况

任一相导通须和另一相构成回路。

 电流通路中至少有两个晶闸管，应采用双脉冲或宽脉冲触发。

 触发脉冲顺序和三相桥式全控整流电路一样，为VT1~ VT6，依次相差60°。  

相电压过零点定为a 的起点， a角移相范围是0°~150°。

(1) 0°≤ a <60°：    三管导通与两管导通交替，每管导通180°－a 。但a =0°时一直是三管导通。

（2）60°≤ a  <90°：两管导通，每管导通120°。

(3) 90°≤ a <150°：两管导通与无晶闸管导通交替，导通角度为300°－2a。

谐波情况  

电流谐波次数为6k±1(k=1，2，3，…)，和三相桥式全控整流电路交流侧电流所含谐波的次数完全相同。  

谐波次数越低，含量越大。

 和单相交流调压电路相比，没有3倍次谐波，因三相对称时，它们不能流过三相三线电路。

2  支路控制三角联结电路

由三个单相交流调压电路组成，分别在不同的线电压作用下工作。

单相交流调压电路的分析方法和结论完全适用。

输入线电流（即电源电流）为与该线相连的两个负载相电流之和。

谐波情况

 3倍次谐波相位和大小相同，在三角形回路中流动，而不出现在线电流中。  

线电流中所谐波次数为6k±1(k为正整数)。  

在相同负载和a 角时，线电流中谐波含量少于三相三线星形电路。

典型应用：晶闸管控制电抗器

a 移相范围为90°~180°。

控制a 角可连续调节流过电抗器的电流，从而调节无功功率。

配以固定电容器，就可在从容性到感性的范围内连续调节无功功率，称为静止无功补偿装置(Static Var Campensator—SVC），用来对无功功率进行动态补偿，以补偿电压波动或闪变。

其他交流电力控制电路

交流调功电路

交流调功电路与交流调压电路的异同比较

相同点：电路形式完全相同

不同点：控制方式不同

交流调压电路在每个电源周期都对输出电压波形进行控制。

交流调功电路是将负载与交流电源接通几个周期，再断开几个周期,通过通断周波数的比值来调节负载所消耗的平均功率。

电阻负载时工作情况

控制周期为M倍电源周期，晶闸管在前N个周期导通，后M－N个周期关断。

负载电压和负载电流（也即电源电流）的重复周期为M倍电源周期。

交流电力电子开关

概念

把晶闸管反并联后串入交流电路中，代替电路中的机械开关，起接通和断开电路的作用。

优点

响应速度快，无触点，寿命长，可频繁控制通断。  

与交流调功电路的区别

并不控制电路的平均输出功率。 通常没有明确的控制周期，只是根据需要控制电路的接通和断开。 控制频度通常比交流调功电路低得多。

交交变频电路

单相交交变频器

晶闸管交交变频电路，也称周波变流器(Cycloconvertor)    

把电网频率的交流电变成可调频率的交流电的变流电路，属于直接变频电路。    

广泛用于大功率交流电动机调速传动系统，实际使用的主要是三相输出交交变频电路。

电路构成和工作原理

电路构成

电路构成

由P组和N组反并联的晶闸管变流电路构成，和直流电动机可逆调速用的四象限变流电路完全相同。  

变流器P和N都是相控整流电路。

工作原理

P组工作时，负载电流io为正。  N组工作时，io为负。

两组变流器按一定的频率交替工作，负载就得到该频率的交流电。  改变两组变流器的切换频率，就可改变输出频率wo 。  

改变变流电路的控制角a，就可以改变交流输出电压的幅值。

为使uo波形接近正弦波，可按正弦规律对a 角进行调制。

在半个周期内让P组a角按正弦规律从90°减到0°或某个值，再增加到90°，每个控制间隔内的平均输出电压就按正弦规律从零增至最高，再减到零。另外半个周期可对N组进行同样的控制。

uo由若干段电源电压拼接而成，在uo的一个周期内，包含的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波。

输入输出特性

1) 输出上限频率    

输出频率增高时，输出电压一周期所含电网电压段数减少，波形畸变严重。

 电压波形畸变及其导致的电流波形畸变和转矩脉动是限制输出频率提高的主要因素。  就输出波形畸变和输出上限频率的关系而言，很难确定一个明确的界限。  

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。

2) 输入功率因数  

输入电流滞后于输入电压，需要电网提供无功功率。

 一周期内，a角以90°为中心变化。  

输出电压比g 越小，半周期内a的平均值越靠近90°。

负载功率因数越低，输入功率因数也越低。  不论负载功率因数是滞后还是超前，输入无功电流总是滞后的。

3) 输出电压谐波  

输出电压的谐波频谱非常复杂，既和电网频率fi以及变流电路的脉波数有关，也和输出频率fo有关。  

采用三相桥时，输出电压所含主要谐波的频率为 6fi±fo，6fi±3fo，6fi±5fo，… 12fi±fo，12fi±3fo，12fi±5fo，…

 采用无环流控制方式时，由于电流方向改变时死区的影响，将增加5fo、7fo等次谐波。

三相交交变频器

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。

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

1）公共交流母线进线方式

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，交流电动机三个绕组必须拆开。

主要用于中等容量的交流调速系统。

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。

电动机中点不和变频器中点接在一起，电动机只引出三根线即可。

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。

由于输出端中点不和负载中点相联接，所以在构成三相变频电路的六组桥式电路中，至少要有不同输出相的两组桥中的四个晶闸管同时导通才能构成回路，形成电流。

和整流电路一样，同一组桥内的两个晶闸管靠双触发脉冲保证同时导通。

两组桥之间则是靠各自的触发脉冲有足够的宽度，以保证同时导通。

交交变频电路的优点：

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

交交变频电路的缺点：

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。

应用  

主要用于1000kW以上的大功率、低转速的交流调速电路中。目前已在轧机主传动装置、鼓风机、矿石破碎机、球磨机、卷扬机等场合应用。  既可用于异步电动机，也可用于同步电动机传动。

矩阵式变频电路

采用全控型开关器件的直接变频电路 。

控制方式是斩波控制

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(Matrix Converter —MC)或矩阵变换器。

优点

输出电压为正弦波。

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。

本章小结

本章的要点如下：

(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。