电子第六章交流-交流变流电路

这是一篇关于第六章交流-交流变流电路的思维导图，交流变流电路是指将一种形式的交流电转换为另一种形式的交流电的电路。在交流变流电路中，可以改变相关的电压、电流、频率和相数等。

交流-交流变流电路

• 单相交流调压电路
  • 电阻负载
    • 晶体管触发延迟角的移相范围
  • 阻感性负载
    • 晶体管触发角的移相范围
  • 谐波分析
    • 由于波形正负半波对称，因此不含直流分量和偶次谐波
    • 阻感性负载的电源电流中的谐波次数和电阻性负载相同，也是只含有3、5、7...等次谐波，同样随着谐波次数增加，谐波含量减少。和电阻性负载相比，阻感性负载的谐波电流含量要少一些，而且脉冲触发角相同时，随着阻抗角的增大，谐波含量有所减小。
  • 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
    • 和直流斩波电路一样也可以通过改变脉冲触发角来调节电压
    • 电源电流的基波分量和电源电压同相位
• • 三相交流调压电路
    • 星形连接电路
      • a 角的移相范围是0°~150。
      • 中性线中会有很大的3次谐波电流及其他3的整数倍次谐 电流。当 a =90°时，中性线电流甚至和各相电流的有效值接近。
      • 1、0°≤α<60°范围内，电路处于三个晶闸管导通与两个晶闸管导通的交替状态，每个晶闸管导通角为180°- a 。但 a =0°时是一种特殊情况，一直是三个晶闸管导通。2、60°≤α<90°范围内，任一时刻都是两个晶闸管导通，每个晶闸管的导通角为120。 3、90°≤α<T50°范围内，电路处于两个晶闸管导通与无晶闸管导通的交替状态，每个晶闸管导通角为300°-2a，而且这个导通角被分割为不连续的两部分，在半周波内形成两个断续的波头，各占150-α。
      • 电感大，谐波电流含量要小一些
    • 支路控制三角形联结
      • 三相交流调压电路组成
      • 在相同负载和相同输出电压情况下，支路控制三角形联结电路线电流中谐波含量要少于三相三线星形电路
    • 中点控制三角形联结
• 其他交流电力控制电路
  • 交流调功电路
    • 交流调功电路也是控制电路的接通和断开，但它是以控制电路的平均输出功率为目的。其控制手段是改变控制周期内电路导通周波数和断开周波数的比。而交流电力电子开关并不去控制电路的平均输出功率，通常也没有明确的控制周期，而只是根据需要控制电路的接通和断开。另外，交流电力电子开关的控制频度通常比交流调功电路低得多。
  • 交流电力电子开关
    • 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，这就是交流电力电子开关。和机械开关相比，这种开关响应速度快，没有触点，寿命长，可以频繁控制通断。
• 交交变频电路（周波变流器）
  • 单相交交变频电路
    • 电路构成和基本原理
      • 原理图
      • 输出电压波形
      • 交流器P、N都是相控整流电路，P组工作时，负载电流i0为正，N组工作时，负载电流i0为负。让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。改变变流器的切换频率，就可以改变输出频率。改变变流电路工作时的触发延迟角，就可以改变交流输出电压的幅值。
    • 整流与逆变工作状态
      • 为避免两组变流器之间产生环流（在两组变流器之间流动而不经过负载的电流），两组变流电路在工作时不同时施加触发脉冲，即一组变流电 工作时，封锁另一组变流电路的触发脉冲（这种方式称为无环流工作方式）
      • 整流：U和I方向一致
      • 逆变：U和I方向不一致
      • • t1-t2：P（正）组整流，N组阻断 t2-t3：P组逆变，N组阻断 t3-t4：P组阻断，N组整流 t4-t5：P组阻断，N组逆变
      • • 如果考虑到无环流工作方式下负载电流过零的正反组切换死区间，一周期的波形可分为6段，第1段 i。<0、 u。>0，为反组逆变；第2段电流过零，为切换死区段 ；第3组i。>0、 u 。>0，为正组整流；第4段 i 。>0、 u 。<0，为正逆变；第5段又是切换死区，第6段 i 。<0、 u 。<0，为反组整流。
        • 当输出电压和电流的相位差小于90°时，一周期内电网向负载提供能量的平均值为正，若负载为电动机，则电动机工作在电动状态；当二者相位差大于90°时，一周期内电网向负载提供能量的平均值为负，即电网吸收能量，电动机工作在发电状态。
    • 输入输出特性
      • 输出上限频率
        • 输出上限频率不高于电网频率的1/3~1/2
        • 输出电压一个周期内拼接电网电压段数越多，输出电压波形越接近正弦。每段电网电压的平均持续时间是由变流电路的脉波数决定的。因此，当输出频率增高时，输出电压一周期所含电网电压的段数就减少，波形畸变就严重。电压波形畸变以及由此产生的电流波形琦变和电动机转矩脉动是限制输出频率提高主要因素。
      • 输出电压波形
        • 和电网频率、变流电路的脉波数、输出频率有关。
    • 采用有环流方式可以避免电流断续并消除电流死区，改善输出波形，还可以提高交交变频电路的输出上限频率。但有环流方式要设置环流电抗器，使设备成本增加，运行效率也因环流而有所降低。
• 三相交-交变频电路
  • 和交-直-交变频电路相比，交-交变频电路
    • 优点
      • 只用一次变流，效率较高，可方便的实现四象限工作；低频输出波形接近正弦波。
    • 缺点
      • 接线复杂，如采用三相桥式电路的三相交-交变频器至少要用36只晶体管；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，输出电流谐波含量较大，频谱负载。
  • 电路接线方式
    • 公共交流母线进线方式：主要用于中等容量的交流调速系统
    • 输出星形联结方式： 因为三组单相交﹣交变频电路的输出连接在一起，其电源进线就必须隔离，因此三组单相交 交变频器分别用三个变压器供电。 由于变频器输出端中点不和负载中点相连接，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。而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。
  • 输入特性
    • 对于三相输出时的情况，总的输入电流是由3个单相交﹣交变频电路的同一相输入电流合成而得到的，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。
    • 三相交-交变频电路总输入功率因数要高于单相交-交变频电路
  • 改善输入功率因数和提高输出电压
    • 直流偏置
      • 如果给各相输出电压都叠加上同样的直流分量，触发延迟角将减小，但变频输出线电压并不会改变。
    • 交流偏置（梯形波输出控制方式）
      • 因为电路工作在输出高电压区域（即梯形波的平顶区）时间增加，触发延迟角减小，因此输入功率因数可得到改善。输出电压可提高15%。