第4章 交-交变频电路
4.3 可控硅相控交-交变频电路
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。
4.3.1可控硅相控单相-单相交-交变频技术 1、电路结构和基本工作原理
在共阴极双半波整流电路中，通过改变晶闸管的控制角可得到负载端上正下负大小可变的输出电压。在共阳极双半波整流电路中，通过改变晶闸管的控制角可在负载上得到极性相反的电压。
t
U u A ωsin 22=
（a ）电路图
（b ）原理波形图
图4-18 双半波整流电路及其原理波形
2、整流与逆变工作状态
两组反并联的可逆整流电路及其原理波形，如图4-18所示。正组整流器工作（反组被封锁）时，负载端输出电压为上正下负；反组整流器工作时（正组被封锁），负载端输出电压极性相反。只要交替地以低于输入电源的频率切换正反两组整流器的工作状态（工作或封锁），在负载端就可以获得交流电
压，该输出电压显然包含了大量谐波。
如果在半周期中使导通工作的晶闸管的控制角α由90?逐渐减小到零，然后再增大到90?，则该整流器的输出平均电压就从零增大到最大，然后再减小到零。因此，只要控制α角在0?～90?之间以适当地规律性变化，即可获得按正弦规律变化的平均输出电压。
在实际的交－交变频电路中，常采用“余弦波交截控制法”控制α角的变化以获得平均正弦波的输出。以控制电压U c 来控制α角的变化，如果控制电压U c 的大小总是正比于控制角α的余弦大小，即
αcos cm c U U = （4-15）
U cm 为U c 峰值，则输出电压平均值U d 随U c 呈线性变化。由于
αcos dm d U U = （4-16）
U dm 为α＝0?时U d 最大值，所以
cm
dm
c d U U U U = （4-17） 故有
c cm
dm
d U U U U =
（4-18） 在保证线性范围内，U c 最大值为U cm =U dm ，此时
c d U U = （4-19）
因此，按余弦波交截控制法控制的相控整流器，是一个具有线性电压转换特性的功率放大器。可
以想象，如果控制电压按正弦波变化，则输出平均电压也将按正弦波变化。
4.3.2 可控硅相控三相-单相交-交变频技术
图4-19是变流器P 和N 都是三相半波相控电路时的波形。U o 并不是平滑的正弦波，而是由若干段电源电压拼接而成，在u o 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。因此，变流器通常采用6脉波的三相桥式电路或12脉波变流电路。本节后面的论述均以最常用的三相桥式电路为例进行分析。
2、整流与逆变工作状态
交交变频电路的负载可以是阻感负载、电阻负载、阻容负载和交流电动机负载，这里以阻感负载为例来说明电路的整流与逆变工作状态，也适用于交流电动机负载。
把交交变频电路理想化，忽略变流电路换相时u o的脉动分量，就可把电路等效成图4-20a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器可以输出交流正弦电压，二极管体现了变流电路的电流的单方向性。
当u o和i o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，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，电网吸收能量，电动机为发电状态。
3、正弦波输出电压的调制方法
通过不断改变控制角a，使交交变频电路的输出电压波形基波为正弦波的调制方法有多种。这里介绍最基本的、广泛使用的余弦交点法。
设U d0为a = 0时整流电路的理想空载电压，则有
αcos 0d o U u = (4-20) 每次控制时a 角不同，表示每次控制间隔内u o 的
平均值。
设要得到的正弦电压为t U u o om o ωsin =，应使
t t U U o o d om
ωγωαsin sin cos 0
==
（4-21）式中γ称为输出电压比，)10(≤≤=
γγdo
om U U 因此有 )sin
(cos 1
t o ωγα-= （4-22）这就是余弦交点法基本公式。
图4-22是对余弦交点法的进一步说明。电网线电压u ab 、 u ac 、 u bc 、 u ba 、 u ca 和u cb 依次用u 1 ~ u 6表示。相邻两个线电压的交点对应于a =0。u 1~u 6所对应的同步信号分别用u s1~u s6表示。u s1~u s6比相应的u 1~u 6超前30°，u s1~u s6的最大值和相应线电压a =0的时刻对应。以a =0为零时刻，则u s1~u s6为余弦信号。希望输出电压为u o ，则各晶闸管触发时刻由相应的同步电压u s1~u s6的下降段和u o 的交点 来决定。
图4-23给出了在不同输出电压比γ的情况下，在输出 电压的一个周期内，控制角α随ωo t 变化的情况，图中 )sin (sin 2
)sin (cos 1
1
t t o o ωγπ
ωγα---=
= γ较小，即输出电压较低时，a 只在离90°很近的范围 内变化，电路的输入功率因数非常低。余弦交接法用模拟
电路来实现线路复杂，且不易实现准确的控制。采用计算 机控制时可以方便准确的实现运算，使整个系统获得很好的性能。 4、输入输出特性 （1）输出上限频率 交交变频电路的输出电压是由许多段电压拼接而成，输出电压一个周期内拼接的电网电压段数越多，就可使输出电压越接近正弦波。每段电网电压的持续时间是由交流电路的脉波数决定的。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。当构成交交变频电路的两组变流电路的脉波数越多，输出上限频率就越高。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 交交变频电路采用相位控制方式，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。从图4-23可以看出，在一个输出电压周期内， a 角以90°为中心变化。输出电压比γ
越小，半周期内a 的平均值越靠近90°，位移因数越低，负载的功率因数越低，输入功率因数也越低。而且无论负载功率因数是滞后的还是超前的，输入的无功电流总是滞后的。
图4-24给出了以输出电压比γ为参变量时输入位移因数和负载功率因数的关系，输入位移因数就是输入的基波功率因数，其值通常略大于输入功率因数，因此该图也大体反映了输入功率因数和负载功率因数的关系。可以看出，即使负载功率因数为1且输出电压比γ也为1，输入功率因数仍小于1，随着负载功率因数的降低和γ的减小，输出功率因数也随之降低。 （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f i 以及变流电路的脉波数有关，也和输出频率 f o 有关。
采用三相桥式电路的交交变频时，输出电压 所含主要谐波的频率为
6f i±f o ，6f i±3f o ，6f i±5f o ，… 12f i±f o ，12f i±3f o ，12f i±5f o ，…
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5f o 、7f o 等次谐波。 （4）输入电流谐波
交交变频电路的输入电流波形和可控整流电路 的输入波形类似，但其幅值和相位均按正弦规律被 调制。采用三相桥式电路的交交变频电路输入电流 谐波频率为：
o i in lf f k f 2)16(±±= （4-23）o i in kf f f 2±= （4-24）
式中k =1,2,3,…；l =0,1,2,…。
和可控整流电路输入电流的谐波相比，交交变频电路输入电流的频谱要复杂得多，但是各次谐波的幅值要比可控整流电路的谐波幅值小。
前面的分析都是基于无环流方式进行的。在无环流情况下，由于负载电流反向时保证无环流而必须留有一定的死区时间，就使得输出电压的波形畸变增大。此外在负载电流断续情况下，输出电压被负载电动机反电动势抬高，这也会造成波形畸变。电流死区和电流断续的影响也限制了输出频率的提高。和直流可逆调速系统一样，交交变频电路也可采用有环流控制方式，这时正反两组变流器之间必须设置环流电抗器。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器的输出上限频率，同时控制也比无环流方式简单。但是环流电抗器使设备成本增加，运行效率也因环流有所降低，因此目前应用较多的是无环流方式。
4.3.3可控硅相控三相—三相方波型交－交变频器 1. 单相负载
如图4-25（a ）所示，由两组反并联的变流器P 和N 所组成。当P 组和N 组轮流向负载供电时，负载上会出现电压u o ，如图2（b ）所示。当P 组和N 组触发角恒定时，输出电压在半个周期中的平均值是恒定的。改变两组变流器的控制角α就能够改变输出电压的幅值。改变两组变流器的切换频率就能
改变u o 的频率。
（a ）
（b ）
图4-25 方波型单相交－交变频电路
2 三相负载
1.)电压型三相—三相交交变频电路
三相—三相方波型交-交变频器的主电路如图4-26所示，每一相由两组反并联的三相零式整流电路组成，整流器Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ为正组，Ⅳ、Ⅵ、Ⅱ为反组。每个正组由1、3、5晶闸管组成，每个反组由4、6、2晶闸管组成。变频器中的换流应分成组与组之间换流和组内晶闸管换流两种情况。为了在负载上获得三相互差T/3（T 为输出电压周期）的电压波形，每组导电时间应为T/3，并相隔T/6换相。同一时刻应有一个正组和一个反组同时导通，但不允许同一桥臂同时导电，否则将会造成电源短路，每组桥内晶闸管按1、2、3、4、5、6、1顺序换流。各自及组内导电次序如图4-27所示。
C B 图4-26 三相—三相方波型交－交变频器
图4-27 变频器各组导电次序
2.)电流型三相—三相交交变频电路 （1）电路结构
把电路适当改画，并在主电路中接入滤波电感，则成电流型电路，如图4-28所示，主电路中的电流可以看作矩形波，如果不接滤波电感，两组整流器直接反接，就是说通过电源来缓冲负载的无功功率，那么因为电网的内阻抗要比负载阻抗小得多，便构成了电压型电路。
图4-28 三相零式联结（半桥式）交－交变频器
(2) 晶闸管导通次序及电流波形
控制角为α时晶闸管导通的次序及电源电流、负载电流的波形如图4-29所示. Ⅰ-Ⅵ组晶闸管各导通120度，因此负载电流也是持续120度的方波，而每组桥的晶闸管按1-6的次序换流。系统输出频率f o 为电源频率f i 的1/3，每相负载电流恰为电源三相电流之和。
正组反组正组反组
导通的晶闸管
移
相脉冲选
组脉
冲1
3
5
1
3
5
1
3
5
4
6
2
4
6
2
4
6
2
Ⅰ
Ⅳ
Ⅲ
Ⅵ
Ⅴ
Ⅱ
Ⅵ
Ⅰ1
Ⅰ3
Ⅰ5
Ⅲ1
Ⅲ3
Ⅲ5
Ⅴ1
Ⅴ3
Ⅴ5
Ⅵ2
Ⅱ4
Ⅱ6
Ⅱ2
Ⅳ4
Ⅳ6
Ⅳ2
Ⅵ4
Ⅵ6
电
源电流
负载电流
i
A
i
B
i
C
i
a
i
b
i
c
图4-29 电流型交－交变频器的晶闸管导通次序及电流波形
（3）控制方式
由控制系统框图（图4-28）可以看出，它是由电流内环和电压外环构成的双闭环系统，采用U/f ＝恒值的恒磁通控制方式。系统中有函数发生器，能够在低速时适当提高端电压，以补偿压降。控制电路主要完成两个任务：一是控制每个晶闸管的控制角α，以调节输出电压，而是按照所需的频率来实现各组间的换流。给定信号经过压频变换转换成比例的脉冲信号，然后经过环形计数器进行分频，形成依次相差T/6、持续时间为T/3的选组脉冲。选组脉冲规定了什么时间允许哪组晶闸管工作。与此同时，给定信号还被变换成与之相应的移相脉冲，移相脉冲决定了每组中晶闸管导通的次序与控制角α的大小。移相脉冲和选组脉冲经过逻辑电路确定了每个晶闸管的导通时刻。
4.3.4可控硅相控三相—三相正弦型交－交变频器
三相交交变频电路是由三组输出电压相位各差120o的单相交交变频电路组成，因此三相-单相交交变频电路的许多结论都适用于三相—三相交交变频电路。
1.电路接线方式
三相—三相交交变频电路有两种接线方式，即公共交流母线尽现方式和输出星形联结方式。
(1)公共交流母线进线方式接线方式如图4-30所示。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，共引出六根线。主要用于中等容量的交流调速系统。
图4-30 公共交流母线进线三相—三相交交变频电路
(2)输出星形联结方式图4-31是输出星形联结方式的三相—三相交交变频电路原理图。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。由于变频器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。
图4-31 输出星形联结方式三相—三相交交变频电路 （a ）简图 （b ）详图
2. 输入输出特性
从电路结构和工作原理可以看出，三相—三相交交变频电路的输出上限频率和输出电压谐波与单相交交变频电路是一致的。
下面分析三相—三相交交变频电路的输入电流。图4-32是在输出电压比γ=0.5，负载功率因数cosφ=0.5的情况下，交交变频电路输出电压、单相输出时的输入电流和三相输出时的输入电流的波形举例。对于单相输出时的情况，因为输出电流是正弦波，其正负半波电流极性相反，但反映到输入电流却是相同的。因此输入电流只是反映输出电流半个周期的脉动，而不反映其极性，输入所以式（4-19）和（4-20）所示输入电流中含有2倍输出频率有关的谐波分量。对于三相输出的情况，总的输入电流是由三哥哥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。其谐波频率为：
o i in lf f k f 6)16(+±= （4-25）
和
o i in kf f f 6±= （4-26）
式中k =1,2,3,…l=0,1,2,…
单相输出时
三相输出时输出电压
相输入电流
相输入电流
图4-32 交交变频电路的输入电流波形
当变流电路采用三相桥式电路时，输入谐波电流的主要频率为f i±6f o 、5f i 、5f i±6f o 、 7f i 、 7f i±6f o 、 11f i 、 11f i±6f o f i±12f o 等。其中5f i 次谐波的幅值最大。
下面分析三相—三相交交变频电路的输入功率因数。三相交交变频电路由三组单相交交变频电路组成，每组单相交交变频电路都有自己的有功功率、无功功率和视在功率。总输入功率因数为：
S
P P P S P c
b a ++=
=
λ （4-27） 从上式可以看出，三相电路总的有功功率为各相有功功率之和，但视在功率却不能简单相加，而应由总输入电流有效值和输入电压有效值来计算，比三相各自的视在功率之和要小。因此，三相总输入功率因数要高于单相交交变频电路。当然这只是相对于单相电路而言，功率因数低仍然是三相—三相交交变频电路的一个主要缺点。
3、改善功率因数和提高输出电压
在图4-31所示的星形联结的三相—三相交交变频电路中，各相输出的是相电压，而加在负载上的是线电压。在各相电压中叠加同样的直流分量或3倍于输出频率的谐波分量，它们都不会在线电压中反映出来，因而也加不到负载上。利用这一特性可以使输入功率因数得到改善并提高输出电压。
当负载电动机低速运行时，变频器输出电压很低，各组桥式电路的a 角都在90°附近，因此输入功率因数很低。给各相输出电压叠加上同样的直流分量，控制角a 将减小，但变频器输出线电压并不改变。这样既可以改善变频器的输入功率因数，又不影响电动机的运行，称为直流偏置法。对于长期在低速下运行的电动机，用这种方法可以明显改善输入功率因数。
另一种改善功率因数的方法是梯形波输出控制方式。使三组单相变频器的输出电压均为梯形波。梯形波的主要谐波成分是三次谐波，在线电压中，三次谐波相互抵消，结果线电压仍为正弦波。在这种控制方式下，因为桥式电路较长时间工作在高输出电压区域（即梯形波的平顶区），a 角较小，因此输入功率因数可提高15%左右。此外，图4-21正弦波输出控制方式中，最大输出正弦波相电压的幅值为U d0。这样的输出电压有时难以满足负载的要求。和正弦波相比，在同样幅值的情况下，梯形波中的基波幅值可提高15%左右。也就是采用梯形波输出控制方式可以使变频器的输出电压提高约15%。采用梯形波控制方式相当于给相电压中叠加了三次谐波，相对于直流偏置，这种方法称为交流偏置。
这里介绍的都是直接变频技术，8.1节中介绍间接变频电路，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：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。
因此，交交之间变频电路主要用于500kW 或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。它既可用于异步电动机，也可用于同步电动机传动。
4.3.5可控硅相控AC-AC 变频器的工作状态和触发脉冲重叠控制 1. 变频器的无换流工作状态和有环流工作状态
和可控整流电路一样，变频器也有两种工作状态，无环流工作和有环流工作。在一定条件下，负载电流可能会变成断续的。如电阻——电感性负载，如果在电流贬值附近能维持连续，但由于负载电感不够大，因此在电流变化到过零前（经过T/2后），电流已较小而出现了断流，电压畸变将增大。有环流系统由于有环流作用，没有电流不连续的现象，所以输出电压畸变较小。
无换流运行时，正组和反组分时工作，但是当负载电流由正值变为零时（即过零点）如果立即解除反组的脉冲封锁，触发反组晶闸管，而正组晶闸管则刚刚断流而未完全恢复正、反向阻断能力，就有可能发生两组晶闸管同时导通的短路事故。为了避免这种情况，在正组电流过零后，应延时一段时间t 0后在触发反组晶闸管，同样在反组电流过零点后要延迟一段时间再触发正组晶闸管。在这段死区时间内，两组变流器均无输出，输出电压畸变率增大。死区时间的设置要考虑换流安全性和输出电压畸变率两方面的影响。
采用有换流控制时，此时正组和负组的控制角之和180P N αα+= ，即一组工作于整流状态，另
一组则工作在逆变状态。两组整流器其输出端的基波交流电压完全相等（也就是任何时刻正组输出电压平均值等于反组输出电压平均值），但瞬时值不等，两者电压的瞬时值之差)()(t v t v v N p -=?会引起环流，加重晶闸管负担，因而需加限流电抗器，以限制环流。
采用环流电抗器后，除了有被限制的脉动环流外，由于电抗器的电感，还将引起新的环流，这种环流称环流的自感应分量。
现在来讨论环流的自感应分量。
如果忽略变频器输出电压中的谐波，只考虑其中的基波，则此有限流电抗器的反并联正负组整流所组成的变频器，其等效电路可画出如图4-33所示。
图4-34是图4-33电路的各部分电流和电压的波形。设0t =时接通负载，正弦变化的负载电流
0sin m i I t
ω=开始流通。在前1/4周期间，此电流从正组流出，结果在环流电抗器上形成如图（e ）所
示的电压波形。此电压极性将使负组晶闸管处于反向偏置，因此负组在此期间处于断开状态。在1/4周期后
/2t πω=时，负载电流开始下降，电抗器上电压反方向，使负组二极管导通。当正组和负组都导
通时，由于正组和负组输出端基波交流电压任何瞬时都相等，因而此时电抗器两端M ，N 两点的电位将相等，环流电抗器上电压等于零0
L U =，效果相当于环流电抗器两端被短路。因此环流电抗器的总
磁势保持不变，即等于0
/2t πω=时流过左半个电抗器（圈数为/2W ）的负载电流峰值
m
I 所决定的磁
势
(/2)
m I W 。
正、负组的二极管都导通后磁势方程为
222p
n m W W W
i i I += （4-28）
其中和分别为正组和负组的电流。 可得
P N m
i i I += （4-29）
由等效电路可知
0sin P N m i i I t
ω-= （4-30）
所以
t I I i m
m P 0sin 22ω+=
（4-31.a ）
t I I i m m N 0sin 22ω-=
（4-31.b ）
图4-34（b ）和(c)是正、负组总电流波形，（d ）是自感应环流。正组电流和负组电流都是连续的，负载电流最大时，自感应环流等于零；负载电流为零时，自感应环流最大。在负载电流正半周期，正组通过所有电流，负组只流过环流自感应分量 ；在负载电流负半周时，正组只流过环流自感应分量，负组则流过所有电流。这是这种变频器的稳态运行情况，这种情况已为实验所证实。
环流电抗器
图4-33 有环流电抗器的等效电路
(a (b (c (d
(e i i t
t
t
t t
t -图理想变压器有自感应环流工作波形
图4-34 理想变压器有自感应环流工作波形
环流的自感应分量大小与负载电流成正比。可以证明，环流自感应分量的平均值为变频器输出负载电流平均值的57%。负载电流越大，环流自感应分量也越大，自然，损耗也越大。相反地，晶闸管的容量也必须考虑环流自感应分量引起的发热。在反并联可逆整流电路中，当输出给负载的电流大小变动的动态过程中，也将引起自感应环流，随着负载电流的逐渐稳定（为稳定直流），由于线路电阻的损耗，自感应环流将逐渐衰减消失。
环流自感应分量的存在给变频器增加了一个“无功”负载。因此这种配合有环流系统的运行方式并不被广泛采用。负载电流较大时，电流已经连续，此时变频器也就没有必要采用有环流的控制方案。可在小负载或负载电流过零的零点附近发生电流断续时，才使其在有环流状态下工作。
2、触发脉冲的重叠控制
触发脉冲的重叠控制方案的实现，能使变频器在负载电流较小时，正组与负组同时工作成为有环流系统 ，而在负载电流较大时成为无环流系统 ，这样既限制了环流，又消除了电流不连续时的不良影响，
改善了波形。
图5-13 交－交变频器脉冲重叠控制方框图
(b)
(c)
T
I T
I -(3)
()a (6)
(4)
(5)()
b (2)
(3)
(4)
(5)
(6)
-
图负载电流大小对脉冲重叠时间的影响
图4-35 交-交变频器脉冲重叠控制方框图 图4-36 负载电流大小对脉冲重叠时间的影响
交—交变频器的脉冲重叠控制方案方框图如图4-35所示。它由正组、负组晶闸管整流电路 1、2，正组、负组脉冲门7、9，正组、负组脉冲产生器6、8和电流检测电路 4、5构成。3则为负载。 在电流检测电路方框上面（图4-35）给出了电流检测电路的特性。负载电流大于
T
I -时，正组电流检测
电路的输出为1，即C=1，使正组门开启，触发脉冲通过正组门触发正组晶闸管；当负载电流减小到小于
T
I -，即继续向负载增大时，正组电流检测电路输出为零，C=0，正组关闭，正组晶闸管不再被触发。
负组电流检测电路在电流小于T
I +后，输出为1，即D=1，使负组门开启，负组晶闸管工作。这样仅当
电流处于
T
I +和
T
I -之间时即负载电流较小（绝对值）时，正负组晶闸管才同时工作，成为有环流工作
状态。负载电流瞬时值（绝对值）大于
T
I 后，则只有一组晶闸管被 触发，成为无环流工作状态。
图4-36示出了触发脉冲重叠控制时的工作波形。波形示出负载电流越大，脉冲重叠时间越短，反之则越长，图4-36(a)是满载时脉冲重叠情况，(b)则为轻载时。比较这两组波形可见，负载电流较小时脉冲重叠时间是比较长的。这两组波形的曲线（1）是负载电流波形和零电流检测电路的整定值T
I +和
T
I -。
负载电流较小时，负载电流从
T
I +变化到
T
I -或从
T
I -变化到
T
I +所需时间较长。
因而正组与负组触发脉冲的交叠的时间较长。曲线（2）和（3）是正组电流和负组电流的波形。图中虚线是负载电流波形。曲线（4）则示出了自感应环流波形。在负载电流较小时，由于脉冲重叠时间较长，所以环流流动时间也长，环流所占比例较大。图中曲线（5）是限流电抗器两端电压波形。曲线（6）则是触发脉冲重叠时间。由此可见，采用触发脉冲重叠控制方案时，负载电流增大，环流自感应分量不会跟着成比例增大，而在负载电流较小时，由于环流自感应分量相对较大，消除了电流不连续现象，从而使输出电压波形得到改善。
实验四 单相交直交变频电路的性能研究
北京信息科技大学 电力电子技术实验报告 实验项目：单相交直交变频电路的性能研究 学院：自动化 专业：自动化（信息与控制系统） 姓名/学号：贾鑫玉/2012010541 班级：自控1205班 指导老师：白雪峰 学期：2014-2015学年第一学期 实验四单相交直交变频电路的性能研究
一．实验目的 熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式PWM 逆变电路中元器件的作用，工作原理，对单相交直交变频电路在电阻负载、电阻电感负载时的工作情况及其波形作全面分析，并研究工作频率对电路工作波形的影响。 二．实验内容 1．测量SPWM 波形产生过程中的各点波形。 2．观察变频电路输出在不同的负载下的波形。 三．实验设备及仪器 1．电力电子及电气传动主控制屏。 2．NMCL-16组件。 3．电阻、电感元件(NMEL-03、700mH 电感)。 4．双踪示波器。 5．万用表。 四．实验原理 单相交直交变频电路的主电路如图2—8所示。 本实验中主电路中间直流电压u d 由交流电整流而得，而逆变部分别采用单相桥式PWM 逆变电路。逆变电路中功率器件采用600V8A 的IGBT 单管（含反向二极管，型号为ITH08C06），IGBT 的驱动电路采用美国国际整流器公司生产的大规模MOSFET 和 IGBT 专用驱动集成电路1R2110，控制电路如图2—9所示，以单片集成函数发生器ICL8038为核心组成，生成两路PWM 信号，分别用于控制VT 1、VT 4和VT 2、VT 3两对IGBT 。ICL8038仅需很小的外部元件就可以正常工作，用于发生正弦波、三角波、方波等，频率范围0.001到500kHz 。 五．实验方法 图2—8 单相交直交变频电路
100W单相交-直-交变频电路
辽宁工业大学电力电子技术课程设计（论文）题目：100W单相交-直-交变频实验装置 院（系）：电气工程学院 专业班级：电气105班 学号：100303145 学生姓名：王林 指导教师：（签字） 起止时间：2012-12-31至2013-1-11
课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电气工程学院教研室：电气Array 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算
摘要 单相交-直-交变频电路在工业生产，生活娱乐，仪器运行等很多方面都有着广泛的应用，其中目前应用最广泛的应属于电网互联。单相交-直-交变频电路可分为主电路和控制电路，其主电路包括整流电路、滤波电路和逆变电路，而控制电路包括控制电路、驱动电路和保护电路。本设计对于整流部分采用不可控制整流电路；滤波部分采用LC低通滤波器，得到高频率的正弦波交流输出；逆变部分由四只IGBT管组成单相桥式逆变电路。控制电路选用以单片集成函数发生器ICL8038为核心组成，生成两路PWM信号，分别用于控制两对IGBT；驱动电路采用了具有电气隔离集成驱动芯片M57962L；保护电路采用双D触发器CD4013。 关键词：整流；滤波；逆变；PWM；IGBT
目录 第1章绪论 (1) 1.1电力电子技术概况 (1) 1.2本文设计内容 (1) 第2章 100W单相交-直-交变频电路设计 (2) 2.1100W单相交-直-交变频电路总体设计方案 (2) 2.2具体电路设计 (3) 2.2.1 主电路设计 (3) 2.2.2 控制电路设计 (5) 2.3元器件型号选择 (9) 2.4系统调试或仿真、数据分析 (10) 第3章课程设计总结 (13) 参考文献 (14) 附录Ⅰ控制电路原理图 (15) 附录Ⅱ驱动和辅助电源原理图 (16)
实验四-单相交直交变频电路的性能研究
实验四-单相交直交变频电路的性能研究
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北京信息科技大学 电力电子技术实验报告 实验项目：单相交直交变频电路的性能研究 学院：自动化 专业：自动化（信息与控制系统） 姓名/学号：贾鑫玉/2012010541 班级：自控1205班 指导老师：白雪峰 学期：2014-2015学年第一学期 实验四单相交直交变频电路的性能研究
一．实验目的 熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式PWM 逆变电路中元器件的作用，工作原理，对单相交直交变频电路在电阻负载、电阻电感负载时的工作情况及其波形作全面分析，并研究工作频率对电路工作波形的影响。 二．实验内容 1．测量SPWM 波形产生过程中的各点波形。 2．观察变频电路输出在不同的负载下的波形。 三．实验设备及仪器 1．电力电子及电气传动主控制屏。 2．NMCL-16组件。 3．电阻、电感元件(NMEL-03、700mH 电感)。 4．双踪示波器。 5．万用表。 四．实验原理 单相交直交变频电路的主电路如图2—8所示。 本实验中主电路中间直流电压u d 由交流电整流而得，而逆变部分别采用单相桥式PWM 逆变电路。逆变电路中功率器件采用600V8A 的IGBT 单管（含反向二极管，型号为ITH08C06），IGBT 的驱动电路采用美国国际整流器公司生产的大规模MOSFET 和 IGBT 专用驱动集成电路1R2110，控制电路如图2—9所示，以单片集成函数发生器ICL8038为核心组成，生成两路PWM 信号，分别用于控制VT 1、VT 4和VT 2、VT 3两对IGBT 。ICL8038仅需很小的外部元件就可以正常工作，用于发生正弦波、三角波、方波等，频率范围0.001到500kHz 。 五．实验方法 4 5 L1 G3VT3 3 E3 VT4 C G4 E2 图2—8 单相交直交变频电路 G11 E1 G2 2 VT1 VT2
单相交直交变频电路
电力电子技术 课程设计(论文) 单相交-直-交变频实验装置 院（系）名称电子与信息工程学院 专业班级 学号 学生 指导教师 起止时间：2014.12.15—2014.12.26
课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电子与信息工程学院教研室：电子信息工程
摘要 随着科学技术的进步，电力电子技术取得了迅速的的发展，改变着我国工业的整体面貌，在现代化建设中发挥着越来越重要的作用。其中，单相交-直-交变频技术也得到了越来越多的重视。其在工业生产、生活娱乐和仪器应用等方面有着广泛的应用，其中目前应用最广泛的属于电网互联，将分布式发电技术发出的电变成负载可以使用的交流电或与大电网电压、频率相匹配的工频交流电。可见，研究交—直—交变频系统的基本工作原理和作用特性意义十分重大。 本次设计研究的单相交-直-交变频实验装置可分为主电路和控制电路两部分。其中，主电路包括整流电路、逆变电路和滤波电路三部分。整流电路采用不可控的二极管单相桥式整流电路；逆变电路采用IGBT组成的单相全桥逆变电路；滤波电路采用电容滤波，输出合适频率的正弦交流电。而控制电路由控制电路、驱动电路和保护电路组成。其中，控制电路以ICL8038为核心，生成两路PWM控制信号；驱动电路采用三菱公司生产的M57862L集成驱动器；用双D触发器CD4013构成保护电路。 根据以上电路组合设计，经过Multisim软件进行电路仿真，可以基本满足本次设计任务的要求，且电路比较可靠。 关键词：整流；逆变；IGBT；PWM控制
目录 第1章第1章绪论 (1) 1.1 电力电子技术发展概况 (1) 1.2 本文研究容 (1) 第2章单相交-直-交变频电路设计 (3) 2.1 单相交-直-交变频电路总体设计方案 (3) 2.1.1 方案论证与选择 (3) 2.1.2 整体方案框图 (3) 2.2 具体电路设计 (4) 2.2.1 整流电路设计 (4) 2.2.2 逆变电路设计 (6) 2.2.3 控制电路设计 (7) 2.2.4 驱动电路与保护电路设计 (10) 2.3 元器件型号选择 (11) 第3章课程设计总结 (13) 参考文献 (14) 附录 (15)
单相交直交变频电路设计
附件1： 基础强化训练 题目单相交直交变频电路性能研究 学院自动化学院 专业 班级 姓名 指导教师 2012 年7 月10 日
1 总体原理图 (4) 1.1方框图 (4) 1.2电路原理图 (4) 1.2.1 主回路电路原理图 (4) 1.2.2 整流电路 (4) 1.2.3 滤波电路 (5) 1.2.4 逆变电路 (6) 2 电路组成 (8) 2.1控制电路 (8) 2.2驱动电路 (9) 2.3主电路 (10) 3 仿真结果 (11) 3.1仿真环境 (11) 3.2仿真模型使用模块提取的路径及其单数设置 (11) 3.3具体仿真结果 (14) 3.3.1仿真电路图 (14) 3.3.2整流滤波输出电压计算与仿真 (15) 3.3.3逆变输出电压计算与仿真 (16) 4 小结心得 (18) 5 参考文献 (19)
基础强化训练任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: 单相交直交变频电路性能研究 初始条件： 输入为单相交流电源，有效值220V。 要求完成的主要任务: （1）掌握单相交直交变频电路的原理； （2）设计出系统结构图，并采用matlab对单相交流调压电路进行仿真； （3）采用protel设计出单相交直交变频电路主电路、驱动电路、控制电路 时间安排： 2012年7月9日至2012年7月13日，历时一周，具体进度安排见下表 参考文献： [1]王兆安，刘进军.《电力电子技术》第5版.北京：机械工业 出版社，2011 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
1 总体原理图 1.1 方框图 图1 总体方框图 1.2 电路原理图 1.2.1 主回路电路原理图 图2 主回路原理图 如图所示，交直流变换电路为不可控整流电路，输入的交流电通过变压器和桥式整流电路转化为直流电，滤波电路用电感和电容滤波，逆变部分采用四只IGBT 管组成单项桥式逆变电路，采用双极性调制方式，输出经LC 低通滤波器滤波，滤除高次谐波，得到频率可调的交流电输出。 1.2.2 整流电路 整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。整流电路一般都是单独的一块整流模块。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成，滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分，变压器设置与否视具体情况而定。 变压器的作用是实现交
单相交直交变频电路的性能研究
单相交直交变频电路的性能研究 一、交直交变频器发展概况 变频器是运动控制系统中的功率变换器。当今的运动控制系统是包含多种学科的技术领域，总的发展趋势是：驱动的交流化，功率变换器的高频化，控制的数字化、智能化和网络化。因此，变频器作为系统的重要功率变换部件，提供可控的高性能变压变频的交流电源而得到迅猛发展。交—直—交变频器的中间直流环节采用大电感作储能元件，无功功率将由大电感来缓冲，它的一个突出优点是当电动机处于制动 (发电)状态时，只需改变网侧可控整流器的输出电压极性即可使回馈到直流侧的再生电能方便地回馈到交流电网，构成的调速系统具有四象限运行能力，可用于频繁加减速等对动态性能有要求的单机应用场合，在大容量风机、泵类节能调速中也有应用。近年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，交流传动与控制技术成为目前发展最为迅速的技术之一，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。变频调速以其优异的调速和起制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。深入了解交流传动与控制技术的走向，具有十分积极的意义。 二、实验目的和要求 熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式PWM逆变电路中元器件的作用、工作原理，对单相交直交变频电路在电阻负载、阻感负载时的工作情况及其波形作全面，并研究工作频率对电路工作波形的影响。 三、实验原理及波形 如下图所示，总体设计方案由整流电路、滤波、逆变电路等组成。市电经整流电路变直流电，直流电经滤波电路进行平滑滤波，再输入逆变电路，变为频率和电压均可调的交流电。 单相交直交变频电路由两部分组成，交流电源转化为直流是整流环节，选用了不可控的整流二极管电路，直流电源侧则选用电容和电感来滤波，能够获得比较平直的直流电压。这个环节结构相对简单、运行可靠，性能也符合设计的需求。直流转化为交流即是逆变部分，选用了单相桥式逆变电路，PWM控制，输出电压的大小及频率均可通过PWM控制进行调节。由于中间直流环节为电容滤波，因此选用电压型逆变电路。
单相交直交变频电路设计
附件1： 学号：0121011350327 基础强化训练 题目单相交直交变频电路性能研究 学院自动化学院 专业 班级 姓名 指导教师 2012年7月10日
1 总体原理图 (4) 1.1方框图 (4) 1.2电路原理图 (4) 1.2.1 主回路电路原理图 (4) 1.2.2 整流电路 (4) 1.2.3 滤波电路 (5) 1.2.4 逆变电路 (6) 2 电路组成 (8) 2.1控制电路 (8) 2.2驱动电路 (9) 2.3主电路 (10) 3 仿真结果 (11) 3.1仿真环境 (11) 3.2仿真模型使用模块提取的路径及其单数设置 (11) 3.3具体仿真结果 (14) 3.3.1仿真电路图 (14) 3.3.2整流滤波输出电压计算与仿真 (15) 3.3.3逆变输出电压计算与仿真 (16) 4 小结心得 (18) 5 参考文献 (19)
基础强化训练任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: 单相交直交变频电路性能研究 初始条件： 输入为单相交流电源，有效值220V。 要求完成的主要任务: （1）掌握单相交直交变频电路的原理； （2）设计出系统结构图，并采用matlab对单相交流调压电路进行仿真； （3）采用protel设计出单相交直交变频电路主电路、驱动电路、控制电路 时间安排： 2012年7月9日至2012年7月13日，历时一周，具体进度安排见下表 参考文献： [1]王兆安，刘进军.《电力电子技术》第5版.北京：机械工业 出版社，2011 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
1 总体原理图 1.1 方框图 图1 总体方框图 1.2 电路原理图 1.2.1 主回路电路原理图 图2 主回路原理图 如图所示，交直流变换电路为不可控整流电路，输入的交流电通过变压器和桥式整流电路转化为直流电，滤波电路用电感和电容滤波，逆变部分采用四只IGBT 管组成单项桥式逆变电路，采用双极性调制方式，输出经LC 低通滤波器滤波，滤除高次谐波，得到频率可调的交流电输出。 1.2.2 整流电路 整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。整流电路一般都是单独的一块整流模块。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成，滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分，变压器设置与否视具体情况而定。 变压器的作用是实现交
基于Matlab的交交变频电路仿真研究
摘要：本文首先以三相输入单相输出的交交变频电路为例介绍了交交变频电路的工作原理，接着以余弦交点法为例详细分析了交交变频电路的触发控制方法，最后用Matlab7.0 仿真软件对交交变频电路进行了建模和仿真研究。 关键词：交交变频；余弦交点法；Matlab仿真 Abstract: The principium of the AC-AC frequency converter with three phases input and one phase output is introduced in the first place．The control method of the AC-AC frequency converter is particularly analysed through discussing cosine-cross method in the second place. The AC-AC frequency converter’s simulation model is builded by the Matlab7.0 at last． Key words:AC-AC frequency converter; cosine-cross method; Matlab simulation 1、引言[1] 20世纪30年代交交变频电路就已经出现，当时采用的是水银整流器，曾经有装置用在电力机车上，由于原件性能的限制，没能得到推广。到20世纪70年代，随着晶闸管的问世交交变频电路曾经广泛应用于电机的变频调速。20世纪80年代随着全控器件的广泛应用，交交变频电路逐渐被交直交变频电路取代。近年来随着现代工业生产及社会发展的需要推动了交交变频技术的飞速发展，现代电力电子器件的发展和应用、现代控制理论和控制器件的发展和应用、微机控制技术及大规模集成电路的发展和应用为交流变频技术的发展和应用创造了新的物质和技术条件，交交变频电路又逐渐成为研究的热点。 2、交-交变频电路的工作原理[2][3] 交交变频电路的工作原理与相控整流器的工作原理基本相同，现在以三相输入单相输出的交交变频电路为例详细分析其工作原理。
实验五 单相交直交变频电路的性能研究
单相交直交变频电路的性能研究 一．实验目的 熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式PWM 逆变电路中元器件的作用，工作原理，对单相交直交变频电路在电阻负载、电阻电感负载时的工作情况及其波形作全面分析，并研究工作频率对电路工作波形的影响。 二．实验内容 1．测量SPWM 波形产生过程中的各点波形。 2．观察变频电路输出在不同的负载下的波形。 三．实验设备及仪器 1．电力电子及电气传动主控制屏。 2．NMCL-16组件。 3．电阻、电感元件(NMEL-03、700mH 电感)。 4．双踪示波器。 5．万用表。 四．实验原理 单相交直交变频电路的主电路如图2—8所示。 本实验中主电路中间直流电压u d 由交流电整流而得，而逆变部分别采用单相桥式PWM 逆变电路。逆变电路中功率器件采用600V8A 的IGBT 单管（含反向二极管，型号为ITH08C06），IGBT 的驱动电路采用美国国际整流器公司生产的大规模MOSFET 和 IGBT 专用驱动集成电路1R2110，控制电路如图2—9所示，以单片集成函数发生器ICL8038为核心组成，生成两路PWM 信号，分别用于控制VT 1、VT 4和VT 2、VT 3两对IGBT 。ICL8038仅需很小的外部元件就可以正常工作，用于发生正弦波、三角波、方波等，频率范围0.001到500kHz 。 五．实验方法 图2—8 单相交直交变频电路
1．SPWM 波形的观察 （1）观察正弦波发生电路输出的正弦信号Ur 波形（“2”端与“地”端），改变正弦波频率调节电位器，测试其频率可调范围。 （2）观察三角形载波Uc 的波形（“1”端与“地”端），测出其频率，并观察Uc 和U 2的对应关系： （3）观察经过三角 波和正弦波比较后得到的SPWM 波形（“3”端与“地”端），并比较“3”端和“4”端的相位关系。 （4）观察对VT 1、VT 2进行控制的SPWM 信号（“5”端与“地”端）和对VT 3、VT 4进行控制的SPWM 信号(“6”端与“地”端)，仔细观察“5”端信号和“6”端防号之间的互锁延迟时间。 2．驱动信号观察 在主电路不接通电源情况下，S 3扭子开关打向“OFF”，分别将“SPWM 波形发生”的G 1、E 1、G 2、E 2、G 3、E 3、G 4和“单相交直交变频电路”的对应端相连。经检查接线正确后，S3扭子开关打向“ON”，对比VTI 和VT2的驱动信号，VT3和VT4的驱动信号，仔细观察同一相上、下两管驱动信号的波形，幅值以及互锁延迟时间。 3．S 3扭子开关打向“OFF”，分别将“主电源2”的输出端“1”和“单相交直交变频电路”的“1”端相连， “主电源2”的输出端“2”和“单相交直交变频电路”的“2”端相连，将“单相交直交变频电路”的“4”、“5”端分别串联MEL-03电阻箱 （将一组900Ω/0.41A 并联，然后顺时针旋转调至阻值最大约450Ω） 和直流安培表（将量程切换到2A 挡）。将经检查无误后，S 3扭子开关打向“ON”，合上主电源（调节负载电阻阻值使输出负载电压波形达到最佳值，电阻负载阻值在90Ω~360Ω时波形最好）。 4．当负载为电阻时，观察负载电压的波形，记录其波形、幅值、频率。在正弦波Ur 的频率可调范围内，改变Ur 的频率多组，记录相应的负载电压、波形、幅值和频率。 5．当负载为电阻电感时，观察负载电压和负载电流的波形。 六．注意事项 1．“输出端”不允许开路，同时最大电流不允许超过“1A”。 2．注意电源要使用“主电源2”的“15V”电压其他同“直流斩波”电路相同。 七．实验报告 图2--9 SPWM 波形发生
单相交直交变频电路的性能研究
附件2 （实验报告的首页） 本科实验报告 课程名称：电力电子技术 实验项目：单相交直交变频电路的性能研究 实验地点：电力电子技术实验室 专业班级：学号 学生姓名： 指导教师： 2014年11 月30 日
一、实验目的和要求（必填） 熟悉单相交直交变频电路的组成，重点熟悉其中的单相桥式PWM逆变电路中元器件的作用、工作原理，对单相交直交变频电路在电阻负载、阻感负载时的工作情况及其波形作全面，并研究工作频率对电路工作波形的影响 二、实验内容和原理（必填） 内容： 1.测量SPWM波形产生过程中的各点波形 2..观察电路输出在不同负载下的波形 原理： 1.实验原理图： 2.双极性PWM控制方式 采用双极性方式时，在调制信号u r的半个周期内，三角形载波不再是单极性的，而是有正有负的，所得的PWM波也是有正有负。在调制信号u r和载波信号u c的交点时刻控制各开关的通断。
当u r>u c时：VT1、VT4导通，VT2、VT3关断，这时i0>0则VT1、VT4导通；i0<0则VD1 、VD4导通输出电压u0=u d。 当u r0 VD3导通，输出电压u0=-u d 则VD2 、 通过对开关频率的控制，就可以得到不同频率的输出波形 三、主要仪器设备（必填） 1.电力电子及电气传动主控制屏 2.MCL-16组件 3.电阻、电感等原件 4.双踪示波器
四、操作方法与实验步骤（可选） 1.按实验原理图接线 2.调整开关频率，得到两组不同频率下的输出电压波形 3.实验结果见附录 五、实验结果与分析（必填） （一） （二）
单相交直交变频电路设计
附件1： 学号：012101135032 7 基础强化训练 题目单相交直交变频电路性能研究学院自动化学院 专业 班级 姓名 指导教师 2012 年7 月10 日
1 总体原理图 (4) 1.1方框图 (4) 1.2电路原理图 (4) 1.2.1 主回路电路原理图 (4) 1.2.2 整流电路 (5) 1.2.3 滤波电路 (6) 1.2.4 逆变电路 (7) 2 电路组成 (9) 2.1控制电路 (9) 2.2驱动电路 (10) 2.3主电路 (11) 3 仿真结果 (12) 3.1仿真环境 (12) 3.2仿真模型使用模块提取的路径及其单数设置 (12) 3.3具体仿真结果 (16)
3.3.1仿真电路图 (16) 3.3.2整流滤波输出电压计算与仿真 (17) 3.3.3逆变输出电压计算与仿真 (18) 4 小结心得 (20) 5 参考文献 (21) 基础强化训练任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: 单相交直交变频电路性能研究 初始条件： 输入为单相交流电源，有效值220V。 要求完成的主要任务: （1）掌握单相交直交变频电路的原理； （2）设计出系统结构图，并采用matlab对单相交流调压电路进行仿真； （3）采用protel设计出单相交直交变频电路主电路、驱动电路、控制电路 时间安排： 2012年7月9日至2012年7月13日，历时一周，具体进度安排见下表
参考文献： [1]王兆安，刘进军.《电力电子技术》第5版.北京：机械工业出 版社，2011 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 1 总体原理图 1.1 方框图 图1 总体方框图 1.2 电路原理图 1.2.1 主回路电路原理图
三相交交变频电路
三相交交变频电路 交交变频电路主要应用于大功率交流电机调速系统，这种系统使用的是三相交交变频电路。三相交交变频电路是由三组 输出电压相位各差120°的,单相交交变 频电路组成的。 1．电路接线方式 三相交交变频电路主要有两种接线方 式，即公共交流母线进线方式和输出星形联 结方式。 (1)公共交流母线进线方式 图1 是公共交流母线进线方式的三相交交变频电路简图。它由三组彼此独立的、输出电压相位相互错开120°的单相交交变频电路构成，它们的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，所以三组单相交交变频电路的输出端必须隔离。为此，交流电动机的三个绕组必须拆开，共引出六根线。这种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2 是输出星形联结方式的三相交交变频电路原理图。其中2 a)为简图，2 b)为详图。三组单相交交变频电路的输出端是星形联结，电动机的三个绕组也是星形联结，电动机中性点不和变频器中性点接在一起，电动机只引出三根线即可。因为三组单相交交变频电路的输出联接在一起，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。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。
2．输入输出特性 从电路结构和工作原理可以看出，三相交交变频电路和单相交交变频电路的输出上限频率和输出电压谐波是一致的，但输入电流和输入功率因数则有一些差别。 先来分析三相交交变频电路的输入电流。图3 是在输出电压比=0.5，负 载功率因数的情况下，交交变频电路输出电压、单相输出时的输入电流和三相输出时的输入电流的波形举例。对于单相输出时的情况，因为输出电流是正弦波，其正负半波电流极性相反，但反映到输入电流却是相同的。因此，输入电流只反映输出电流半个周期的脉动，而不反映其极性。所以如式 式 所示输入电流中含有与2倍输出频率有关的谐波分量。对于三相输出时的情况，总的输入电流是由三个单相交交变频电路的同一相(图中为U 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。其谐波频率为 和
交交变频电路课程设计教学文稿
《电力电子技术》课程设计说明书 单相交交变频电路 系、部：电气与信息工程系 学生姓名： 指导教师：职称 专业：自动化 班级： 完成时间：2012年5月1日
目录 摘要 0 1 设计要求与原理分析与方案设计 (1) 1.1 要求分析 (1) 1.2 原理说明 (1) 1.2.1原理图 (1) 1.2.2整流与逆变工作状态 (2) 1.2.3输出正弦波电压的调制方法 (5) 1.3 方案设计 (6) 2 电路仿真与仿真结果分析 (7) 2.1 电路的仿真 (7) 2.2仿真结果与分析 (9) 3 心得体会 (12) 参考文献 (13)
摘要 20世纪30年代交交变频电路就已经出现，当时采用的是水银整流器，曾经有装置用在电力机车上，由于原件性能的限制，没能得到推广。到20世纪70年代，随着晶闸管的问世交交变频电路曾经广泛应用于电机的变频调速。20世纪80年代随着全控器件的广泛应用，交交变频电路逐渐被交直交变频电路取代。近年来随着现代工业生产及社会发展的需要推动了交交变频技术的飞速发展，现代电力电子器件的发展和应用、现代控制理论和控制器件的发展和应用、微机控制技术及大规模集成电路的发展和应用为交流变频技术的发展和应用创造了新的物质和技术条件，交交变频电路又逐渐成为研究的热点。 本文首先以三相输入单相输出的交交变频电路为例介绍了交交变频电路的工作原理，接着以余弦交点法为例详细分析了交交变频电路的触发控制方法，最后用Matlab仿真软件对交交变频电路进行了建模和仿真研究。 关键词：交交变频余弦交点法Matlab仿真
单相交交变频电路仿真 1 设计要求与原理分析与方案设计 1.1 要求分析 根据设计任务书要求，采用交交变频器设计，在负载电阻R 1=Ω、负载电感L 0.001H =；控制变频器输出频率为f 10Hz /25Hz =。控制信号的正弦波参数设置：幅值为1、角频率为f *2(rad /s)π，初相位为0。 首先明确交交变频电路是直接由工频交流经过晶闸管控制变为可变频的交流电压。它与交直交变频或者直流变交流有很大的区别。下面简单介绍交交变频电路的工作原理。 1.2 原理说明 交交变频电路是把电网频率的交流电直接变换成可调频率的交流电的变流电路。因为没有中间直流环节，因此属于直接变频电路。 交交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。单相输出交交变频电路是三相输出交交变频电路的基础。因此本节介绍的是单相输出交交变频电路的构成、工作原理及控制方法。 1.2.1原理图 交变频电路的工作原理与相控整流器的工作原理基本相同，现在以三相输入单相输出的交交变频电路为例详细分析其工作原理。 图1是单相交交变频电路的原理图和输出电压波形。电路有P 组和N 组反并联的晶闸管变流电路构成。变流器P 和N 都是相控整流电路，P 组工作时，负载电流0i 为正，N 组工作时，0i 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
第4章 交-交变频电路汇总
4.3 可控硅相控交-交变频电路 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。 4.3.1可控硅相控单相-单相交-交变频技术 1、电路结构和基本工作原理 在共阴极双半波整流电路中，通过改变晶闸管的控制角可得到负载端上正下负大小可变的输出电压。在共阳极双半波整流电路中，通过改变晶闸管的控制角可在负载上得到极性相反的电压。 t U u A ωsin 22= （a ）电路图 （b ）原理波形图 图4-18 双半波整流电路及其原理波形 2、整流与逆变工作状态 两组反并联的可逆整流电路及其原理波形，如图4-18所示。正组整流器工作（反组被封锁）时，
负载端输出电压为上正下负；反组整流器工作时（正组被封锁），负载端输出电压极性相反。只要交替地以低于输入电源的频率切换正反两组整流器的工作状态（工作或封锁），在负载端就可以获得交流电压，该输出电压显然包含了大量谐波。 如果在半周期中使导通工作的晶闸管的控制角α由90?逐渐减小到零，然后再增大到90?，则该整流器的输出平均电压就从零增大到最大，然后再减小到零。因此，只要控制α角在0?～90?之间以适当地规律性变化，即可获得按正弦规律变化的平均输出电压。 在实际的交－交变频电路中，常采用“余弦波交截控制法”控制α角的变化以获得平均正弦波的输出。以控制电压U c 来控制α角的变化，如果控制电压U c 的大小总是正比于控制角α的余弦大小，即 αcos cm c U U = （4-15） U cm 为U c 峰值，则输出电压平均值U d 随U c 呈线性变化。由于 αcos dm d U U = （4-16） U dm 为α＝0?时U d 最大值，所以 cm dm c d U U U U = （4-17） 故有 c cm dm d U U U U = （4-18） 在保证线性范围内，U c 最大值为U cm =U dm ，此时 c d U U = （4-19） 因此，按余弦波交截控制法控制的相控整流器，是一个具有线性电压转换特性的功率放大器。可 以想象，如果控制电压按正弦波变化，则输出平均电压也将按正弦波变化。 4.3.2 可控硅相控三相-单相交-交变频技术 1、电路构成和基本工作原理
6.2 交—交变频电路
6.2 交—交变频电路 交—交变频电路是一种可直接将某固定频率交流交换成可调频率交流的频率变换电路，无需中间直流环节。与交—直—交间接变频相比，提高了系统变换效率。又由于整个变频电路直接与电网相连接，各晶闸管元件上承受的是交流电压，故可采用电网电压自然换流，无需强迫换流装置，简化了变频器主电路结构，提高了换流能力。 交—交变频电路广泛应用于大功率低转速的交流电动机调速转动，交流励磁变速恒频发电机的励磁电源等。实际使用的交—交变频器多为三相输入—三相输出电路，但其基础是三相输入—单相输出电路，因此本节首先介绍单相输出电路的工作原理、触发控制、四象限运行特性，输入、输出特性等；然后介绍三相输出电路结构、输入、输出特性及其改善措施；最后对于一种新型的绿色变频电路——矩阵式交—交变换器作出介绍，使读者了解交—交变频技术的最新发展动向。 6.2.1 三相输入—单相输出交—交变频电路 1.基本工作原理 三相输入—单相输出交—交变频器原理如图6-13所示，它是由两组反并联的三相晶闸管可控整流桥和单相负载组成。其中图（a）接入了足够大的输入滤波电感，输入电流近似矩形波，称电流型电路；图（b）则为电压型电路，其输出电压可为矩形波、亦可通过控制成为正弦波。图（c）为图（b）电路输出的矩形波电压，用以说明交—交变频电路的工作原 理。当正组变流器工作在整流状态时、反组封锁，以实现无环流控制，负载Z上电压为 上（+）、下（-）；反之当反组变流器处于整流状态而正组封锁时，负载电压为上（-）、下（+），负载电压交变。若以一定频率控制正、反两组变流器交替工作（切换），则向负 载输出交流电压的频率就等于两组变流器的切换频率，而输出电压大小则决定于晶闸管的触发角。 图6-13 三相输入—单相输出交—交变频器原理图
交直交变频调速系统
河南机电高等专科学校课程设计报告书 课程名称：电力电子应用技术 课题名称：交直交变频调速系统 系部名称：自动控制系 专业班级：电气自动化技术093 姓名： 学号：
目录 一、电路原理图及波形图 二、系统的工作原理 三、观察现象并分析 四、心得体会 五、参考文献
一电路原理图 主电路 控制电路 SPWM正弦脉宽调制控制电路 波形图 用示波器测三角发生器处的波形
X Y U/V 4 4 0--2.850μs 80μs wt 可看出三角波并不是规则的波形，周期是80μs，而上下的幅值却是不一样的。 用示波器测2、3、4处的波形如下： 5010015020050100150200 10ms 20ms 30ms 40ms 1830--------183--X Y U 可以看出，2,3，4处的波形是幅值电压183V ，周期20ms ，相差120度正弦波形。 用示波器测6,7,8处的波形如下：
60120U/V Y X 40Hz 20Hz Wt 可以看出，6,7,8处得波形是幅值为120V ，周期40Hz ，等幅不等宽的脉冲波形。 二 系统的工作原理 1.主电路工作原理 由主电路原理图可知，交直交变频调速系统一般分为整流电路，滤波电路,控制电路，逆变电路。●整流电路 整流电路的功能是把交流电源转换成直流电源。整流电路一般都是单独的一块整流模块●滤波电路 在交流电源转换直流电源后，电路会有电压波动，为抑制电压的波动，采用简单的电容滤波。●逆变电路 逆变电路同整流电路相反，逆变电路是将直流电压装换为所要频率的交流电压。 2.控制电路的工作原理 脉宽调制技术简称PWM ，PWM 控制技术就是控制半导体开关元件的导通和关断时间比，即调节脉冲宽度或周期来控制输出电压的一种控制技术。PWM 常用于电压型逆变器，它可以消除或减小低次谐波，滤波器的体积可减小，有利于小型化和降低成本，这个控制电路采用的是常用的正弦波脉宽调制技术（SPWM ）。正弦波脉宽调制分单极性和双极性脉宽调制，它使每一个输出 矩形波的面积与对应的正弦波电压的面积呈正比，获得等幅不等宽的正负脉冲列，这样的逆变器输出的电压波形就与正弦基波电压接近。 正弦基波电压作为调制电压，对它要进行调制的三角波称为载波电压，当正弦基波与三角波相交时通过比较两者之间的电压大小来控制逆变器开关的通断，从而得到一系列等幅不等宽正比于正弦基波电压的矩形波，这就是正弦脉宽调制方法（SPWM ）。 当操作指令发出后，电压矢量发生器和V/f 函数电路同时工作发出波形，两者经过幅值控制电路后，变成幅值可以调制的正弦波形，正弦波形在与三角波发生器发出的三角波相交后，经过调制电路，输出的电压波形为等幅不等宽的脉冲列，其特点是中间脉冲宽，两边的脉冲窄，这样的脉冲列信号比较弱，经
第4章 交-交变频电路
可控硅相控交-交变频电路 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。 4.3.1可控硅相控单相-单相交-交变频技术 1、电路结构和基本工作原理 在共阴极双半波整流电路中，通过改变晶闸管的控制角可得到负载端上正下负大小可变的输出电压。在共阳极双半波整流电路中，通过改变晶闸管的控制角可在负载上得到极性相反的电压。 u A u B 惓 组 斀 组 t U u A ω sin 2 2 = （a）电路图（b）原理波形图 图4-18 双半波整流电路及其原理波形
2、整流与逆变工作状态 两组反并联的可逆整流电路及其原理波形，如图4-18所示。正组整流器工作（反组被封锁）时，负载端输出电压为上正下负；反组整流器工作时（正组被封锁），负载端输出电压极性相反。只要交替地以低于输入电源的频率切换正反两组整流器的工作状态（工作或封锁），在负载端就可以获得交流电压，该输出电压显然包含了大量谐波。 如果在半周期中使导通工作的晶闸管的控制角由90逐渐减小到零，然后再增大到90，则该整流器的输出平均电压就从零增大到最大，然后再减小到零。因此，只要控制角在0～90之间以适当地规律性变化，即可获得按正弦规律变化的平均输出电压。 在实际的交－交变频电路中，常采用“余弦波交截控制法”控制角的变化以获得平均正弦波的输出。以控制电压U c 来控制角的变化，如果控制电压U c 的大小总是正比于控制角的余弦大小，即 αcos cm c U U = （4-15） U cm 为U c 峰值，则输出电压平均值U d 随U c 呈线性变化。由于 αcos dm d U U = （4-16） U dm 为＝0时U d 最大值，所以 cm dm c d U U U U = （4-17） 故有 c cm dm d U U U U = （4-18） 在保证线性范围内，U c 最大值为U cm =U dm ，此时 c d U U = （4-19） 因此，按余弦波交截控制法控制的相控整流器，是一个具有线性电压转换特性的功率放大器。可以想象，如果控制电压按正弦波变化，则输出平均电压也将按正弦波变化。 4.3.2 可控硅相控三相-单相交-交变频技术
单相交直交变频电路设计 电力电子技术课程设计
课程设计名称：电力电子技术课程设计题目：单相交直交变频电路设计 学期：2015-2016学年第1学期 专业：自中职 班级：13-2班 姓名：赵鸿伟 学号：1326560223 指导教师：王巍
辽宁工程技术大学课程设计成绩评定表
课程设计任务书 一、设计题目 单相交直交变频电路设计 二、设计任务 1、掌握单相交直交变频电路的原理； 2、采用protel设计出单相交直交变频电路主电路、驱动电路、控制电路； 三、设计计划 电力电子技术课程设计共1周。 第1天：选题，查资料； 第2天：方案分析比较，确定设计方案； 第3～4天：电路原理设计与电路仿真； 第5天：编写整理设计报告书。 四、设计要求 1. 画出整体电路图。 2. 对所设计的电路全部或部分进行仿真，使之达到设计任务要求。 3. 写出符合设计格式要求的设计报告书。 指导教师：王巍 时间：2015年12月30日
摘要 随着电力电子技术、计算机技术以及自动控制技术的快速发展，单相交-直-交变频系统也得到了迅速发展，它显著的变频能力，广泛的应用范围，完善的保护效力，和易于实现的变频功能，获到了广大使用者的认可，在运行的安全可靠、安装使用以及维修维护等方面，也给使用者带来了极大的益处。 课题研究的单相交-直-交变频电路设计主要分为主电路和控制电路两部分，其中主电路还分为整流电路、滤波电路和单相桥式PWM逆变电路，而逆变部分则需要用到控制电路，控制电路分为控制电路、驱动电路和保护电路。课题的整流部分选用不可控的桥式整流电路；滤波部分则选用LC低通滤波，活的高频率的交流正弦波输出；逆变部分选用四个IGBT管组成的单相桥式逆变电路。控制电路主要以单片集成函数发生器ICL8038为核心设计的，生成两路PWM信号用来分别控制两队IGBT管。用MATLAB软件仿真出设计的电路，其中对纯电阻负载以及电阻电感负载分别进行数据和波形的分析，并采取相关措施使最后输出的波形接近正弦波。 关键词：整波；滤波；逆变；IGBT；PWM；MATLAB
三相交交变频电路教案资料
三相交交变频电路
三相交交变频电路 交交变频电路主要应用于大功率交流电 机调速系统，这种系统使用的是三相交交 变频电路。三相交交变频电路是由三组输 出电压相位各差 120°的,单相交交变频电 路组成的。 1．电路接线方式 三相交交变频电路主要有两种接线方式，即公共交流母线进线方式和输出星形联结方式。 (1)公共交流母线进线方式 图1 是公共交流母线进线方式的三相交交变频电路简图。它由三组彼此独立的、输出电压相位相互错开 120°的单相交交变频电路构成，它们的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，所以三组单相交交变频电路的输出端必须隔离。为此，交流电动机的三个绕组必须拆开，共引出六根线。这种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2 是输出星形联结方式的三相交交变频电路原理图。其中2 a)为简图，2 b)为详图。三组单相交交变频电路的输出端是星形联结，电动机的三个绕组也是星形联结，电动机中性点不和变频器中性点接在一起，电动机只引出三根线即可。因为三组单相交交变频电路的输出联接在一起，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。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。
2．输入输出特性 从电路结构和工作原理可以看出，三相交交变频电路和单相交交变频电路的输出上限频率和输出电压谐波是一致的，但输入电流和输入功率因数则有一些差别。 先来分析三相交交变频电路的输入电流。图3 是在输出电压比 =0.5，负载功率因数