晶闸管相控交-交变频技术..docx

3.晶闸管相控AC-AC变频技术 如果适当控制正、反两组晶闸管相控整流器的切换频率，则在负载端可以获得交变的输出电压，这就是晶闸管相控AC-AC变频器的实现思想、或者说，晶闸管相控AC-AC变频器，是通过晶闸管对输入电源电压波形的切换来得到所需频率的交流电压输出。 由于晶闸管相控AC-AC变频器，具有单级功率变换、变换效率高、四象限运行、低频输出波形接近正弦波、接线复杂、受限于电网频率和变频器的脉波数、输出频率较低、网侧功率因数较低、网测电流谐波含量大、频谱复杂等特点，主要应用于500KW或1000KW以上的大功率、低转速的交流调速系统以及轧机主传动装置、鼓风机、矿石破碎机、球磨机、卷扬机等场合，不但可用於异步电动机的传动，还可用于同步电动机的传动。 3.1晶闸管相控单相-单相AC-AC变频器 3.1.1电路拓扑 两组反并联的可逆整流电路如图3.1所示。其中，通过改变共阴、阳极双半波整流电路晶闸管的控制角，可分别在输出负载得到上正下负、上负下正大小可变的输出电压。 正组整流器工作、反正被封锁时，负载端输出电压为上正下负；反组整流器工作、正组被封锁时，负载端输出电压为上负下正。以低于输入电源的频率交替地切换正、反两组整流器的工作状态，在负载端可以获得含有大量谐波的交流输出电压。 图3.1 两组反并联的可逆整流电路 3.1.2控制原理 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Uc来控制?角的变化，如果控制电压Uc的大小总是正比于控制角?的余弦大小，即 （3-1） Ucm为Uc峰值，则输出电压平均值Ud随Uc呈线性变化。由于 （3-2） Udm为?＝0?时Ud最大值，所以 （3-3） 故有 （3-4） 在保证线性范围内，Uc最大值为Ucm=Udm，此时 （3-5） 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。 3.1.3变频器的工作过程 两组相控整流器构成的单相AC—AC变频器的原理波形，如图3.2所示图中给出的是超前功率因数的负载情况，理想的输出电压uo、电流io作为晶闸管的控制标准。 图3.2单相AC—AC变频器原理波形 整个周期可以分为4个阶段：①正组整流阶段，uo、io为正且同相，电能由电源传输到负载；②反组逆变阶段，电流正半周结束时去除正组触发信号、并经一段大于晶闸管管段时间t0的间歇后给反组加触发信号，负载电流反向、电压方向未变，将负载的能量回馈到电源；③反组整流阶段，uo、io为负且同相，能量由电源传输到负载；④正组逆变阶段，电流io过零后反组封锁，经过一段大于t 3.1.4晶闸管控制角α的调制方法。 控制角α1和α3由0~π和π~2π期间u0与（±22π）U2cosωt的交点决定，而控制角α2 i0的负半波施加在P信号发生器，当i0 后（确保负组整流器完全关断），才有P信号送至正组整流器的门控电路，输出门极触发信号ig1和ig3.利用正半波可以控制负组整流器的门极控制信号ig2 图3.3 晶闸管门极触发信号产生方法 3.2 晶闸管相控三相-单相交-交变频技术 3.2.1、电路构成和基本工作原理 如图3.4，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、N都是相控整流电路，P组工作时，负载电流io为正，N组工作时，io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。改变两组变流器的切换频率，就可以改变输出频率ωo。改变变流器工作时的控制角α，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，如图中虚线所示。另外半个周期可对N组进行同样的控制。 图3.4 单相交交变频电路原理