目錄

第4章 交流電力控制電路和交交變頻電路

引言

分類

4.1 交流調(diào)壓電路

原理

應(yīng)用

4.1.1 單相交流調(diào)壓電路

1）電阻負載

數(shù)量關(guān)系

2）阻感負載

數(shù)量關(guān)系

3）單相交流調(diào)壓電路的諧波分析

電阻負載

阻感負載的諧波分析

4）斬控式交流調(diào)壓電路

特性

4.1.2 三相交流調(diào)壓電路

1）星形聯(lián)結(jié)電路

三相四線電路（零線開關(guān)合上）

三相三線電路（零線開關(guān)斷開）

主要分析電阻負載時的情況

星形聯(lián)結(jié)電路諧波情況

2）支路控制三角聯(lián)結(jié)電路

諧波情況

典型用例——晶閘管控制電抗器（Thyristor Controlled Reactor——TCR）

4.2 其他交流電力控制電路

4.2.1 交流調(diào)功電路

交流調(diào)功電路與交流調(diào)壓電路的異同比較

電阻負載時的工作情況

諧波情況

4.2.2 交流電力電子開關(guān)

概念

優(yōu)點

與交流調(diào)功電路的區(qū)別

晶閘管投切電容（Thyristor Switched Capacitor——TSC）

作用

結(jié)構(gòu)和原理

晶閘管的投切

4.3 交交變頻電路

4.3.1 單相交交變頻器

1）電路構(gòu)成和基本工作原理

2）整流與逆變工作狀態(tài)

工作狀態(tài)

小結(jié)

3）輸出正弦波電壓的調(diào)制方法

余弦交點法圖解

4）輸入輸出特性

(1)輸出上限頻率

(2)輸入功率因數(shù)

(3)輸出電壓諧波

(4)輸入電流諧波

4.3.2 三相交交變頻器

1）電路接線方式

(1)公共交流母線進線方式

(2)輸出星形聯(lián)結(jié)方式

2）輸入輸出特性

輸入電流

輸入功率因數(shù)

3）改善輸入功率因數(shù)和提高輸出電壓

基本思路

直流偏置

交流偏置

交交變頻和交直交變頻的比較

4.4 矩陣式變頻電路

簡介

拓撲結(jié)構(gòu)

優(yōu)點

矩陣式變頻電路的基本工作原理

單相輸入

利用三相相電壓

利用三相線電壓

以相電壓輸出方式為例分析矩陣式交交變頻電路的控制

現(xiàn)狀

第4章 交流電力控制電路和交交變頻電路

引言

交流-交流變流電路（AC-AC）：把一種形式的交流變成另一種形式交流的電路。

分類

4.1 交流調(diào)壓電路

原理

兩個晶閘管（半控型器件）反并聯(lián)后串聯(lián)在交流電路中，通過對晶閘管的控制就可控制交流電力。

應(yīng)用

• 燈光控制（如調(diào)光臺燈和舞臺燈光控制）。
• 異步電動機軟起動。
• 異步電動機調(diào)速（應(yīng)用較少）。
• 供用電系統(tǒng)對無功功率的連續(xù)調(diào)節(jié)。
• 在高壓小電流或低壓大電流直流電源中，用于調(diào)節(jié)變壓器一次電壓。

4.1.1 單相交流調(diào)壓電路

1）電阻負載

• 輸出電壓與的關(guān)系：移相范圍為。時，輸出電壓為最大，。隨的增大，降低，時，。
• 與的關(guān)系：時，功率因數(shù)。增大，輸入電流滯后于電壓且畸變，降低。

數(shù)量關(guān)系

負載電壓有效值：

負載電流有效值：

晶閘管電流有效值:

功率因數(shù)：

2）阻感負載

負載阻抗角：

若晶閘管短接，穩(wěn)態(tài)時負載電流為正弦波，相位滯后于的角度為。當(dāng)用晶閘管控制時，只能進行滯后控制，使負載電流更為滯后。

時刻仍定為過零的時刻，的移相范圍應(yīng)為。

時刻開通晶閘管，可求得導(dǎo)通角：。當(dāng)時，；當(dāng)時，。以為參變量，可把和的關(guān)系表示如圖所示。

數(shù)量關(guān)系

負載電壓有效值：

晶閘管電流有效值：

負載電流有效值：。

晶閘管電流有效值的標(biāo)幺值：。

當(dāng)阻感負載，時電路工作情況：

• 的導(dǎo)通時間超過，則導(dǎo)通時間小于。
• 觸發(fā)時，尚未過零，仍導(dǎo)通，不會導(dǎo)通。過零后，才可開通，導(dǎo)通角小于。
• 衰減過程中，導(dǎo)通時間漸短，的導(dǎo)通時間漸長（兩個晶閘管輪流導(dǎo)通，導(dǎo)通間隔為，電流永遠滯后于電壓角度），最后兩個晶閘管導(dǎo)通時間均為，最后穩(wěn)定時，達不到調(diào)壓的目的，因此的可控制范圍應(yīng)為?。

3）單相交流調(diào)壓電路的諧波分析

電阻負載

由于波形正負半波對稱，所以不含直流分量和偶次諧波。

基波和各次諧波有效值：

負載電流基波和各次諧波有效值：

電流基波和各次諧波標(biāo)幺值隨變化的曲線（基準(zhǔn)電流為時的有效值），如圖所示。

阻感負載的諧波分析

• 電流諧波次數(shù)和電阻負載時相同，也只含3、5、7...等次諧波。
• 隨著次數(shù)的增加，諧波含量減少。
• 和電阻負載時相比，阻感負載時的諧波電流含量少一些。
• 當(dāng)角相同時，隨著阻抗角的增大，諧波含量有所減少。

4）斬控式交流調(diào)壓電路

在交流電源的正半周，用進行斬波控制，用給負載電流提供續(xù)流通道；在交流電源的負半周，用進行斬波控制，用給負載電流提供續(xù)流通道。二極管的作用是提高承受反向電壓的能力。

特性

• 電源電流的基波分量和電源電壓同相位，即位移因數(shù)為1。
• 電源電流不含低次諧波，只含和開關(guān)周期T有關(guān)的高次諧波。
• 功率因數(shù)接近1。

4.1.2 三相交流調(diào)壓電路

根據(jù)三相聯(lián)結(jié)形式的不同，三相交流調(diào)壓電路具有多種形式。

1）星形聯(lián)結(jié)電路

可分為三相三線和三相四線。

三相四線電路（零線開關(guān)合上）

• 基本原理：相當(dāng)于三個單相交流調(diào)壓電路的組合，三相互相錯開120°工作。基波和3倍次以外的諧波在三相之間流動，不流過零線。
• 問題：三相中3倍次諧波同相位，全部流過零線。零線有很大3倍次諧波電流。時，零線電流甚至和各相電流的有效值接近。

三相三線電路（零線開關(guān)斷開）

主要分析電阻負載時的情況

• 任一相導(dǎo)通須和另一相構(gòu)成回路。
• 電流通路中至少有兩個晶閘管，應(yīng)采用雙脈沖或?qū)捗}沖觸發(fā)，以保證兩個晶閘管同時導(dǎo)通。
• 觸發(fā)脈沖順序和三相橋式全控整流電路一樣，為，依次相差60°。
• 相電壓過零點定為開通角的起點，角移相范圍是0°~150°。

(1)：三管導(dǎo)通與兩管導(dǎo)通交替，每管導(dǎo)通。但時一直是三管導(dǎo)通。

(2)：兩管導(dǎo)通，每管導(dǎo)通120°。

(3)：兩管導(dǎo)通與無晶閘管導(dǎo)通交替，導(dǎo)通角度為。

星形聯(lián)結(jié)電路諧波情況

• 電流諧波次數(shù)為（k=1，2，3，...），和三相橋式全控整流電路交流側(cè)電流所含諧波的次數(shù)完全相同。
• 諧波次數(shù)越低，含量越大。
• 和單相交流調(diào)壓電路比，沒有3倍次諧波，因三相對稱時，它們不能流過三相三線電路。

2）支路控制三角聯(lián)結(jié)電路

由三個單相交流調(diào)壓電路組成，分別在不同的線電壓作用下工作。

單相交流調(diào)壓電路的分析方法和結(jié)論完全適用。

輸入線電流（即電源電流）為與該線相連的兩個負載相電流之和。

諧波情況

• 3倍次諧波相位和大小相同，在三角形回路中流動，而不出現(xiàn)在線電流中。
• 線電流中的諧波次數(shù)為（k為正整數(shù)）。
• 在相同負載和角時，線電流中諧波含量少于三相三線星形電路。

典型用例——晶閘管控制電抗器（Thyristor Controlled Reactor——TCR）

• 移相范圍為（純電感）90°~180°。
• 控制角可連續(xù)調(diào)節(jié)流過電抗器的電流，從而調(diào)節(jié)無功功率。
• 配以固定電容器，就可在容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率，稱為靜止無功補償裝置（Static Var Campensator——SVC），用來對無功功率進行動態(tài)補償，以補償電壓波動或閃變。

4.2 其他交流電力控制電路

4.2.1 交流調(diào)功電路

交流調(diào)功電路與交流調(diào)壓電路的異同比較

• 相同點：電路形式完全相同
• 不同點：控制方式不同
• 交流調(diào)壓電路在每個交流電源周期都對輸出電壓波形進行控制。
• 交流調(diào)功電路是將負載與交流電源接通幾個周期，再斷開幾個周期，通過通斷周波數(shù)的比值來調(diào)節(jié)負載所消耗的平均功率。

電阻負載時的工作情況

控制周期為M倍電源周期，晶閘管在前N個周期導(dǎo)通，后M-N個周期關(guān)斷。

負載電壓和負載電流（也即電源電流）的重復(fù)周期為M倍電源周期。

諧波情況

頻譜圖（以控制周期為基準(zhǔn)）。為n次諧波有效值，為導(dǎo)通時電路電流幅值。

以電源周期為基準(zhǔn)，電流中不含整數(shù)倍頻率（電源頻率）的諧波，但含有非整數(shù)倍頻率的諧波。

而且在電源頻率附近，非整數(shù)倍頻率諧波的含量較大。

4.2.2 交流電力電子開關(guān)

概念

把晶閘管反并聯(lián)后串入交流電路中，代替電路中的機械開關(guān)，起接通和斷開電路的作用。

優(yōu)點

響應(yīng)速度快，無觸點，壽命長，可頻繁控制通斷。

與交流調(diào)功電路的區(qū)別

• 并不控制電路的平均輸出功率。
• 通常沒有明確的控制周期，只是根據(jù)需要控制電路的接通和斷開。
• 控制頻度通常比交流調(diào)功電路低得多。

晶閘管投切電容（Thyristor Switched Capacitor——TSC）

作用

• 對無功功率控制，可提高功率因數(shù)，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓（電網(wǎng)電壓受無功功率影響，電網(wǎng)電壓內(nèi)阻抗，主要的電感，電阻較??；負載無功功率變化引起內(nèi)阻抗上的壓降變化；一般來說，負載加電容使電網(wǎng)電壓提高），改善供電質(zhì)量。
• 性能優(yōu)于機械開關(guān)投切的電容器。

結(jié)構(gòu)和原理

• 晶閘管反并聯(lián)后串入交流電路。
• 實際常用三相，可三角形聯(lián)結(jié)，也可星形聯(lián)結(jié)。

晶閘管的投切

• 選擇晶閘管投入時刻的原則：該時刻交流電源電壓和電容器預(yù)充電電壓相等，這樣電容器電壓不會產(chǎn)生躍變，就不會產(chǎn)生沖擊電流。
• 理想情況下，希望電容器預(yù)充電電壓為電源電壓峰值，這時電源電壓的變化率為零，電容投切過程不但沒有沖擊電流，電流也沒有階躍變化（電流從0開始變化）。

TSC電路也可采用晶閘管和二極管反并聯(lián)的方式

• 由于二極管的作用，在電路不導(dǎo)通時總會維持在電源電壓峰值。
• 成本稍低，但響應(yīng)速度稍慢，投切電容器的最大時間滯后為一個周波。

4.3 交交變頻電路

4.3.1 單相交交變頻器

晶閘管交交變頻電路，也稱周波變流器（Cycloconvertor）。

把電網(wǎng)頻率的交流電變成可調(diào)頻率的交流電的變流電路，屬于直接變頻電路。

廣泛用于大功率交流電動機調(diào)速傳動系統(tǒng)，實際使用的主要是三相輸出交交變頻電路。

1）電路構(gòu)成和基本工作原理

電路構(gòu)成

• 由P組和N組反并聯(lián)的晶閘管變流電路構(gòu)成，和直流電動機可逆調(diào)速用的四象限變流電路完全相同（三相電源輸入，單相輸出）。
• 變流器P和N都是相控整流電路。

工作原理

• P組工作時，負載電流為正。
• P組工作時，為負。
• 兩組變流器按一定的頻率交替工作，負載就得到該頻率的交流電。

改變兩組變流器的切換頻率，就可改變輸出頻率。

改變變流電路的控制角，就可以改變交流輸出電壓的幅值。

• 為使波形接近正弦波，可按正弦規(guī)律對角進行調(diào)制。（若控制角保持不變，則輸出波形為方波）

在半個周期內(nèi)讓P組角按正弦規(guī)律從90°減到0°或某個值，再增加到90°，每個控制間隔內(nèi)的平均輸出電壓就按正弦規(guī)律從零增至最高，再減到零。另外半個周期可對N組進行同樣的控制。

由若干段電源電壓拼接而成，在的一個周期內(nèi)，包含的電源電壓段數(shù)越多，其波形就越接近正弦波。

2）整流與逆變工作狀態(tài)

阻感負載為例，也適用于交流電動機負載。

把交交變頻電路理想化，忽略變流電路換相時的脈動分量，就可把電路等效成如下圖所示的正弦波交流電源和二極管的串聯(lián)。

設(shè)負載阻抗角為，則輸出電流滯后輸出電壓角。

兩組變流電路采取無環(huán)流工作方式，即一組變流電路工作時，封鎖另一組變流電路的觸發(fā)脈沖。

工作狀態(tài)

期間：正半周，正組工作，反組被封鎖。

• ：和均為正，正組整流，輸出功率為正。
• ：反向，仍為正，正組逆變，輸出功率為負。

期間：負半周，反組工作，正組被封鎖。

• ：和均為負，反組整流，輸出功率為正。
• ：反向，仍為負，反組逆變，輸出功率為負。

小結(jié)

• 哪一組工作由方向決定，與極性無關(guān)。
• 工作在整流還是逆變，則根據(jù)方向與方向是否相同確定。

當(dāng)和的相位差小于90°時，一周期內(nèi)電網(wǎng)向負載提供能量的平均值為正，電動機工作在電動狀態(tài)。

當(dāng)二者相位差大于90°時，一周期內(nèi)電網(wǎng)向負載提供能量的平均值為負，電網(wǎng)吸收能量，電動機為發(fā)電狀態(tài)。

考慮無環(huán)流工作方式下過零的死區(qū)時間，一周期可分為6段。

第1段：，，反組逆變。

第2段：電流過零，為無環(huán)流死區(qū)。

第3段：，，正組整流。

第4段：，，正組逆變。

第5段：電流過零，為無環(huán)流死區(qū)。

第6段：，，反組整流。

3）輸出正弦波電壓的調(diào)制方法

介紹最基本的、廣泛使用的余弦交點法。

設(shè)為時整流電路的理想空載電壓，則有。

每次控制時角不同。

表示每次控制間隔內(nèi)的平均值。

設(shè)期望的正弦波輸出電壓為：。

則應(yīng)使。

稱為輸出電壓比：。

余弦交點法基本公式：。

余弦交點法圖解

線電壓、、、、和依次用表示。

相鄰兩個線電壓的交點對應(yīng)于。

所對應(yīng)的同步信號分別用表示。

比相應(yīng)的超前30°，的最大值和相應(yīng)線電壓的時刻對應(yīng)。

以為零時刻，則為余弦信號。

希望輸出電壓為，則各晶閘管觸發(fā)時刻由相應(yīng)的同步電壓的下降段和的交點來決定。

是一種控制電壓與輸出電壓間為比例關(guān)系的移相控制方式。

• 不同時，在一周期內(nèi)，隨變化的情況。圖中，。
• 較小，即輸出電壓較低時，只在離90°很近的范圍內(nèi)變化，電路的輸入功率因數(shù)非常低。

4）輸入輸出特性

(1)輸出上限頻率

• 輸出頻率增高時，輸出電壓一周期所含電網(wǎng)電壓段數(shù)減少，波形畸變嚴(yán)重。
• 電壓波形畸變及其導(dǎo)致的電流波形畸變和轉(zhuǎn)矩脈動是限制輸出頻率提高的主要因素。
• 就輸出波形畸變和輸出上限頻率的關(guān)系而言，很難確定一個明確的界限。
• 當(dāng)采用6脈波三相橋式電路時，輸出上限頻率不高于電網(wǎng)頻率的1/3~1/2。電網(wǎng)頻率為50Hz時，交交變頻電路的輸出上限頻率約為20Hz。

(2)輸入功率因數(shù)

• 輸入電流相位滯后于輸入電壓，需要電網(wǎng)提供無功功率。
• 一周期內(nèi)，角以90°為中心變化。
• 輸出電壓比越小，半周期內(nèi)的平均值越靠近90°。
• 負載功率因數(shù)越低，輸入功率因數(shù)也越低。
• 不論負載功率因數(shù)是滯后的還是超前的，輸入的無功電流總是滯后。

(3)輸出電壓諧波

輸出電壓的諧波頻譜非常復(fù)雜，既和電網(wǎng)頻率以及變流電路的脈波數(shù)有關(guān)，也和輸出頻率有關(guān)。

采用三相橋時，輸出電壓所含主要諧波的頻率為：

采用無環(huán)流控制方式時，由于電流方向改變時死區(qū)的影響，將增加、等次諧波。

(4)輸入電流諧波

輸入電流波形和可控整流電路的輸入波形類似，但其幅值和相位均按正弦規(guī)律被調(diào)制。

采用三相橋式電路的交交變頻電路輸入電流諧波頻率

和。式中，k=1，2，3，...；l=0，1，2，...。

4.3.2 三相交交變頻器

交交變頻電路主要應(yīng)用于大功率交流電機調(diào)速系統(tǒng)，使用的是三相交交變頻電路。

由三組輸出電壓相位各差120°的單相交交變頻電路組成。

1）電路接線方式

• 公共交流母線進線方式
• 輸出星形聯(lián)結(jié)方式

(1)公共交流母線進線方式

由三組彼此獨立的、輸出電壓相位相互錯開120°的單相交交變頻電路構(gòu)成。

電源進線通過進線電抗器接在公共的交流母線上。

因為電源進線端公用，所以三組的輸出端必須隔離，為此，交流電動機的三個繞組必須拆開。

主要用于中等容量的交流調(diào)速系統(tǒng)。

(2)輸出星形聯(lián)結(jié)方式

三組的輸出端是星形聯(lián)結(jié)，電動機的三個繞組也是星形聯(lián)結(jié)。

電動機中點不和變頻器中性點接在一起，電動機只引出三根線即可。

因為三組的輸出聯(lián)結(jié)在一起，其電源進線必須隔離，因此分別用三個變壓器供電。

由于輸出端中點不和負載中點相聯(lián)接，所以在構(gòu)成三相變頻電路的六組橋式電路中，至少要有不同輸出相的兩組橋中的四個晶閘管同時導(dǎo)通才能構(gòu)成回路，形成電流。

和整流電路一樣，同一組橋內(nèi)的兩個晶閘管靠雙觸發(fā)脈沖保證同時導(dǎo)通。

兩組橋之間則是靠各自的觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，以保證同時導(dǎo)通。

2）輸入輸出特性

三相交交變頻電路的輸出上限頻率和輸出電壓諧波和單相交交變頻電路是一致的。

輸入電流

• 總輸入電流由三個單相的同一相輸入電流合成而得到。
• 有些諧波相互抵消，諧波種類有所減少，總的諧波幅值也有所降低。
• 諧波頻率為和。式中，k=1，2，3，...；l=0，1，2，...。
• 采用三相橋式電路時，輸入諧波電流的主要頻率為、、、、、、、等。其中次諧波的幅值最大。

輸入功率因數(shù)

• 三相總輸入功率因數(shù)應(yīng)為：
• 三相電路總的有功功率為各相有功功率之和。
• 但視在功率卻不能簡單相加，而應(yīng)由總輸入電流有效值和輸入電壓有效值來計算，比三相各自的視在功率之和要小。
• 三相總輸入功率因數(shù)要高于單相交交變頻電路。

3）改善輸入功率因數(shù)和提高輸出電壓

基本思路

各相輸出的是相電壓，而加在負載上的是線電壓。

在各相電壓中疊加同樣的直流分量或3倍于輸出頻率的諧波分量，它們都不會在線電壓中反映出來，因而也加不到負載上。利用這一特性可以使輸入功率因數(shù)得到改善并提高輸出電壓。

直流偏置

負載電動機低速運行時，變頻器輸出電壓（）很低，各組橋式電路的角都在90°附近，因此輸入功率因數(shù)很低（0附近）。

給各相輸出電壓疊加上同樣的直流分量，控制角將減小，但變頻器輸出線電壓并不改變。（用的不多）

交流偏置

梯形波輸出控制方式。

使三組單相變頻器的輸出均為梯形波（也稱準(zhǔn)梯形波），主要諧波成分是三次諧波。

在線電壓中三次諧波相互抵消，線電壓仍為正弦波。

因為橋式電路較長時間工作在高輸出電壓區(qū)域（即梯形波的平頂區(qū)），角較小，因此輸入功率因數(shù)可提高15%左右。

下圖正弦波輸出控制方式中，最大輸出正弦波相電壓的幅值為。

在同樣幅值的情況下，梯形波中的基波幅值可提高15%左右。

交交變頻和交直交變頻的比較

先把交流變換成直流，再把直流逆變成可變頻率的交流，稱交直交變頻電路。

交交變頻電路的優(yōu)點：

• 效率較高（一次變流）
• 可方便地實現(xiàn)四象限工作
• 低頻輸出波形接近正弦波

交交變頻電路的缺點：

• 接線復(fù)雜，采用三相橋式電路的三相交交變頻器至少要用36（6*6）只晶閘管。
• 受電網(wǎng)頻率和變流電路脈波數(shù)的限制，輸出頻率較低。
• 輸入功率因數(shù)較低。
• 輸入電流諧波含量大，頻譜復(fù)雜。

應(yīng)用

• 主要用于500kW或1000kW以上的大功率、低轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速電路中。目前已在軋機主傳動裝置、鼓風(fēng)機、礦石破碎機、球磨機、卷揚機等場合應(yīng)用。
• 既可用于異步電動機，也可用于同步電動機傳動。

4.4 矩陣式變頻電路

簡介

是近年出現(xiàn)的一種新穎的變頻電路。

是直接變頻電路，采用的開關(guān)器件是全控型。

控制方式是斬波控制。

拓撲結(jié)構(gòu)

三相輸入電壓為、和。

三相輸出電壓為、和。

9個開關(guān)器件組成3*3矩陣，因此該電路倍稱為矩陣式變頻電路（Matrix Converter——MC）或矩陣變換器。

圖中每個開關(guān)都是矩陣中的一個元素，采用雙向可控開關(guān)，圖中給出了應(yīng)用較多的一種開關(guān)單元。

優(yōu)點

• 輸出電壓為正弦波。
• 輸出頻率不受電網(wǎng)頻率的限制。
• 輸入電流也可控制為正弦波且和電壓同相。
• 功率因數(shù)為1，也可控制為需要的功率因數(shù)。
• 能量可雙向流動，適用于交流電動機的四象限運行。
• 不通過中間直流環(huán)節(jié)而直接實現(xiàn)變頻，效率較高。

矩陣式變頻電路的基本工作原理

單相輸入

對單相交流電壓進行斬波控制，即進行PWM控制時，輸出電壓為：。

式中，——開關(guān)周期；——一個開關(guān)周期內(nèi)開關(guān)導(dǎo)通時間；——占空比。

不同的開關(guān)周期中采用不同的，可得到與頻率和波形都不同的。

由于單相交流波形為正弦波，可利用的輸入電壓部分只有a）圖中的單相電壓陰影部分，因此將受到很大的局限，無法得到所需輸出波形。

利用三相相電壓

把輸入改為三相，就可利用圖b所示的三相相電壓包絡(luò)線中所有的陰影部分。

理論上所構(gòu)造的的頻率可不受限制。

但如必須為正弦波，則其最大幅值僅為輸入相電壓幅值的0.5倍。

利用三相線電壓

用矩陣式變頻電路中第一行和第二行的6個開關(guān)共同作用來構(gòu)造輸出線電壓。

可利用圖中6個線電壓包絡(luò)線中所有的陰影部分。

當(dāng)必須為正弦波時，最大幅值就可達到輸入線電壓幅值的0.866倍。

正弦波輸出條件下矩陣式變頻電路理論上最大的輸出輸入電壓比。

以相電壓輸出方式為例分析矩陣式交交變頻電路的控制

利用對開關(guān)、和的控制構(gòu)造輸出電壓。

為防止輸入電源短路，任何時刻（上述3個開關(guān)）只能有一個開關(guān)接通。

負載一般是阻感負載，負載電流具有電流源性質(zhì)，為使負載不開路，任一時刻必須有一個開關(guān)（上述3個開關(guān)）接通。

u相輸出電壓和各相輸入電壓的關(guān)系為：。

式中、和——一個開關(guān)周期內(nèi)開關(guān)、、的導(dǎo)通占空比。

用同樣的方法控制第2、3行的各開關(guān)，得到類似于的表達式。合寫成矩陣的形式：

可縮寫為：。

矩陣式變頻電路確定后，輸入電流和輸出電流的關(guān)系也確定了。

縮寫形式：

式中，，。

對實際系統(tǒng)來說，輸入電壓和所需要的輸出電流是已知的。設(shè)為

，。

式中，、為輸入電壓和輸出電流的幅值；、為輸入電壓和輸出電流的角頻率；為相應(yīng)于輸出頻率的負載阻抗角。

變頻電路希望的輸出電壓和輸入電流分別為：

，。

式中，、為輸出電壓和輸入電流的幅值；為輸入電流滯后于電壓的相位角。

當(dāng)期望的輸入功率因數(shù)為1時，。可得：

，

。

要使矩陣式變頻電路能夠很好地工作，需解決的兩個基本問題：

• 如何求取理想的調(diào)制矩陣。
• 開關(guān)切換時如何實現(xiàn)既無交疊又無死區(qū)。

現(xiàn)狀

尚未進入實用化，主要原因：

• 所用的開關(guān)器件為18個，電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高，控制方法還不算成熟。
• 輸出輸入最大電壓比只有0.866，用于交流電機調(diào)速時輸出電壓偏低。

十分突出的優(yōu)點：

• 有十分理想的電氣性能。
• 和目前廣泛應(yīng)用的交直交變頻電路相比，雖多用了6個開關(guān)器件，卻省去了直流側(cè)大電容，將使體積減小，且容易實現(xiàn)集成化和功率模塊化。

在電力電子器件制造技術(shù)飛速進步和計算機技術(shù)日新月異的今天，矩陣式變頻電路將有很好的發(fā)展前景。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-481091.html

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