电力电子学 ACAC

第二部分网侧变流技术第一章AC/DC变换器第二章AC/AC直接变频器第三章网侧变流电路性能的改善第二章AC/AC直接变频器¾AC-DC-AC间接变换¾AC-ACconverter直接变换：晶闸管：相控，Cycloconverter全控器件：斩控第二章AC/AC直接变频器§1工作原理§2输出电压畸变§3负载对输入系统的影响§4优缺点★第二章AC/AC直接变频器§1工作原理§2输出电压畸变§3负载对输入系统的影响§4优缺点★Cycloconverterconnectionswiththree-phaseoutput.(a)Three-pulsebridge.(b)Six-pulsebridge.Single-phaseloadfedfromathree-pulsecycloconverter.§1工作原理¾对偶相控整流电路AC/DC1.17cospipUUα=1.17cosNiNUUα=−控制α实现AC输出？AC/DC1.17cospNipUUUα==理想化交交变频电路（忽略变流电路换相时输出电压的脉动分量）整流和逆变工作状态§1工作原理¾对偶相控AC/AC控制α，使每个脉冲周期平均值按正弦规律变化Cycloconverterload-voltagewaveformswithanoutputfrequencyofonethirdoftheinputfrequency.(a)Six-pulse.(b)Twelve-pulseconnection.Thehigherthepulse-number,thecloseristheoutputwaveformtothedesiredsinusoidalwaveform.Theoutputfrequencyisingenerallimitedtoaboutonehalftoonethirdoftheinputfrequency.ioff¾控制方法—余弦函数法（，难点）★以各相的自然换相点作为该相余弦函数的时间零点，拿期望的输出值和余弦函数进行交截，交点为触发时刻¾余弦函数法2）输出电压的特征A在每一个脉冲周期：pioUUαcos17.1=B期望的输出电压tUuoomoωsin=以各相的自然换相点作为该相余弦函数的时间零点，拿期望的输出值和余弦函数进行交截，交点为触发时刻1）余弦函数的定义以各相的自然换相点作为该相余弦函数的时间零点，对应峰值cosccmpuUα=定义基准电压：∝输出电压tUuormrωsin=tUuoomoωsin=余弦函数cosccmpuUα=交点：触发角cruu=)sinarccostUUocmrmpωα（=Npαπα=−¾余弦函数法交点：触发角tUUoompiωαsincos17.1=)sin17.1arccostUUoiompωα（=2）输出电压的特征A在每一个脉冲周期：pioUUαcos17.1=B期望的输出电压tUuoomoωsin=Npαπα=−输出电压满足：1）在每一个脉冲周期：pioUUαcos17.1=2）期望的输出电压tUuoomoωsin=交点：触发角)sin17.1arccostUUoiompωα（=基准电压：tUuormrωsin=cosccmpuUα=余弦函数：==∝arccossin)rmpocmUtUαω=（1.17omrmicmUUUU=¾余弦函数法)sinarccos)sin17.1arccostktUUooiompωωα（＝（=oarccos2oompuUktkπωα===ο9000o===potUαω0o3180arccos2oompuUktkπωα=−==−sinoomouUktω=090arccos90180arccos90pkkα=→−→→−→ooo09009018090pα=→→→→ooo1k=★第二章AC/AC直接变频器§1工作原理§2输出电压畸变§3负载对输入系统的影响§4优缺点２实际畸变项：延时、偏差0oooHffff=：次谐波超谐波基波直流分量波形负反馈低通滤波器波形负反馈３输出电压畸变的控制：输出电压畸变1本征畸变项：理论畸变第二章AC/AC直接变频器§1工作原理§2输出电压畸变§3负载对输入系统的影响（难点）§4优缺点§3负载对输入系统的影响（难点）一谐波电流产生的原因二输入谐波电流分析1直流平滑负载Id（α=0）2单相阻性交流负载（cosϕo=1）三、理想变频器的输入功率因数§３负载对输入系统的影响一谐波电流产生的原因：１）类似整流器：脉冲引起，与脉冲数相关２）交流输出端的功率瞬时波动：与输入和输出频率相关的拍频分量‹分析方法：功率平衡分析法‹对偶相控整流电路/相控变频器§３负载对输入系统的影响1直流平滑负载Id（α=0）iNaUuθsin2=12sinaiiIθ=假设2：最大输出电压假设1：理想变频器，有无穷多脉冲输入电流无谐波0iϕα==§３负载对输入系统的影响iaabbccpuiuiui=++三相瞬时输入功率：二输入谐波电流分析1直流平滑负载Id（α=0）输出功率：三相瞬时输入功率：ddoIUPmax=11113)32sin(2)32sin(2)32sin(2)32sin(2sin2sin2IUIUIUIUpNiiNiiNiiNi=+∗++−∗−+∗=πθπθπθπθθθoiPP=dNdIUUImax131=§３负载对输入系统的影响*12单相阻性交流负载（cosϕo=1）瞬时输出功率：稳态分量odoUuθsinmax=ddodooIUiupmax)2cos1(21θ−==oddIiθsin2=振荡分量有功功率2单相阻性交流负载瞬时输出功率1）平均稳态分量输入电流的基波同相分量提供输入电流：2）振荡分量：由输入谐波电流提供3）输入基波正交分量理想变频器能够达到的最大功率因数功率平衡分析法分析思路1）平均稳态分量ippaIiθsin2=)32sin(2πθ−=ippbIi)32sin(2πθ+=ippcIipNpccpbbpaaiIUiuiuiuP3=++=ddoIUPmax21=稳iNaUuθsin2=由输入电流中的同相分量提供max1(1cos2)2ooddpUIθ=−1）平均稳态分量:由输入电流同相分量提供3iNpPUI=ddoIUPmax21=稳1max21231IIUUIdNdp==ioPP=稳*2max1(1cos2)2ooddpUIθ=−2）振荡分量：由输入谐波电流提供)2sin(2)2sin(2oihoihhaIIiθθθθ++−=oiff2±‹假设3：两个频率的电流有效值相等)322sin(2)322sin(2πθθπθθ−++−−=oihoihhbIIi)322sin(2)322sin(2πθθπθθ++++−=oihoihhcIIimax1(1cos2)2ooddpUIθ=−谐波次数？？幅值不等？？三相输入瞬时谐波功率：1max2212126IIUIUIpNddh===ohNhcchbbhaahIUiuiuiupθ2cos6=++=oddoIUpθ2cos2max=振hoPP=振*3max1(1cos2)2ooddpUIθ=−3）输入基波正交分量2222223QPhQPIIIIII+=++=总输入电流有效值：iQQaIiθcos2=0=++=QccQbbQaaQiuiuiupiNaUuθsin2=ippaIiθsin2=12hpII=输出功率没有体现？？dNdIUUImax131=121IIp=122121IIIph==12222223IIIIIIIQPhQP=+=++=12121IIIpQ==*1*2*31II=‹假设4：输入电流有效值与输出电流有效值的关系同输出是DC、AC没有关系（DC输出时的输入电流有效值）三、理想变频器的数入功率因数¾输入相移因数：817.0cos22=+=QPPiIIIϕ1cos1cos≠=ioϕϕ实际：843.0cos=iϕb）误差原因：一族拍频分量)1,2......(n2∞=±oinffa）假设成立两个频率的电流有效值相等输入电流有效值与输出电流有效值的关系同输出是DC、AC没有关系I12221↓↑++=QhhQPIIIIII22cosQPPiIII+=ϕ¾输入功率因数：707.0211===IIPλ‹理想变频器能够达到的最大功率因数条件：理想；阻性负载；最大输出电压1）若非理想，实际三脉冲变流器输出直流时最大功率因数为0.675，输出交流时功率因数为0.675*0.707=0.4772）若变频器交流输出幅值不是最大，输入功率因数更小。3）若负载功率因数cosϕo1,输入功率因数更小。提高功率因数的方法：增加脉冲数。‹理想变频器能够达到的最大功率因数：0.707条件：理想；阻性负载；最大输出电压假设1：理想变频器，有无穷多脉冲假设2：最大输出电压第二章AC/AC直接变频器§1工作原理§2输出电压畸变§3负载对输入系统的影响§4优缺点缺点1）输出频率必须低于输入频率的1/3或1/2。2）大量晶闸管，控制复杂。3）输入功率因数低，尤其在输出电压低时。4）输入电流谐波严重、复杂，难控制。应用场合：大容量、低速可逆传动系统优点1）一级变换2）晶闸管价廉，靠交流电源电压过零反向自然换流3）四象限运行4）输出频率低时，正弦波形质量好。§4优缺点1AC/DC：AC/ACpioUUAC/AC相控变频器小结αcos17.1=变化ppioUuααcos17.1=２直接变频器的控制方法－－余弦函数法余弦函数法输出电压满足：1）在每一个脉冲周期：pioUUαcos17.1=2）tUuoomoωsin=交点：触发角)sin17.1arccostUUoiompωα（=基准电压：tUuormrωsin=pcmcUUαcos=余弦函数：==∝)sinarccostUUocmrmpωα（=３直接变频器的输出电压畸变oiHnfmff±=本征畸变项：0oooHffff=：次谐波超谐波基波直流分量波形负反馈低通滤波器波形负反馈４变频器的负载对输入系统的影响１）谐波电流产生的原因：类似整流器：脉冲数引起交流输出端的功率瞬时波动：与输入和输出频率相关的拍频分量２）理想变频器能够达到的最大功率因数：0.707条件：理想；阻性负载；最大输出电压若非理想，三脉冲变流器输出直流时最大功率因数为0.675，输出交流时功率因数为0.675*0.707=0.477若交流输出幅值不是最大，输入功率因数更小。若负载功率因数cosϕo1,输入功率因数更小。提高功率因数的方法：增加脉冲数。３）分析方法：功率平衡分析法