交交变频电路组成及工作原理_交交变频电路的特性

交交变频电路组成及工作原理

单相交-交变频器的原理框图如图4-1所示。它只用一个变换环节就可以把恒压恒频（CVCF）的交流电源转换为变压变频（VVVF）电源，因此，称为直接变频器，或称为交-交变频器。

电路由P（正）组和N（负）组反并联的晶闸管变流电路构成，两组变流电路接在同一交流电源，Z为负载。两组变流器都是相控电路，P组工作时，负载电流自上而下，设为正向；N组工作时，负载电流自下而上，设为负向。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，如图4-2所示。

改变两组变流器的切换频率，就可以改变输出到负载上的交流电压频率，改变交流电路工作时的触发延迟角α，就可以改变交流输出电压的幅值。

为了使输出电压的波形接近正弦波，可以按正弦规律对触发延迟角α进行调制，即可得到如图4-3所示的波形。调制方法是，在半个周期内让P组变流器的触发延迟角α按正弦规律从90°逐渐减小到0°或某个值，然后再逐渐增大到90°。这样每个控制区间内的平均输出电压就按正弦规律从零逐渐增至最高，再逐渐减低到零，如图4-3中虚线所示。另外半个周期可对变流器N组进行同样的控制。

图4-3所示波形是变流器的P组和N组都是三相半波相控电路时的波形。可以看出，输出电压uo的波形并不是平滑的正弦波，而是由若干段电源电压拼接而成。在输出交流电压的一个周期内，所包含的电源电压段数越多，其波形就越接近正弦波。因此，实际应用的变流电路通常采用6脉波的三相桥式电路或12脉波的变流电路。

对于三相负载，其他两相也各用一套反并联的可逆电路，输出平均电压相位依次相差120°。这样，如果每个整流电路都用桥式，共需36个晶闸管。因此，交一交变频器虽然在结构上只有一个变换环节，但所用的器件多，总设备投资大。另外，交一交变频器的最大输出频率为30Hz，其应用受到限制。

交交变频电路的特性

1、输出上限频率

交一交变频电路的输出电压是由许多段电网电压拼接而成的。输出电压在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，每段电网电压的平均持续时间是由变流电路的脉波数决定的，因此在输出频率增高时，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畸变和转矩脉动是限制输出频率提高的主要因素。构成交一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。就常用的6脉波三相桥式电路而言，一般认为，输出上限频率不高于电网频率的1/3-1/2。电网为50Hz时，交一交变频电路的输出上限频率约为20Hz。

2、输入功率因数

交-交变频电路采用的是相位控制方式，因此其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4-3可以看出，在输出电压的一个周期内，α角是以90°为中心而前后变化的。输出电压比越小，半周期内α的平均值越靠近90°，位移因数越低。另外，负载的功率因数越低，输人功率因数也越低。而且不论负载功率因数是滞后还是超前的，输入的无功电流总是滞后的。

由以上分析可知，交-交变频器的特点为

1）因为是直接变换，没有中间环节，所以比一般的变频器效率要高。

2）由于其交流输出电压是直接由交流输入电压波的某些部分包络所构成，因而其输出频率比输入交流电源的频率要低得多，输出波形较好。

3）由于变频器按电网电压过零自然换相，故可采用普通晶闸管。

4）因受电网频率限制，通常输出电压的频率较低，为电网频率的1/3，左右。

5）功率因数较低，特别是在低速运行时更低，需要适当补偿。

鉴于以上特点，交-交变频器特别适合于大容量的低速传动，在轧钢、水泥、牵引等方面应用广泛。