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第六章(Chapter 6) AC-AC变换技术(AC-AC Convertion) LOGO 6.1 AC-AC 变换电路概述 LOGO AC-AC变换，即是把一种形式的交流电变换成另一种形式的交流电，它可以是电压幅值的变换，也可以是频率或相数的变换，能实现这种变换的电路称为AC-AC变换器或AC-AC变换电路。根据变换参数的不同，AC-AC变换电路可以分为交流调压电路、交流调功器和无触点开关以及交-交变频电路。 6.1.1 交流电力控制电路 (AC Power Controller) 根据控制方式可分为交流调压电路、交流调功电路和交流无触点开关3种形式。 1. 交流调压电路 晶闸管相控式调压电路，它与相控式整流电路的控制原理相同，即改变控制角ɑ来改变输出电压的大小，从而达到交流调压的目的。 交流调压电路的应用较为广泛。根据输入、输出的相数可分为单相交流调压电路和三相交流调压电路两种。单相交流调压电路常用于小功率单相电动机控制、照明、电加热控制等；三相交流调压电路常用于三相异步电动机的调压调速或软起动控制。在供电系统中，实现对无功功率的连续调节。 另一种交流调压电路是运用全控型开关器件在电源的一个周期内接通和断开若干次，把正弦波电压变成若干个脉冲电压，通过改变开关器件的占空比来实现交流调压。它与直流斩波电路的控制相类似，因此也称为交流斩波调压电路。其优点是深控下的功率因数较高，谐波含量小，输出电压的大小可连续可调，响应速度快，基本上克服了相控方式的缺点。随着全控型器件的发展和成熟，它将取代传统的相控晶闸管调压电路，具有很好的发展前景。 2.交流调功电路 采用整周期的通/断控制方式，使电路输出几个电源电压周期，再断开几个电源电压周期。通过控制导通周期数和断开周期数的比值来调节交流输出功率的平均值，从而达到交流调功的目的。其优点是控制简单，电流波形为正弦波，输出无高次谐波；缺点是响应速度较慢，对电网会造成较大的负载脉动及低次谐波的影响。对电加热等不需要高速控制的大惯性负载效果较好，如金属热处理、化工合成加热、钢化玻璃热处理等各种需要加热或进行温度控制的应用场合。 3. 晶闸管交流开关 根据负载或电源的需要接通或断开电路，它的工作是随机发生的，其作用就相当于机械或电磁式的开关一样，与有触点的开关相比它具有开关速度快、使用寿命长、控制功率小、灵敏度高等优点。因此，通常用来控制交流电动机的正反转、频繁起动、间歇运行等。因其属于无触点开关，不存在火花及拉弧等现象，对化工、冶金、煤炭、纺织、石油等要求无火花防爆场合极为适用。在电力系统中交流无触点开关还与电容器一起构成无功功率补偿器，用于对无功功率和功率因数进行动态调节。 6.1.2 变频电路 变频电路分为交-交变频电路和交直交变频电路两种形式。 1. 交-交变频电路 交-交变频电路是直接将一定频率的交流电变换成另一种频率固定或可调的交流电，中问没有任何环节(如直流环节)的单极电路结构，故也称为直接变频电路(或周波变换器)。 2. 交-直-交变频电路 交-直-交变频电路是先把工频交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频率固定或可变的交流电。这种通过中间直流环节的变频电路也称为间接变频电路。由于电路结构简单，技术也较成熟，在实际生产中已得到广泛应用；其缺点是功率变换次数多，电路总效率较低。这种电路在前面已作过介绍。 6.2 单相交流调压电路 交流调压电路广泛应用于工业加热、灯光控制、感应电动机调压调速，以及电焊、电解、电镀、交流侧调压等场合。单相交流调压电路用于小功率调节，广泛用于民用电气控制。用晶闸管组成的交流电压控制电路，可以方便地调节输出电压有效值，可用于电路温控、灯光调节、异步电动机的起动和调速等；也可用作调节整流变压器一次侧电压(其二次测为低压大电流或高压小电流负载)。 交流调压器与常规的调压变压器相比，它的体积和重量都要小得多。交流调压器的输出仍是交流电压，但它不是正弦波形，其谐波分量较大，功率因数也较低。 6.2.1 电阻性负载 1) 工作原理 图6-1 电阻性负载单相交流调压电路及波形 2）数量关系 根据图6-1(b)所示波形可得负载电压有效值 式中：U1为输入交流电源电压的有效值。 负载电流有效值 晶闸管电流平均值 晶闸管电流的有效值 由式(6-4)可知，当 时，晶闸管电流有效值最大为。 因 此在选择晶闸管额定电流时，可以通过最大有效值确定晶闸管的通态平均电流 (6-4) 交流电源输入侧的功率因数 式(6-6)中略去了交流调压电路的损耗，因此输入的有功功率等于输出到负载上的