交流-交流变换器原理与应用

"电力电子技术-交流-交流变换器的教学内容，包括晶闸管单相和三相交流调压器、全控型器件的交流斩波电路、交-交变频器以及交-交变换器的应用" 在电力电子技术领域，交流-交流（AC-AC）变换器是重要的组成部分，主要涉及交流电压的调节和频率转换。本章重点讲解了晶闸管为基础的交流调压电路，以及相位控制的单相交流调压电路的工作原理和特性。 3.1 交流调压电路 交流调压电路的核心元件是晶闸管，它用于调整输出交流电压的有效值。相较于传统的调压变压器，晶闸管交流调压器具有体积小、重量轻的优势，但输出的并非纯正弦波，含有较多谐波成分，功率因数相对较低。交流调压电路有两种基本的控制策略： 1. 通断控制：晶闸管作为开关，通过调整通断时间比例来改变输出电压。这种方法电路简单，功率因数高，适合于时间常数较大的负载。不过，输出电压或功率的调节不够平滑。 2. 相位控制：通过在每个电源周期的特定时刻触发晶闸管，改变触发时刻来实现调压。这种方式可以提供更平滑的电压调节，但电路设计稍复杂。 3.1.1 相位控制的单相交流调压电路 对于电阻性负载，无论正负半周，晶闸管都在特定的相位角α触发，使得输出电压为正负半周缺角相同的正弦波。输出电压有效值U与控制角α的关系可通过公式计算，电流有效值、功率因数等也可根据控制角推导得出。相位控制的范围通常是0到π。 对于电感性负载，情况较为复杂。当电源电压反向过零时，负载电感会产生感应电动势，阻碍电流突变，导致电流不能立即变为零。因此，导通角θ不仅与控制角α相关，还与负载阻抗角φ有关。此时，晶闸管电流包含强制分量和自由分量，两者的大小和关系可以通过时间常数τ进行计算。 交-交变频器和全控型器件的交流斩波电路则更进一步，它们能够实现对交流电的频率和幅度的精细控制，广泛应用于电机驱动、电力质量改善等领域。交-交变换器的应用则涵盖了各种需要改变交流电压频率和幅值的场合，如工业自动化、电力系统和新能源发电等。 交流-交流变换技术是电力电子学中的关键技术之一，它提供了调整交流电源特性的有效手段，对于现代电力系统的灵活性和效率提升有着重要意义。理解和掌握这些原理和技术，对于电力工程、自动化和能源管理等相关领域的工程师至关重要。