交交變頻電路組成及工作原理

單相交-交變頻器的原理框圖如圖4-1所示。它只用一個變換環節就可以把恒壓恒頻（CVCF）的交流電源轉換為變壓變頻（VVVF）電源，因此，稱為直接變頻器，或稱為交-交變頻器。

電路由P（正）組和N（負）組反并聯的晶閘管變流電路構成，兩組變流電路接在同一交流電源，Z為負載。兩組變流器都是相控電路，P組工作時，負載電流自上而下，設為正向；N組工作時，負載電流自下而上，設為負向。讓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，如圖4-2所示。

改變兩組變流器的切換頻率，就可以改變輸出到負載上的交流電壓頻率，改變交流電路工作時的觸發延遲角α，就可以改變交流輸出電壓的幅值。

為了使輸出電壓的波形接近正弦波，可以按正弦規律對觸發延遲角α進行調制，即可得到如圖4-3所示的波形。調制方法是，在半個周期內讓P組變流器的觸發延遲角α按正弦規律從90°逐漸減小到0°或某個值，然后再逐漸增大到90°。這樣每個控制區間內的平均輸出電壓就按正弦規律從零逐漸增至最高，再逐漸減低到零，如圖4-3中虛線所示。另外半個周期可對變流器N組進行同樣的控制。

圖4-3所示波形是變流器的P組和N組都是三相半波相控電路時的波形。可以看出，輸出電壓uo的波形并不是平滑的正弦波，而是由若干段電源電壓拼接而成。在輸出交流電壓的一個周期內，所包含的電源電壓段數越多，其波形就越接近正弦波。因此，實際應用的變流電路通常采用6脈波的三相橋式電路或12脈波的變流電路。

對于三相負載，其他兩相也各用一套反并聯的可逆電路，輸出平均電壓相位依次相差120°。這樣，如果每個整流電路都用橋式，共需36個晶閘管。因此，交一交變頻器雖然在結構上只有一個變換環節，但所用的器件多，總設備投資大。另外，交一交變頻器的最大輸出頻率為30Hz，其應用受到限制。

交交變頻電路的特性

1、輸出上限頻率

交一交變頻電路的輸出電壓是由許多段電網電壓拼接而成的。輸出電壓在一個周期內拼接的電網電壓段數越多，就可使輸出電壓越接近正弦波，每段電網電壓的平均持續時間是由變流電路的脈波數決定的，因此在輸出頻率增高時，輸出電壓一周期所含電網電壓的段數就減少，波形畸變就嚴重。電壓波形畸變以及由此產生的電流波形畸變和轉矩脈動是限制輸出頻率提高的主要因素。構成交一交變頻電路的兩組變流電路的脈波數越多，輸出上限頻率就越高。就常用的6脈波三相橋式電路而言，一般認為，輸出上限頻率不高于電網頻率的1/3-1/2。電網為50Hz時，交一交變頻電路的輸出上限頻率約為20Hz。

2、輸入功率因數

交-交變頻電路采用的是相位控制方式，因此其輸入電流的相位總是滯后于輸入電壓，需要電網提供無功功率。從圖4-3可以看出，在輸出電壓的一個周期內，α角是以90°為中心而前后變化的。輸出電壓比越小，半周期內α的平均值越靠近90°，位移因數越低。另外，負載的功率因數越低，輸人功率因數也越低。而且不論負載功率因數是滯后還是超前的，輸入的無功電流總是滯后的。

由以上分析可知，交-交變頻器的特點為

1）因為是直接變換，沒有中間環節，所以比一般的變頻器效率要高。

2）由于其交流輸出電壓是直接由交流輸入電壓波的某些部分包絡所構成，因而其輸出頻率比輸入交流電源的頻率要低得多，輸出波形較好。

3）由于變頻器按電網電壓過零自然換相，故可采用普通晶閘管。

4）因受電網頻率限制，通常輸出電壓的頻率較低，為電網頻率的1/3，左右。

5）功率因數較低，特別是在低速運行時更低，需要適當補償。

鑒于以上特點，交-交變頻器特別適合于大容量的低速傳動，在軋鋼、水泥、牽引等方面應用廣泛。