1.3 直接变换方式（交-交变频）

交-交中、高压变频器是一种可直接将恒压恒频（CVCF）的交流电（如工频）直接变换成为电压及频率可调的交流电的系统，而无需中间的直流环节。因此，又称其为直接式变频器。有时为了突出其变频功能，也称作周波变换器（Cycloconverter）。

1.3.1 交-交变频器的基本电路

常用的交-交变频器输出的每一相都是一个由正（VF）、反（VR）两组晶闸管可控整流装置反并联的可逆线路。也就是说，每一相都相当于一套直流可逆调速系统的反并联的晶闸管可逆线路，如图1-2所示。两组变流电路接在同一个交流电源上，实际使用的交-交变频器为三相输入、三相输出电路。

图1-2 单相输出交-交变频器的可逆电路

1.3.2 交-交变频器的控制方式

1.整半周控制方式

正、反两组晶闸管可控整流装置按一定周期相互切换，在负载两端就可获得交变的输出电压u_o，u_o的幅值取决于各组可控整流装置的触发延迟角α，u_o的频率取决于正、反两组整流装置的切换频率。如果触发延迟角一直不变，则平均输出电压波形为方波，如图1-3所示。

图1-3 方波型平均输出电压波形

2.触发延迟角α调制控制方式

要获得正弦波输出，就必须在每一组整流装置导通期间按正弦规律不断地改变其触发延迟角。例如，在正向组导通的半个周期中，使触发延迟角α由π/2（对应于平均电压u_o=0）逐渐减小到0（对应于u_o最大），然后再逐渐增大到π/2（u_o再变为0），如图1-4所示。

当α按正弦规律变化时，半周内的平均输出电压即为图1-4中虚线所示的正弦波。反向组负半周的控制也是这样。

图1-4 单相输出交-交变频器的正弦波电压波形

1.3.3 三相交-交变频器

三相交-交变频器电路由三组输出电压相位各差120°的单相交-交变频器组成，电路接线方式主要有如下几种。

1.公共交流母线进线方式

公共交流母线进线方式如图1-5所示，此电路由三相彼此独立、输出电压相位互差120°的单相交-交变频电路组成。电源进线通过进线电抗器接在公共的交流母线上。因为电源进线端公用，所以三组输出端必须隔离。为此，交流电动机的三个绕组必须拆开。此种接线方式主要用于中等容量的交流调速系统。

图1-5 公共交流母线进线方式（三相交-交变频电路简图）

2.输出星形联结方式

输出星形联结方式如图1-6所示，三组输出端为星形联结，电动机的三个绕组也是星形联结，电动机中性点不和变频器中性点接在一起，电动机只引出三根线。因为三组输出连接在一起，其电源进线必须隔离，所以分别用三个变压器供电。

综上所述：交-交变频器虽然在结构上只有一个变换环节，省去了中间直流环节，看似简单，但所用的元器件数量却很多，总体设备相当庞大。

交-交变频器主电路开关器件处于自然关断状态，不存在强迫换流问题，所以第1代电力电子器件——晶闸管就能完全满足它的要求。这些设备都是直流调速系统中常用的可逆整流装置，在技术和制造工艺上都很成熟，目前国内有些企业已有可靠产品。

这类交-交变频器的缺点是输入功率因数较低、谐波电流含量大、频谱复杂，因此必须配置谐波滤波和无功补偿设备。其最高输出频率不超过电网频率的1/3～1/2，使其应用受到限制。一般主要用于轧机主传动、球磨机、水泥回转窑等大容量、低转速的调速系统，供电给低速电动机直接传动时，可以省去庞大的齿轮减速箱。

图1-6 输出星形联结方式（三相交-交变频电路）

1.3.4 矩阵式交-交变频器

第1代脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）变频器已经广泛应用于交流变频调速系统。但是，近几年随着PWM变频器的普及，它对周边设备所造成的影响也日益突出，如电源的高次谐波引起的误动作，电源干扰引起的误动作和射频干扰引起的误动作等。同时，其还易造成电动机性能的劣化，如电动机冲击电压引起的绝缘老化，电动机轴电压引起的电动机轴承损坏等，这些问题都使人们去寻求一种真正的环保型变频器，使全控型开关器件的矩阵式交-交变频器是这样一种变频器，它没有中间直流环节，类似于PWM控制方式，输出电压和输入电流的低次谐波都较小，输入功率因数可调，能量可双向流动，以获得四象限运行，但当输出电压必须为正弦波时，最大输出输入电压比只有0.811。

由于矩阵式交-交变频器没有中间直流环节，不但省去了体积大、价格贵的电解电容，也不像交-直-交变频器必须在一定年限更换铝电解电容（如5～8年更换一次铝电解电容），可使交-交变频器能长时间可靠工作。它能实现功率因数为1、输入电流为正弦以及四象限运行，系统的功率密度大，并能实现轻量化。目前，这类变频器尚处于开发研究阶段，其发展前景非常好，几个主要的传动供应商（罗克韦尔、西门子等公司）都在研究该项技术。