直接变频电路

直接变频电路1是指不经过任何中间环节，直接将一种频率的交流电转变为另一种频率的交流电的电路。一般还可同时控制输出电压。直接变频电路应用于变频调速装置、感应加热装置、不停电电源等场合。与间接变频电路相比，直接变频电路仅进行一次电能变换，变换效率较高。按变频电路的输出频率和输入频率的关系分，可分为直接降频电路、直接升频电路和直接升降频电路。

电路分类直接变频电路又称周波变流电路。它由两组反并联的相控整流电路（正极组和负极组）组成。正极组和负极组整流器交替地工作，即可输出一个低频的交流电压。直接降频电路按控制方式可分为定比式周波变流器和连续式周波变流器两种。

①定比式周波变流器

电路的输出频率与输入频率有一定的比例关系，不能连续变化，输出电压的低次谐波较大，但控制方式简单，可用于频率精度要求不高的场合。

②连续式周波变流器

它可连续改变正极组和负极组的触发滞后角，通过改变触发滞后角的变化周期改变输出频率，改变触发滞后角改变输出电压。它的输出频率和电压都是连续可调的。连续式周波变流器的输出电压波形见下图。为使输出电压波形更接近于正弦波，各整流器的触发滞后角按余弦规律变化。连续式周波变流器的输出电压中包含有分数次谐波。当输出频率和输入频率之

比大于三分之一时，这种分数次谐波会对负载产生恶劣的影响（见高次谐波抑制）。在周波变流器中，同一组中晶闸管换相与相控整流电路的换相相同（见相控整流电路），而在负载电流过零时进行从正极组工作到负极组工作的转换。转换的方式有两种，一种是有环流式，另一种是无环流式。有环流式控制较简单，但需要在两组整流电路之间增设限流电抗器限制环流。无环流式控制是按照检测出的负载电流的正负有选择地使正极组或负极组中的一组整流器工作，不产生环流。这种方式因无须设置限流电抗器，功率因数和效率都有所提高。但存在负载电流在过零点不连续的缺点。

直接降频电路主要应用于交流电动机低速传动。它的优点是无须换相电路；可以由负载向交流电源回馈电能；变流效率较高。缺点是晶闸管用量多，控制电路较复杂；输出频率变化范围较小，一般低于输入频率的三分之一。

电路原理按晶闸管换流方式的不同可分为电源换流式和负载换流式两种。

①电源换流式直接升频电路

晶闸管依靠电源电压换相,所以它的输出频率是输入频率的整数倍。这种电路的特点是装置的容量可以做得很大，但输出频率不能很高。

②负载换流式直接升频电路

常用作感应加热电源。它的输出频率由负载的谐振频率决定。根据负载的谐振方式，它可分为串联式直接升频电路和并联式直接升频电路。串联式直接升频电路的输出电流近似为正弦波。电流自然过零，晶闸管易于关断；起动简便可靠，不需附加的启动电路，适用于需要频繁启动的生产场合。但对负载变化适应性较差；输出电压较高，常需用输出变压器降

压，使效率降低。并联式直接升频电路输出电压近似为正弦波。它的优点是负载适应能力较强；输出电压可以不用变压器与负载直接耦合。它的缺点是启动较困难，常需辅助的启动电路帮助启动；晶闸管的电流为方波,关断较困难,且开关损耗较大。

电路应用直接升降频电路又称自换流周波变流器。主要用于交流电动机的传动和专用的固态频率变换器中。在图1所示电路中,将所有的晶闸管换成可关断晶闸管或其他自关断元件，即可构成自换流周波变流器。它的输出频率可在从零到远大于输入频率的范围中连续地变化。输出电压可以按正弦规律进行调制，输出电压质量较高。由于没有采用中间直流贮能环节，整个装置的体积可以做得较小，效率也较高。这种电路必须采用自关断元件或附加强迫换流电路，控制电路也比较复杂。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学