电力电子技术讲义B(4-5).ppt

第4章有源逆变电路 4 1有源逆变的工作原理4 2有源逆变电路的应用4 3变流装置的功率因素及其对电网的影响4 4变流装置的触发电路 4 1有源逆变的工作原理 直流电 逆变器 交流电 有源逆变 无源逆变 电网 用电设备 有源逆变应用 直流电动机可逆拖动 线绕式异步电动机串级调速 直流输电 4 1 1工作原理 1 2 M VT1 0 VT2 L 重物 重物上升 变流器为电机提供能量 电机工作在电动状态 重物下降 电机工作在发电状态 变流器吸收电机提供能量 送回电网 仿真模型f41 mdl RM M Ud id 功率 发电机状态 E RM M Ud id 功率 电动状态 E 整流 逆变 RM M Ud id 短路 发电机状态 E 整流与逆变的比较 短路 不允许 4 1 2逆变条件 要有给晶闸管正向电压的外部直流电源E 且E Ud变流器工作在 的区域 输出负电压 逆变角 整流Ud Udocos 逆变Ud Udocos 逆变电路 单 三相半波 单 三相全控桥 有或相当于有续流二极管的电路因无法输出负电压 不能做为逆变电路 逆变角的定义 逆变电路的要求 又称变流器 既能整流又能逆变 仿真模型f411 mdl 4 1 3逆变失败与逆变角的限制 VT2脉冲丢失 逆变失败的原因触发电路不可靠 脉冲丢失或延时 晶闸管故障交流电源异常 缺相或丢失 逆变角太小 Ud与E顺向连接造成短路 逆变失败相当于短路 将损坏变流装置 整流失败只会使输出电压缺相 逆变角的限制 4 2有源逆变电路的应用 4 2 1直流电动机可逆拖动系统 一组变流器供电 接触器控制正反转 M Ud 接触器动作慢 寿命短 且切换需要控制 K1 K2 K1 K2 两组变流器供电 Lc3 Lc4 L M M M L U V W O 1 2 三相半波 U V W U V W 三相桥式 1 2 反并连接 1 2 M L 1 2 M L 1 2 M L 1 2 M L 1 2 n T id id id Text id 四象限运行图 正转整流电动运行 反转整流发电运行 反转整流电动运行 正转逆变发电运行 有源逆变产生制动转矩 实现快速制动 工作方式 逻辑无环流工作方式 1 2组不同时工作 无环流 无需笨重的电抗器限制环流 根据直流电动机的转向 E的极性 及零电流 Id 0 作出逻辑判断 按要求控制1 2两组变流器的工作状态 M L 1 2 id 环流 环流 不经负载 徒增器件电流负担 工作方式 Uc 0 90 n 0Uc Uc 0 Ud Ud 1组整流 2组待逆变 1组脉冲左移 2组脉冲右移 电机正转 此时若要降低正转转速 只须降低Uc 则2组逆变 1组待整流 转速下降后 1组重新进入整流状态 Ud Ud 平均值相等 无直流环流 ud ud 瞬时值不等 有交流环流 串环流电抗器抑制交流环流环流电抗器采用对称串入正反两组变流器 因为总有一组变流器流过直流电流 会造成电抗器铁芯饱和 电感量下降 Lc的大小以将环流限制在3 5 Id即可 应将此波形加一负号 使参考方向相同 又因使用相同电源 故应前移180 后比较 ud ud 瞬时值不等 有交流环流 错位无环流工作方式错位无环流是二组变流器都输入脉冲 但二组脉冲彼此错开 使不工作一组所受到脉冲的晶闸管的阳极电压恰好为负 从而消除环流 4 2 2绕线转子异步交流电动机的串级调速系统 Udb UdB U2l 线电压 电路原理图 电动机转动时 转子感应电压的频率较高 频敏电阻器等效电阻较大 限制启动电流 调速原理 4 3变流装置的功率因数及其对电网的影响 4 3 1变流装置的功率因数 以单相全波电路大电感负载电路为例 变流装置的功率因数随移相角 而变化 产品铭牌上的功率因数指额定工作条件下的数据 4 3 2提高功率因数的方法 i1 C SCR u1 id Ic U1 I1 Id ic 1接入补偿电容 LC滤波 去除高频谐波 2电感电容谐振补偿法 提高 的方法 降低 的方法 Ud1 Ud2 Ud M Ud Ud1 Ud2 输出电压高时 各装置工作在小角度 Ud1 Ud2 Ud M Ud Ud1 Ud2 输出电压低时 小 角工作 小 角及小 角工作 4 3 3变流装置对电网的影响 变流装置 产生谐波电流 谐波污染源 电网内部产生谐波电压 降低电网质量 通信线路杂音 电机噪音 附加温升 绝缘电压 4 4变流装置触发电路 主变压器 同步变压器 us Uc 触发电路 负载 ug 同步电压us 保证触发脉冲与晶闸管有相同参考相位 控制电压Uc 用于移相 改变a角 us与Uc共同控制触发脉冲的位置 根据us的不同 触发电路包括正弦波触发电路与锯齿波触发电路 基本结构 4 4 1正弦波同步触发电路 同步移相环节 V1 R5 R4 RL C4 Uc us 15V R8 us ug Uc Uc 正值 负值 Uc 0 脉冲形成放大环节 其它环节 输出部分 VD9 VD10防止输出负脉冲 R14为限流电阻 VD8 R12防止V3截止时 TP初级绕组产生感应高压击穿V3 同步输入部分 us 经R1 C1滤波 防止电网电压波动对触发电路的影响 us落后us 一定角度 tg 1R1C1 min和 min的限制电路 特点 4 4 2锯齿波同步触发电路 RP1 15V Uc 15v Up X Y 15V 接封锁信号 A B 15V 脉冲形成放大环节 RP1 15V Uc 15v Up X Y 15V 接封锁信号 A B 15V 同步移相环节 V2截止 V2导通 t us 240 120 us usT uG VD1通 C1放电 V2截止 VD1截止 C1充电 V2截止 uG电压为正 V2导通 当电容电压为图示方向时V2总是截止 其它环节 双脉冲电路 特点 抗干扰性能好 移相范围宽 具有强触发 双脉冲 脉冲封锁环节 应用于大中容量的变流器中 4 4 3触发脉冲与主电路电压的同步 us 180 ug U us t t t ug U t 正弦波触发电路 120 t 120 锯齿波触发电路 t 120 Uc 0 Uc 0 同步问题 主变压器 同步变压器 us Uc 触发电路 负载 ug uU 以U相为例 同步示例 解题步骤 1 确定同步电压与主电路晶闸管阳极电压的相位关系 2 画出阳极电压与电网电压的相位关系 3 确定同步电压与电网电压的相位关系 变压器钟点数 以初级线电压为长针 次级线电压为短针所构成的 偶数钟点初次级接法相同 Y Y 奇数钟点接法不同 Y 例4 4 1 已知三相半波可控整流电路主变压器的接法如图所示 采用正弦波 NPN 触发电路 要求电路工作在整流与逆变状态 试确定同步变压器器接法 U1 V1 W1 U V W U1 V1 W1 SU SV SW U1V1 30 U1 U 120 SU SUV 解 1 正弦波触发电路 主电路电压U超前同步电压SU120 2 变压器相量图 3 SUV落后U1V1120度 即同步变压器采用Y Y 4接法 1CF VT1 负载 SU与电网电压V1同相位 例4 4 2三相全控桥主变压器接法 Y 5 采用NPN锯齿波触发电路 同步变压器次级电压us经阻容滤波为us 后接至触发电炉 us 落后us30 试确定同步变压器接法 U1 V1 W1 SU SV SW U1V1 150 UV SU SUV 解 1 锯齿波触发电路 主电路电压U超前同步电压SU 180度 2 变压器相量图 3 SUV落后U1V10度 即同步变压器采用Y Y 10及Y Y 4接法 1CF VT1 因SU 落后SU30度 故主电路电压U超前同步电压SU150度 U VT4 4CF S U 150 第5章交流调压和斩波电路 5 1交流调压电路5 2直流斩波电路 5 1交流调压电路 用途 电炉温控 调光 异步交流电机调速调压器中晶闸管的控制分过零控制和移相控制调压电路分单相和三相调压电路 有效值固定的交流电压 调压器 有效值可调的交流电压 过零控制 通断控制 uin uout 连续式 断续式 控制时间Tc n个周波连续输出 n个周波断续输出 特点 有级调压 输出电压 功率 调节不平滑 适合时间常数较大的对象 但谐波含量低 功率因数高 移相控制 电阻性负载 输出电压波形 仿真模型f51 mdl 电感性负载 求取UO IO 的关键是 值的确定 180 Q a 180度 90度 负载阻抗角上升 0度 纯电阻 90度 纯电感 解超越方程 2 较为困难 根据负载阻抗角 及 查上图可得导通角 感性负载对触发脉冲的要求 1 VT1 VT2触发脉冲必需隔离 即不能有公共接地端 2 采用强触发 宽脉冲 高频调制脉冲 防止输出电压正负波形不对称 出现直流分量 5 2直流调压器 斩波器 调压器按输出电压与输入电压的关系分 降压式 升压式 升降压式 调压器按工作方式分 斩波式 谐振式 斩波器用于直流电动机调速系统 固定的直流电压 斩波器 调压器 可调的直流电压 5 2 1降压斩波器 E VD L M R VT Io Uo 降压斩波器 电流连续 仿真模型f52 mdl E 100V ED 10V R 50 L 1H 输出电压控制方法 求负载电流的最大值与最小值 电流断续 求出tx即可求出Uo及Io电流断续对电动机不利 少见 注意 io 0时uo ED 5 2 2升压斩波器 设C足够大 Uo基本不变 L足够大 IE近似为一直线 VT导通 L储能IE E t1VT关断 L释能IE U E T t1 则 IE E t1 IE U E T t1 E t1 U E T t1 U TE T t1 U E 升压斩波器 E VD L M R VT Io Uo 升压斩波器 C IE uL t VT导通 VT关断 E UO E IE t UO t L储能 L释能 t1 T 升压斩波器多用于直流电机的在生制动 5 2 3升降压斩波器 E E VD2 VD1 L ED M VT1 VT2 L ED M 斩波器 Io Uo Io Uo 半桥斩波器 E VD2 VD1 L M VT1 VT2 全桥斩波器 VD4 VD3 VT3 VT4 VT3不通 VT4导通构成半桥斩波器 一二象限 VT1不通 VT2导通构成半桥斩波器 三四象限 输出电压为 输出电流可逆 电流可逆斩波器 VT1 VD1构成降压斩波器 VT2不通 电机工作在正转电动状态 VT2 VD2构成升压斩波器 VT1不通 电机工作在正转发电状态 E E VD2 VD1 L ED M VT1 VT2 L ED M 斩波器 Io Uo Io Uo 半桥斩波器 E VD2 VD1 L M VT1 VT2 全桥斩波器 VD4 VD3 VT3 VT4 VT3不通 VT4导通构成半桥斩波器 一二象限 VT1不通 VT2导通构成半桥斩波器 三四象限 输出电压为 输出电流可逆 电流可逆斩波器 VT1 VD1构成降压斩波器 VT2不通 电机工作在正转电动状态 VT2 VD2构成升压斩波器 VT1不通 电机工作在正转发电状态 E C VD1 VD2 VD3 L L1 L2 L3 M VT2 VT1 VT3 多相多重斩波器 三相三重斩波器 由LC滤波器和三个降压斩波器组成 i1 i2 i3 io i1 t i2 t t io i3 t 错开的单相斩波器使总输出电压 电流 脉动减少 谐波含量低 5 2 4斩波器中晶闸管关断控制 E E C1 C1 VD VD1 VD L1 L L1 L M M VT2 VT1 VT2 VT3 VT1 先触发VT2导通 使C1充电至E Uo 0 VT1导通时 C1同时经VT1 L1 VD1放电并 反充 Uo E 若VT2导通 则VT1关断 定频调宽电路 控制VT2导通 使C1充电 控制VT3使C1反充 实际上VT2导通时VT1关断 E E C1 C1 VD VD1 VD L1 L L1 L M M VT2 VT1 VT2 VT3 VT1 先触发VT2导通 使C1充电至E Uo 0 VT1导通时 C1同时经VT1 L1 VD1放电并 反充 Uo E 若VT2导通 则VT1关断 定频调宽电路 控制VT2导通 使C1充电 控制VT3使C1反充 实际上VT2导通时VT1关断 E E C1 C1 VD VD1 VD L1 L L1 L