9整流与有源逆变

,电力电子技术PowerElectronicTechnology,第八讲整流与有源逆变(四),8.1整流电路的有源逆变工作状态8.2晶闸管直流电动机系统,8.1整流电路的有源逆变工作状态,8.1.1逆变的概念8.1.2三相桥整流电路的有源逆变工作状态8.1.3逆变失败与最小逆变角的限制,返回,8.1.1逆变的概念,1.什么是逆变？为什么要逆变？逆变（invertion）把直流电转变成交流电，整流的逆过程实例：电力机车下坡行驶，机车的位能转变为电能，反送到交流电网中去逆变电路把直流电逆变成交流电的电路有源逆变电路交流侧和电网连结应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级调速以及高压直流输电等对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其电路形式未变，只是电路工作条件转变。既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路无源逆变变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载，将在第5章介绍,返回,8.1.1逆变的概念,2.直流发电机电动机系统电能的流转,图2-44直流发电机电动机之间电能的流转,a）两电动势同极性EGEMb）两电动势同极性EMEGc）两电动势反极性，形成短路,8.1.1逆变的概念,图2-44aM电动运转，EGEM，电流Id从G流向M，M吸收电功率图2-44b回馈制动状态，M作发电运转，此时，EMEG，电流反向，从M流向G故M输出电功率，G则吸收电功率，M轴上输入的机械能转变为电能反送给G图2-44c两电动势顺向串联，向电阻R供电，G和M均输出功率，由于R一般都很小，实际上形成短路，在工作中必须严防这类事故发生,8.1.1逆变的概念,3.逆变产生的条件单相全波电路代替上述发电机图2-45aM电动运行，全波电路工作在整流状态，在0/2间，Ud为正值，并且UdEM，才能输出Id交流电网输出电功率，电动机则输入电功率图2-45bM回馈制动，由于晶闸管的单向导电性，Id方向不变，欲改变电能的输送方向，只能改变EM极性。为了防止两电动势顺向串联，Ud极性也必须反过来，即Ud应为负值，且|EM|Ud|，才能把电能从直流侧送到交流侧,实现逆变。电能的流向与整流时相反,M输出电功率,电网吸收电功率Ud可通过改变来进行调节，逆变状态时Ud为负值，逆变时在/2间,8.1.1逆变的概念,产生逆变的条件有二：（1）有直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一致，其值大于变流器直流侧平均电压（2）晶闸管的控制角/2，使Ud为负值,图2-45单相全波电路的整流和逆变,8.1.1逆变的概念,半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压ud不能出现负值，也不允许直流侧出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变。欲实现有源逆变，只能采用全控电路。,8.1.2三相桥整流电路的有源逆变工作状态,逆变和整流的区别：控制角不同0/2时，电路工作在整流状态p/2g时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。如果b60,8.2.1工作于整流状态时,电流断续时电动机机械特性可由下面三个式子准确地得出式中，L为回路总电感。,（2-117）,（2-118）,（2-119）,8.2.1工作于整流状态时,一般只要主电路电感足够大，可以只考虑电流连续段，完全按线性处理。当低速轻载时，断续作用显著，可改用另一段较陡的特性来近似处理（见图2-50），其等效电阻比实际的电阻R要大一个数量级。整流电路为三相半波时，在最小负载电流为Idmin时，为保证电流连续所需的主回路电感量为（2-120）对于三相桥式全控整流电路带电动机负载的系统，有（2-121）,8.2.1工作于整流状态时,L中包括整流变压器的漏电感、电枢电感和平波电抗器的电感。前者数值都较小，有时可忽略。Idmin一般取电动机额定电流的5%10%。因为三相桥式全控整流电压的脉动频率比三相半波的高一倍，因而所需平波电抗器的电感量也可相应减小约一半，这也是三相桥式整流电路的一大优点。,8.2.2工作于有源逆变状态时,1.电流连续时电动机的机械特性主回路电流连续时的机械特性由电压平衡方程式决定。逆变时由于Ud=Ud0cos，EM反接，得因为EM=Cen，可求得电动机的机械特性方程式,（2-123）,（2-122）,返回,8.2.2工作于有源逆变状态时,图2-52电动机在四象限中的机械特性,8.2.2工作于有源逆变状态时,2.电流断续时电动机的机械特性电流断续时电动机的机械特性方程可沿用整流时电流断续的机械特性表达式，只要把=-代入式（2-117）、式（2-118）和式（2-119），便可得EM、n与Id的表达式，求出三相半波电路工作于逆变状态且电流断续时的机械特性，即,（2-124）,（2-125）,（2-126）,8.2.2工作于有源逆变状态时,逆变电流断续时电动机的机械特性，与整流时十分相似：理想空载转速上翘很多，机械特性变软，且呈现非线性说明逆变状态的机械特性是整流状态的延续纵观控制角由小变大（如/65/6），电动机的机械特性则逐渐的由第1象限往下移，进而到达第4象限。逆变状态的机械特性同样还可表示在第2象限里，与它对应的整流状态的机械特性则表示在第3象限里应该指出，图2-52中第1、第4象限中的特性和第3、第2象限中的特性是分别属于两组变流器的，它们输出整流电压的极性彼此相反，故分别标以正组和反组变流器。,8.2.3直流可逆电力拖动系统,图2-53两组变流器的反并联可逆线路,返回,8.2.3直流可逆电力拖动系统,图2-53(c)两组变流器的反并联可逆线路,8.2.3直流可逆电力拖动系统,两套变流装置反并联连接的可逆电路：图2-53a为三相半波有环流接线，图2-53b为三相全控桥的无环流接线。环流是指只在两组变流器之间流动而不经过负载的电流。电动机正向运行时由正组变流器供电的；反向运行时，则由反组变流器供电根据对环流的不同处理方法，反并联可逆电路又可分为不同的控制方案，如配合控制有环流（=）、可控环流、逻辑控制无环流和错位控制无环流等电动机都可四象限运行可根据电动机所需运转状态来决定哪一组变流器工作及其工作状态：整流或逆变,8.2.3直流可逆电力拖动系统,图2-53c绘出了电动机四象限运行时两组变流器（简称正组桥、反组桥）的工作情况第1象限：正转，电动机作电动运行，正组桥工作在整流状态，pp/2），EMUdb(下标中有b表示逆变，N表示反组）第3象限，反转，电动机作电动运行，反组桥工作在整流状态，Np/2），EMUdb直流可逆拖动系统，除能方便地实现正反转外，还能实现电动机的回馈制动,8.2.3直流可逆电力拖动系统,电动机反向过程：第1象限正转，电动机从正组桥取得电能先使电动机迅速制动，为此需切换到反组桥工作在逆变状态，此时电动机进入第2象限作正转发电运行，随着电动机转速的下降，不断地调节，使之由小变大直至=/2（n=0），如继续增大，即EMb）两电动势同极性EMEGc）两电动势反极性，形成短路,返回,图2-45单相全波电路的整流和逆变,返回,图2-46三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形,返回,图2-47交流侧电抗对逆变换相过程的影响,返回,图2-48三相半波带电动机负载且加平波电抗器时的电压电流波形,返回,图2-49三相半