《有源逆变电路》PPT课件

第4章有源逆变电路,4.1逆变的概念4.2三相有源逆变电路4.3逆变失败与最小逆变角的限制4.4逆变工作状态时的直流电动机机械特性4.5有源逆变电路应用举例4.6变流装置的功能指标4.7变流装置的触发电路,本章内容:有源逆变电路的工作原理及实施逆变的条件，逆变颠覆及防止措施。触发脉冲与主回路电压的同步，移相工作原理。学习要点:掌握有源逆变电路的工作状态及实施逆变的条件，逆变状态时的能量分析及其物理概念；掌握三相桥式逆变电路对触发脉冲的要求，逆变颠覆及防止措施。掌握触发脉冲与主回路电压的同步问题，移相工作原理及移相范围，了解集成触发器的工作原理及应用。,本章学习内容与学习要点,4.1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。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。无源逆变电路变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载，将在第8章介绍。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。,4.1逆变的概念,2)直流发电机电动机系统电能的流转,图4-1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,电路过程分析。两个电动势同极性相接时，电流总是从电动势高的流向低的，回路电阻小，可在两个电动势间交换很大的功率。,4.1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4-2单相全波电路的整流和逆变,交流电网输出电功率,电动机输出电功率,a),b),u,10,u,d,u,20,u,10,a,O,O,w,t,w,t,I,d,i,d,U,d,E,M,u,10,u,d,u,20,u,10,O,O,w,t,w,t,I,d,i,d,U,d,/2，使Ud为负值。,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。,4.2三相有源逆变电路,逆变和整流的区别：控制角不同,0p/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bg时（从图4-4右下角的波形中可清楚地看到），该通的晶闸管（VT2）会关断，而应关断的晶闸管（VT1)不能关断，最终导致逆变失败。,4.3逆变失败与最小逆变角的限制,2)确定最小逆变角bmin的依据逆变时允许采用的最小逆变角b应等于bmin=d+g+q（4-5）,d晶闸管的关断时间tq折合的电角度,g换相重叠角,q安全裕量角,tq大的可达200300ms，折算到电角度约45。,随直流平均电流和换相电抗的增加而增大。,主要针对脉冲不对称程度（一般可达5）。值约取为10。,4.3逆变失败与最小逆变角的限制,g换相重叠角的确定：查阅有关手册举例如下：,参照整流时g的计算方法,（4-6）,4.3逆变失败与最小逆变角的限制,这样，bmin一般取3035。,换相重叠角g与Id和XB有关，电路参数确定后，g就有定值,4.4逆变工作状态时的直流电动机机械特性,1)电流连续时电动机的机械特性,电流连续时的机械特性由决定的。逆变时由于，反接，得因为EM=Cen，可求得电动机的机械特性方程式,（4-9),（4-10),图4-5电动机在四象限中的机械特性,4.4逆变工作状态时的直流电动机机械特性,2)电流断续时电动机的机械特性,可沿用整流时电流断续的机械特性表达式，把代入式，便可得EM、n与Id的表达式。三相半波电路为例：,(4-11),(4-12),(4-13),4.4逆变工作状态时的直流电动机机械特性,逆变电流断续时电动机的机械特性，与整流时十分相似：,图4-5电动机在四象限中的机械特性,理想空载转速上翘很多，机械特性变软，且呈现非线性。逆变状态的机械特性是整流状态的延续。纵观控制角变化时，机械特性得变化。,第1、4象限中和第3、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。,4.5直流可逆电力拖动系统,图4-6两组变流器的反并联可逆线路,图4-6a与b是两组反并联的可逆电路,a三相半波有环流接线b三相全控桥无环流接线c对应电动机四象限运行时两组变流器工作情况,4.5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的相关概念和结论：,环流是指只在两组变流器之间流动而不经过负载的电流。正向运行时由正组变流器供电；反向运行时，则由反组变流器供电。根据对环流的处理方法，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。,4.5直流可逆电力拖动系统,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。,电动机反向过程分析：详见P79,a=b配合控制的有环流可逆系统对正、反两组变流器同时输入触发脉冲，并严格保证a=b的配合控制关系。假设正组为整流，反组为逆变，即有aP=bN，UdaP=UdbN，且极性相抵，两组变流器之间没有直流环流。但两组变流器的输出电压瞬时值不等，会产生脉动环流。串入环流电抗器LC限制环流。,4.5直流可逆电力拖动系统,第1象限：正转电动运行，此时1组工作于整流状态，由12，2组工作于逆变状态，且Ud1=Ud2,但由于二极管的单相导电性，2组桥没有电流流过。工作在待逆变状态。同样，由于Ud1和Ud2的瞬时值不相等，所以有交流的环流在两者间流动。必需加上环流电抗器Lc加以限制。,12,，即12,4.5直流可逆电力拖动系统,第2象限：正转制动运行。当需要正转制动（刹车）时，将1增大但Ud1=Ud2，此时2组立刻工作于逆变状态。由二极管的单相导电性，1组桥没有电流流过。工作在待整流状态。,4.5直流可逆电力拖动系统,第3象限：将2调节至0时900。,4.7.2同步信号为正弦波的触发电路,4.7.3集成触发器,可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便。晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电路。KJ004与分立元件的锯齿波移相触发电路相似,分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。,图4-9KJ004电路原理图,4.7.3集成触发器,完整的三相全控桥触发电路3个KJ004集成块和1个KJ041集成块，可形成六路双脉冲，再由六个晶体管进行脉冲放大即可。,图4-9三相全控桥整流电路的集成触发电路,4.7.3集成触发器,模拟与数字触发电路以上触发电路为模拟的，优点：结构简单、可靠；缺点：易受电网电压影响，触发脉冲不对称度较高，可达34，精度低。数字触发电路：脉冲对称度很好，如基于8位单片机的数字触发器精度可达0.71.5。,KJ041内部是由12个二极管构成的6个或门。也有厂家生产了将图2-57全部电路集成的集成块，但目前应用还不多。,4.7.4触发电路的定相,触发电路的定相触发电路应保证每个晶闸管触发脉冲与施加于晶闸管的交流电压保持固定、正确的相位关系。措施：同步变压器原边接入为主电路供电的电网，保证频率一致。触发电路定相的关键是确定同步信号与晶闸管阳极电压的关系。,图4-10三相全控桥中同步电压与主电路电压关系示意图,4.7.4触发电路的定相,变压器接法：主电路整流变压器为D,y-11联结，同步变压器为D,y-11,5联结。,图4-11同步变压器和整流变压器的接法及矢量图,4.7.4触发电路的定相,表4-1三相全控桥各晶闸管的同步