《变流器运行》PPT课件

1,第2章变流器运行,2.1换流重叠角2.2有源逆变2.3变流器外特性2.4谐波2.5功率因数本章作业,2,2.1换流重叠角,2.1.1换流重叠角产生2.1.2变压器漏抗对三相半波可控整流电路的影响2.1.3变压器漏抗对其他电路的影响,3,2.1.1换流重叠角产生,在前面对变流电路进行分析和计算时，都未考虑包括变压器漏感在内的交流侧电感对电路的影响，即认为换相是瞬间完成的。但实际上，变压器绕组总存在一定的漏感，交流回路中也有一定的电感，为了分析和讨论的方便，将所有交流侧电感都折算到变压器二次侧，用一个集中电感LB来表示。换相重叠角由于变压器漏抗存在，使换相两只晶闸管有一个共同导通时间，我们把这个共同导通时间的时间，用电角度表示。,4,ik=ib是逐渐增大的，而ia=Id-ik是逐渐减小的。当ik增大到等于Id时，ia=0，VT1关断,换流过程结束。,2.1.2变压器漏感对三相半波可控整流电路的影响,VT1换相至VT2的过程：,因a、b两相均有漏感，故ia、ib均不能突变。于是VT1和VT2同时导通，相当于将a、b两相短路，在两相组成的回路中产生环流ik。,图2-1考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形,5,换相过程中，整流电压ud为同时导通的两个晶闸管所对应的两个相电压的平均值。,（2-1）,2.1.2变压器漏感对三相半波可控整流电路的影响,6,换相压降与不考虑变压器漏感时相比，ud平均值降低的多少。,2.1.2变压器漏感对三相半波可控整流电路的影响,（2-2）,7,换相重叠角g的计算,由上式得：,进而得出：,（2-3）,（2-4）,（2-5）,2.1.2变压器漏感对三相半波可控整流电路的影响,8,由上述推导过程，已经求得：,当时，于是,（2-6）,2.1.2变压器漏感对三相半波可控整流电路的影响,9,2.1.2变压器漏感对三相半波可控整流电路的影响,g随其它参数变化的规律：（1）Id越大则g越大；（2）XB越大g越大；（3）当a90时，越小g越大。,（2-7）,（2-8）,10,2.1.3变压器漏感对其他整流电路的影响,变压器漏抗对各种整流电路的影响,表2-1各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算,注：单相全控桥电路中，环流ik是从-Id变为Id。本表所列通用公式不适用；三相桥等效为相电压等于的6脉波整流电路，故其m=6，相电压按代入。,11,2.1.3变压器漏感对整流电路的影响,变压器漏感对整流电路影响的一些结论:,出现换相重叠角g，整流输出电压平均值Ud降低。整流电路的工作状态增多。晶闸管的di/dt减小，有利于晶闸管的安全开通。有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt。换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路。换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。,12,2.2有源逆变,2.2.1逆变的概念2.2.2三相半波有源逆变电路2.2.3三相桥整流电路的有源逆变2.2.4逆变失败与最小逆变角的限制,13,2.2.1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5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。,14,2.2.1逆变的概念,2)直流发电机电动机系统电能的流转,图2-2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。,15,2.2.1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2-3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。且,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。,17,2.2.2三相半波有源逆变电路,(a)整流状态下电压、电流波形(b)逆变状态下电压、电流波形图2.4三相半波相控电路的整流和有源逆变工作状态,18,2.2.2三相半波有源逆变电路,图2.5三相半波相控电路输出电压及晶闸管两端的电压波形,19,2.2.3三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,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b60,2.变流器的外特性,30,可沿用整流时的机械特性表达式，把代入便可得EM、n与Id的表达式。三相半波电路为例：,2.变流器的外特性,（-）,31,逆变电流断续时电动机的机械特性，与整流时十分相似：,图2-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。,2.变流器的外特性,32,随着电力电子技术的发展，其应用日益广泛，由此带来的谐波(harmonics)和无功(reactivepower)问题日益严重，引起了关注。,无功的危害：导致设备容量增加。使设备和线路的损耗增加。线路压降增大，冲击性负载使电压剧烈波动。,谐波的危害：降低设备的效率。影响用电设备的正常工作。引起电网局部的谐振，使谐波放大，加剧危害。导致继电保护和自动装置的误动作。对通信系统造成干扰。,2.整流电路的谐波分析,33,1）谐波,对于非正弦波电压，可分解为傅里叶级数：,n次谐波电流含有率以HRIn（HarmonicRatioforIn）表示（2-）,正弦波电压可表示为：,基波（fundamental）频率与工频相同的分量谐波频率为基波频率大于1整数倍的分量谐波次数谐波频率和基波频率的整数比,2.整流电路的谐波分析,34,2.整流电路的谐波分析,（n=1,2）,傅里叶级数：,35,整流电路的输出电压中主要成分为直流，同时包含各种频率的谐波，这些谐波对于负载的工作是不利的。,图2-a=0时，p脉波整流电路的整流电压波形,例：=0时，p脉波整流电路的整流电压和整流电流的谐波分析。,2.整流电路的谐波分析,36,2.整流电路的谐波分析,37,=0时整流电压、电流中的谐波有如下规律：,当p一定时，随谐波次数增大，谐波幅值迅速减小，表明最低次（p次）谐波是最主要的，其它次数的谐波相对较少；当负载中有电感时，负载电流谐波幅值dn的减小更为迅速。p增加时，最低次谐波次数增大，且幅值迅速减小，电压纹波因数迅速下降。,2.整流电路的谐波分析,38,不为0时的情况：整流电压谐波的一般表达式十分复杂，下面只说明谐波电压与角的关系。,图2-11三相全控桥电流连续时，以n为参变量的与的关系,以n为参变量，n次谐波幅值对的关系如图2-34所示：当从090变化时，ud的谐波幅值随增大而增大，=90时谐波幅值最大。从90180之间电路工作于有源逆变工作状态，ud的谐波幅值随增大而减小。,2.整流电路的谐波分析,39,2.5功率因数,正弦电路中的情况,电路的有功功率就是其平均功率：,）,视在功率为电压、电流有效值的乘积，即S=UI无功功率定义为：Q=UIsinj,功率因数l定义为有功功率P和视在功率S的比值：,此时无功功率Q与有功功率P、视在功率S之间有如下关系：,功率因数是由电压和电流的相位差j决定的：l=cosj,40,2.5功率因数,非正弦电路中的情况,有功功率、视在功率、功率因数的定义均和正弦电路相同，功率因数仍由式定义。不考虑电压畸变，研究电压为正弦波、电流为非正弦波的情况有很大的实际意义。,基波因数n=I1/I，即基波电流有效值和总电流有效值之比位移因数（基波功率因数）cosj1,功率因数由基波电流相移和电流波形畸变这两个因素共同决定的。,41,非正弦电路的无功功率,定义很多，但尚无被广泛接受的科学而权威的定义。一种简单的定义是：,无功功率Q反映了能量的流动和交换，目前被较广泛的接受。,也可采用符号Qf，忽略电压中的谐波时有：Qf=UI1sinj1在非正弦情况下，因此引入畸变功率D，使得：,Qf为由基波电流所产生的无功功率，D是谐波电流产生的无功功率。,2.5功率因数,42,1)单相桥式全控整流电路,忽略换相过程和电流脉动，带阻感负载，直流电感L为足够大（电流i2的波形见教材）,变压器二次侧电流谐波分析：,电流中仅含奇次谐波。各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。,2.5功率因数,43,基波电流有效值为i2的有效值I=Id，可得基波因数为电流基波与电压的相位差就等于控制角，故位移因数为所以，功率因数为,功率因数计算,2.5功率因数,44,2）三相桥式全控整流电路,图2-12三相桥式全控整流电路带阻感负载a=30时的波形,阻感负载，忽略换相过程和电流脉动，直流电感L为足够大。以=30为例，此时，电流为正负半周各120的方波，其有效值与直流电流的关系为：,2.5功率因数,45,变压器二次侧电流谐波分析：,电流基波和各次谐波有效值分别为,电流中仅含6k1（k为正整数）次谐波。各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。,功率因数计算,2.5功率因数,46,1)单相桥式不可控整流电路实用的单相不可控整流电路采用感容滤波。,单相不可控整流电路交流侧谐波组成有如下规律：谐波次数为奇次。谐波次数越高，谐波幅值越小。谐波与基波的关系是不固定的。越大，则谐波越小。,关于功率因数的结论如下：,位移因数接近1，