有源逆变概念及工作原理

有源逆变一、单相有源逆变电路逆变电路的分类 整流是把交流电变换成直流电供给负载，那么，能不能反过来，利用相控整流电路把直流电变为交流电呢？完全可以。我们把这种整流的逆过程称为逆变。在许多场合，同一套晶闸管或其它可控电力电子变流电路既可作逆变，这种装置称为变流装置或变流器。根据逆变输出交流电能去向的不同，所有逆变电路又分为有源逆变和无源逆变两种。前者以电网为负载，即逆变输出的交流电能回送到电网，后者则以用电器为负载，如交流电机、电炉等。变流器的两种工作状态 用单相桥式可控整流电路能替代发电机给直流电动机供电，为使电流连续而平稳，在回路中串接大电感Ld称为平波电抗器。这样，一个由单相桥式可控整流电路供电的晶闸管直流电动机系统就形成了。在正常情况下，它有两种工作状态，其电压电流波形分别示于图31、图32中。1.变流器工作于整流状态（0 a p /2） 在图31中，设变流器工作于整流状态。由单相全控整流电路的分析可知，大电感负载在整流状态时Ud0.9U2cosa，控制角的移相范围为090 ，Ud为正值，P点电位高于N点电位，并且Ud应大于电动机的反电势E，才能使变流器输出电能供给电动机作电机运行。此时，电能由交流电网流向直流电源（即直流电动机M的反电势E）。图312.变流器工作与逆变状态（p /2 a p /2的范围内工作，使变流器输出的平均电压Ud的极性与整流状态时相反，大小应和直流电势配合，完成反馈直流电能回交流电网的功能。 从上面的分析可以看出，整流和逆变、交流和直流在晶闸管变流器中互相联系着，并在一定条件下可互相转换，同一个变流器，既可以作整流器，又可以作逆变器，其关键是内部和外部的条件。 不难分析，半控桥式电路或具有续流二极管的电路，因为不可能输出负电压，变流器不能实现有源逆变，而且也不允许直流侧出现反极性的直流电势。二、三相有源逆变电路三相半波逆变电路1.工作原理 图33为三相半波电机负载电路，负载回路接有大电感，电流连续。当a在0p/2范围内变动时，平均值Ud总为正值，且Ud应略大于E。此时电流id从Ud正端流出，从E的正端流入，电机作为电动机运行，吸收电能，这就是三相半波电路的整流工作状态。图33 对于逆变状态（p /2 a p ），选取和整流状态相对应的条件进行分析，假设此时电动机反电势的极性已反接（如图34(a)所示）。因为有了持续的直流电势和极大的电感Ld，主电路电流始终连续。图34 变流器输出电压必须如图34(b)中粗黑线所示。当a在p/2p范围内变动时，输出平均值Ud为负，其极性是上负下正，此时电动机的电势E应稍大于Ud。主电路内的电流Id方向没有变，但是它从E的正极流出，到Ud的正端流入，所以电能倒送。2.逆变角b及逆变电压的计算 三相半波电路在整流和逆变范围内，只要电流连续，每个晶闸管的导通角都是2p/3，故不论控制角a为何值，直流侧输出电压的平均值和a的关系都为 为分析和计算方便起见，电路进入逆变状态时，通常用逆变角b表示。规定b角计算的起始点为控制角ap处，计算方法为自ap（b0）的起始点向左方计算，因此控制角和逆变角的关系是abp，或bpa。三相桥式全控有源逆变电路1.逆变电路波形分析 图35(a)为三相有源逆变电路。根据以前的分析，在区间0 a p /2，电路工作于整流状态；ap/2时，Ud0；在p /2 a g时，经过换相过程后，b相电压ub仍高于a相电压ua，所以换相结束时，能使T1承受反压而关断。如果换相的裕量角不足，即当b g时，从图39的波形中可以看出，当换相尚未结束时，电路的工作状态到达P点之后，a相电压ua将高于b相电压ub，晶闸管T2则将承受反向电压而重新关断，而应该关断的T1却还承受正电压而继续导通，且a相电压随着时间的推迟愈来愈高，致使逆变失败。图3-94.交流电源发生异常现象 在逆变运行时，可能出现交流电源突然断电，缺相或电压过低等现象。如果在逆变工作时，交流电源发生缺相或突然消失，由于直流电势E的存在，晶闸管仍可触发导通，此时变流器的交流侧由于失去了同直流电势极性相反的交流电压，因此直流电势将经过晶闸管电路而被短路。最小逆变角的确定 由上可见，为了保证逆变电路的正常工作，必须选用可靠的触发器，正确选择晶闸管的参数，并且采取必要的措施，减少电路中du/dt和di/dt的影响，以免发生误导通。为了防止意外事故，与整流电路一样，电路中一般应装有快速熔断器或快速开关，以资保护。另外，为了防止发生逆变颠覆，逆变角b不能太小，必须限制在某一允许的最小角度内。 逆变时允许采用的最小逆变角b应为bdgq式中d - 晶闸管的关断时间tq折合的电角度，称恢复阻断角，dtq；g - 换相重叠角；q - 安全裕量角。n 电流跟踪PWM（CF