PE_4晶闸管有源逆变电路.ppt

1、第四章 晶闸管有源逆变电路,4.1 有源逆变的基本工作原理 4.2 逆变失败与逆变角的限制 4.3 晶闸管直流可逆拖动方案与工作原理 4.4 绕线式异步电动机的串级调速系统,第四章 晶闸管有源逆变电路,在生产实际中，除了将交流电变换为大小可调的直流电外，有时还需将直流电变换为交流电。将直流电变换为交流电的过程称为逆变，能够实现逆变的电路就是逆变电路。 逆变电路分为有源逆变电路和无源逆变电路。 有源逆变是将直流电变换成和电网同频率的交流电并反馈到交流电网。 有源逆变的过程：直流电逆变器交流电交流电网。 无源逆变是将直流电变换成某一频率或频率可调的交流电直接供给负载使用。 无源逆变过程：直流电逆变

2、器交流电（频率可调）用电器,4.1 有源逆变的基本工作原理,一、有源逆变的工作原理 （二）两电源间功率的传递,整流和有源逆变的根本区别是能量传送方向上的不同,如图所示，两个直流电源E1和E2可有三种相连的电路形式。图(a)表示两电源同极性相连。当E1E2时，电流I 从E1流向E2，回路电流 I 大小为 I=(E1-E2)/R (41,4.1 有源逆变的基本工作原理,此时电源E1输出的功率为P1=E1I，其中一部分功率为R所消耗PR=(El-E2)I=I2R。其余部分则被电源E2所吸收P2=E2I。在上述情况中，输出功率的电源其电势方向与电流方向一致，而吸收功率的电源则二者方向相反,在图(b)中

3、，将两电源的极性均反过来，若E2El，则电流方向不变，但功率反送，即电源E2输出功率，电源E1吸收功率,4.1 有源逆变的基本工作原理,在图(c)中，两电源反极性相连，此时电流大小为 I=(E1+E2)/R (4-2) 这时电源E1和E2同时输出功率向回路电阻R供电，输出的功率全部消耗在电阻R上。两电源输出的功率为P1=E1I、P2=E2I ；电阻上消耗的功率为PR=(El+E2)I=I 2R。若R电阻值很小，则电路中的电流必然很大；若R=0则造成两电源间短路,4.1 有源逆变的基本工作原理,结论： 电流从电源的正极端流出者为输出功率，电流从电源的正极端流入者为吸收功率。 其输出或吸收功率的大

4、小则由电势与电流的乘积决定，若电势或电流方向改变，则功率的传送方向也随之改变。 两电源同极性相连，电流总是从电势高的电源流向电势低的电源，电流大小则取决于两电势之差和回路电阻。若回路电阻很小，则很小的电势差，也足以产生较大的电流，使两电源间交换很大的功率。 两电源反极性相连时，电势数值相加。若回路的总电阻很小，则形成短路，应当避免发生这种情况,二）有源逆变的工作原理,4.1 有源逆变的基本工作原理,如图两组单相桥式整流电路，通过开关Q与直流电动机负载相联接。设先将开关Q掷向1位置，I 组晶闸管的控制角a90，电路工作在整流状态，输出波形如图(b)所示。输出电压Udl上正下负，电动机作电动运行，

5、流过电枢的电流为il，电动机的反电势E上正下负。此时交流电源通过晶闸管装置输出功率，电动机吸收功率,4.1 有源逆变的基本工作原理,如果给组晶闸管加触发脉冲且aII90，其输出电压UdII为下正上负。当开关Q快速掷向2后，由于机械惯性，电动机的电势E不变，仍为上正下负，从而形成两电源反极性串联，电动机和组晶闸管都输出功率，消耗在回路电阻上。因回路电阻很小，将产生很大电流，相当于短路事故，这是不允许的。这就是图4-1(c)所示情况,4.1 有源逆变的基本工作原理,当Q掷向2的同时，使组晶闸管的控制角a调整到大于90，这时其输出电压为UdII=Ud0cos，输出波形如图(c)所示。 UdII为负值

6、，极性为上正下负。若使|UdII|E |，且假设电动机的转速暂不变，因而E也不变，组晶闸管在E和u2的作用下导通，产生电流i2，方向如图4-2(a)所示。此时电动机输出功率，运行在发电制动状态，组晶闸管吸收功率送回交流电网，这就是有源逆变,4.1 有源逆变的基本工作原理,4.1 有源逆变的基本工作原理,单相全控桥电路工作在逆变状态时的输出电压控制原理与整流时相同，只不过控制角a大于90，输出电压为Ud=0.9U2cosa。 为计算方便，引入逆变角b，令a=p-b，用电角度表示为a=180-b，所以有 Ud=0.9U2cosa=0.9U2cos(180-b) =-0.9U2cosb (4-3,有

7、源逆变时，晶闸管在交流电源的负半周导通的时间较长，即输出电压Ud波形负面积大于正面积，电压平均值Ud0，直流平均功率的传递方向是交流电源经变流装置送往直流负载。 因此，对于同一套变流装置，当a90时工作在逆变状态；当a=b=90时，输出电压平均值Ud=0，电流Id也等于零，交直流两侧没有能量交换,4.1 有源逆变的基本工作原理,实现有源逆变的条件： 变流装置的直流侧要有直流电源E，其大小要大于由a决定的直流输出电压Ud，即|E |Ud|，其方向应使晶闸管承受正向电压。 变流装置必须工作在逆变角b90)区间，使Ud0，这样才能将直流功率逆变为交流功率返送至交流电网,4.1 有源逆变的基本工作原理

8、,上述两条是实现有源逆变的必要条件。为保证在逆变过程中电流连续，逆变电路中需串接大电感。 对于半控桥式晶闸管电路或直流侧接有续流二极管的电路不可能输出负电压，而且也不允许在直流侧接上反极性的直流电源，所以这些电路不能实现有源逆变,4.1 有源逆变的基本工作原理,4.1 有源逆变的基本工作原理,二、常用晶闸管有源逆变电路 (一) 三相半波有源逆变电路,演示,4.1 有源逆变的基本工作原理,电动机电动势E的极性下正上负，当控制角 a90，即b|Ud|时，由于电路中接有大电感，符合有源逆变的条件，故 电路可实现有源逆变。变流器输出的直流电压为 Ud=Udocosa=-Udocosb=-1.17U2c

9、osb 式中输出电压为负值，说明电压的极性与整流时相反。输出的直流电流平均值为 I d=(E-Ud)/R 式中R电动机电枢回路的总电阻,当控制角a在090时电路工作在整流状态；当a在90180即逆变角b在900时电路工作在有源逆变状态。图4-3(b)为a=120即b=60 时的电压波形。wtl时刻触发脉冲Ug1触发晶闸管VTl导通。因为有电动势E的作用，即使uU相电压为负值，VT1仍有可能承受正压而导通。然后，与整流一样，按电源相序依次换相，每个晶闸管导通120 。输出电压Ud波形如图阴影部分所示，直流平均电压Ud在横轴下面为负值，数值比电动势E小。注意，逆变角b的计算从对应相邻相负半周的交点

10、往左度量,4.1 有源逆变的基本工作原理,二) 三相全控桥有源逆变电路,4.1 有源逆变的基本工作原理,4.1 有源逆变的基本工作原理,二) 三相全控桥有源逆变电路 电路工作与整流时一样，即要求每隔60依次轮流触发晶闸管使其导通120 ，触发脉冲必须是宽脉冲或双窄脉冲。逆变时直流侧电压计算公式为 Ud=-2.34U2cosb (4-6) 图4-4为b=30(即a=150)时三相全控桥直流输出电压ud的波形。共阴极组在触发脉冲Ug1、Ug3、Ug5触发换流时，晶闸管由阳极电压低的管子换到阳极电压高的管子，因此在相电压波形中触发时电压上跳；共阳极组Ug2、Ug4、Ug6触发换流时，由阴极电位高的管

11、子换到阴极电位低的管子，所以触发时电压波形下跳。晶闸管承受的电压波形与三相半波有源逆变电路相同,4.1 有源逆变的基本工作原理,4.2 逆变失败与逆变角的限制,当变流装置工作在有源逆变状态时，若出现输出电压Ud与直流电源E 顺极性串联，或由于换相失败造成直流电源E 通过晶闸管电路形成短路，由于逆变电路的内阻很小，必然形成很大的短路电流流过晶闸管和负载，从而造成事故，这种情况称为逆变失败或逆变颠覆,4.2 逆变失败与逆变角的限制,一、逆变失败的原因 晶闸管电路工作在整流状态时，如果出现晶闸管损坏、触发脉冲丢失或熔断器熔断时，将导致整流电路缺相，使直流电压减小，一般不会使故障进一步扩大。但在逆变状

12、态时如发生上述情况，结果要严重得多，将造成逆变失败,4.1 有源逆变的基本工作原理,当U相晶闸管VTl导通到wt1时，Ug2应触发VT2管换到V相导通。但如果由于Ug2丢失或VT2管损坏或V相熔断器熔断或缺相等原因，将使VT2管无法导通，VTl不能承受反压而无法关断，使VTl沿U相电压波形继续导通到电源的正半周，使电源的瞬时电压与反电动势E顺极性串联，出现很大的短路电流流过晶闸管与负载，出现逆变失败,4.2 逆变失败与逆变角的限制,图4-5 三相半波电路逆变失败波形,另一种逆变失败的原因是逆变角b太小。在换流时必然会出现换流的两个晶闸管同时导通的过程。例如VTl导通，在触发VT2时，由于交流电

13、源都存在内阻抗，其中主要是变压器的漏感及线路杂散电感，使得欲导通的晶闸管VT2不能瞬间导通，欲关断晶闸管VT1的电流不能减小到小于维持电流而关断。换相时两个晶闸管同时导通对应的电角度称为换相重叠角 g,4.2 逆变失败与逆变角的限制,由于存在换相重叠角 g ，在wtl时刻触发晶闸管VT2换相，因逆变角b太小，在过wt2时刻(对应b=0)时换流还未结束，此时U相电压uU已大于V相电压uV，使VTl管仍承受正向电压而继续导通，VT2管导通短时间后又受反压关断，相当于VT2管脉冲Ug2丢失，从而造成逆变失败,4.2 逆变失败与逆变角的限制,逆变失败的主要原因: 触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给

14、各个晶闸管分配脉冲。如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相。 晶闸管发生故障，在应该阻断期间，器件失去阻断能力，或在应该导通期间，器件不能导通，从而造成逆变失败。 在逆变工作状态时，交流电源发生缺相或突然消失，造成直流电源通过晶闸管使电路短路。 逆变角b太小，造成b小于换相重叠角g，引起换相失败,4.2 逆变失败与逆变角的限制,防止逆变失败的措施： 合理选择变流装置所用晶闸管的参数，并设置过电压过电流保护环节； 触发电路工作一定要安全可靠； 输出触发脉冲逆变角的最小值bmin应严格加以限制,4.2 逆变失败与逆变角的限制,最小逆变角bmin的大小应考虑以下因素： 换相重叠角g。g 与整

15、流变压器漏抗、电路的形式以及工作电流的大小有关。一般g应考虑为1525。 晶闸管的关断时间tg所对应的电角度do。tg一般约为200300ms，对应的电角度为4 6。 安全裕量角qa。考虑到触发脉冲间隔不均匀、电网波动、畸变以及温度等的影响，还必须留有一个安全裕量角qa ，一般取10左右,二、最小逆变角bmin限制,最小逆变角的确定 min+0+a30-35 式中 -换相重叠角 0 -晶闸管关断时间toff所对应的电角度 a-安全余量角 为防止触发脉冲进入bmin区内，在要求较高的场合，可在触发电路中加保护电路，使b角减小时，不能进入bmin区内；也可以在bmin处设置产生附加安全脉冲的装置，

16、此脉冲位置固定，一旦工作脉冲移入bmin区内，则安全脉冲保证在bmin处触发晶闸管，防止逆变失败。在有环流可逆拖动电路中，最小整流控制角amin也必须加以限制，一般取aminbmin,4.2 逆变失败与逆变角的限制,直流电动机可逆拖动系统是指能够控制电动机正反转的自动控制系统。如：起重提升设备、电梯、龙门刨床、轧钢机轧辊等生产机械均要求电动机能够实现可逆运行。 改变直流它励电动机的转向有两种方法： 1. 改变电枢两端电压的极性； 2. 改变励磁绕组两端电压的极性。 电动机正反转的控制可通过两种方法实现： 1. 用一组晶闸管供电带正反向接触器的线路； 2. 用两组晶闸管反并联电路,4.3 晶闸管

17、直流可逆拖动方案与工作原理,一、晶闸管相控整流供电 接触器控制直流电动机的正反转,4.3 晶闸管直流可逆拖动方案与工作原理,控制角a90，变流装置工作在整流状态，输出直流电压Ud上正下负。若接触器KM1主触点闭合，电动机电枢得到如图所示左正右负的整流电压，电动机正转，电动机产生反电势E如图所示,欲使电动机由正转到反转，可将触发脉冲移到a90 ，即逆变角b90 的逆变工作区,4.3 晶闸管直流可逆拖动方案与工作原理,刚开始，KM1未打开，此时电抗器Ld中产生较高的感应电动势，在此电动势的作用下，电路进入有源逆变状态，将电抗器中的储能逆变为交流能量返回电网。此时电流Id 将很快下降,4.3 晶闸管

18、直流可逆拖动方案与工作原理,当Id下降到近似为零时，断开KM1，闭和KM2，由于电动机反电动势的作用，电路仍工作在有源逆变状态，将电动机正向旋转的机械能逆变为电能送回电网，同时产生制动转矩，电动机运行在发电制动状态,4.3 晶闸管直流可逆拖动方案与工作原理,随着转速n的快速下降，电动势E减小，相应地增大逆变角b，使桥路逆变电压Ud随电动势E同步下降，从而使电流Id=(E-Ud)Ra在制动过程中始终维持最大，电动机转速迅速下降到零。 将触发脉冲相应地移到a90，桥路又工作在整流状态。由于KM2已经闭和，流过电枢的电流反向，电动机反向旋转,4.3 晶闸管直流可逆拖动方案与工作原理,停车时，应先将触

19、发脉冲移至b区，断开KM2，闭合KM1，电路满足有源逆变条件，电动机进入发电制动状态。随着转速下降，逆变角b逐渐增大，直到b=90，直流电压Ud=0，电动机停转，KM1触点打开,4.3 晶闸管直流可逆拖动方案与工作原理,总结： 电机正转：变流装置处于整流状态，KM1闭合、KM2断开。 电机反转：变流装置处于整流状态，KM2闭合、KM1断开。 正转转换反转：变流装置处于逆变状态， KM1断开、 KM2闭合，发电制动。 反转转换正转：变流装置处于逆变状态， KM2断开、 KM1闭合，发电制动,4.3 晶闸管直流可逆拖动方案与工作原理,也可用接触器或继电器控制电动机励磁电流方向来实现电动机的正反转。

20、 采用接触器控制的可逆电路的优点是线路简单，价格便宜，初期投资少，适用于要求不高、容量不大的场合。在动作频繁、电流较大的场合，接触器体积庞大，容易损坏，维修麻烦。同时由于接触器本身动作时间较长，因而不宜用在快速系统中。对于那些容量大，要求过渡过程快，动作频繁的设备，可采用两组晶闸管变流桥反并联的可逆电路,4.3 晶闸管直流可逆拖动方案与工作原理,二、采用两组晶闸管变流桥的可逆电路 两组晶闸管变流器反极性连接，两种供电方式： 反并联连接两组变流桥由一个交流电源或一个整流变压器供电。 交叉连接两组晶闸管变流桥分别由一个整流变压器的二组二次绕组供电，当然也可用两个整流变压器供电。 两种连接的工作原理

21、是相似的。 常用的反并联可逆电路有：逻辑无环流、有环流以及错位无环流等三种工作方式,4.3 晶闸管直流可逆拖动方案与工作原理,反并联供电时，若两组变流桥同时工作在整流状态就会产生很大的环流。 所谓环流就是只流经整流变压器和两组晶闸管变流桥而不流经电动机的电流,一) 逻辑无环流可逆电路的基本原理,4.3 晶闸管直流可逆拖动方案与工作原理,环流是一种有害电流，它不作有用功而增加变流装置的容量，产生损耗使电器元件发热，甚至会造成短路事故损坏元件。因此必须采用逻辑控制的方法，使变流装置不会产生环流,4.3 晶闸管直流可逆拖动方案与工作原理,逻辑无环流可逆电路: 在系统运行中始终只有一组变流桥工作，而另

22、一组变流桥处于封锁状态，任何瞬间都不会出现两组变流桥同时导通的情况，因此就不会产生环流,若I组变流桥工作，将组变流桥触发脉冲封锁，使其阻断。当需要改变电动机旋转方向时，将I组变流桥触发脉冲封锁，使组变流桥触发工作,4.3 晶闸管直流可逆拖动方案与工作原理,反并联可逆电路四象限运行图,4.3 晶闸管直流可逆拖动方案与工作原理,电动机四象限运行时两组变流器的工作情况,第1象限，电动机正转，做电动运行，组变流器工作在整流状态，aI90，EUda,4.3 晶闸管直流可逆拖动方案与工作原理,第2象限，电动机正转，做发电运行，组变流器工作在逆变状态，bIIUdb,4.3 晶闸管直流可逆拖动方案与工作原理,

23、第3象限，电动机反转，做电动运行，组变流器工作在整流状态，aII90，EUda,4.3 晶闸管直流可逆拖动方案与工作原理,第4象限，电动机反转，做发电运行，组变流器工作在逆变状态，bIUdb,4.3 晶闸管直流可逆拖动方案与工作原理,实现方法：根据给定信号，通过极性检测环节判断电动机电磁转矩的方向即电枢电流方向，从而决定开放哪一组变流桥、封锁哪一组变流桥。当实际的转矩方向与给定信号要求的转矩方向不一致时，应进行两组变流桥触发脉冲间的切换。 切换的第一步，使原工作桥的电感能量通过本桥逆变返送电网，当电流下降到零时，则标志“本桥逆变结束。当零电流信号发出后延时23ms，封锁原工作桥的触发脉冲，在经

24、过68ms确保原工作桥的晶闸管恢复阻断能力后，再开放原封锁的那一组变流桥的触发脉冲。为确保不产生环流，在发出零电流信号后必须延时10ms（控制死区）左右才能开放原封锁的那一组变流桥,4.3 晶闸管直流可逆拖动方案与工作原理,二)有环流反并联可逆电路的基本原理 有环流反并联可逆系统的特点是反并联的两组变流桥同时有触发脉冲的作用，而且在工作中都能保持连续导通状态。负载电流的反向完全是连续变化的过程，而且不需要检测负载电流的方向或者阻断与导通相应的变流桥，动态性能较好。 为了防止在两组变流桥之间出现直流环流，特别设置为当一组变流桥工作在整流状态时，另一组必须工作在逆变状态，并且保持a=b，即两组变流

25、桥的控制角之和必须保持在180，这样才能使二组变流桥直流侧电压大小相等、方向相反。将这一运行方式称为a=b工作制,4.3 晶闸管直流可逆拖动方案与工作原理,a=b工作制触发脉冲的安排如下： 当控制电压Uc=0时，使I、两组变流桥的aI=bII=90，使输出电压为零，则电动机转速为零。 当增大Uc，使I组aI90 ，进入整流状态，同时使组bII90 ，进入待逆变状态。电动机为正转电动状态,4.3 晶闸管直流可逆拖动方案与工作原理,4.3 晶闸管直流可逆拖动方案与工作原理,减小Uc，aI与bII同时逐渐增大，则UdI、UdII立即减小。由于电机的惯性，反电势E不变，EUdI=Ud，E使组变流桥满足

26、有源逆变条件而导通，从待逆变状态转为逆变状态，产生制动转矩，使电动机转速降低。继续增大aI和bII，使E始终稍大于Ud，电动机在减速过程中一直产生制动转矩，以达到快速制动的目的,在这一过程中，I组变流桥虽输出直流电压UdI为正，但UdI小于反电势E，没有直流电流输出，这种状态称为待整流状态(没有电能供给电动机)。继续增大I、两组变流桥的控制角，使aI90 ，即bI90 ，则I组变流桥转入待逆变状态；组变流桥因aII90。而进入整流状态，直流电压改变极性，电动机反转,4.3 晶闸管直流可逆拖动方案与工作原理,在实际运行中如能严格保持a=b，两组反并联的变流桥之间是不会产生直流环流的。但是由于两组

27、变流桥的直流输出端瞬时电压值UdI与Ud不相等，因此会出现瞬时电压差，称为均衡电压uc或环流电压。在均衡电压作用下产生不流经负载的环流电流。 限制环流的办法是串接均衡电抗器，因桥式电路有两条环流通道，所以必须设置四只限制环流的电抗器如图47(c)、(d)中的L1L4,4.3 晶闸管直流可逆拖动方案与工作原理,4.3 晶闸管直流可逆拖动方案与工作原理,因为工作时只有一组变流桥流过电动机负载电流，接在该组两端的两只电抗器已经或接近饱和，起不到限制环流的作用，需由另外两只均衡电抗器分别限制上下两侧的交流环流。在可逆系统中通常限制最大环流为电动机额定环流的510。 假若ab，则环流电压正半波减小，负半

28、波增大，环流就会受到限制。为了减小环流或为了防止出现ab的情况，可采用a稍大于b的工作方式,4.3 晶闸管直流可逆拖动方案与工作原理,可控环流的反并联可逆系统：按需要对环流大小进行控制。 当负载电流小时，调节两组变流桥的控制角，使ab，环流减小。这样既减小了损耗又可减小均衡电抗器的电感量。 总之，当需要环流时，可使它大一些；不需要时，就限制它小一些,4.3 晶闸管直流可逆拖动方案与工作原理,三) 错位无环流可逆电路的基本原理 错位无环流可逆系统可以不用均衡电抗器而且能够避免逻辑无环流系统切换控制比较复杂的缺点。 错位无环流系统的基本工作原理：两组变流桥都输入触发脉冲，只是适当错开彼此间触发脉冲

29、的位置，使不工作的那一组变流桥在受到触发脉冲时，阳极电压恰好为负值，使之不能导通，从而消除环流,4.3 晶闸管直流可逆拖动方案与工作原理,绕线式异步电动机可采用改变转子回路串接的附加电阻进行调速，这种调速方法简单方便，但调速不平滑、机械特性软、附加电阻耗能大。而串级调速是通过转子回路引入附加电动势来实现调速的，可以实现异步电动机的无级调速，具有节能、机械特性较硬等特点。 一、串级调速原理,4.4 绕线式异步电动机的串级调速系统,在转子回路串入一个与转子感应电动势sE20同频率但反相的附加电动势Ef，调节Ef 的大小，即可改变转子的电流I2,就可以调节电动机的转速，即为低于同步转速的串级调速,实

30、现串级调速的核心环节是要有一套产生附加电动势Ef的装置。由于异步电动机转子的感应电动势的频率是随转速变化的，即f2=sf1(f1为定子电源频率)，这就要求附加电动势既要大小可调，又要使其频率与转子频率相同。产生这样一个附加电动势，在技术上是比较复杂的。目前广泛应用的是把转子电动势通过整流变为直流电势，再与一个可控的外加直流电势相串联。为调速串入的直流附加电势，通常采用晶闸管有源逆变器获得,4.4 绕线式异步电动机的串级调速系统,4.4 绕线式异步电动机的串级调速系统,二、低同步晶闸管串级调速的主电路 这种调速系统具有效率高、运行可靠、无级调速、结构简单、控制性能好等特点，目前已在水泵、风机、压

31、缩机的节能调速上广泛采用。 转子整流器和产生附加电动势的晶闸管有源逆变器均采用三相桥式电路。Ud是转子经整流后的直流电压 Ud=1.35sE20 式中：s 转差率 E20 转子不动，即转差率s =1时，转子绕组开路线电势,4.4 绕线式异步电动机的串级调速系统,系统运行时，有源逆变器处于逆变工作状态，将转子能量反馈给电网，逆变角b的范围为3090，逆变电压Udb即为引入的反电动势。当电动机转速稳定时，忽略直流回路电阻，则整流电压Ud与逆变电压Udb大小相等、方向相反。 当逆变变压器T1二次侧线电压为U21时，则逆变电压的数值为 Udb=1.35U21cosb=Ud=1.35sE20,4.4 绕

32、线式异步电动机的串级调速系统,所以 s=(U21/E20)cosb 上式说明，改变逆变角b的大小即可改变电动机的转差率，实现调速。 这种调速的实质是逆变电压Udb可看成转子电路的反电动势，改变b值即可以改变反电动势的大小，反馈给电网的功率也随之变化,4.4 绕线式异步电动机的串级调速系统,转子回路经三相不可控桥式整流后输出的直流电压平均值为： Ud=1.35sE20 式中：s转差率 E20转子不动，即转差率s =1时，转子绕组开路线电势。 三相全控桥式有源逆变器输出的直流电压平均值为： Ud=1.35U2lcos 式中 U2l逆变变压器副变绕组线电压有效值。 逆变电压可看作是加在异步电动机回路

33、中的反电势，只要改变逆变角，就可以改变回路中的反电势，实现对绕线式异步电动机的转速控制。 在有源逆变状态下，直流回路的电压平衡方程式为Ud=U，即 1.35sE20=1.35U2lcos 电机转差率为 上式表明，改变逆变角的大小即可改变电动机的转差率，实现调速,4.4 绕线式异步电动机的串级调速系统,四、斩波式逆变器串级调速系统 晶闸管串级调速系统具有良好的节能效果，但其缺点是功率因数较低，产生的高次谐波影响电网的供电质量。随着全控型电力电子器件的快速发展和使用，斩波式逆变器串级调速系统开始应用，这种系统不仅能够大大降低无功损耗，提高功率因数，减小高次谐波分量，而且系统线路比较简单,4.4 绕

34、线式异步电动机的串级调速系统,电动机转子整流电路通过斩波器和晶闸管逆变器相连，逆变器控制角通常固定在最小逆变角处而不需要调节。斩波器将整流器输出的直流电流id斩成如图所示波形,斩波器开关的工作周期为T，在t时间内，斩波器开关闭合，整流桥被短路；在(Tt)时间内，斩波器开关断开,4.4 绕线式异步电动机的串级调速系统,整流桥的输出电压为Ud=1.35sE20，逆变器的输出电压为Udb=1.35U21cosbmin。逆变电压Udb经斩波器输入整流桥端的电压为Udb(T-t)T，故有 Ud=Udb(T- t)T 所以有 s=(1-t/T)U21cosbmin/E20 由上式可见，改变斩波器开关闭和的

35、时间t的大小，即可调节电动机的转速的大小,4.4 绕线式异步电动机的串级调速系统,当t=T时斩波器开关一直处于闭和状态，电动机转子短接，此时电动机运行在自然特性；当t=0时，斩波器一直处于开关断开状态，电动机运行在串级调速的最低速。 斩波式逆变器串级调速系统虽然比传统的串级调速系统多了一个斩波器环节，但经分析可知，逆变变压器的容量和晶闸管装置的容量都比较小，所节约的成本足以补偿斩波器的成本，而更重要的是它能够大大改善功率因数和降低谐波电流,4.4 绕线式异步电动机的串级调速系统,高频斩波串级调速控制装置主回路如图所示。由启动电路、整流电路、斩波电路、逆变等主电路构成,启动电路由频敏变阻器PF、接触器1KM、接触器2KM构成。大型电动机启动时产生较大的启动电流，对电网造成较大的冲击。为减小启动电流，使电动机平稳启动，在高频斩波串级调速装置中，加设了自动切换的启动装置,4.4 绕线式