有源逆变电路【专业教学】

1、2.7 整流电路的有源逆变工作状态,2.7.1 逆变的概念 2.7.2 三相桥整流电路的有源逆变工作状态 2.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制,5-1,优选知识,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,2.7.1 逆变的概念,1) 什么是逆变？为什么要逆变,5-2,优选知识,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

2、在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路,5-3,优选知识,同极性EG EM 同极性EM EG 反极性，形成短路,2) 直流发电机电动机系统电能的流转,5-4,优选知识,交流电网输出电功率,电动机输出电功率,3) 逆变产生的条件 单相全波电路代替上述发电机,5-5,优选知识,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,E,M,a,i,VT,1,i,VT,2,i,VT,2,i,VT,1,i,VT,2,i,VT,1,5-6,优选知识,从上述分析中，可以

3、归纳出产生逆变的条件有二,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。 晶闸管的控制角 /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,5-7,优选知识,2.7.2三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 p /2 时，电路工作在整流状态。 p /2 p时，电路工作在逆变状态,5-8,优选知识,逆变角b,把a p /2时的控制角用p- = b表示，b 称为逆变角。 逆变角b和控制角a的计量方向相反，其大小自b =0的起始

4、点向左方计量,5-9,优选知识,逆变状态的晶闸管导通角是： 单相电路：180 三相逆变电路：120 逆变电路的数量关系： 可沿用整流的办法来处理逆变时有关波形与参数计算等各项问题,5-10,优选知识,5-11,优选知识,有源逆变状态时各电量的计算,输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，即,输出平均电压,5-12,优选知识,有源逆变状态时各电量的计算,每个晶闸管导通2p/3，故流过晶闸管的电流有效值为,从交流电源送到直流侧负载的有功功率为,当逆变工作时，由于EM为负值，故Pd一般为负值，表示功率由直流电源输送到交流电源,5-13,优选知识,有源逆变状态时各电量的计算,在三相桥式电路中，变压器二次

5、侧线电流的有效值为,5-14,优选知识,2.7.3逆变失败与最小逆变角的限制,逆变失败（逆变颠覆,逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大短路电流,5-15,优选知识,2.7.3逆变失败与最小逆变角的限制,触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，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，该断时不断，或该通时不通。 交流电源缺相或突然消失。 变压器漏抗的影响，换相的裕量角不足，引起换相失败,1) 逆变失败的原因,5-16,优选知识,u,d,u,a,u,b,u,c,O,w,t,O,w

6、,t,u,G,脉冲丢失,脉冲延时,u,d,u,a,u,b,u,c,O,w,t,O,w,t,u,G,5-17,优选知识,u,d,u,a,u,b,u,c,O,w,t,O,w,t,u,G,晶闸管发生故障,交流电源缺相自行分析,5-18,优选知识,考虑变压器漏抗换相重叠角的影响,5-19,优选知识,考虑变压器漏抗换相重叠角的影响,当b g 时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断,如果b g 时（从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,5-20,优选知识,2) 最小逆变角bmin的限制 逆变时允许采用的最小逆变角b 应等于 bm

7、in=d +g+q,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,这样， bmin一般取3035,5-21,优选知识,2.8 晶闸管直流电动机系统,2.8.1 工作于整流状态时 2.8.2 工作于有源逆变状态时 2.8.3 直流可逆电力拖动系统,5-22,优选知识,晶闸管可控整流装置带直流电动机负载组成的系统。 是电力拖动系统中主要的一种。 是可控整流装置的主要用途之一,对该系统的研究包括两个方面： 其一是在带电动机负载时整流电路的工

8、作情况。 其二是由整流电路供电时电动机的工作情况。本节主要从第二个方面进行分析,5-23,优选知识,2.8.1工作于整流状态时,反电动势负载： 电流连续工作状态 电流断续工作状态,通常在电枢回路串联一平波电抗器，保证整流电流在较大范围内连续，如图2-48,5-24,优选知识,1) 电流连续时电动机的机械特性,其机械特性是一组平行的直线，其斜率由于内阻不一定相同而稍有差异。 调节a 角，即可调节电动机的转速,5-25,优选知识,2) 电流断续时电动机的机械特性 当负载减小时，平波电抗器中的电感储能减小，致使电流不再连续，此时其机械特性也就呈现出非线性,5-26,优选知识,2) 电流断续时电动机的

9、机械特性 当负载减小时，平波电抗器中的电感储能减小，致使电流不再连续，此时其机械特性也就呈现出非线性,电动机的实际空载反电动势都是 。 时为： 。 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，可改用另一段较陡的特性来近似处理，等效电阻要大一个数量级,5-27,优选知识,电流断续时电动机机械特性的特点,电流断续时理想空载转速抬高。 机械特性变软，即负载电流变化很小也可引起很大的转速变化。 随着a 的增加，进入断续区的电流值加大,5-28,优选知识,2.8.2 工作于有源逆变状态时,1) 电流连续时电动机的机械特性,电流连续时的机械特性由 决定的。 逆变时由于 ， 反接

10、，得 因为EM=Cen，可求得电动机的机械特性方程式,图2-52 电动机在四象限中的机械特性,5-29,优选知识,2.8.2 工作于有源逆变状态时,2) 电流断续时电动机的机械特性,5-30,优选知识,5-31,优选知识,2.8.3 直流可逆电力拖动系统,三相半波有环流接线,三相全控桥无环流接线,5-32,优选知识,三相全控桥无环流接线 第一象限，电动机正转,5-33,优选知识,三相全控桥无环流接线 第一象限，增大触发角，输出电压减小，电流减小，电抗器放电，继续增大触发角，大于90度处于逆变状态，此时反组的逆变角要小于90度,5-34,优选知识,三相全控桥无环流接线 增大反组的逆变角，使得EM

11、Ud反，电枢电流改变方向，电动机制动，电能回馈电网，反组处于逆变状态。运行在第二象限,5-35,优选知识,三相全控桥无环流接线 电动机制动，转速减小，当转速为零时，改变反组的逆变角，使其大于90度，即控制角小于90度，工作在整流状态，电动机反向启动,5-36,优选知识,对应电动机四象限运行时两组变流器工作情况,5-37,优选知识,两套变流装置反并联连接的可逆电路的概念和结论,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,5-38,优选知识,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a P=b N ，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,5-39,优选知识,逻辑