有源逆变电路专业教学

1、5-1优选知识逆变（逆变（invertion）把直流电转变成交流电，把直流电转变成交流电，整整流的逆过程流的逆过程。逆变电路逆变电路把直流电逆变成交流电的电路。把直流电逆变成交流电的电路。有源逆变电路有源逆变电路交流侧和电网连结。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。步电动机串级调速以及高压直流输电等。无源逆变电路无源逆变电路变流电路的交流侧不与电网联变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载。接，而直接接到负载。1) 什么是逆变？为什么要逆变？什么是逆变？为什么要逆变？5-2优选知识对于可控整流电

2、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，称为变流电路变流电路。5-3优选知识同极性同极性eg em 同极性同极性em eg 反极性，形成短路反极性，形成短路2) 直流发电机直流发电机电动机系统电能的流转电动机系统电能的流转5-4优选知识交流电交流电网输出网输出电功率电功率电动机电动机输出电输出电功率功率3) 逆变产生的条件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)u10udu20u10aoowtwtididudemu10udu20u10oowtwtididud /2，使使ud为为负值负值。半控桥或有续流二极

3、管的电路，因其整流电半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压压ud不能出现负值，也不允许直流侧出现负不能出现负值，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。极性的电动势，故不能实现有源逆变。欲实现有源逆变，只能采用欲实现有源逆变，只能采用全控全控电路。电路。5-7优选知识逆变和整流的区别逆变和整流的区别：控制角 a a 不同 0a a /2 时，电路工作在整流状态。 /2 a a /2时的控制角用时的控制角用- a a = b b表示，表示，b b 称为称为逆变角逆变角。逆变角逆变角b b和控制角和控制角a a的计量方向相反，其大小自的计量方向相反，其大小自b b =0的起始点的起

4、始点向左方向左方计量。计量。5-9优选知识逆变状态的晶闸管导通角是：逆变状态的晶闸管导通角是：单相电路：单相电路：180三相逆变电路：三相逆变电路：120逆变电路的数量关系：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计算等各项问题5-10优选知识uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udwtowtob =4b =3b =6b =4b =3b =6wt1wt3wt25-11优选知识有源逆

5、变状态时各电量的计算有源逆变状态时各电量的计算：-reuid输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，即输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，即2222220.9cos0.9cos1.17cos1.17cos2.34cos2.34cosddduuuuuuuuuababab - - -输出平均电压：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有源逆变状态时各电量的计算：每个晶闸管导通每个晶闸管导通2 /3，故流过晶闸管的电流有效值，故流过晶闸管的电流有效值为：为：ddvtiii577. 03从交流电源送到直流侧负载的有功功率为：从交流电源送到直流侧负载的有功功率为：dmddieirp2当

6、逆变工作时，由于当逆变工作时，由于em为负值，故为负值，故pd一般为一般为负值，表示功率由直流电源输送到交流电源。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，变压器二次侧线电流的有效值在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流的有效值为：为：ddvtiiii816. 032225-14优选知识逆变失败（逆变颠覆）逆变失败（逆变颠覆） 逆变时，一旦换相失败，外接直流电源逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路就会通过晶闸管电路短路短路，或使变流器的输，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成出平均电压和直流

7、电动势变成顺向串联顺向串联，形，形成很大成很大短路电流短路电流。5-15优选知识触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给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。等，致使晶闸管不能正常换相。晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。通。交流电源缺相或突然消失。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，引变压器漏抗的影响，换相的裕量角不足，引起换相失败。起换相失败。1) 逆变失败的原因逆变失败的原因5-16优选知识uduaubucowtowtu

8、g脉冲丢失脉冲丢失脉冲延时脉冲延时uduaubucowtowtug5-17优选知识uduaubucowtowtug晶闸管发生故障晶闸管发生故障交流电源缺相自行分析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：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：考虑变压器漏抗换相重叠角的影响：当当b b g g 时，换相结束时，晶闸管时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。能承受反压而关断。如果如果b b g g 时（时（从右下角的波形中可清楚地看到），该通从右下角的波形中可清楚地看到），该通的晶闸管（的晶闸管（vt2）会关断，而应关断的晶闸管（

9、）会关断，而应关断的晶闸管（vt1)不不能关断，最终导致逆变失败。能关断，最终导致逆变失败。 udooidwtwtuaubucuaubpbgb givt1ivtivt3ivtivt3225-20优选知识2) 最小逆变角最小逆变角b bmin的限制的限制逆变时允许采用的最小逆变角逆变时允许采用的最小逆变角b b 应等于应等于b bmin=d d +g g+q qd d 晶闸管的关断时间晶闸管的关断时间tq折合的电角度折合的电角度g g 换相重叠角换相重叠角q q安全裕量角安全裕量角tq大的可达大的可达200300ms，折算到电角度约，折算到电角度约4 5 。随直流平均电流和换相电抗的增加而增大。

10、随直流平均电流和换相电抗的增加而增大。主要针对主要针对脉冲不对称程度（一般可达脉冲不对称程度（一般可达5 ）。）。值约取值约取为为10 。这样，这样， b bmin一般取一般取30 35 。5-21优选知识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。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。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：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作情况。其一是在带电动机负载时整流电路的工作情况。其二是由整流电路供电时电动机的

11、工作情况。本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。节主要从第二个方面进行分析。5-23优选知识udoidwtuaubucaudoiaibicicwteudidr反电动势负载：反电动势负载：电流连续工作状态电流连续工作状态 电流断续工作状态电流断续工作状态通常在电枢回路通常在电枢回路串联一平波电抗串联一平波电抗器，保证整流电器，保证整流电流在较大范围内流在较大范围内连续，如图连续，如图2-482-48。5-24优选知识1) 电流连续时电动机的机械特性电流连续时电动机的机械特性nceemuiruedm-acos17. 12edecuircun-acos17. 12其

12、机械特性是一组其机械特性是一组平平行的直线行的直线，其斜率由，其斜率由于内阻不一定相同而于内阻不一定相同而稍有差异。稍有差异。调节调节a a 角，即可调节角，即可调节电动机的转速。电动机的转速。ona1a2 60a) 3cos(22a-u5-27优选知识电流断续时电动机机械特性的特点：电流断续时电动机机械特性的特点：电流断续时理想空电流断续时理想空载转速抬高。载转速抬高。机械特性变软，即机械特性变软，即负载电流变化很小也负载电流变化很小也可引起很大的转速变可引起很大的转速变化。化。随着随着a 的增加，进入的增加，进入断续区的电流值加大断续区的电流值加大。oa3a2a1id分界线断续区连续区a5

13、a4e0e5-28优选知识1) 电流连续时电动机的机械特性电流连续时电动机的机械特性电流连续时的机械特性由电流连续时的机械特性由 决定的。决定的。 逆变时由于逆变时由于 ， 反接，得反接，得 因为因为em=cen，可求得电动机的机械特性方程式，可求得电动机的机械特性方程式-rieudmdbcos0dduu-me)cos(0-riueddmb)cos(10-riucnddeb图2-52 电动机在四象限中的机械特性5-29优选知识2) 电流断续时电动机的机械特性电流断续时电动机的机械特性ba-qqbqbtantan21)67sin()67sin(cos2ccmeeue-qqbqbtantan2)6

14、7sin()67sin(cos2cceemeecucen-2)67cos()67cos(cos22322nuczuiedqqbb-5-30优选知识正组变流器反组变流器na3a2a1ida4b2b3b4b1a =b =2a =b =2b3b2b1b4a2a3a4a1a1=b 1;a 1=b1a2=b 2;a 2=b2a 增大方向b 增大方向a 增大方向b 增大方向5-31优选知识三相半波有环流接线三相半波有环流接线三相全控桥无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三相全控桥无环流接线第一象限，电动机正转第一象限，电动机正转5-33优选知识三相全控桥无环流接线三相全控桥无

15、环流接线 第一象限，增大触发角，输出电压减小，电流第一象限，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度处于逆变状态，此时反组的逆变角要小于90度度5-34优选知识三相全控桥无环流接线三相全控桥无环流接线 增大反组的逆变角，使得增大反组的逆变角，使得emud反反，电枢电流改，电枢电流改变方向，电动机制动，电能回馈电网，反组处变方向，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。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三相全控桥无环流接线电动机制动，转速

16、减小，当转速为零时，改变反电动机制动，转速减小，当转速为零时，改变反组的逆变角，使其大于组的逆变角，使其大于90度，即控制角小于度，即控制角小于90度，工作在整流状态，电动机反向启动。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两套变流装置反并联连接的可逆电路的概念和结论连接的可逆电路的概念和结论：环流环流是指只在两组变流器之间流动而不经过负载的是指只在两组变流器之间流动而不经过负载的电流。电流。正向运行时由正组变流器供电；反向运行时，则由正向运行时由正组变流器供电；反向运

17、行时，则由反组变流器供电。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（不同的控制方案，如配合控制有环流（ ）、可）、可控环流、逻辑控制无环流和错位控制无环流等。控环流、逻辑控制无环流和错位控制无环流等。电动机都可电动机都可四象限运行四象限运行。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。作及其工作状态：整流或逆变。ba5-38优选知识abab 配合控制的有环流可逆系统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

18、对正、反两组变流器同时输入触发脉冲，并严格保证格保证a=b b 的配合控制关系的配合控制关系 。假设正组为整流，反组为逆变，即有假设正组为整流，反组为逆变，即有a pb b n n ，uda ap=udb bn，且极性相抵，两组变流器之间没有，且极性相抵，两组变流器之间没有直流环流。直流环流。但两组变流器的输出电压瞬时值不等，会产生但两组变流器的输出电压瞬时值不等，会产生脉动环流。脉动环流。串入环流电抗器串入环流电抗器lc限制环流。限制环流。5-39优选知识逻辑无环流可逆系统逻辑无环流可逆系统工程上使用较广泛，不需设置环流电抗器。工程上使用较广泛，不需设置环流电抗器。只有一组桥投入工作（另一组关断