有源逆变电路

1、3.7 3.7 整流电路的有源逆变工作状态整流电路的有源逆变工作状态 3.7.1 3.7.1 逆变的概念逆变的概念3.7.2 3.7.2 三相桥整流电路的有源逆变工作状态三相桥整流电路的有源逆变工作状态3.7.3 3.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制逆变逆变把直流电转变成交流电，把直流电转变成交流电，整流的逆过程整流的逆过程。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接。交流侧和电网连接。无源逆变电路无源逆变电路变流电路的交流侧不与电网连接，变流电路的交流侧不与电网连接， 而接到负载。而接到负载。3

2、.7.1 3.7.1 逆变的概念逆变的概念 1.1.什么是逆变？为什么要逆变？什么是逆变？为什么要逆变？ 对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆对于可控整流电路，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，称为作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路变流电路。2.2.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 GMdEEIRMGdEEIRGGdPE IMMdPE I2RdPI R3. 3. 逆变产生的条件逆变产生的条件 图图2-45 2-45 单相全波电路的整流

3、和逆变单相全波电路的整流和逆变 重物提升，变流器工作于整流状态重物提升，变流器工作于整流状态 重物下放，变流器工作于逆变状态重物下放，变流器工作于逆变状态dMdUEIRMddEUIR 外部条件：外部条件： 内部条件：内部条件：产生逆变的条件：产生逆变的条件： 有有直流电动势直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一致，其极性和晶闸管导通方向一致，其值其值大于大于变流器直流侧平均电压。变流器直流侧平均电压。 要求晶闸管电路的控制角要求晶闸管电路的控制角a ap p/2 ，使，使Ud为负值为负值。0a a p p /2 整流整流状态状态 a a = p p /2 中间状态中间状态 p p / /2 a

4、a R；控制角；控制角 =2/3p p 。求不考虑换相过程影响和考虑换相过程影响时，变流求不考虑换相过程影响和考虑换相过程影响时，变流电路直流侧平均电压电路直流侧平均电压Ud、Id和回馈电网的平均功率；和回馈电网的平均功率；并求出电路换相重叠角并求出电路换相重叠角g g 。 解：解：1.1.不考虑换相过程影响不考虑换相过程影响 22.34cos128.7dUUVa 128.720071.31dMdUEIAR 9.18ddPU IkW 2. 2. 考虑换相过程影响考虑换相过程影响 0.314BBXL30.3BXXRp22.34cosdXdUUR Ia22.34cosXdMdUR IEIRa 22

5、.34cos54.85MdXUEIARRa3. 3. 换相重叠角换相重叠角g g 22coscos6BdX IUaag=8.89g2145.16 54.857.962dMdddPI RE IU IkW 22.34cos145.16dXdUUR Ia 10.1 10.1 晶闸管直流电动机系统晶闸管直流电动机系统 10.1.1 10.1.1 工作于整流状态时工作于整流状态时10.1.2 10.1.2 工作于有源逆变状态时工作于有源逆变状态时10.1.3 10.1.3 直流可逆电力拖动系统直流可逆电力拖动系统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

6、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工作情况。其二是由整流电路供电时电动机的工作情况。10.1.1 10.1.1 工作于整流状态时工作于整流状态时 dMdUEI RU32BBMXRRRp1.1.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 MeEC neenCKdMdUEI RU21.17cosdUUa21.17coseMdC nEUR IUa21.17cosdeeR IUUnCCa22.34cosdeeR IUUnCCa三相半波三相半波 三相桥三相桥其机械特性是一组其机械特性是一组平行的直线平行的直线，其斜率由于内阻，其斜率由于内阻 不一

7、定相同而稍有差异。不一定相同而稍有差异。调节调节a a 角，即可调节电动机的转速。角，即可调节电动机的转速。2.2.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 理想空载转速理想空载转速nO O高高特点：特点： 机械特性变软机械特性变软a a60实际空载反电动势实际空载反电动势22Ua a60时为：时为：22cos3Uap随着随着a a 的增加，进入断续区的电流值加大。的增加，进入断续区的电流值加大。2min1.46dULI三相半波三相半波 三相桥三相桥2min0.693dULIIdmin：电动机额电流的：电动机额电流的5%10%10.1.2 10.1.2 工作于有源逆变状态时工作于有

8、源逆变状态时 1.1.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 dMdUEI R0cosMddEUI Rb MeEC n01cosddenUI RCb 2.2.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 图图2-52 电动机在四象限中的机械特性电动机在四象限中的机械特性10.1.3 10.1.3 直流可逆电力拖动系统直流可逆电力拖动系统 三相桥式反并联可逆电路三相桥式反并联可逆电路 电路的工作情况电路的工作情况 N P 电动机正向运行电动机正向运行 第第1 1象限象限，正转、电动运行、正组桥工作在整流状态，正转、电动运行、正组桥工作在整流状态 a a Pp p/2 EMU

9、da a 第第2 2象限象限，正转、发电运行、反组桥工作在逆变状态，正转、发电运行、反组桥工作在逆变状态 b bNp p/2 EMUdb b 电动机反向运行电动机反向运行 第第3 3象限象限，反转、电动运行、反组桥工作在整流状态，反转、电动运行、反组桥工作在整流状态 a a Np p/2第第4 4象限象限，反转、发电运行、正组桥工作在逆变状态，反转、发电运行、正组桥工作在逆变状态 EMUda aEMUdb bb bpp p/ /2 三相桥式反并联可逆电路的环流三相桥式反并联可逆电路的环流 逻辑无环流可逆电路逻辑无环流可逆电路 有环流反并联可逆电路有环流反并联可逆电路 错位无环流可逆电路错位无环

10、流可逆电路 直流可逆电力拖动系统，将在后继课直流可逆电力拖动系统，将在后继课“运动控制运动控制”中进一步分析讨论。中进一步分析讨论。3.8 3.8 相控电路的驱动控制相控电路的驱动控制 ( (晶闸管触发电路晶闸管触发电路) ) 3.8.1 3.8.1 同步信号为锯齿波的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路3.8.2 3.8.2 集成集成 触发器触发器3.8.3 3.8.3 触发电路的定相触发电路的定相单结管移相触发电路单结管移相触发电路 阻容移相触发电路阻容移相触发电路 同步信号为正弦波的触发电路同步信号为正弦波的触发电路 同步信号为锯齿波的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路 集成触发器与数字触

11、发器集成触发器与数字触发器 3.8.1 3.8.1 同步信号为锯齿波的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路 三个基本环节：三个基本环节：脉冲的形成与放大、锯齿波的形成脉冲的形成与放大、锯齿波的形成 和脉冲移相、同步环节。和脉冲移相、同步环节。此外，还有强触发和双窄此外，还有强触发和双窄 脉冲形成环节。脉冲形成环节。输出可为输出可为双窄双窄脉冲（适用于有两个晶闸管同时导通脉冲（适用于有两个晶闸管同时导通的电路），也可为的电路），也可为单窄单窄脉冲。脉冲。1.1.脉冲形成与放大脉冲形成与放大 V7、V8：脉冲脉冲放大环节放大环节 V4、V5：脉冲形成环节：脉冲形成环节V4导通，输出触导通，输出触发脉

12、冲发脉冲 V5截至持续时间截至持续时间为脉冲宽度为脉冲宽度 R11C3电路由电路由V1、V2、V3和和C2等元件组成等元件组成 V1、VS、RP2和和R3为一恒流源电路为一恒流源电路2.2.锯齿波形成和脉冲移相环节锯齿波形成和脉冲移相环节 311111bcccuuidtCI dtI tCC 锯齿波形成环节锯齿波形成环节 V2截至持续时间为锯齿波宽度截至持续时间为锯齿波宽度 V2开关的频率就是锯齿波的频率开关的频率就是锯齿波的频率 V4基极电位：锯齿波电压基极电位：锯齿波电压ue3 控制电压控制电压uco 直流偏移电压直流偏移电压up 脉冲移相环节脉冲移相环节 783678heRRuuRRR67

13、867ppRRuuRRR68768cocoRRuuRRRUco为正值，为正值，M点向前移。点向前移。 Uco为负值，为负值，M点向后移。点向后移。 0cou4bhpuuu4bhpcouuuuUp：控制电压：控制电压uco=0=0时，时， 脉冲的初始相位。脉冲的初始相位。 同步同步要求触发脉冲的频率与主电路电源的频率要求触发脉冲的频率与主电路电源的频率 相同且相位关系确定。相同且相位关系确定。3. 3. 同步环节同步环节 V2开关的频率就是开关的频率就是锯齿波的频率锯齿波的频率由同步变压由同步变压器所接的交流电压决定。器所接的交流电压决定。锯齿波是由开关锯齿波是由开关V2管来控制的。管来控制的。

14、V2由导通变截止期间产生锯齿波由导通变截止期间产生锯齿波锯齿波起点锯齿波起点基本就是同步电压由正变负的过零点。基本就是同步电压由正变负的过零点。V2截止状态持续的时间就是截止状态持续的时间就是锯齿波的宽度锯齿波的宽度取决取决于充电时间常数于充电时间常数R1C1。5.5.双窄脉冲形成环节双窄脉冲形成环节 4.4.强触发环节强触发环节 VT6VT1VT2 内双脉冲电路内双脉冲电路V5、V6构成构成“或或”门门只要只要V5、V6有一个截止，都会使有一个截止，都会使V7、V8导通，导通， 有脉冲输出。有脉冲输出。第一个脉冲由本相触发单元的第一个脉冲由本相触发单元的uco对应的控制角对应的控制角a a产

15、生。产生。当当V5、V6都导通时，都导通时，V7、V8都截止，没有脉冲输出。都截止，没有脉冲输出。隔隔6060 的第二个脉冲是由滞后的第二个脉冲是由滞后6060 相位的后一相触相位的后一相触 发单元产生（通过发单元产生（通过V6）。）。 3.8.3 3.8.3 触发电路的定相触发电路的定相 触发电路应保证每个晶闸管触发脉冲与施加于晶闸触发电路应保证每个晶闸管触发脉冲与施加于晶闸管的交流电压保持固定、正确的相位关系。管的交流电压保持固定、正确的相位关系。2.2.措施：措施： 同步变压器原边接入为主电路供电的电网，同步变压器原边接入为主电路供电的电网， 保证频率一致。保证频率一致。 触发电路定相的

16、关键是确定同步信号与晶闸触发电路定相的关键是确定同步信号与晶闸 管阳极电压的关系。管阳极电压的关系。1.1.触发电路的定相触发电路的定相锯齿波中点：锯齿波中点：30090a3000a 210au301800同步同步3.8.2 3.8.2 集成触发器集成触发器可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便。可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便。晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电路。立式电路。模拟与数字触发电路模拟与数字触发电路模拟触发电路优点：模拟触发电路优点：结构简单、可靠；结构简单、可靠；缺点：缺点：易受电网电压影响，

17、触发脉冲不对称度较高，易受电网电压影响，触发脉冲不对称度较高， 可达可达3 3 4 4 ，精度低。，精度低。数字触发电路：数字触发电路：脉冲对称度很好，如基于脉冲对称度很好，如基于8 8位单片位单片 机的数字触发器精度可达机的数字触发器精度可达0.70.7 1.51.5 。1. 1. 可控整流电路，可控整流电路，重点掌握：电力电子电路作为分重点掌握：电力电子电路作为分段线性电路进行分析的基本思想；单相全控桥式段线性电路进行分析的基本思想；单相全控桥式整流电路、三相半波可控整流及三相全控桥式整整流电路、三相半波可控整流及三相全控桥式整流电路的原理分析与计算、波形分析，各种负载流电路的原理分析与计

18、算、波形分析，各种负载对整流电路工作情况的影响。对整流电路工作情况的影响。本章小结本章小结2. 2. 与整流电路相关的一些问题，包括：与整流电路相关的一些问题，包括：(1)(1)变压器漏抗对整流电路的影响，变压器漏抗对整流电路的影响，重点建立换相重点建立换相 压降、重叠角等概念，并掌握相关的计算，熟压降、重叠角等概念，并掌握相关的计算，熟 悉漏抗对整流电路工作情况的影响。悉漏抗对整流电路工作情况的影响。(2)(2)整流电路的谐波和功率因数分析，重点掌握谐整流电路的谐波和功率因数分析，重点掌握谐 波的概念、各种整流电路产生谐波情况的定性波的概念、各种整流电路产生谐波情况的定性 分析，功率因数分析

19、的特点、各种整流电路的分析，功率因数分析的特点、各种整流电路的 功率因数分析。功率因数分析。3. 3. 大功率可控整流电路的接线形式及特点，大功率可控整流电路的接线形式及特点，熟悉熟悉双反星形可控整流电路的工作情况，双反星形可控整流电路的工作情况，建立整流建立整流电路多重化的概念。电路多重化的概念。4. 4. 可控整流电路的有源逆变工作状态，可控整流电路的有源逆变工作状态，重点掌握重点掌握产生有源逆变的条件、三相可控整流电路有源产生有源逆变的条件、三相可控整流电路有源逆变工作状态的分析计算、逆变失败及最小逆逆变工作状态的分析计算、逆变失败及最小逆变角的限制等。变角的限制等。5. 5. 晶闸管直流电动机系统的工作情况，晶闸管直流电动机系统的工作情况，重点掌握重点掌握各种状态时系统的特性，包括变流器的特性和各种状态时系统的特性，包括变流器的特性和电机的机械特性等，电机的机械特性等，了解可逆电力拖动