电力电子技术——第三章03.ppt

1、电力电子技术,1,2020/6/19,3.7整流电路的有源逆变工作状态,3.7.1逆变的概念1、什么是逆变？为什么要逆变？逆变（invertion）把直流电转变为交流电，即整流的逆过程；实例：电力机车下坡行驶，机车的位能转变为电能，反送到交流电网中去，有助于刹车；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联接，即电网为负载；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。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。既可工作在整流状态又可工作在逆变状态，称为变流电路（converter）。无源逆变变流电路的交流

2、侧不与电网联接，而直接接到普通负载，将在第四章介绍。,电力电子技术,2,2020/6/19,2、直流发电机电动机系统电能的流转图3-44aM电动运转，EGEM，电流Id从G流向M，M吸收电功率，相当于反电势负载。图3-44b回馈制动状态，M作发电运转，此时，EMEG，电流反向，从M流向G，此时即为有源逆变状态。M输出电功率，G则吸收电功率，M轴上输入的机械能转变为电能反送给G。图3-44c两电动势顺向串联，向电阻R供电，G和M均输出功率，由于R一般都很小，实际上形成短路，在工作中必须严防这类事故发生。,图3-44直流发电机电动机之间电能的流转a）两电动势同极性EGEMb）两电动势同极性EMEG

3、c）两电动势反极性，形成短路,反电势负载,有源逆变,短路（应避免）,电力电子技术,3,2020/6/19,3、逆变产生的条件使用单相全波电路代替上述发电机G，给电动机供电，如图2-45所示。注意：同时添加一个电抗器，以使电流连续，从而负载为大电感反电势负载。图2-45aM电动运行，全波电路工作在整流状态，在0/2间，Ud为正值，并且只有当UdEM，才能输出Id。此时，交流电网输出电功率，电动机输入电功率。图2-45bM回馈制动，由于晶闸管的单向导电性，Id方向不变，欲改变电能的输送方向，只能改变EM极性。为了防止两电动势顺向串联，Ud极性也必须反过来，即Ud应为负值，且|EM|Ud|，才能把电

4、能从直流侧送到交流侧，实现逆变。此时，电能（注意不是电流）的流向与整流时相反，M输出电功率，电网吸收电功率。Ud可通过改变来进行调节，逆变状态时Ud为负值，在/2间。,电力电子技术,4,2020/6/19,图3-45单相全波电路的整流和逆变,电力电子技术,5,2020/6/19,产生逆变的条件有二：（1）有直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一致，其绝对值大于变流器直流侧平均电压；（2）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（最小为零），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。,电力电子技术,6

5、,2020/6/19,3.7.2三相桥整流电路的有源逆变工作状态,1、逆变和整流的区别：控制角不同0/2时，电路工作在整流状态/2时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。如果60以后，空载反电动势为。,解释因为60时晶闸管触发导通后最大相电压瞬时值为，大于E0。因此如果反电势为E0，则必然产生电流，从而与空载的前提矛盾，所以实际上此时电流是断续的，同时实际空载点的反电势是（由于电机的转动惯性，会保持最大可能的反电势，或说是最大的转速运行）。当60时，晶闸管触发导通时的相电压瞬时值为为此时实际空载点的反电势。,电力电子技术,18,2020/6/19,电流断续时电动机机械特性的特点：电动机的理想空

6、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；随着的增加，进入断续区的电流值加大。由于愈大，变压器加给晶闸管阳极上的负电压时间愈长，电流要维持连续，必须要求平波电抗器储存较大的磁能。在电抗器的L为一定值的情况下，要有较大的电流Id才能使得电流连续。,图10-4考虑电流断续时不同时反电动势的特性曲线1460,电力电子技术,19,2020/6/19,一般只要主电路电感足够大，可以只考虑电流连续段，完全按线性处理。当低速轻载时，断续作用显著，可改用另一段较陡的特性来近似处理（见图10-3），其等效电阻比实际的电阻R要大一个数量级。整流电路为三相半波时，在最小负载电流为Idmin

7、时，为保证电流连续所需的主回路电感量为：具体计算参看P60（mH）对于三相桥式全控整流电路带电动机负载的系统，有：（mH）,L中包括整流变压器的漏电感、电枢电感和平波电抗器的电感。前者数值都较小，有时可忽略。Idmin一般取电动机额定电流的5%10%。因为三相桥式全控整流电压的脉动频率比三相半波的高一倍，因而所需平波电抗器的电感量也可相应减小约一半，这也是三相桥式整流电路的一大优点。,（10-9）,（10-10）,电力电子技术,20,2020/6/19,10.1.2电动机工作于有源逆变状态时,1、电流连续时电动机的机械特性主回路电流连续时的机械特性由电压平衡方程式：来决定。逆变时由于，EM反接

8、，得：同时因为EM=Cen，可求得电动机的机械特性方程式：Ud0为0时的整流输出平均电压值,（10-11）,（10-12）,电力电子技术,21,2020/6/19,图10-5电动机在四象限中的机械特性,正转整流,反转逆变,正转逆变,反转整流,电力电子技术,22,2020/6/19,2、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方程可沿用整流时电流断续的机械特性表达式，只要把代入式（10-6）、式（10-7）和式（10-8），便可得EM、n与Id的表达式，求出三相半波电路工作于逆变状态且电流断续时的机械特性，即：,（10-13）,（10-14）,（10-15）,电力电子技术,23,20

9、20/6/19,逆变电流断续时电动机的机械特性，与整流时十分相似：理想空载转速上翘很多，机械特性变软，且呈现非线性；说明逆变状态的机械特性是整流状态的延续；纵观控制角由小变大（如/65/6），电动机的机械特性则逐渐的由第1象限往下移，进而到达第4象限。逆变状态的机械特性同样还可表示在第2象限里，与它对应的整流状态的机械特性则表示在第3象限里。图10-5中第1、第4象限中的特性和第3、第2象限中的特性是分别对应两组变流器的工作状态，分别标以正组和反组变流器。,电力电子技术,24,2020/6/19,2.8.3直流可逆电力拖动系统,两套变流装置反并联连接的可逆电路：图10-6a为三相半波有环流接线

10、，图10-6b为三相全控桥的无环流接线。环流是指只在两组变流器之间流动而不经过负载的电流。根据对环流的不同处理方法，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（12工作制）、可控环流、逻辑控制无环流和错位控制无环流等；以上四种反并联可逆电路都可使电动机四象限运行；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。,电力电子技术,25,2020/6/19,图10-6两组变流器的反并联可逆线路,电力电子技术,26,2020/6/19,第1象限：正转电动运行。此时1组工作于整流状态，由12Ud(下标中有表示逆变）;第3象限，反转，电动机作电动运行，反组桥工作在整流状

11、态，2/2），EMUd;直流可逆拖动系统，除能方便地实现正反转外，还能实现电动机的回馈制动。,电力电子技术,32,2020/6/19,1、电动机反转过程：电动机在第1象限正转，电动机从1组桥取得电能，欲使电动机反转，必需首先正转迅速制动。此时EM的方向保持为上正下负，而对于正向桥来说，电流方向是不能改变的，为此需切换到2组桥工作，同时要求2组桥工作在逆变状态，此时电动机进入第2象限作正转发电运行，机械能转化为电能送给电网。随着电动机转速的下降，不断地调节，使之由小变大直至2/2，如继续增大，即EMb）两电动势同极性EMEGc）两电动势反极性，形成短路,电力电子技术,62,2020/6/19,图

12、3-45单相全波电路的整流和逆变,电力电子技术,63,2020/6/19,图3-46三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形,电力电子技术,64,2020/6/19,图3-47交流侧电抗对逆变换相过程的影响,电力电子技术,65,2020/6/19,图10-1三相半波带电动机负载且加平波电抗器时的电压电流波形,电力电子技术,66,2020/6/19,图10-2三相半波电流连续时以电流表示的电动机机械特性,电力电子技术,67,2020/6/19,图3-50电流断续时电动势的特性曲线,电力电子技术,68,2020/6/19,图10-4考虑电流断续时不同时反电动势的特性曲线1605460,电力电子技