电力电子技术有源逆变

1、Feb 2004,北京交通大学电气工程学院,4-0,第四章 有源逆变 与相控变流器特性,要 求 及 重 点,理解和掌握单相、三相有源逆变电路的工作原理，有源逆变的应用和整流电路的功率因数及其改善的方法。 重点：波形分析法，有源逆变的条件和有源逆变失败的原因。,Feb 2004,1,北京交通大学电气工程学院,4. 1 有源逆变电路工作原理,一、逆变电路的分类 根据逆变输出交流电能去向分类： 有源逆变 以电网为负载 无源逆变 以用电器为负载,Feb 2004,2,北京交通大学电气工程学院,二、电源间能量的流转关系,(a) E1 E2 时 (b) E2 E1 时 (c) 电源反 极性相连,Feb 2

2、004,3,北京交通大学电气工程学院,电源间能量的流转关系（续）,电流从电源的正极流出者，该电源为输出功率； 电流从电源的负极流出者，该电源为输入功率。 两个电源反极性相连时，如果电路总电阻很小，会形成电源间短路故障。,Feb 2004,4,北京交通大学电气工程学院,4. 1. 1 单相桥式有源逆变电路,变流器工作于整流状态（ 0 2 ） Ud 0 , E 0 Ud E,Feb 2004,5,北京交通大学电气工程学院,单相桥式有源逆变电路（续）,变流器工作于逆变状态（ 2 ） Ud 0 , E 0 Ud E,Feb 2004,6,北京交通大学电气工程学院,实现有源逆变的条件,有一个直流电源，极

3、性为上 “ ” 下 “ + ”； 变流器的 2 ，即 Ud 0 Ud E E 约等于 Ud 半控电路或具有续流二极管的电路，不能实现有源逆变，因为： 不能输出负电压 E的极性不能为上 “ ” 下 “ + ”；,Feb 2004,7,北京交通大学电气工程学院,4. 2 三相有源逆变电路,一、三相半波有源逆变电路 变流器工作于整流状态（ 0 2 ） Ud 0 , E 0， Ud E,Feb 2004,8,北京交通大学电气工程学院,三相半波有源逆变电路（续）,变流器工作于逆变状态（ 2 ） Ud 0 , E 0 Ud E,Feb 2004,9,北京交通大学电气工程学院,三相半波有源逆变电路（续）,F

4、eb 2004,10,北京交通大学电气工程学院,逆变角 的计算,为了方便，电路进入逆变状态时，通常用逆变角 （或称引前触发角）表示。 规定： 角计算的起始点为控制角 = 处，计算方法为自 = （ = 0 ）的起始点向左方计量。 、 的关系： = 或 = ,Feb 2004,11,北京交通大学电气工程学院,三相半波电路逆变电压的计算,变流器直流侧电压计算公式 考虑换相重叠角,Feb 2004,12,北京交通大学电气工程学院,二、三相桥式全控有源逆变电路,变流器工作于逆变状态（ 2 ） Ud 0 , E 0 Ud E,Feb 2004,13,北京交通大学电气工程学院,三、逆 变 失 败及最小逆变角

5、的限制,定义： 逆变运行时，一旦发生换相失败，使整流电路由逆变工作状态进入整流工作状态，Ud又重新变成正值，使输出平均电压和直流电势变成顺向串联，外接的直流电源通过SCR电路形成短路，这种情况称为逆变失败，或称为逆变颠覆。,Feb 2004,14,北京交通大学电气工程学院,逆变失败的原因,触发电路工作不可靠 触发脉冲丢失（见左图） 触发脉冲延迟（见右图）,Feb 2004,15,北京交通大学电气工程学院,逆变失败的原因（续）,晶闸管发生故障（见左图） 换相的裕量角不足（见右图） 交流电源发生异常现象,Feb 2004,16,北京交通大学电气工程学院,避免逆变失败的措施,采用可靠的触发电路； 选

6、用可靠的SCR，防止误导通； 加快速熔断器或快速开关； 逆变角 不能太小，必须限制在某一允许的最小角度内。,Feb 2004,17,北京交通大学电气工程学院,确定最小逆变角 min 的依据,最小逆变角 min = + + : SCR的关断时间 tq 折合的电角度， 叫恢复阻断角， = tq : 换相重叠角 : 安全裕量角 在可逆直流拖动系统中，一般要求 min min,Feb 2004,18,北京交通大学电气工程学院,直流可逆电力拖动系统,4. 3 有源逆变的应用,Feb 2004,19,北京交通大学电气工程学院,有源逆变的应用（续）,绕线式异步电动机晶闸管串级调速系统,Feb 2004,20,北京交通大学电气工程学院,高压直流输电,有源逆变的应用（续）,Feb 2004,21,北京交通大学电气工程学院,4.6 整流电路的功率因数 及其改善方法,定义 整流电路电网侧有功功率与视在功率之比 计算方法 = cos cos ：位移系数 : 电流畸变系数 也可用 = Pd / S 计算,Feb 2004,22,北京交通大学电气工程学院,功率因数的改善方法,全控变流器的半控工作状态 整流波形 逆变波形,Feb 2004,23,北京交通大学电气工程学院,功率因数的改善方法（续）,强迫