第三章-有源逆变原理介绍.ppt

1、第三章有源逆变,逆变的概念,将直流电转换成交流电，这种对应于整流的逆向过程，称逆变 有源逆变则指的是将直流电转换成交流电后，再将它反送回交流电网。 有源逆变应用广泛，它是研究直流可逆调速系统的基础，电力机车：电动机状态（正常运行），发电机状态（制动，下坡）,第一节 电流的流转,两个直流电源和相连的电路,第一节 电能的流转,两个电源间的电能流转：两个电源间的电能流转： 1. E1EE2 ： 电源电源E1发出功率E2接受的功率 E1发出功率:P1=E1i E2接受的功率: P2=E2i 电阻消耗的功率:,第一节 电能的流转,两个电源间的电能流转： 2. 两电源极性均反向，且E2E1电流方向不变,

2、但功率反送：电源E2发出功率,E1接受的功率，电阻消耗功率。 电源E1接受的功率为P1=E1i 电源E2发出的功率为P1=E1i 电阻消耗的功率,第一节 电能的流转,两个电源间的电能流转： 3. 两个电源反极性相连情况： 两个电源均输出功率,电阻消耗功率 电源都输出功率：P2=E2I;P1=E1i 电阻上消耗功率:,结论,1两个电源同极性相连，电流总是从电势高的电源流向电势低的电源。电流大小决定于两电势之差和回路电阻。如果回路电阻很小，虽然两电势之差不大也可产生足够大的电流，使两电源间交换很大的功率。 2电流从电源正极性端流出者为发出功串，从正极性端流人者为吸收功率。 3两电源反极性相连时则形

3、成短路，工作中应严防发生。,第二节三相半波逆变电路,三相半波为例：忽略漏感，假设平波电抗器足够大。 直流电机看作一理想电压源，其电枢电阻和电感分别归算到主回路的R和L中,整流状态,一.整流工作状态(00, UdED, Id=(Ud-ED)/R 电机吸收功率，电动机运行。 整流电路输出电能 增大Ud减小转速下降。,中间状态,二.中间状态(=90) Ud=0, ED=0，n=0, id=0(R=0理想状态) 电机停转。 实际上电感有损耗，故此时id ud均间断，Ud, ED很小。故电机处于缓慢爬行状态。,逆变状态,三.逆变工作状态(900，则处于短路状态。 要实现逆变工作应满足： 1。UdUd，同

4、时Ed反极性-外部条件。,逆变工作模态分析,=150为例分析波形及工作过程。设稳态时已存在ED t1: 触发Ta导通，ud=ua L储能（id增大） t2后EDud(ua), L释放能量（id减小） t3: 触发Tb导通，ud=ub,逆变工作输出电压,三相半波电路，如电感L足够大而使电流id波 形连续，则每个晶闸管导电120，故从输出电压Ud波形不难求出直流输出电压：,逆变工作输出电压,是一条余弦曲线，波形同整流 对于其它形式电路，它们的输出电压与控制角关系是一致的 只是具体的Udo与U2的比值不一致,逆变工作输出电流,Ed决定于电机转速 Ud可调节控制角改变其大小。 为了防止过大电流，可以调

5、节 通过控制来控制电流大小Ud 。,逆变工作小结,L足够大时， 每个SCR导通120 Ud =1.17U2cos Id=(ED-Ud)/R， 控制角可以调节Id大小 极性改变方法： 1.改变转速方向 2.改变Ij方向,逆变工作小结,对于不可能有负压输出的电路,不可能实现有源逆变。 如:桥式半控电路， 有续流二极管的电路。 Ud = Ud0 cos ， Ud0=0.9U2（单相桥） Ud0=1.17U2(三相半波, Ud0=2.34U2( 三相桥式),逆变角概念,逆变角：为了分析和计算方便，通常把逆变工作时的控制角用表示，称“逆变角”。规定 全逆变时晶闸管也在自然换相点换相，此时输出负压最大，然

6、后向左，即以与控制角计量相反的方向计量逆变角大小。 在/2 之间变化，对应在/2 0 之间变化,四. SCR的电压波形,六. 对触发电路的要求, 以60的整流触发与60的逆变触发为例 不同的工作状态对触发脉冲电路的不同要求。,整流电路对触发电路的要求,对于整流状态，一套触发脉冲电路可以同时供给多个晶闸管 如t1时，应从a相换相到b相，此时b相电压高，可以保证顺利换相。 现在a相、c相电压均低，与之相联的晶闸管虽被供给触发脉冲，但不会导通。,逆变电路对触发电路的要求, 对于逆变工作状态，则只能依次触发晶闸管Ta, Tb, Tc 如t2 时，由a相换流到b相，此时只能触发Tb 因为现在Ub=Uc

7、，再要像整流状态那样将触发脉冲同时供给三个晶闸管是不行的,第三节三相桥式逆变电路,逆变工作的内部条件和外部条件 三相桥式整流电路，如果工作时满足实现有源逆变的两个条件，就成为三相桥式逆变电路,三相桥式电路的工作方式,对于整流电路 晶闸管必须成对导通 每个晶闸管导通120 每隔60电路换流一次 导通顺序：T+a T-c T+b T-a T+cT-b 对于逆变电路器件工作方式不变！,三相桥式电路的工作模态分析,设晶闸管T+c和T-b已经导通 当/3时，t1时刻触发晶闸管T+a 此时a相电压高于c相，T+a导通 T+c承受反压而关断，直流侧输出uab,三相桥式电路的工作模态分析,在t1时刻后，直流侧

8、输出uab小于零 电流id从Ed正极流出经晶闸管T-b流入b相，再由a 相流出，经晶闸管T+a回到Ed负极 电能从直流电源流向交流电源,三相桥式电路的工作模态分析,当t2时刻触发晶闸管T-c 此时c相电压低于b相，T-c导通 T-b承受反压而关断，直流侧输出uac,且uac0 如此循环，在一个周期内输出电压脉动六次，因而波形中最低次谐波为六倍基频，电压的纹波因素更小。,三相桥式电路的工作模态分析,三相桥式逆变电路参数计算,逆变电路的参数计算与整流情况相似。 设电路内电流连续，其输出负平均电压Ud为 或,三相桥式逆变电路参数计算,直流电流平均值为 式中：Rb 变压器次级绕组电阻； Rd电路直流侧

9、包括电机电枢 电阻在内的总电阻。 输出电压和电机电势的极性和整流时相反， 式（3-5）中和均为负值。,三相桥式逆变电路参数计算,输出电流有效值I应等于 其中 式中：Ir纹波电流有效值； In第n次谐波电流有效值。,三相桥式逆变电路参数计算,晶闸管的有效值电流IT和平均值ITav分别为：,三相桥式逆变电路参数计算,交流电源送到直流侧的有功功率 逆变时，Ed为负值， Pd则一般也为负值， 表示功率从直流电源送到交流电源,三相桥式逆变电路参数计算,根据工作波形可知，三相桥式电路线电流每周期内流通时间为4/3,是晶闸管的两倍因此变压器次级线电流有效值为： 三相电源的视在功率 功率因数仍为,逆变失败与控

10、制角的限制,逆变失败与控制角的限制,逆变颠覆概念,在整流电路中，如触发不可靠造成丢失脉冲，其后果可能是某相无电压输出或全无输出，造成停止供电。 在逆变电路中，如触发不可靠，将使换相失败，形成交流与直流两电源的顺极性串联，造成短路而使逆变失败，称“逆变颠覆”。,丢失触发脉冲时的工作波形,当丢失触发脉冲时的工作波形：在t1时应有触发脉冲触发晶闸管使b相导通，设此时触发脉冲丢失: 在t1时刻，a相晶闸管将继续导通，直到后来输出电源电压正半周期时，形成与电势的顺极性串联，造成电路短路。,触发脉冲延时时的工作波形,在t1时应有触发脉冲触发晶闸管使b相导通，由于触发电路故障，结果到t2时才触发晶闸管 在t

11、2时刻，a相电压已经变得高于b相电压，结果b相的晶闸管将承受反压而不能导通，而晶闸管将继续导通，a相继续输出直到出现正半波时，形成与电势顺极性串联的短路。,某相故障时的工作波形,此外，如果某相晶闸管发生故障，交流电源发生异常等均可造成逆变失败。,0时开关时刻,当0时的逆变状态，电路输出电压为相电压负半周的包络线。这是在不考虑晶闸管的开通和关断时间，也不考虑电源变压器的漏抗的前提条件下。 如果过了0时刻末发生换相，会出现无法换相（应换相的晶闸管不再承受正向电压），原有导通相继续导通直到形成顺极性串联短路。,0时开关延时影响,考虑晶闸管开通和关断时间，设电路原来c相导通，现在触发使a相导通；晶闸管

12、开通时间一般为6s，而关断时间常需以10 s上。 如果仍在0进换相，开关延时会使实际换相时刻超过0的点 由于a相电压已经变得小于c相电压，晶闸管将不可能导通，c相电压将继续输出直到形成与的顺极性串联而短路。 为了避免这种情况，所以应当提前换相，即角应留有余量。,换相重叠角,实际变压器都有漏抗，漏抗的存在将使换相不可能瞬间完成。 如a相电流由Id逐渐下降到零，b相电流逐渐上升到Id，这个过程需要的时间以重叠角表示。 如果仍在0进换相，换相重叠角会使实际换相时刻超过0的点，而造成顺极性串联而短路 为了避免这种情况，同样也必须提前换相，即角应留有余量。,逆变角裕量,如若逆变角裕量不够，如时，则到达0

13、时换相尚未完成，过了0时，换相失败，又将发生交流电源某相电压的正半周期与电势的顺极性串联现象。 所以逆变角必须留出足够多的裕量（考虑开关延时、换相重叠角等影响），保证在0时换相确实结束，,最小逆变角min,min =+ -换相重叠角，算法与整流时相同。 - SCR关断时间折合成的电角度 - 安全裕度角，可取10度。,第五节逆变工作状态时电机的机械特性,第六节有源逆变的应用举例,一直流可逆电力拖动系统 工程上常要求拖动用的电机能实现快速的可逆控制，既能正转或反转，又可作电动机或发电机即制动运行，这就是所谓的四象限工作方式。 改变他激直流电动机正反转的方法有两种，或者是改变激磁电流的方向，或者改变电枢电流的方向。前者电磁惯性大，过渡过程较长，后者快速性好，但设备容量大些，适合应用于中小 容量的系统中。这里着重分析后者。 采用两组反并联的晶闸管桥式全控电路，供电给电机电枢，实现直流电机的可逆传动。接线如图312所示。同时给出了对应于四个象限酌两组桥的工作情况。Ud和Ud分别表示整流 和逆变状态下的输出平均电压。,两组全控桥电路反并联可