逆变器的等效电路图
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可见，叠弧现象的影响是转折点
2018/10/9
a
变成
p a p p (a ) 2 90 2 19
换流的几个角度
为描述整流器工作方式， 我们用了以下几个角度： α＝触发延迟角； μ＝叠弧角； δ＝熄弧延迟角 ＝α＋μ。
以晶闸管3为例：
①触发角从b相电压在三相电压中开始 最大开算算起 ②从其换相电压uba为零时刻算起
2018/10/9
20
自然换向点，是各相晶闸管能导通的最早时刻，将 其作为晶闸管控制角的起点
a电压最高 wt=30°
b电压最高 wt=150°
c电压最高 wt=270°
u d
u u ab ac
u u u u u u bc ba ca cb ab ac
O
wt
c电压最低wt=90° 2018/10/9
负号表示方向
3wL Vd 1.35U l cosa Id p 3wL 1.35U l cos(p b ) Id p 3wL (1.35U l cos b Id ) p
3wL Vd 1.35U l cos b Id p
15
2018/10/9
3wL U d 1.35U l cos b Id p
Vd 0 Vd (cosa cos ) 0 2
可见，叠弧现象的影响是转折点
2018/10/9
a
变成
p a p p (a ) 2 90 2 18
整流器与逆变器的转折点 三、逆变器交直流数量关系表达式
1.若不考虑换相重叠现象，则 2.若考虑换相重叠现象，则
1.若不考虑换相重叠现象，则 2.若考虑换相重叠现象，则
整流器与逆变器的转折点
Vd Vd 0 cosa
Vd Vd 0 cosa Vd Vd 0 Vd 0 cosa (cosa cos ) 2 Vd 0 (cosa cos ) 2
可见，从整流器转向逆变的转折点所对应的触发角有下式确定
U d U d 0 cos Rc I d (U d 0 cos Rc I d ) U d U d 0 cos Rc I d
2018/10/9 25
3wL U d 1.35U l cos Id p
逆变器的等效电路图（Vd为正）
2018/10/9 26
3wL U d 1.35U l cos b Id p
■电流型逆变电路主要特点 ◆直流侧串大电感，电流基本 无脉动，相当于电流源。 ◆交流输出电流为矩形波，与 负载阻抗角无关，输出电压波形 和相位因负载不同而不同。
2018/10/9
4
二、有源逆 变
＋
当V1触发角为30度,当V1触发瞬间 uac>0 电感L被充电uac > uL >0 V1/V6导通 负载电压ud= uac>0
u u
d ab
p 3 u
cb
b =
u
ab
p 4 u
cb
b =
u
ab
p 6 u
cb
u
ac
u
bc
u
ba
u
ca
u
ac
u
bc
u
ba
u
ca
u
ac
u
bc
u
ba
u
ca
u
ab
u
ac
u
bc
wt
O
1
wt
2
wt
3
wt
b =
p 3
b =
p 4
b =
p 6
图2-46 三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形
2018/10/9 12
第2章 换流理论与特性方程
逆变
①有源逆变电路——交流侧和电网连结 ②无源逆变电路——变流电路的交流侧直接接到负 载
2018/10/9
1
一、无源逆 变
1. 工作原理
逆变的条件：
3 S 4
S U 1
i o
负载
u
S
1. 要有直流电源Ud 2. 要有开关组S1、S2、S3、S4
d
S 2
o
u
o
i
o
t1 t 2
O
VT 2
i
VT 3
VT 3
最小逆变角βmin的确定
逆变时允许采用的最小逆变角b 应等于
bmin= + + q′ ——晶闸管的关断时间tq折合的电角度
tq大的可达200~300ms，折算到电角度约4~5。
—— 换相重叠角
随直流平均电流和换相电抗的增加而增大。
q′——安全裕量角
主要针对脉冲不对称程度（一般可达5）。 值约取为10。
a=
150°
O
wt
2018/10/9
6
-
＋
＋
-
2018/10/9
＋
7
-
＋ a<90°
整 流 器
2018/10/9
＋
a>90°
逆 变 器
8
条件1
条件3
条件1
+
+
-
-
有源逆变运行要求存在如下三个条件： ①一个反极性的直流电源以提供连续的单向 ( 即通过开关器 件从阳极流向阴极)电流； ②一个提供触发延迟超过90°的全控整流（Ud<0）电路。 ③一个提供换相电压(换相短路电流)的有源交流系统；
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，或该通时不通。 交流电源缺相或突然消失。 换相的裕度角不足，引起换相失败。
28
2018/10/9
逆变失败的原因及最小逆变角的限制
1. 逆变失败产生的原因 （1）触发电路工作不可靠 脉冲丢失 触发脉冲延迟
-
u d
u ab uac u bc uba uca u cb u ab u ac
a=
30°
O
wt
2018/10/9
5
二、有源逆 变
-
当V1触发角为150度,当V1触发瞬间 uac<0 电感L放电uL > uac >0 负载电压ud= uac<0
＋
u d
当V1触发瞬间，uV1>0，V1/V6导通 u ab uac u bc uba uca u cb u ab u ac
2018/10/9 9
a <90°
a <90°
I
E1
R
+
E2
(c )
整 流 器
整 流 器
-
+
注意：电源的顺向串联将造成短路，输出功率全部被
直流线路的电阻吸收，这种情况在直流系统中是不允许 出现。因此，HVDC的两端换流站在潮流发转过程中应进 行及时通信。
2018/10/9 10
a = 30°
逆u d 变 器 O 的 换 相 过 程 ud
3wL U d 1.35U l cos Id p
逆变器的等效电路图（Vd为正）
2018/10/9 27
逆变失败与最小逆变角的限制
逆变失败
逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管 电路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变 成顺向串联，形成很大短路电流。
逆变失败的原因
U d U d 0 cosa a转折点为90
U d U d 0 cosa U d Ud0 U d 0 cosa (cosa cos ) 2 Ud0 (cosa cos ) 2
可见，从整流器转向逆变的转折点所对应的触发角有下式确定
Vd 0 Vd (cosa cos ) 0 2
逆变失败与最小逆变角的限制201812729逆变失败产生的原因1触发电路工作不可靠逆变失败的原因及最小逆变角的限制脉冲丢失触发脉冲延迟2018127302晶闸管发生故障由于各种原因造成晶闸管故障从而使晶闸管应该阻断时不能阻断应该导通时不能导通造成逆变失败如图2018127313交流电源发生异常在逆变工作状态时如果交流电源突然停电缺相或电源电压降低由于直流电动势e的存在晶闸管仍可导通此时电路的交流侧由于失去了同直流电动势极性相反的交流电压因此直流电动势将通过晶闸管使电路短路
2018/10/9
16
有源逆变状态时各电量的计算：
Ud 2.34U2 cos b 1.35U2L cos b
U E Id R
IVT
Id 0.577I d 3
2 IVT 2 I d 0.816I d 3
17
I 2
2018/10/9
三、逆变器交直流数量关系表达式
2018/10/9
31
（4）换相裕量不足
当b >μ 时，换相结束时，晶闸 管能承受反压而关断。
u
d
u
a
u
b
u
c
u
a
u
b
O
p
wt b < wt
32
a
i di
b b >
i VT 1 i
b
VT 2
i
如果b < μ 时（从图右下角的波形中可清楚地看到），该通的晶闸管（ VT1） 图2-47 交流侧电抗对逆变换相过程的影响 会关断，而应关断的晶闸管（VT3)不能关断，最终导致逆变失败。 2018/10/9
2018/10/9
23
120º
120º
120º 120º 2018/10/9 24
逆变等效电路
若逆变器电压公式用γ角来表示，则：
Vd 0 Vd (cosa cos ) 2
Vd 0 Vd Vd 0 cosa Vd （cosa cos） 2 Ud0 （cos(p b ) cos(p ） ) 2 1 （ U d 0 cos b U d 0 cos） 2 1 (U d Rc I d U d 0 cos ) 2
O
2018/10/9
u ab uac u bc uba uca u cb u ab u ac
wt
a = 150°
u ab uac u bc uba uca u cb u ab u ac
wt
11
不同逆变角时的输出电压波形及晶闸管两端电压波形
u
2
u
a
u
b
u
c
u
a
u
b
u
c
u
a
u
b
u
c
u
a
u
b
O
wt
b =2018/10/9t源自22. 电压型逆变电路
电压型逆变电路：直流侧是电压源。
■电压型逆变电路的特点 ◆直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动。 ◆由于直流电压源的钳位作用，输出电压为矩形波，输出电流 因负载阻抗不同而不同。
2018/10/9
3
3. 电流型逆变电路
电流型逆变电路：直流侧是电流源
2018/10/9
最小逆变角βmin一般取30°~35°
33
谢谢大家！
2018/10/9
34
2018/10/9
29
（2）晶闸管发生故障
由于各种原因造成 晶闸管故障，从而使 晶闸管应该阻断时不 能阻断，应该导通时 不能导通，造成逆变 失败，如图
2018/10/9
30
（3）交流电源发生异常 在逆变工作状态时，如果交流电源突然停电、缺相或电 源电压降低，由于直流电动势E的存在，晶闸管仍可导通 ，此时电路的交流侧由于失去了同直流电动势极性相反的 交流电压，因此直流电动势将通过晶闸管使电路短路。
a电压最低wt=210°
b电压最高wt=330°
21
换流的几个角度
以晶闸管3为例：
α＝触发延迟角； μ＝叠弧角； δ＝熄弧延迟角 ＝α ＋μ。
2018/10/9
22
逆变器的几种角度
与整流器类似，逆变器的工作方式也可用同样定义的 α 和 δ 来描述。 但是与整流器不同的是，逆变器的α和δ值在90°至180°之间。在实际应 用中，通常用触发超前角β和熄弧超前角γ来描述逆变器的性能。 1）触发角α 2）触发超前角β 定义同整流器 落后于自然换相点 180°处到晶闸管门极获得触发信号 处对应的电角度，β＝π－α 3）熄弧超前角γ 规定从阀关断到阀上阳极电压持续为负的时间所对应的 电角度。γ＝π－δ＝ β－ μ
直 流 侧 电 压 波 形
2018/10/9
13
2018/10/9
晶 闸 管 电 流 和 交 流 侧 电 流 波 形
i1 i2 i3 i4 i5 i6 ia i1 i3 -i4
ib
ic
i5
-i6
-i2
14
有源逆变状态时各电量的计算：
单桥逆变器因电路结构如同整流器，阀触发角方式也一样，因此其 交直流侧电压电流波形、数值大小一样。 逆变器电压公式用β角来表示，则：
2018/10/9
a
变成
p a p p (a ) 2 90 2 19
换流的几个角度
为描述整流器工作方式， 我们用了以下几个角度： α＝触发延迟角； μ＝叠弧角； δ＝熄弧延迟角 ＝α＋μ。
以晶闸管3为例：
①触发角从b相电压在三相电压中开始 最大开算算起 ②从其换相电压uba为零时刻算起
2018/10/9
20
自然换向点，是各相晶闸管能导通的最早时刻，将 其作为晶闸管控制角的起点
a电压最高 wt=30°
b电压最高 wt=150°
c电压最高 wt=270°
u d
u u ab ac
u u u u u u bc ba ca cb ab ac
O
wt
c电压最低wt=90° 2018/10/9
负号表示方向
3wL Vd 1.35U l cosa Id p 3wL 1.35U l cos(p b ) Id p 3wL (1.35U l cos b Id ) p
3wL Vd 1.35U l cos b Id p
15
2018/10/9
3wL U d 1.35U l cos b Id p
Vd 0 Vd (cosa cos ) 0 2
可见，叠弧现象的影响是转折点
2018/10/9
a
变成
p a p p (a ) 2 90 2 18
整流器与逆变器的转折点 三、逆变器交直流数量关系表达式
1.若不考虑换相重叠现象，则 2.若考虑换相重叠现象，则
1.若不考虑换相重叠现象，则 2.若考虑换相重叠现象，则
整流器与逆变器的转折点
Vd Vd 0 cosa
Vd Vd 0 cosa Vd Vd 0 Vd 0 cosa (cosa cos ) 2 Vd 0 (cosa cos ) 2
可见，从整流器转向逆变的转折点所对应的触发角有下式确定
U d U d 0 cos Rc I d (U d 0 cos Rc I d ) U d U d 0 cos Rc I d
2018/10/9 25
3wL U d 1.35U l cos Id p
逆变器的等效电路图（Vd为正）
2018/10/9 26
3wL U d 1.35U l cos b Id p
■电流型逆变电路主要特点 ◆直流侧串大电感，电流基本 无脉动，相当于电流源。 ◆交流输出电流为矩形波，与 负载阻抗角无关，输出电压波形 和相位因负载不同而不同。
2018/10/9
4
二、有源逆 变
＋
当V1触发角为30度,当V1触发瞬间 uac>0 电感L被充电uac > uL >0 V1/V6导通 负载电压ud= uac>0
u u
d ab
p 3 u
cb
b =
u
ab
p 4 u
cb
b =
u
ab
p 6 u
cb
u
ac
u
bc
u
ba
u
ca
u
ac
u
bc
u
ba
u
ca
u
ac
u
bc
u
ba
u
ca
u
ab
u
ac
u
bc
wt
O
1
wt
2
wt
3
wt
b =
p 3
b =
p 4
b =
p 6
图2-46 三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形
2018/10/9 12
第2章 换流理论与特性方程
逆变
①有源逆变电路——交流侧和电网连结 ②无源逆变电路——变流电路的交流侧直接接到负 载
2018/10/9
1
一、无源逆 变
1. 工作原理
逆变的条件：
3 S 4
S U 1
i o
负载
u
S
1. 要有直流电源Ud 2. 要有开关组S1、S2、S3、S4
d
S 2
o
u
o
i
o
t1 t 2
O
VT 2
i
VT 3
VT 3
最小逆变角βmin的确定
逆变时允许采用的最小逆变角b 应等于
bmin= + + q′ ——晶闸管的关断时间tq折合的电角度
tq大的可达200~300ms，折算到电角度约4~5。
—— 换相重叠角
随直流平均电流和换相电抗的增加而增大。
q′——安全裕量角
主要针对脉冲不对称程度（一般可达5）。 值约取为10。
a=
150°
O
wt
2018/10/9
6
-
＋
＋
-
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＋
7
-
＋ a<90°
整 流 器
2018/10/9
＋
a>90°
逆 变 器
8
条件1
条件3
条件1
+
+
-
-
有源逆变运行要求存在如下三个条件： ①一个反极性的直流电源以提供连续的单向 ( 即通过开关器 件从阳极流向阴极)电流； ②一个提供触发延迟超过90°的全控整流（Ud<0）电路。 ③一个提供换相电压(换相短路电流)的有源交流系统；
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，或该通时不通。 交流电源缺相或突然消失。 换相的裕度角不足，引起换相失败。
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2018/10/9
逆变失败的原因及最小逆变角的限制
1. 逆变失败产生的原因 （1）触发电路工作不可靠 脉冲丢失 触发脉冲延迟
-
u d
u ab uac u bc uba uca u cb u ab u ac
a=
30°
O
wt
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5
二、有源逆 变
-
当V1触发角为150度,当V1触发瞬间 uac<0 电感L放电uL > uac >0 负载电压ud= uac<0
＋
u d
当V1触发瞬间，uV1>0，V1/V6导通 u ab uac u bc uba uca u cb u ab u ac
2018/10/9 9
a <90°
a <90°
I
E1
R
+
E2
(c )
整 流 器
整 流 器
-
+
注意：电源的顺向串联将造成短路，输出功率全部被
直流线路的电阻吸收，这种情况在直流系统中是不允许 出现。因此，HVDC的两端换流站在潮流发转过程中应进 行及时通信。
2018/10/9 10
a = 30°
逆u d 变 器 O 的 换 相 过 程 ud
3wL U d 1.35U l cos Id p
逆变器的等效电路图（Vd为正）
2018/10/9 27
逆变失败与最小逆变角的限制
逆变失败
逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管 电路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变 成顺向串联，形成很大短路电流。
逆变失败的原因
U d U d 0 cosa a转折点为90
U d U d 0 cosa U d Ud0 U d 0 cosa (cosa cos ) 2 Ud0 (cosa cos ) 2
可见，从整流器转向逆变的转折点所对应的触发角有下式确定
Vd 0 Vd (cosa cos ) 0 2
逆变失败与最小逆变角的限制201812729逆变失败产生的原因1触发电路工作不可靠逆变失败的原因及最小逆变角的限制脉冲丢失触发脉冲延迟2018127302晶闸管发生故障由于各种原因造成晶闸管故障从而使晶闸管应该阻断时不能阻断应该导通时不能导通造成逆变失败如图2018127313交流电源发生异常在逆变工作状态时如果交流电源突然停电缺相或电源电压降低由于直流电动势e的存在晶闸管仍可导通此时电路的交流侧由于失去了同直流电动势极性相反的交流电压因此直流电动势将通过晶闸管使电路短路
2018/10/9
16
有源逆变状态时各电量的计算：
Ud 2.34U2 cos b 1.35U2L cos b
U E Id R
IVT
Id 0.577I d 3
2 IVT 2 I d 0.816I d 3
17
I 2
2018/10/9
三、逆变器交直流数量关系表达式
2018/10/9
31
（4）换相裕量不足
当b >μ 时，换相结束时，晶闸 管能承受反压而关断。
u
d
u
a
u
b
u
c
u
a
u
b
O
p
wt b < wt
32
a
i di
b b >
i VT 1 i
b
VT 2
i
如果b < μ 时（从图右下角的波形中可清楚地看到），该通的晶闸管（ VT1） 图2-47 交流侧电抗对逆变换相过程的影响 会关断，而应关断的晶闸管（VT3)不能关断，最终导致逆变失败。 2018/10/9
2018/10/9
23
120º
120º
120º 120º 2018/10/9 24
逆变等效电路
若逆变器电压公式用γ角来表示，则：
Vd 0 Vd (cosa cos ) 2
Vd 0 Vd Vd 0 cosa Vd （cosa cos） 2 Ud0 （cos(p b ) cos(p ） ) 2 1 （ U d 0 cos b U d 0 cos） 2 1 (U d Rc I d U d 0 cos ) 2
O
2018/10/9
u ab uac u bc uba uca u cb u ab u ac
wt
a = 150°
u ab uac u bc uba uca u cb u ab u ac
wt
11
不同逆变角时的输出电压波形及晶闸管两端电压波形
u
2
u
a
u
b
u
c
u
a
u
b
u
c
u
a
u
b
u
c
u
a
u
b
O
wt
b =2018/10/9t源自22. 电压型逆变电路
电压型逆变电路：直流侧是电压源。
■电压型逆变电路的特点 ◆直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动。 ◆由于直流电压源的钳位作用，输出电压为矩形波，输出电流 因负载阻抗不同而不同。
2018/10/9
3
3. 电流型逆变电路
电流型逆变电路：直流侧是电流源
2018/10/9
最小逆变角βmin一般取30°~35°
33
谢谢大家！
2018/10/9
34
2018/10/9
29
（2）晶闸管发生故障
由于各种原因造成 晶闸管故障，从而使 晶闸管应该阻断时不 能阻断，应该导通时 不能导通，造成逆变 失败，如图
2018/10/9
30
（3）交流电源发生异常 在逆变工作状态时，如果交流电源突然停电、缺相或电 源电压降低，由于直流电动势E的存在，晶闸管仍可导通 ，此时电路的交流侧由于失去了同直流电动势极性相反的 交流电压，因此直流电动势将通过晶闸管使电路短路。
a电压最低wt=210°
b电压最高wt=330°
21
换流的几个角度
以晶闸管3为例：
α＝触发延迟角； μ＝叠弧角； δ＝熄弧延迟角 ＝α ＋μ。
2018/10/9
22
逆变器的几种角度
与整流器类似，逆变器的工作方式也可用同样定义的 α 和 δ 来描述。 但是与整流器不同的是，逆变器的α和δ值在90°至180°之间。在实际应 用中，通常用触发超前角β和熄弧超前角γ来描述逆变器的性能。 1）触发角α 2）触发超前角β 定义同整流器 落后于自然换相点 180°处到晶闸管门极获得触发信号 处对应的电角度，β＝π－α 3）熄弧超前角γ 规定从阀关断到阀上阳极电压持续为负的时间所对应的 电角度。γ＝π－δ＝ β－ μ
直 流 侧 电 压 波 形
2018/10/9
13
2018/10/9
晶 闸 管 电 流 和 交 流 侧 电 流 波 形
i1 i2 i3 i4 i5 i6 ia i1 i3 -i4
ib
ic
i5
-i6
-i2
14
有源逆变状态时各电量的计算：
单桥逆变器因电路结构如同整流器，阀触发角方式也一样，因此其 交直流侧电压电流波形、数值大小一样。 逆变器电压公式用β角来表示，则：