整流与有源逆变
大学电力电子技术 第二章可控整流器与有源逆变器h
Udห้องสมุดไป่ตู้
idRS
EM
t
内连续，如右图所示。
id
Id
O
t
150V
ud
0V
idRS+EM eL
-150V 79.99ms V(OUTPUT)
20A
83.33ms
86.66ms
89.99ms
V(E) V(E) + (V(R:1)-V(R:2)) V(L:1) - V(L:2) AVG(V(OUTPUT))
而电抗器的L为一定值的情况下，要有较大的电流Id才行。
E ( 6U 2 ) E0 (2.03U2) E0'
断续区特性的近似直线
❖ 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。
Idmin
O 断续区
连续区
❖ 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，其等效电阻比实际的 Id 电阻R要大一个数量级。
❖ 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。
增大方向
• 说明逆变状态的机械特性是整流状态的延续。
'增大方向 '增大方向
• 纵观控制角由小变大，
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
❖ 整流电路为三相全控桥时，在最小负载电流为Idmin时，为保证电流 连续所需的主回路电感量为
L=0.693U2/Idmin（mH） ❖ 对于三相半波可控整流电路带电动机负载的系统，有
L=1.46U2/Idmin（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。
第2章、可控整流器与有源逆变器
2020/8/10
本章主要内容
整流器的结构形式、工作原理，分析整 流器的工作波形，整流器各参数的数学 关系和设计方法;
整流器工作在逆变状态时的工作原理、 工作波形。
变压器漏抗对整流器的影响、整流器带 电动机负载时的机械特性、触发电路等 内容。
2020/8/10
2.1 简 介
量是从直流侧输向交流侧，此时电路称作逆变 器。
2020/8/10
工频可控整流器
2020/8/10
2.2 单相半波可控整流器
2020/8/10
2.2.1 电阻性负载
1. 工作原理 在实际应用中，某些负载基本上是电阻性的，
如电阻加热炉、电解和电镀等。电阻性负载的 特点是电压与电流成正比，波形相同并且同相 位，电流可以突变。 首先假设以下几点：(1) 开关元件是理想的， 即开关元件(晶闸管)导通时，通态压降为零， 关断时电阻为无穷大；(2) 变压器是理想的， 即变压器漏抗为零，绕组的电阻为零、励磁电 流为零。
1 sin 2 π
4π
2π
输出电流有效值I:
I U U2 1 sin 2 π
R R 4π
2π
2020/8/10
(3) 晶闸管电流有效值和变压器二次侧电流有效 值
单相半波可控整流器中，负载、晶闸管和变压 器二次侧流过相同的电流，故其有效值相等， 即：
I
IT
I2
U2 R
1 sin 2 π
在电源电压负半波，uAK＜0，晶闸管承受反向电
压而处于关断状态，负载电流为零，负载上没有
输出电压，直到电源电压u2的下一周期，直流输 出电压ud和负载电流id的波形相位相同。
2020/8/10
电力电子简答题答案
一、什么叫整流？什么叫逆变？什么叫有源逆变？什么叫无源逆变？答：把交流电变为直流电的过程叫整流；把直流电变为交流电的过程叫做逆变；将直流电变为和电网相同频率的交流电并反送到交流电网的过程称为有源逆变；将直流电变为交流电直接供给负载使用的过程叫无源逆变。
二、说出三相桥式全控整流电路的6种工作状态。
答:VT1VT6，VT1VT2，VT3VT2，VT3VT4，VT5VT4，VY5VT6三、与信息电子电路中的MOSFET相比，电力MOSFET具有怎样的结构特点才使得它具有耐受高电压电流的能力？答：1.电力MOSFET大都采用垂直导电结构，使得硅片中通过电流的有效面积增大，显著提高了二极管的通流能力。
2.电力MOSFET在P区和N区之间多了一层低掺杂N区也称漂移区。
低掺杂N区由于掺杂浓度低而接近于无掺杂的纯半导体材料即本征半导体，由于掺杂浓度低，低掺杂N区就可以承受很高的电压而不被击穿。
四、试分析IGBT和电力MOSFET在内部结构和开关特性上的相似与不同之处.答：IGBT比电力MOSFET在背面多一个P型层，IGBT开关速度高，开关消耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力，通态压降较低，输入阻抗高，为电压驱动，驱动功率小。
五、多相多重斩波电路有何优点?答：多相多重斩波电路因在电源与负载间接入了多个结构相同的基本斩波电路，使得输入电源电流和输出负载电流的脉动次数增加、脉动幅度减小，对输入和输出电流滤波更容易，滤波电感减小。
六、KJ004脉冲输出引脚为哪两个引脚？输出脉冲之间的相位差为多少？答:1脚和15脚，相差180°七、电气工程是一个一级学科，它包含了哪五个二级学科？答：电气工程一级学科包括电机与电器、电力系统及其自动化、高电压与绝缘技术、电力电子与电气传动、电工理论与新技术五个二级学科八、单极性和双极性PWM调制有什么区别？三相桥式PWM型逆变电路中，输出相电压（输出端相对于直流电源中点的电压）和线电压SPWM波形各有几种电平？答：三角波载波在信号波正半周期或负半周期里只有单一的极性，所得的PWM波形在半个周期中也只在单极性范围内变化，称为单极性PWM控制方式。
整流与有源逆变(三)_电力电子技术
详细分析（简要讲解得出的结论，关键在于求出 和 ） （2-37） u2 2U 2 sin(t )
ud (0) 2U 2 sin 1 t u ( 0 ) iC d t u 2 d 0 C
（2-38）
式中，ud(0)为VD1、VD4开始导通时刻直流侧电压值。
电容滤波的单相不可控整流电路 电容滤波的三相不可控整流电路
返回
7.2.1 电容滤波的单相不可控整流电路
常用于小功率单相交流输入的场合，如目前大量普及的微 机、电视机等家电产品中 1. 工作原理及波形分析
id VD1 i2 u1 u2 VD2 VD3 iC iR C R 0 i ,u d i ud
有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt。
（4） 换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可 能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路。
（5） 换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。
7.2 电容滤波的不可控整流电路
在交—直—交变频器、不间断电源、开关电源等应用 场合中，大量应用
7.2.1 7.2.2
7.1 变压器漏感对整流电路的影响
换相重叠角 的计算
dik (u b ua ) 2 LB 由上式得： dt 5 6U 2 sin(t ) 6 2 LB
（2-32）
进而得出：
ik
t
5 6
dik 6U 2 5 sin(t ) dt 2X B 6
（2-33）
7.2.1 电容滤波的单相不可控整流电路
将u2代入并求解得：
iC
而负载电流为： 于是
2CU 2 cos( t )
iR u2 R 2U 2 sin(t ) R
整流电路有源逆变的条件
整流电路有源逆变的条件
有源逆变是指使用有源元件（如晶体管或MOSFET等）将直流电源的电流和电压转换为
交流信号输出。
有源逆变的条件如下：
1. 有源元件：需要使用有源元件（如晶体管或MOSFET等）作为开关，以控制输入电源的电
流和电压。
2. 控制电路：需要有一定的控制电路，用于控制有源元件的开关操作，使其能够按照一定的规
律进行开关，从而实现电流和电压的转换。
3. 高频变压器：有源逆变一般需要使用高频变压器，用于将输入电源的电流和电压进行隔离和
转换。
4. 电容滤波器：有源逆变输出的交流信号中会含有一定的谐波成分，为了使输出信号更加纯净，通常需要使用电容滤波器对输出信号进行滤波。
综上所述，有源逆变的条件包括有源元件、控制电路、高频变压器以及电容滤波器等。
有源逆
变可以实现将直流电源的电流和电压转换为交流信号输出，广泛应用于电力电子领域。
第九讲-第十讲 有源逆变与漏抗对整流电路的影响
2XB
6
6U2 [cos cos(wt 5 )]
2XB
6
当 wt g
5
6
时，ik
I
，于是
d
Id
6U 2 [cos cos( g )]
2X B
cos cos( g ) 2 X B I d
6U 2
g随其它参数变化的规律：
（1） Id越大则g越大； （2） XB越大g越大； （3） 当 ≤90时， 越小g越大。
有源逆变产生的条件
实现有源逆变的条件可归纳如下： 1) 变流装置的直流侧必须外接有电压极性与晶闸管导通方向一
致的直流电源E，且E的数值要大于Ud 2) 变流器必须工作在β＜ 90°（α＞ 90°)区间，使 Ud＜ 0，
才能将直流功率逆变为交流功率返送电网 3)为了保证变流装置回路中的电流连续，逆变电路中一定要串
ud
)d(wt)
3
2
g 5 6
5 6
[ub
(ub
LB
dik dt
)]d(wt)
3
2
g 5 6
5 6
LB
dik dt
d(wt)
3
2
I 0
d
wLBdik
3
2
X BId
变压器漏感对整流电路的影响
换相重叠角g的计算
dik dt
(ub
ua )
2LB
6U 2
sin(
wt
5
6
)
2LB
由上式得：
出现换相重叠角g ，整流输出电压平均值Ud降低。
整流电路的工作状态增多。 晶闸管的di/dt 减小，有利于晶闸管的安全开通。 有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di/dt。 换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可 能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路。 换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。
三相全控桥整流及有源逆变
2
所谓逆变，就是要求把负载（电机）吸收的直流电能转变为交流电能反馈回电网。 三相桥式有源逆变电路实质上是三相桥式可控整流电路工作的一个特定状态，三相桥式 逆变。 要使整流电路工作于逆变状态，必须有两个条件： (1)变流器的输出 Ud 能够改变极性。因为晶闸管的单向导电性，电流 Id 不能改变方向，为 了实现有源 逆变，必须去改变 Ud 的电极性。只要使变流器的控制角α>90°即可。 (2)必须要有外接的直流电源 E，并且直流电源 E 也要可以改变极性，并且|E|>|Ud|。 上述条件必须同时满足，才能实现有源逆变。
二 工作原理介绍 一般变压器一次侧接成三角型，二次侧接成星型，晶闸管分共阴极和共阳极。
一般 1、3、5 为共阴极，2、4、6 为共阳极。 （1）2 管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各 1，且不能为同 1 相器件。 （2）对触发脉冲的要求：
1)按 VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6 的顺序，相位依次差 60。 2)共阴极组 VT1、VT3、VT5 的脉冲依次差 120，共阳极组 VT4、VT6 、 VT2 也依次差 120。 3)同一相的上下两个桥臂，即 VT1 与 VT4，VT3 与 VT6，VT5 与 VT2，脉 冲相差 180。 （3）Ud 一周期脉动 6 次，每次脉动的波形都一样，故该电路为 6 脉波整流电路。 （4）需保证同时导通的 2 个晶闸管均有脉冲，可采用两种方法：一种是宽脉冲 触发一种是双脉冲触发（常用） （5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶闸管承受最大正、反向电压 的关系也相同。
AC-DC变换器(整流和有源逆变电路)
1π
20
2U2sintd(t)0.4U 52
电源变压器副边电压有效值为U2
5.2.1 单相不控整流电路
VD1
表5-2 单相半波不控整流电路阻感负载时各区间
u2
ud
L eL
各区间工作情况
R b)
感性负载ω时t ，直流 0～π 电压将出现负值，
π～ωt1 ωt1～2π
u2 O
t1
2
降低了直二流极平管均导电 t 压 通情况
AC
+ -
R
AC + -
ud
VD2
VD1
-
AC +
R
-
AC +
ud
VD2
b)
c)
d)
图5-2 单相全波整流负载电压波形 a)单相全波整流电路负载电压波形 b)单相全波整流电路 c)交流输入正
半周整流电路工作图 d)交流输入负半周整流电路工作图
5.2.1 单相不控整流电路
表5-4 单相全波整流电路各区间工作情况
ωt 二极管导通情况
负载电压ud 负载电流id 整流二极管电流iVD1 续流二极管电流iVD2 整流二极管端电压 uVD1 续流二极管端电压 uVD2
0～π VD1导通、 VD2截止 u2 水平直线 矩形波
0 0
π～2π VD1截止、 VD2导通 0
0 矩形波 u2
-|u2|
0
5.2.1 单相不控整流电路
VD1
-
ud AC + VD2
b)
VD3 R ud
VD4
c)
a)单相桥式整流电路 b)交流输入正半周单相桥式整流电路工作图 c)交流输入负半周单相桥式整流电路工作图
第2章 整流电路(有源逆变状态)
g
15~20
2) 参照整流时g 的计算方法
m 根据逆变工作时 a - b，并设 b g，上式可改写成
2U 2 sin
cosg 1 Id X B 2U 2 sin
cosa - cos(a g )
Id X B
m
ห้องสมุดไป่ตู้
这样， bmin一般取30~35。
3.4 晶闸管直流电动机系统
Id
图3-7 电流断续时电动势的特性曲线
电流断续时电动机机械特 性的特点：
E E0 ( 2U2) E0' (0.585U 2)
断续区特性的近似直线
电流断续时理想空载转速抬高。
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a 的增加，进入断续区的电 流值加大。
Idmin
O
断续区
连续区
三相桥式电路工作于有源逆变状态，不同逆变角时的 输出电压波形及晶闸管两端电压波形如图4-3所示。
u2 ua ub uc ua ub uc ua ub uc ua ub
O
wt b=
3
b=
4 u cb u ab u ac u bc u ba u ca
b=
6 u cb u ab u ac u bc u ba uca u cb u ab u ac u bc
单相全波电路代替上述发电机
交 流 电 网 输 出 电 功 率
ud
a
u10
u20
u10 U d>EM
ud
u10
u20
u10
O id=iVT +iVT
1
wt
O id O b)
wt
Ud<EM
三相半波可控整流及有源逆变
实验三 三相半波可控整流及有源逆变一．实验目的1．了解三相半波可控整流电路的工作原理，研究可控整流电路在电阻负载和电阻电感性负载时的工作情况。
2．研究三相半波有源逆变电路的工作，验证可控整流电路在有源逆变时的工作条件，并比较与整流工作时的区别。
二．实验所需挂件及附件序号 型号 备注1 DJK01电源控制屏 该控制屏包含“三相电源输出”、“励磁电源”等模块2 DJK02晶闸管主电路 该挂件包含“晶闸管”、“电感”等模块3 DJK02-3三相晶闸管触发电路该挂件包含“触发电路”、“正反桥功放” 等模块 4 DJK10变压器实验 该挂件包含“逆变变压器”、“三相不控整流”等模块 5 D42 三相可调电阻 6 双踪示波器 7万用表三．实验线路及原理1．三相半波可控整流三相半波可控整流电路用了三只晶闸管，与单相电路比较，其输出电压脉动小，输出功率大。
不足之处是晶闸管电流即变压器的副边电流在一个周期内只有1/3时间有电流流过，变压器利用率较低。
图3-4中晶闸管用DJK02正桥组的三个，电阻R 用D42三相可调电阻，将两个900Ω接成并联形式，L d 电感用DJK02面板上的700mH ，其三相触发信号由DJK02-3提供。
直流电压、电流表由DJK02获得。
2．三相半波有源逆变其工作原理详见电力电子技术教材中的有关内容。
晶闸管、电感L d 、电阻R 同三相半波可控整流电路，直流电源用DJK0l 上的励磁电源，其中DJK10-1中的心式变压器用作升压变压器使用，变压器接成Y/Y 接法，逆变输出的电压接心式变压器的中压端Am 、Bm 、Cm ，返回电网的电压从高压端A 、B 、C 输出。
直流图3-4 三相半波可控整流电路实验原理图电压、电流表均在DJK02上。
图3-5 三相半波有源逆变电路实验原理图四．实验内容1．研究三相半波可控整流电路带电阻性负载。
2．研究三相半波可控整流电路带电阻电感性负载。
3．研究三相半波有源逆变电路。
三相桥式全控整流及有源逆变电路实验
实验三三相桥式全控整流及有源逆变电路实验一．实验目的1．熟悉MCL-31A, MCL-33组件。
2．熟悉三相桥式全控整流及有源逆变电路的接线及工作原理。
3．了解集成触发器的调整方法及各点波形。
二．实验内容1．三相桥式全控整流电路2．三相桥式有源逆变电路3．观察整流或逆变状态下，模拟电路故障现象时的波形。
三．实验线路及原理实验线路如图4－9所示。
主电路由三相全控变流电路及作为逆变直流电源的三相不控整流桥组成。
触发电路为数字集成电路，可输出经高频调制后的双窄脉冲链。
三相桥式整流及有源逆变电路的工作原理可参见“电力电子技术”的有关教材。
四．实验所需挂件及附件五．实验方法1．按图接线，未上主电源之前，检查晶闸管的脉冲是否正常。
（1）打开MCL-31A电源开关，给定电压有电压显示。
（2）用示波器观察MCL-33的脉冲观察孔，应有间隔均匀，相互间隔60o的幅度相同的双脉冲。
（3）检查相序，用示波器观察“1”，“2”脉冲观察孔，“1”脉冲超前“2”脉冲600，则相序正确，否则，应调整输入电源。
（4）用示波器观察每只晶闸管的控制极，阴极，应有幅度为1V—2V的脉冲。
注：将面板上的Ublf（当三相桥式全控变流电路使用I组桥晶闸管VT1~VT6时）接地，将I组桥式触发脉冲的六个开关均拨到“接通”。
（5）将给定器输出Ug接至MCL-33面板的Uct端，调节偏移电压Ub，在Uct=0时，使α=150o。
2．三相桥式全控整流电路按图4－9接线，S拨向左边短接线端，将Rd调至最大(450Ω)。
合上主电源，调节Uct，使α在30o~90o范围内，用示波器观察记录α=30O、60O、90O 时，整流电压u d=f（t），晶闸管两端电压u VT=f（t）的波形，并记录相应的Ud和交流输入电压U2数值。
3．三相桥式有源逆变电路断开电源开关后，将S拨向右边的不控整流桥，调节Uct，使α仍为150O左右。
合上主电源，调节Uct，观察α=90O、120O、150O时, 电路中u d、u VT的波形，并记录相应的Ud、U2数值。
相控整流电路及有源逆变电路
(1)正半周 瞬时极性a(+)，b(-)，VT正偏导通，触发控制角设为 a ，二极
管和负载上有电流流过。若正向压降UF忽略不计，则在VT导通期内， u0 u2 ；在VT关断截止时，u0 0 。此时，晶闸管上承受的电压为 uT u2 。
(2)负半周 瞬时极性a(-)，b(+)，VT 反偏截止，IF 0，uT u2 。
从交流电源吸收电能，并将输入的交流电压转换成脉动的直流电压。
滤波器向负载提供电压稳定（电容滤波）或电流稳定（电感滤波）的直流
电能，保护电路的作用是在异常情况下保护主电路及其功率器件。
负载是各种工业生产设备，可等效为电阻性负载、电感性负载、电容性负
载或反电动势负载等。
触发控制电路包括功率器件的触发（驱动）电路和控制电路等。
2、相控整流电路的基本结构 一个整流电路在实际应用中，应当满足下述基本要求： （1）整流电压的可调范围大，输出的直流电压脉动小； （2）功率器件导电时间尽可能长，承受的正、反向电压较
低； （3）变压器的利用率高，尽量防止直流磁化； （4）交流电源功率因数高，谐波电流小。
➢ 不控整流电路是由无控制功能的整流二极管组成的整流电路。当输入 交流电压一定时，在负载上得到的直流电压是不能调节的电路。
晶闸管提供；电源电压 u2过零后，电感 Ld 的
感应电压使二极管VD导通续流，负载电流 i2
通过续流二极管形成回路。 由于VD的存在，在电源电压 u2 的负半周通过 VDF给晶闸管阳极、阴极之间施加反向电压， 使晶闸管处于反向阻断状态，输出电压 u0的波 形和电阻性负载时完全相同。电流波形连续与 否，与阻抗角和控制角都有关系。
输出电流的平均值：
第4章有源逆变电路和PWM整流电路
整流输出电压/电流的计算：
•
3 B I d 3 B I d U d 1.17U 2 cos a 1.17U 2 cos a 2 2
（4-3）
Id=（Ud-E)/R
（4-4）
------Ud为负值 Id为正值（注意代入公式时E为负值）
2.三相全控桥式整流电路
u2 ua ub uc ua ub uc ua ub uc ua ub
2、单相PWM整流器模型及原理分析
PWM整流器的模型电路由交流回路、功率开关管桥路以及直流回路组 成。其中，交流回路包括交流电动势e以及网侧电感L等；直流回路包括负 载电阻RL及负载电动势eL等；功率开关管桥路可由电压型或电流型桥路组 成。 不计功率开关管桥路的损耗时，由交、直流侧的功率平衡关系得：
O
wt = = 4
ucb uab uac ub c ub a uca
3
= 6
ucb uab uac ub c ub a uca ucb uab uac ub c
ud uab uac ub c ub a uca
w t1 w t2 w t3
O
wt
=
3
= 4
= 6
3. 逆变产生的条件
1 0 u10 u20 VT2 2 ud iVT u20
2
VT1 iVT
1
L ud ç Ä µ Ü id R + M EM ud Ud>EM u10
1 0
VT1 iVT VT2
1
L ud ç Ä µ Ü iVT
2
id
R M EM +
2 u20
a
u10
u10
u10
O id=iVT +iVT
整流电路有源逆变的概念
整流电路有源逆变的概念整流电路有源逆变是指利用电子元器件将交流电转换为直流电的过程，并通过有源元件将直流电转换为交流电的过程。
整流电路是将交流电转换为直流电的过程。
交流电是指电流的方向和大小随时间而变化的电流，常见的交流电为正弦波形。
而直流电是指电流方向和大小不随时间而变化的电流，常用一个平稳的电压或者电流表示。
在实际应用中，许多电子设备需要通过直流电来工作，例如手机充电器等。
因此，需要将输入的交流电转换为直流电。
整流电路就是用来实现这一任务的电路。
在整流电路中应用的元器件主要有二极管。
二极管是一种电子元件，具有单向导电的特性。
在整流电路中，二极管的正向导通特性使得它可以将输入的交流电转换为直流电。
当交流电的正半周期时，二极管正向导通，电流经过；而当交流电的负半周期时，二极管反向截止，电流无法通过。
通过这种方式，整流电路将输入的交流电转换为了具有直流特性的输出电流。
在有源逆变电路中，有源元件如晶体管、场效应晶体管等被应用于将直流电转换为交流电。
当直流电通过有源元件时，可以通过控制有源元件的导通和截止状态来改变电流的方向和大小。
通过适当的电路设计和控制，有源逆变电路能够将直流电转换为交流电，实现了从直流到交流的能量转换。
有源逆变电路的应用非常广泛。
在工业生产中，有源逆变电路被应用于调节和变换电压、频率和电流。
在太阳能发电领域，有源逆变电路被用来将太阳能电池板产生的直流电转换为交流电，以供电网和家庭使用。
此外，有源逆变电路还被应用于电动车、UPS(不间断电源)等设备中，以实现能量的高效利用和功率的可控转换。
有源逆变电路的工作原理与整流电路正好相反。
有源逆变电路中的有源元件通过不同的导通和截止方式，控制电流的方向和大小，从而将输入的直流电转换为交流电。
通过适当的控制，可以实现不同形式和参数的交流电输出，例如正弦波、方波、脉冲波等。
总而言之，整流电路有源逆变是通过电子元器件将交流电转换为直流电的过程，并通过有源元件将直流电转换为交流电的过程。
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三相桥式电路工作于有源逆变状态时波形如图2-46所示
有源逆变状态时各电量的计算：
Ud= -2.34U2cos = -1.35U2Lcos
输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，即
（2-105）
Id
= U d - EM R
8.1.2 三相桥整流电路的有 源逆变工作状态
每个晶闸管导通2p /3，故流过晶闸管的电流有效值为（忽略
直流电流id的脉动）
IVT
=
Id 3
= 0.577 I d
（2-106）
从交流电源送到直流侧负载的有功功率为
Pd = R Id 2 EM Id
（2-107）
当逆变工作时，由于EM为负值，故Pd一般为负值，表示功率 由直流电源输送到交流电源。 在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流的有效值为
2 I 2 = 2IVT = 3 I d = 0.816I d
8.1.1 逆变的概念
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
1
VT1
L
0 u10
iVT1
u20VT2
2
iVT2
ud
id R
µç ÄÜ + M EM -
ud u10
u20
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8.1.2 三相桥整流电路的有源 逆变工作状态
u2
ua
ub
uc
ua
ub
uc
ua
ub
uc
ua
ub
O
wt
=
3
=
4
=
6
ud uab uac ubc uba uca ucb uab uac ubc uba uca ucb uab uac ubc uba uca ucb uab uac ubc
8.1.3 逆变失败与最小逆变角的限制
2. 确定最小逆变角min的依据
逆变时允许采用的最小逆变角 应等于
min=d ++q′
（2-109）
d :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。
8.1.1 逆变的概念
图2-44a M电动运转，EG>EM，电流Id从G流向M，M吸收 电功率
图2-44b 回馈制动状态，M作发电运转，此时，EM>EG， 电流反向，从M流向G 故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2-44c 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
8.1.1 逆变的概念
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，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。
8.1.2 三相桥整流电路的有源逆 变工作状态
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，电路工作在逆变状态
第八讲 整流与有源逆变(四)
8.1 整流电路的有源逆变工作状态 8.2 晶闸管直流电动机系统
8.1 整流电路的有源逆变工作状态
8.1.1 逆变的概念 8.1.2 三相桥整流电路的有源逆变工作状态 8.1.3 逆变失败与最小逆变角的限制
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8.1.1 逆变的概念
1. 什么是逆变？为什么要逆变？
逆变（invertion）——把直流电转变成交流电，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 逆变电路——把直流电逆变成交流电的电路 有源逆变电路——交流侧和电网连结 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等 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。既工作在整流状态 又工作在逆变状态，称为变流电路
不考虑电动机的电枢 电感时
只有晶闸管导通相的变 压器二次侧电压瞬时值 大于反电动势时才有电 流输出，此时负载电流 断续，对整流电路和电 动机的工作都不利，要 尽量避免
在电枢回路串联一平波 电抗器，保证整流电流 在较大范围内连续，如 图2-48
ud
ua
ub
uc
ud
idR O
id ic
ia
（2）晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通 （3）交流电源缺相或突然消失. （4）换相的裕量角不足，引起换相失败
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8.1.3 逆变失败与最小逆变角的限制
a b iVT1 c iVT2
iVT3
LB VT1
LB VT2 LB VT3
o
ud
ua
ub
uc
L ud
id M EM +
ua
ub
O
p
wt
wt1 wt2 wt3
O
wt
=
3
=
4
=
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
8.1.2 三相桥整流电路的有 源逆变工作状态
可沿用整流的办法来处理逆变时有关波形与参数计算等各项问题
把 > /2时的控制角用- = 表示， 称为逆变角
而逆变角和控制角的计量方向相反，其大小自 =0的起始点向
电流断续时电动机机 械特性的特点：
电动机的理想空载转 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a 的增加，进入断 续区的电流值加大
E
分界线
E0
a1 a2 a3
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 |，才能把电能从直流侧送到交流侧,实现逆变。 电能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，逆变时在 /2~ 间
每对磁极下的磁通量，单位为（Wb）；n为电动机的转速，单位 为（r/min）。
可根据整流电路电压平衡方程式（2-112），作出不同控制角 时
EM与Id的关系
EM = 1.17U2 cos - R Id - U （2-114）
转速与电流的机械特性关系式为
n = 1.17U 2 cos - R Id U
<=60o ，电动机的实际空载反电动势都是 当>60o 以后，空载反电动势为
2U 2
2U 2 cos( - 3)
8.2.1 工作于整流状态时
E
E0 ( 2U2)
断续区特性的近似直线
E0' (0.585U2)
Idm i n
O 断续区
连续区
Id
图2-50 电流断续时电动势的特性曲线
8.2.1 工作于整流状态时
id iVT3
iVT1
iVT2
iVT3
iVT1
O
wt
图2-47 交流侧电抗对逆变换相过程的影响
8.1.3 逆变失败与最小逆变角的限制
换相重叠角的影响：当 > 时，换相结束时， 晶闸管能承受反压而关断。如果 < 时（从图2-
47右下角的波形中可清楚地看到），该通的晶 闸管（VT2）会关断，而应关断的晶闸管（VT1) 不能关断，最终导致逆变失败。
此时，整流电路直流电压的平衡方程为
Ud = EM RId U
（2-112）
式中，R
=
RB
RM
3X B
2
。
8.2.1 工作于整流状态时
1. 电流连续时电动机的机械特性
在电机学中，已知直流电动机的反电动势为
EM = Cejn
（2-113）
式中，Ce 为由电动机结构决定的电动势常数；j 为电动机磁场
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作情况，其 二是由整流电路供电时电动机的工作情况。 本节主要从第二个方面进行分析
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8.2 晶闸管直流电动机系统
8.2.1 工作于整流状态时 8.2.2 工作于有源逆变状态时 8.2.3 直流可逆电力拖动系统
8.2.1 工作于整流状态时
为对重叠角的范围有所了解，举例如下：某装置整流电压为 220V，整流电流800A，整流变压器容量为240kV。A，短路电
压比Uk%为5%的三相线路，其的值约15~20。
8.1.3 逆变失败与最小逆变角的限制
或参照整流时 的计算方法：
cos - cos
根据逆变工作时 =
(
-
) = Id XB 2U2 sin
无源逆变——变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载， 将在第5章介绍
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8.1.1 逆变的概念
2. 直流发电机—电动机系统电能的流转
Id
G
M
EG R∑ EM
Id
G
M
EG R∑ EM
Id
EG
G
M
R∑ EM
a)
b)
c)
图2-44 直流发电机—电动机之间电能的流转
a）两电动势c同）极两性电E动G势>E反M极性b），两形电成动短势路同极性EM >EG
Cej
Cej
（2-115）
8.2.1 工作于整流状态时