电力电子技术讲义B(4-5)

Ud与E顺向连接造成短路
逆变失败相当于短路，将损坏变流装置 （整流失败只会使输出电压缺相）
逆变角的限制
min 晶闸管关断时间 换相时间 裕量
一般min 30 ~ 35
m
太大
in
变压器容量不能充分利用,
且电压可调范围变小
m
太小
in
逆变失败损坏变流装置
4.2有源逆变电路的应用
4.2.1直流电动机可逆拖动系统
R R R T V R V R R A C V R R V R V V C R
V R V R V R R V T V V C V C R U R R V R C V V VR来自U - X Y - 1
•脉冲形成放大环节
R
V C C B (1)稳态 :V 4截止
2 32
V 5 /V 6导通 + V V + 1 V 7 /V 8截止
T V V C R R V C R U R R V 可R 见C V us为V 锯齿 V 波 V
R
V2
U - X Y - 1
(2)同步的实现 选择合适的R1 / C1值 使V2在电源周期内 导通240, 截止120
当电容电压为图示 方向时V2总是截止
(3)同步电压与移相电压的叠加
V
(电流叠加)
2 3
重物上升，变流器为电机提供能量，电机工作在电动状态； 重物下降，电机工作在发电状态，变流器吸收电机提供能 量，送回电网。
重物
AC Linear Transformer
t
Clock
t
a
k
g
m
VT1
a
k
g
m
VT2
+ -
v
Voltage Measurement
RL
DC
+ -
v
Voltage Measurement1 u
(1)Uc与U d 为线性关系
Uc U SM cos U d U do cos
U d
U
do
Uc U SM
kUc
(2)电路能自动补偿电源电压
波动对输出电压的影响
u2 U d
us Ud
(3)实际移相范围180
0 9 1 u
4.4.2锯齿波同步触发电路
R
V C C B 2 3
+ V V 1 +
又称变流器 （既能整流又能逆变）
4.1.3逆变失败与逆变角的限制
U
V
A1
A2
B2
B1
C2 A3
B3
C1
C3
YgYgD linear transformer W
Ug1 Ug2 Ug3
a
k
g
m
Thyristor
a
k
g
m
Thyristor1
+ -
v
VM
+ -
v
V M1
+ -
v
DC
V M2
a
k
g
m
Thyristor2
+ -
v
R
VM4
Demux iT1
t
Clock
t
uT1
仿真模型
f411.mdl
U2 Ud
逆变失败的原因
•触发电路不可靠（脉冲丢失或延时）
•晶闸管故障
•交流电源异常（缺相或丢失）
•逆变角太小
100
U
V
W
a=120
50
0
-50
-100 0
0.005
0.01
VT2脉冲丢失
0.015
0.02
0.025
0.03
100 a=60 U
V
W
50
0
-50
-100 0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
100 50 0
-50 -100
0
U
V
W
6
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
应将此波形加一负号（使参考方向相同）， 又因使用相同电源，故应前移180°后比较
错位无环流工作方式 错位无环流是二组变流器都输入脉冲， 但二组脉冲彼此错开，使不工作一组 所受到脉冲的晶闸管的阳极电压恰好 为负，从而消除环流。
i
-
4.1.2逆变条件
•要有给晶闸管正向电压的外部直流电源E，且E>Ud •变流器工作在的区域（输出负电压）
逆变角的定义
逆变角
整流Ud=Udocos () 逆变电路的要求 逆变Ud=-Udocos ( )
逆变电路：单/三相半波；单/三相全控桥。
（有或相当于有续流二极管的电路因无法
输出负电压，不能做为逆变电路）
•一组变流器供电，接触器控制正反转
•两组变流器供电
1 2 L
L L 1 2 1 U L L U L U V V V L 2
L L O
正转逆变
•四象限运行图
正转整流
发电运行
电动运行
n
1 i 2 1 i 2 d d L L
- - -
i i d d
1 - 2 1 - 2 - L L
- T e
反转整流 电动运行
Ud=Ud （）（平均值相等）无直流 环流, ud‡ud (瞬时值不等）有交流环流 串环流电抗器抑制交流环流 环流电抗器采用对称串入正反两组变流器，因 为总有一组变流器流过直流电流，会造成电抗 器铁芯饱和，电感量下降。 Lc 的大小以将环流限制在3%~ 5 %Id即可
ud‡ud (瞬时值不等）有交流环流
4.3变流装置的功率因数及其对电网的影响
4.3.1变流装置的功率因数
cos P / S 输出有功功率/ 输入视在功率
(1)一般交流供电系统的功率因数取决于负载的
性质,当负载确定时, cos不变; (2)变流装置的功率因数取决于控制角的大小
以单相全波电路大电感负载电路为例
变压器一次侧电压为正弦波, 但电流为非正弦波. 设其基波电流有效值为I11, 谐波电流有效值为I12 , I13, I1n 则总电流有效值为:
C5为右_ 左,电压 15V (2)斩态:V1导通 V 2截止 V 3导通 发出脉冲 C 4放电 C5放电: 15V R9 C5, R11 V 3 GND 当ube2从 15V 0.7V时,V 2导通 V 3截止 脉冲结束
脉宽取决于C5的放电速度, (R9 R11)C5
•其它环节
有源逆变产生制动转矩， 实现快速制动
反转整流 发电运行
•工作方式
逻辑无环流工作方式 1/2组不同时工作无环 流（无需笨重的电抗器限制 环流） 根据直流电动机的转向 （E的极性）及零电流 （Id=0）作出逻辑判断， 按要求控制1/2两组变流器 的工作状态
i
环流：不经负载， 徒增器件电流负担
工作方式 Uc=0 =90n=0 Uc(Uc0)(Ud=Ud ) 1组整流， 2组待逆变(1组脉冲左移，2组脉冲右移） 电机正转；此时若要降低正转转速，只须降低 Uc，则2组逆变，1组待整流，转速下降后， 1组重新进入整流状态。
-100
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
0.045
0.05
id
-
RM
Ud
-
功率 M E发电机状态
+
+
整流（）
逆变（）
整流状态
Ud E U d E Id RM AC / DC 若Ud E, 待整流
整流与逆变的比较 短路（不允许）
逆变状态
E Ud E Ud Id RM DC / AC 若E Ud ,待逆变
PN (min一般取30, PN为三相电机容量)
串 级调 速范 围: 当n从n
n 2
(调速比为2)时,
sm ax
n
n 2
n
1 2
,
则ST
1/ 2 c os30
PN
0.5PN ;
当n从n
n 3
(调速比
为3)时,
则 T
2/3 3/2
PN
PN
可见, 调速范围越大, 逆变器容量将超过电机容量,
不经济.故串级调速适用于小范围调速如风机水泵等.
V R R A R C R R V R R T V R V C3充无电脉左冲输 右出 S 3 P R V V C R 约30V 1 1
V R V R V (2)斩态 :V 4导通 T V V C R R V C R U R R V R C V V V V VVU57A //VV0S 68,导截UD b通止5 D 1 32 0V 4 2
+ -
v
Voltage Measurement2
Pulse Generator
Pulse Generator1
仿真模型 f41.mdl
100
50
a=30
0
-50
-100
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
0.045
0.05
id
+
Ud 功率
-
RM + M E电动状态
-
100
a=120
50
0
-50
U 2l 经逆变变压器调整送至电网
s U2l cos (无级调速)
E2
可见: cos s n
能量送回电网多,电机转速自然下降
( 90 Ud 0能量送回电网为0,电机转速最大)
逆变变压器二次側线电压 :U2l
sm E ax 2
c os m in
,
容量sT
smax
c os m in
4.4.1正弦波同步触发电路
•同步移相环节
采用电流叠加:
ibe
UC R4
us R5
若ibe 0 V1导通
输出脉冲(负脉冲)
若ibe 0 V1截止 无输出脉冲
移相范围 180
Uc 脉冲左移,
+ U R R C u R V R
u
u U U U
•脉冲形成放大环节
(三极管工作在开关状态) (1)稳态:V1截止 V 2导通 V 3截止 无脉冲输出 此时,C4为右 左,电压 15V
R 发出脉冲
U - X Y - 1 1
当脉冲发出后, C3经VD4 V 4 电源 R11放电 并反充, 使其电压从 30V开始上升,当其上升至 13.3V时 V 5 /V 6导通 V 7 /V 8截止 输出脉冲结束
脉宽取决于 R11C3
R13 / R16为限流电阻,防止V 7 / V 8长时间导通过流损坏 VD6提高V 7 /V 8导通阀值, 起抗干扰作用 C5提高输出脉冲前沿陡度
(E2为转子开路线电压有效值)
三相逆
变
电路逆变为线电压为U
的交流
2l
电
压
1.35sE2 U d 1.35U 2l cos
三相不控整流E 2.34U 2 1.35U 2l 1.35sE2
(E2为转子开路线电压有效值)
三相逆变电路
逆
变为线电
压
为U
的交流
2l
电
压
1.35sE2 U d 1.35U 2l cos
第4章 有源逆变电路
4.1有源逆变的工作原理 4.2有源逆变电路的应用 4.3变流装置的功率因素及其对电网的影响 4.4变流装置的触发电路
4.1有源逆变的工作原理
直
逆
交
有源逆变
电网
流
变
流
电
器
电
无源逆变 用电设备
有源逆变应用：直流电动机可逆拖动， 线绕式异步电动机串级调速，直流输电
4.1.1工作原理
I1 I112 I122 I1n2
S I1U1, P I11U1 cos cos P / S I11 cos cos
I1
其中 I11 称为电流畸变系数,
I1 由整流电路的结构决定.
100 变变变变变变变变u1
50 0
-50 -100
0.76 0.765 0.77 0.775 0.78 0.785 0.79 0.795 0.8
•同步移相环节
(1)同
步电压的产生
R
V 虚框内为一恒 C 流C 源 B
2 I c1 3 R3 VSRp 2 + 当V2截止时 V V + 1
R V R R V A R C 当 uucs 2V2导 uR e3通 Icc2R 1V 时 dutc,V 2c2R 经 Icc21RC t 4R R T VV 2 R V V R V 快速R 放电(R5 R4 ,V R5 10K )
提高的方法
i i I
i I I
3增加整流相数及变压器采用 / 接法
降低的方法
小角工作
小角及小角工作
4.3.3变流装置对电网的影响
谐
降
变 流 装
产生谐 波电流
波 污 染
电网内部产 生谐波电压
低 电 网
置
源
质
量
通信线路 杂音,电 机噪音, 附加温升, 绝缘电压
4.4变流装置触发电路
基本结构
us与Uc共同控制触发脉冲的位置。根据us的不同， 触发电路包括正弦波触发电路与锯齿波触发电路。
4.2.2绕线转子异步交流电动机的串级调速系统
3
1 •电路原理图
T i d
U
E 2
L
电动机转动时，转子感应电压的频率较高， 频敏电阻器等效电阻较大，限制启动电流
•调速原理
同步转速n
60 f1 p
转差率s n n n
转子感应电动势E2 sE2 (与S有关又称转差频率电动势)
三相不控整流E 2.34U 2 1.35U 2l 1.35sE2
(单相全波 0.9;三相桥式 0.955)15 变变变变变变变变i1
10
5
变流装置的功率因数随移相角 0
而变化,产品铭牌上的功率因 -5 -10
数指额定工作条件下的数据
-15 0.76
0.765
0.77
0.775
0.78
0.785
0.79
0.795
0.8
4.3.2提高功率因数的方法 cos cos 提高 (减小高次谐波分量); 降低 (小角运行)
输出u 部分：VD9/VD10防止 输出u 负脉冲，R14为限流电 阻，u VD8/R12防止V3截止 时，u TP初级绕u 组产生感应高 压击穿V3 同步输入部分：us’经R1/C1 滤波，防止电网电压波动对触 发电路的影响，us落后us’一 定角度-tg-1R1C1 min和min的限制电路
•特点
调整U P的数值,使UC 0时+ 脉冲位于