第四章 有源逆变电路

2.三相桥式全控有源逆变电路
哪些地方会用到有源逆变呢？
晶闸管直流电动机可逆拖动系统 绕线转子异步电动机的晶闸管串级调速 高压直流输电
4.2 晶闸管直流可逆拖动工作原理
晶闸管直流电动机系统——晶闸管可控整流装置带直流电动机负
载组成的系统。
是电力拖动系统中主要的一种。许多工作要求传动电动机能正反
向运行即可逆拖动。改变直流它励电动机的转向有两种方法，即改变 励磁电压极性和改变电枢电压极性。
Id
EM EG R
发电 运行
短路
Id
EG E M R
两个电动势同极性相接时，电流总是从电动势 高的流向低的，回路电阻小，可在两个电动势间
交换很大的功率。
电流从电源的正极流出者，该电源为输出功率；
P = E· i<0
电流从电源的负极流出者，该电源为输入功率。 P= E· i>0
两个电动势反极性相接（顺向串联）时，如果 电路电阻小，会形成短路事故。
B.限制方法 (1).触发电路在β =β 一组固定脉冲。
(2).逆变角保护电路
min处附加
(3).Uc加限幅电路。
4.1.3 常用的有源逆变电路
1.三相半波有源逆变电路
能量传递关系：EM的正极流出电流 ，因此它提供能量，经晶闸管电路把 直流电能逆变为交流电能回馈电网。
Id Ud EM R
2.三相桥式全控有源逆变电路
4.1有源逆变电路的分析
首先定义一下变流装置的定义：即同一套电路， 既可以工作在整流状态，也可以工作在逆变状态，
这样的电路统称为变流装置。
变流装置如果工作在逆变状态，其交流侧接 在交流电网上，电网成为负载， 在运行中将直流 电能变换为交流电能并回送到电网中去， 这样的 逆变称为“有源逆变”。
如果逆变状态下的变流装置，其交流侧接至交
是可控整流装置的主要用途之一。
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。本节主要讲有源逆变方式来改变电枢电
压极性来改变电动机的运转方向。
直流可逆拖动系统 指能够控制电动机正反转的自动控制系统。 很多生产设备如起重提升设备、电梯、轧钢机轧辊等均要 求电动机能够正反双向运转，这就是可逆拖动问题。 利用变流装置供电的直流可逆拖动系统，除了能方便地实现正反 转外，还能实现回馈制动。 对于直流他励电动机来说，改变电枢两端电压的极性或改变励磁绕 组两端电压的极性均可改变其运转方向，这可根据应用场合和设备 容量的不同要求加以选用。 按照所用晶闸管变流装置组数的不同，一般又可通过两种方法实 现电动机的正反转控制： 1）一种是采用一组晶闸管变流器给电动机供电、用接触器控制电 枢电压极性的电路； 2）另一种是采用两组晶闸管变流器反极性连接组成的可逆电路。
流负载，在运行中将直流电能变换为某一频率或 可调频率的交流电能供给负载，这样的逆变则称
为“无源逆变”或变频电路。
4.1.1 有源逆变电路的工作原理
1.两电源之间的直流发电机-电动机系统电能的转换 反极性相连
同极性相连 ;EG＞EM;
同极性相连 ;EM＞EG;
E EM Id G R
电动 运行
（3）最小逆变角βmin的确定 A.考虑的因素
(1).换相重叠角γ(15°～25°),可查手册或由公式计算。
(2).晶闸管的关断时间tq所对应的电角度δ ,可达200～ 300μ s,δ 为4°～5°。 (3).安全裕量θ ＇,取10°。 βmin=γ+δ+θ＇=(15°～25°)+（4°～5°）+10°=30°～35°
2.晶闸管出现故障
3.交流电源出现异常 缺相 、电源突然断电 、电网电压波动使同步电 压波动,造成脉冲丢失 。
4.换相时间不足 （1）先定义一下逆变角 β 定义:α=π-β,即α+β=π,则β=π-α。 Ud=Udo×cosα=-Udo×cosβ
α、β是从两个方向表示晶闸管的触发时刻。
（2）β＞γ(换相重叠角),正常。 若β＜γ:即β=0时换流还没有结束，前一相继续导通，换相失败。
n
0
T
4.3 绕线转子异步电动机串级调速与高压直流输电
逆变失败提出的原因
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。
整流：
U EM Id d R
逆变：
Id
EM U d R
一.逆变失败原因可分为以下四个方面
1.触发电路共工作不可靠 脉冲丢失 、脉冲分布不均匀 。
第四章 有源逆变电路
4.1有源逆变电路的分析
生产实际中，除了将交流电转换为直流电外(整流）， 往往还会出现需要将直流电能变换为交流电能的情况 （即逆变）。例如，运转中的直流电机，要实现快速 制动，较理想的办法是将该直流电机作为直流发电机
运行，并利用晶闸管将直流电能变换为交流电能回送
电网，从而实现直流电机的发电机制动。还有在跨江 河的和大容量的远距离的电缆输电，联系两个不同频 率的交流电网方面，高压直流输电就要用到将直流电 能变换为交流电能的情况。
2.有源逆变的工作原理及条件
(1) α＜90°,输出Ud 为正值,M电动运行 ,EM上正下负 。
Id
Ud EM R
晶闸管装置工作在整流状态， 供能；
M吸收能量,电动运行。
(2) α＞90°, 且使Ud＜EM，Ud与前整流时 Ud极性相反，VT会导通。
Id
EM U d R
M供能，工作于发电制动状态；
逆变和整流的区别：控制角 不同 0< <p /2 时，电路工作在整流状态。
p /2< < p时，电路工作在逆变状态。
以下电路哪些可以实现有源逆变？为什么？
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。
4.1.2 逆变失败与最小逆变角的限制
为了分析直流电动机可逆系统的运转状态及其与变流器工作状态 之间的关系，这里首先介绍一下电动机的四象限运行图。四象限运行 图是根据直流电动机的转矩(或电流)与转速之间的关系，在平面四个 象限上作出的表示电动机运行状态的图。图５－７所示即为反并联可 逆系统的四象限运行图。从图中可以看出，第一和第三象限内电动机 的转速与转矩同号，电动机在第一和第三象限分别运行在“正转电动” 和“反转电动”状态，第二和第四象限内电动机的转速与转矩异号， 电动机分别运行在“正转发电”和“反转发电”状态。电动机究竟能 在几个象限上运行，这与其控制方式和电路结构有关。如果电动机在 四个象限上都能运行，则说明电动机的控制系统功能较强。
4.2.1 采用一组变流桥的可逆电路 用交流接触器控制直流电动机正反转的电路采用一组晶闸管 变流装置给电动机电枢绕组供电，通过正向和反向接触器的切换来改 变电枢电压的极性。 这种方案简单经济，但是接触器动作噪声大，寿命短，动作时 间长，适应不经常正反转的场合。要求高的场合，采用两组晶闸管变 流桥装置反并联的可逆电路。 4.2.2 采用两组变流桥的可逆电路
晶闸管装置吸收能量，并送交流电网， 实现有源逆变。 总结：在一周期内，并不是每一瞬 时都进行有源逆变，只是一周期内 逆变时间大于整流时间（因为α＞ 90°），总的来看，电路工作在有 源逆变状态。
3.实现有源逆变的条件： （1）要有直流电源E，其极性必须与晶闸管导通方向一致。 （2）变流器输出的直流平均电压d必须为负值，即晶闸管触发 角求α＞90°，使且|Ud|<|E|。