第四章：有源逆变
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第4章 有源逆变电路
图4-2 全波电路的整流和逆变
（a）α=45°；β=45°
因Ra阻值很小，其电压也很小，因此Ud≈E。电流Id从Ud 的正端流出，从电动机反电动势E的正端流人，故由交流电源经 变流器输出电功率，直流电动机吸收电功率并将其转换为轴上的 机械功率以提升重物。如在提升运行中突然使晶闸管的控制角α 减小，则Ud增大，瞬时引起电流Id增大，电动机产生的电磁转矩 也增大，因电动机轴上重物产生的阻转矩不变，所以电动机转速 升高，提升加快。随着转速的升高，电动机的反电动势E=Ceφn 也增大，使Id恢复到原来的数值，此时电动机稳定运行在较高转 速。反之α增大，电动机转速减小所以改变晶闸管的控制角.可 以很方便地对电动机进行无级调速，从而改变提升的速度。 • 当α增大到某值如α3值，如图4一3所示，如此时电动机转矩 M1恰好与负载转矩相等，则电动机稳定在n=0处a点。如图4一3中 曲线①，这相当干整流器供电给电阻和电感，仍运行在整流状态。 如α再增大到90°，如图4-3中曲线②，则电动机转矩小于负载 转矩，于是在重物作用下电动机反转，E改变方向，E使Id增加， 最后稳定在b点，此时电动机运行在能耗制动状态，向整流器输 出的平均功率为零。
图4-6 有源逆变环流失败波形
• 二、最小逆变角的确定及限制 • 根据上述各种逆变失败原因的分析，可以总结出这样一条规 律:为了保证逆变能正常工作，除了选用可靠的触发器不丢失脉 冲外，同时对触发脉冲的最小逆变角β min，必须要有严格的限 制。 • 〔一)最小逆变角β min的确定 • 要保证在电压换相点之前完成换相，触发脉冲必须有超前的 电角度，即最小逆变角β min 应根据下面的因素来考虑。
•
公式与整流时一样。由于逆变运行时α>90°，cosα计算不 太方便，于是引入逆变角β，令α=π-β，用电度表表示时为 α=180°-β，所以
第四章有源逆变讲解
• 在可逆拖动系统中，通常采用两套变流器 相互切换。
2021/4/13
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4-7
有源逆变
5、逆变角 ➢为了方便，电路进入逆变状态时，通常用逆 变角 （或称引前触发角）表示相控角度。 ➢规定： 角计算的起始点为控制角 = 处， 计算方法为：自 = （ = 0 ）的起始点 向左方计量。 ➢ 、 的关系： = － 或 ＋ =
有源逆变
第 4 章 有源逆变与相 控变流器特性
2021/4/13
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4-0
概述
有源逆变
• 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：电力机车再生制动行驶，机车的动能转变为电能，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。
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4-11
本章内容
有源逆变
4.1 有源逆变电路的工作原理（概念）
4.2 三相有源逆变电路
4.3 有源逆变的应用 4.4 整流电路的谐波和功率因数 4.6 变流电路的功率因数及改善方法
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4-12
有源逆变
4. 2 三相有源逆变电路
❖ 有源逆变电路——交流侧和电网连结。（本章介绍）
－ 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。
❖ 无源逆变电路——变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载。 （将在第6章介绍）
➢ 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。既可工作在整流状 态又可工作在逆变状态的电路又称为变流电路。
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有源逆变
5、逆变角 ➢为了方便，电路进入逆变状态时，通常用逆 变角 （或称引前触发角）表示相控角度。 ➢规定： 角计算的起始点为控制角 = 处， 计算方法为：自 = （ = 0 ）的起始点 向左方计量。 ➢ 、 的关系： = － 或 ＋ =
有源逆变
第 4 章 有源逆变与相 控变流器特性
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概述
有源逆变
• 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：电力机车再生制动行驶，机车的动能转变为电能，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。
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本章内容
有源逆变
4.1 有源逆变电路的工作原理（概念）
4.2 三相有源逆变电路
4.3 有源逆变的应用 4.4 整流电路的谐波和功率因数 4.6 变流电路的功率因数及改善方法
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有源逆变
4. 2 三相有源逆变电路
❖ 有源逆变电路——交流侧和电网连结。（本章介绍）
－ 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。
❖ 无源逆变电路——变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载。 （将在第6章介绍）
➢ 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。既可工作在整流状 态又可工作在逆变状态的电路又称为变流电路。
逆变电路
+ β = π，或 β = π－ α 。
三相半波逆变电路
u T V VT1 L VT2 d
W
VT3
ud
id
R
+
Ud
α=150º
U V W
Ud
EM
β=30º
id = iT1+iT2+iT3
Id
iT3 iT1 iT2 iT3
三相半 波逆变 电路及 其波形
关于逆变 电路各电 量的计算 归纳如下
Ud = －2.34U2COS β = －1.35 U2LCOS β
由于换相有一过 程，且换相期间的输 出电压是相邻两相的 平均值，故逆变电压 Ud要比不考虑漏抗 时更低（负的幅值更 大）。存在重叠角会 给逆变工作带来不利 后果，如以VT1和
VT2的换相过程 来分析。
以上分析以三相 桥式电路为例
有源逆变电路应用举例
一、直流可逆电力拖动系统
ＶＴ１ ＶＴ３ ＶＴ５
一组 Ｌ1
Id = [Ud－EM] / R∑
在逆变状态时，Ud和EM的极性都 与整流状态时相反，均为负值。
逆变角失败与最小逆变角的限制
逆变运行时，一旦发生逆变失败，外接直流电源就会通过 晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电 动势变成串接，由于逆变电路内阻很小，形成极大的短路电流， 这种情况称为逆变失败。或逆变颠覆。 一、逆变失败的原因
R∑ 两电动势反极性， 形成短路
控制发电机电动势的大小和极性， 可实现电动机四象限的运转状态。
两电动势同极性 EG＞EM
G —
M做电动运转，EG＞EM ，电流Id从G流 向M，Id的值为 Id
= [E －E ]/ R
G M
第四章 有源逆变电路
逆变状态和整流状态的区别：控制角 a 不同 0<a < /2 时，电路工作在整流状态
/2< a < 时，电路工作在逆变状态
第二节
三相有源逆变电路
2.逆变角的概念：
为实现逆变，需一反向的EM ，而Ud因a﹥π/2已自动变为负值，满足逆 变条件。因而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 a >π /2时的控制角用π - a =β 表示，β称为逆变角。 整流状态：α＜π/2， 相应的β＞π/2；
第三节
结论：
逆变失败与最小逆变角的限制
1.β不能等于零。
2.β不能太小，必须限制在某一允许的最小角度内。
第三节
逆变失败与最小逆变角的限制
二、 确定最小逆变角βmin的依据
有源逆变时允许采用的最小逆变角 应等于
min=d +g+q′
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。
极流入，该电源吸收电能。电源输出或吸收功率的大小由电势与电流
的乘积来决定。 （ EG ﹥ EM,整流； EG ﹤ EM ：逆变 ） (3) 两个电源反极性相连，如果电路的总电阻很小，将形成电源间 的短路， 应当避免发生这种情况。
第一节 逆变的概念
三、 有源逆变产生的条件
改变EM的极性； Ud极性也必须相反。 怎样使Ud方向相反？
有源逆变电路的控制电路在设计时，应充分考虑变压器漏电 感对晶闸管换流的影响以及晶闸管由导通到关断存在着关断
时间的影响，否则会由于逆变角β 太小造成换流失败，导致
逆变颠覆的发生。 以共阴极三相半波电路为例， 分析由于β 太小而对逆变电 路产生的影响。
有源逆变
1、逆变失败
（1）触发脉冲丢失引起的 逆变失败
（2）逆变电路工作时逆 变角太小引起失败与逆变角的限制
（1）逆变失败的原因： 晶闸管损坏、触发脉冲丢失、 1 快速熔断器烧坏 逆变电路工作时，逆变角太小 2 （2）最小逆变角的确定 0~250） 换相重叠角γ（ 15 1 2 晶闸管关断时间所对应的电度角δ0 安全余量角θa(100左右) 3 所以βmin≥ γ+δ0+θa≈300~350 4
1、无源逆变电路：将直流电能变为交流能输出 至负载。感应加热、电火花加工、列车照明高频电 子镇流器等,主要用于变频电路
2、有源逆变电路：将直流电能变为交流电能输出
给交流电网。直流电动机可逆调速、绕线转子感应 电动机的串级调速、高压直流输电 3、有源逆变器：完成有源逆变的装置称为有源 逆变器。
一、单相桥式可控整流反电动势负载电路 u
id
d
VT1
VT2
E M E
Ud
E
0
u2
Rd VT4 VT3 Rd
ug
id Id id Ld uL
E M
0
α 1.3 θ
2.4
ω t 1.3
ωt
Ud 1 ud uL
ud
E
0
VT1
VT2
u2
ud
VT3
Ud 1
Rd
ug
id
α θ
1.3 2.4
ωt
1.3
VT4
0
ωt
３－１ 有源逆变的工作原理
一、有源逆变的工作原理
１、重物提升，变流器 工作于整流状态
2、重物下放，变流器 工作于逆变状态
结论：有源逆变的条件
（1）外部条件：一定要有直流电源E，其极性必须与晶 闸管的导通（直流电流）方向一致，其值应稍大于变流器 直流侧的平均电压Ud。 （2）内部条件：变流器必须工作在α＞2 的区域内，使 Ud ＜ 0 。
电力电子技术第4章 晶闸管有源逆变电路
17
第三节
三相桥式逆变电路
三相桥式逆变电路必须采用三相全控桥。其主 电路的结构与三相全控桥式整流电路完全相同，它 相当于共阴极三相半波与共阳极三相半波逆变电路 的串联，其逆变工作原理的分析方法与三相半波逆 变电路基本相同。因其变压器不存在直流磁势，利 用率高；而且输出电压脉动较小，主回路所需电抗 器的电感量较三相半波小，故应用较广泛。
24
二、晶闸管出现故障 如果晶闸管参数选择不当，例如额定电压选择 裕量不足；或者晶闸管质量本身的问题，使晶闸管 在应该阻断的时候丧失了阻断能力，而应该导通的 时候却无法导通。读者不难从有关波形图上进行分 析，从而将会发现，由于晶闸管出现故障，也将导 致电路的逆变失败．
25
三、交流电源出现异常 从逆变电路电流公式 可看出当电路在有源逆变状态下，如果交流电 源突然断电，或者电源电压过低，上述公式中的 Ud 都将为零或减小，从而使电流 Id 增大以至发生 电路逆变失败
21
输出电流的有效值为 晶闸管流过电流平均值为 晶闸管流过电流有效值为
22
第四节
逆变失败原因分析及逆变角的限制
电路在逆变状态运行时，如果出现晶闸管换流 失败，则变流器输出电压与直流电压将顺向串联并 相互加强，由于回路电阻很小，必将产生很大的短 路电流，以致可能将晶闸管和变压器烧毁，上述事 故称之为逆变失败，或叫做逆变颠覆。 造成逆变失败的原因很多，大致可归纳为下列 几个方面：
18
一、逆变工作原理及波形分析 三相桥式逆变电路结构如图 4.6（a）所示。 如果变流器输出电压 Ud 与直流电机电势 ED的极 性如图所标示（均为上负下正），当电势 ED 略大 于平均电压 Ud，则回路中产生电流 Id 为
19
图 4.6 三相桥式有源逆变电路
第三节
三相桥式逆变电路
三相桥式逆变电路必须采用三相全控桥。其主 电路的结构与三相全控桥式整流电路完全相同，它 相当于共阴极三相半波与共阳极三相半波逆变电路 的串联，其逆变工作原理的分析方法与三相半波逆 变电路基本相同。因其变压器不存在直流磁势，利 用率高；而且输出电压脉动较小，主回路所需电抗 器的电感量较三相半波小，故应用较广泛。
24
二、晶闸管出现故障 如果晶闸管参数选择不当，例如额定电压选择 裕量不足；或者晶闸管质量本身的问题，使晶闸管 在应该阻断的时候丧失了阻断能力，而应该导通的 时候却无法导通。读者不难从有关波形图上进行分 析，从而将会发现，由于晶闸管出现故障，也将导 致电路的逆变失败．
25
三、交流电源出现异常 从逆变电路电流公式 可看出当电路在有源逆变状态下，如果交流电 源突然断电，或者电源电压过低，上述公式中的 Ud 都将为零或减小，从而使电流 Id 增大以至发生 电路逆变失败
21
输出电流的有效值为 晶闸管流过电流平均值为 晶闸管流过电流有效值为
22
第四节
逆变失败原因分析及逆变角的限制
电路在逆变状态运行时，如果出现晶闸管换流 失败，则变流器输出电压与直流电压将顺向串联并 相互加强，由于回路电阻很小，必将产生很大的短 路电流，以致可能将晶闸管和变压器烧毁，上述事 故称之为逆变失败，或叫做逆变颠覆。 造成逆变失败的原因很多，大致可归纳为下列 几个方面：
18
一、逆变工作原理及波形分析 三相桥式逆变电路结构如图 4.6（a）所示。 如果变流器输出电压 Ud 与直流电机电势 ED的极 性如图所标示（均为上负下正），当电势 ED 略大 于平均电压 Ud，则回路中产生电流 Id 为
19
图 4.6 三相桥式有源逆变电路
电力电子技术课件有源逆变
特点：快速性好，但需加环流电抗器，适合于中小容量的系统。
2021/4/30
2.逻辑无环流系统 逻辑控制无环流可逆电路就是利用逻辑单元来控制变流器之间的切换过 程，使电路在任何时间内只允许两组桥路中的一组桥路工作而另一组桥 路处于阻断状态，这样在任何瞬间都不会出现两组变流桥同时导通的情 况，也就不会产生环流。
2021/4/30
二. 电流断续时直流电动机的机械特性
1. 电动机的理想空载转速no升高
60
E o ' 1 .1U 2 7 c6 o s 0 0 .5U 8 2 5
no'
0.58U 52
Ce
u2 2U2＞＇ 0E E 2U2
no
2U2
Ce
(060 )
60 E2U 2sip 6 n ()
23..机随械 着特 α性的变增软大，进入断续区的临no界电C 2e流U 2值si增np6大()
2021/4/30
用转速与负载电流表示的机械特性为
n 1 .1 U C e 2 c 7o ( C R s e I d C U e) n o n
其机械特性是一组平行的直线，其斜率由于内阻不一定相同而稍有差异。 调节a 角，即可调节电动机的转速。 当负载减小时，平波电抗器中的电感储能减小，致使电流不再连续，此 时其机械特性也就呈现出非线性。
EMCen
Ri为整流电路的等效内阻
m
Ri 2pXTRT
电动机电枢回路的电压平衡方程式 U dE M R D Id
对于三相半波可控整流电路有 E M U d R D I d 1 . 1 U 2 c 7 U o R i I d R D I d s 1 . 1 U 2 c R 7 I d o U R 23 pXTR TR D称为电动机电枢回路总的等效电阻
2021/4/30
2.逻辑无环流系统 逻辑控制无环流可逆电路就是利用逻辑单元来控制变流器之间的切换过 程，使电路在任何时间内只允许两组桥路中的一组桥路工作而另一组桥 路处于阻断状态，这样在任何瞬间都不会出现两组变流桥同时导通的情 况，也就不会产生环流。
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二. 电流断续时直流电动机的机械特性
1. 电动机的理想空载转速no升高
60
E o ' 1 .1U 2 7 c6 o s 0 0 .5U 8 2 5
no'
0.58U 52
Ce
u2 2U2＞＇ 0E E 2U2
no
2U2
Ce
(060 )
60 E2U 2sip 6 n ()
23..机随械 着特 α性的变增软大，进入断续区的临no界电C 2e流U 2值si增np6大()
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用转速与负载电流表示的机械特性为
n 1 .1 U C e 2 c 7o ( C R s e I d C U e) n o n
其机械特性是一组平行的直线，其斜率由于内阻不一定相同而稍有差异。 调节a 角，即可调节电动机的转速。 当负载减小时，平波电抗器中的电感储能减小，致使电流不再连续，此 时其机械特性也就呈现出非线性。
EMCen
Ri为整流电路的等效内阻
m
Ri 2pXTRT
电动机电枢回路的电压平衡方程式 U dE M R D Id
对于三相半波可控整流电路有 E M U d R D I d 1 . 1 U 2 c 7 U o R i I d R D I d s 1 . 1 U 2 c R 7 I d o U R 23 pXTR TR D称为电动机电枢回路总的等效电阻
电力电子技术——有源逆变电路
当=60，Id=0时，设对应的反电动势为 E0 ，
其值为
E0 Ud 1.17U2 cos60 0.585U2
非线性特性
图4-10 电流断续时电动势的特性曲线
Goback
❖实际上，当Id减小至某一定值Idmin以后，电流变 为断续，真正的理想空载点远大于此值，因为
此时晶闸管触发导通时的相电压瞬时值为 2U2 。
❖考虑直流等效回路，左侧电源为脉动直流电压
ud波形，最大瞬时值为 2U 2 ，并且由于整流器
件的单向导电性，回路电流Id的方向是固定的，
只有当反电动势EM等于脉动直流电压ud的最大
峰值时，电流才能完全等于零，否则，只要EM
比ud的最大峰值略小一点，就总是存在断断续
续的电流脉冲。因此 2U2 才是实际的理想空载
no Ke
Goback
2. 电流断续时电动机的机械特性 • 由于整流电压是一个脉动的直流电压，当电动
机的负载减小时，平波电抗器中的电感储能减 小，致使电流不再连续，此时电动机的机械特 性也就呈现出非线性。
• 电流断续时电动机机械特性的第一个特点: 当 电流断续时，电动机的理想空载转速抬高。
❖由三相半波电路电流连续时反电动势表达式，
变化很小也可引起很大的转速变化。
❖ 设整流控制角一定，由于轻载时电流断续，各晶闸管 的导通角 120 ，此时ud波形将发生一定的变化，水 平直线E以下的部分作用时间将比电流连续时缩短，负 面积减小，平均面积Ud比电流连续时的计算值升高， 在电流连续的条件下得出的Ud计算公式不再适用。
整流波形
图4-11 考虑电流断续时不同时反电动势的特性曲线
➢整流输出电压ud是脉动的，可分为两部分：直 流分量Ud，和交流分量。交流电流分量的大小 主要取决于直流侧的回路电感，特别是平波电
其值为
E0 Ud 1.17U2 cos60 0.585U2
非线性特性
图4-10 电流断续时电动势的特性曲线
Goback
❖实际上，当Id减小至某一定值Idmin以后，电流变 为断续，真正的理想空载点远大于此值，因为
此时晶闸管触发导通时的相电压瞬时值为 2U2 。
❖考虑直流等效回路，左侧电源为脉动直流电压
ud波形，最大瞬时值为 2U 2 ，并且由于整流器
件的单向导电性，回路电流Id的方向是固定的，
只有当反电动势EM等于脉动直流电压ud的最大
峰值时，电流才能完全等于零，否则，只要EM
比ud的最大峰值略小一点，就总是存在断断续
续的电流脉冲。因此 2U2 才是实际的理想空载
no Ke
Goback
2. 电流断续时电动机的机械特性 • 由于整流电压是一个脉动的直流电压，当电动
机的负载减小时，平波电抗器中的电感储能减 小，致使电流不再连续，此时电动机的机械特 性也就呈现出非线性。
• 电流断续时电动机机械特性的第一个特点: 当 电流断续时，电动机的理想空载转速抬高。
❖由三相半波电路电流连续时反电动势表达式，
变化很小也可引起很大的转速变化。
❖ 设整流控制角一定，由于轻载时电流断续，各晶闸管 的导通角 120 ，此时ud波形将发生一定的变化，水 平直线E以下的部分作用时间将比电流连续时缩短，负 面积减小，平均面积Ud比电流连续时的计算值升高， 在电流连续的条件下得出的Ud计算公式不再适用。
整流波形
图4-11 考虑电流断续时不同时反电动势的特性曲线
➢整流输出电压ud是脉动的，可分为两部分：直 流分量Ud，和交流分量。交流电流分量的大小 主要取决于直流侧的回路电感，特别是平波电
PE_4 晶闸管有源逆变电路
4.1 有源逆变的基本工作原理
(二) 三相全控桥有源逆变电路
4.1 有源逆变的基本工作原理
(二) 三相全控桥有源逆变电路 电路工作与整流时一样，即要求每隔60 电路工作与整流时一样，即要求每隔60°依次轮流 触发晶闸管使其导通120 触发晶闸管使其导通120° ，触发脉冲必须是宽脉冲或 双窄脉冲。 双窄脉冲。逆变时直流侧电压计算公式为 Ud=-2.34U2cosβ (4-6) cosβ (4图4-4为β=30°(即α=150°)时三相全控桥直流输出 的波形。共阴极组在触发脉冲Ug1 Ug3、 Ug1、 电压ud的波形。共阴极组在触发脉冲Ug1、Ug3、Ug5 触发换流时， 触发换流时，晶闸管由阳极电压低的管子换到阳极电压 高的管子，因此在相电压波形中触发时电压上跳； 高的管子，因此在相电压波形中触发时电压上跳；共阳 极组Ug2 Ug4、Ug6触发换流时 Ug2、 触发换流时， 极组Ug2、Ug4、Ug6触发换流时，由阴极电位高的管 子换到阴极电位低的管子，所以触发时电压波形下跳。 子换到阴极电位低的管子，所以触发时电压波形下跳。 晶闸管承受的电压波形与三相半波有源逆变电路相同。 晶闸管承受的电压波形与三相半波有源逆变电路相同。
4.1 有源逆变的基本工作原理
（二）有源逆变的工作原理
4.1 有源逆变的基本工作原理
如图两组单相桥式整流电路， 如图两组单相桥式整流电路，通过开关 与直流电动机负载相联接。设先将开关Q Q与直流电动机负载相联接。设先将开关Q 掷向1位置， 组晶闸管的控制角α<90° 掷向1位置，I 组晶闸管的控制角α<90°， 电路工作在整流状态，输出波形如图(b)所示。 (b)所示 电路工作在整流状态，输出波形如图(b)所示。 上正下负，电动机作电动运行， 输出电压Udl上正下负，电动机作电动运行， 流过电枢的电流为il，电动机的反电势E上正 下负。 下负。此时交流电源通过晶闸管装置输出功 电动机吸收功率。 率，电动机吸收功率。
电力电子技术 第4章有源逆变电路
2018年9月25日
4.3
逆变电路的应用
分析可得整流后电机转子直流回路电压平衡方程式: Ud=Ui＋IdR (4-6)
设异步电机带动恒转矩负载在某一转速下稳定运行。现在要改变其 转速，可以通过控制逆变电路的逆变角β来实现。当β角增大时，逆 变电压Ui相应减小，但受机械惯性作用，电机转速不会立即变化， 所以Ud仍维持原值。这样，根据式(4-6)，转子整流回路电流Id就要 增大，转子电流和电磁转矩都会相应增大，而负载转矩未变，电机 做加速运动。在加速过程中，转子整流电压Ud随之减小，又使电流 Id减小，直到Ud、Ui与Id间依式(4-6)取得新的平衡为止。最后，电 机进人新的稳定运行状态，并以比原转速更高的转速运行。同理可 知，减小β角时，电机将降低转速运行。这就是以电力电子器件组成 的绕线转子异步电机电气串级调速系统的工作原理。
4.1
4.1.1
有源逆变电路
认识整流与逆变的关系
整流时能量是交流电网发出经过电路转换成 能量 直流电供给负载，如图4.1(a)所示。而逆变时 传递： 能量是直流电源（此电源或为电机或为直流 电池）经过电路转换成交流电返回给电网或 者给负载，如图4.1(b)所示。
2018年9月25日
4.1
有源逆变电路
4.1.2 有源逆变电路的工作过程 以卷扬机械为例，由单相全波整流电路供电给直流电 动机为动力，分析提升和下放重物两种工作情况。 1.提升重物时，变流器工作于整流状态 (0°≤α ≤ 90° )
L V1 a ud b V3 V4 + E 重物 M _ V2 + id T + u2 i2 R+ u1 -源自4.1有源逆变电路
4.1.2 有源逆变电路的工作过程 2.下放重物时，变流器工作于逆变状态(0°≤α ≤ 90°)
有源逆变概念及工作原理
有源逆变概念及工作原理
引言
有源逆变器是一种常见的电力电子装置，主要用于将直流电源转换为交流电源。
本文将介绍有源逆变器的概念和工作原理，探讨其在各个领域的应用。
一、有源逆变器的概念
有源逆变器是一种能够将直流电能转换为交流电能的装置。
其主要由输直流电源、整流电路、逆变电路和控制电路组成。
有源逆变器在能源转换和变频控制方面具有广泛的应用，能够实现电力系统电源间的无缝切换以及电力质量的控制。
二、有源逆变器的工作原理
有源逆变器的工作过程可以分为以下几个步骤：
1. 输入直流电源
有源逆变器的输入直流电源通常为蓄电池、直流发电机或者直流电源。
这些直流电源会提供所需的输入电压和电流。
2. 整流电路
有源逆变器的整流电路用于将输入的直流电能转换为交流电能。
通常采用整流桥等电路来实现。
3. 逆变电路
在整流电路的基础上，有源逆变器需要使用逆变电路将直流电
能转换为交流电能。
逆变电路采用的是高频开关器件如IGBT或MOSFET，通过控制开关状态来实现交流电能的输出。
4. 控制电路
有源逆变器的控制电路负责监测和控制整个系统的运行。
通过
对开关器件的控制以及电流、电压等参数的监测，实现稳定的输出。
三、有源逆变器的应用
有源逆变器作为一种重要的电力电子装置，具有广泛的应用领域：
1. 可再生能源系统。
有源逆变概念及工作原理课件
案例二：风电逆变器
总结词
将风能转换为直流电
详细描述
风电逆变器是将风力发电机产生的交流电转换为直流电的装置。在风力发电系统中，发电机产生的交 流电需要通过整流器转换为直流电，再通过有源逆变器将直流电转换为高质量的交流电供给负载或电 网。
案例三：有源滤波器
总结词
滤除谐波，提高电能质量
详细描述
有源滤波器是一种用于滤除谐波、提高电能质量的装置。它通过有源逆变技术产生与谐 波大小相等、方向相反的电流，从而抵消谐波电流，提高电源的电能质量。有源滤波器 广泛应用于各种电力系统和工业领域，用于改善供电质量、减少设备故障和延长设备使
02
有源逆变的工作原理
整流与逆变的区别
整流
将交流电转换为直流电的过程，通常使用二极管或晶闸管实现。
逆变
将直流电转换为交流电的过程，通程和用途上存在显著差异。整流主要用于将交流电转换为直流电 ，而逆变则用于将直流电转换为交流电。
有源逆变的电路结构
维持
控制电路持续监测负载的需求，并 相应地调节晶体管（或场效应管） 的状态，以保持负载的稳定供电。
03
有源逆变的应用
在可再生能源系统中的应用
01
02
03
光伏并网逆变器
将太阳能电池板产生的直 流电逆变为交流电，并入 电网，实现并网发电。
风力发电逆变器
将风力发电机产生的直流 电逆变为交流电，并入电 网，实现并网发电。
分布式电源系统
通过有源逆变技术将多个分布式电源连接到电网中，实现能 源的分散式管理和高效利用。
04
有源逆变技术的挑战与前景
当前面临的技术挑战
高效能转换
有源逆变技术需要实现高效率的电能 转换，以满足日益增长的能源需求。
第四章 有源逆变
二、有源逆变的工作原理 在有源逆变时，晶闸管在交流电源的负半周导通 的时间较长，即输出电压Ud波形负面积大于正面积， U d ，直流平均功率的传递方向 0 电压的平均值 是由电动机反送到交流电源。 当工作在整流状态时，为正面积大于负面积，平 均电压 U d 0 ，直流的平均功率的传递方向是交流 电源经变流装置送往直流负载。 因此，对于同一套变流装置，当 90 时，工作 90 90 在整流状态，当 时，工作在逆变状态，当 时， 输出电压平均值为0，电流平均值也为0，交直流两 侧没有能量交换。
（一）两电源间功率的传递 整流和有源逆变的根本区别就是表现在 能量传送方向上的不同，因此，我们在分析 有源逆变电路的工作原理时，正确把握电源 间能量的传递关系至关重要。
R E1 I a E2 E1 R I b E2 E1 R I c E2
结论： （1）电流从电源的正极端流出为输出功率，电流 从电源的正极端流入为吸收功率，其输出或吸收功 率的大小则由电势与电流乘积决定。若其中一个方 向发生改变，则功率的传送方向也随之改变 （2）两电源同极性相接，电流总是从电势高的电 源流向电势低的电源，电流大小则取决于两电势之 差和回路电阻。若回路电阻很小，则很小的电势差， 也足以产生很大的电流，使两电源间交换很大的功 率。 （3）两电源反极性相接时，电势数值相加。若回 路的总电阻很小，则形成短路，应当避免发生这种 情况。
第四章 有源逆变
一、有源逆变的工作原理
整流：交流电 整流器 直流电 用电器 逆变：直流电 逆变器 交流电 用电器 有源逆变：直流电 逆变器 交流电 交流电网， 即将直流电变成和电网同频率的交流电并送到交流 电网去的过程。 无源逆变：直流电 逆变器 交流电（频率可调） 用电器，即将直流电变换成某一频率或频率可调的 交流电直接供给负载使用。
《有源逆变》课件
有源逆变的发展趋势
1
高功率
有源逆变技术将不断向更高功率领域发展，支持更大规模的能量转换和控制。
2
高频率
有源逆变将趋向高频率工作，提高效率和响应速度，满足更多应用需求。
3
智能化
有源逆变将借助智能控制和通信技术，实现更智能化的能量转换和系统管理。
有源逆变技术的突破与创新
1 新型器件
新一代有源逆变将采用更高性能、可靠性和集成度的器件，提升系统的效率和稳定性。
快速响应速度
有源逆变的响应速度非常快， 能够迅速变换输出电压和频率， 适应快速变化的负载需求。
有源逆变的缺点
1 复杂的控制系统
有源逆变需要复杂的控制系统进行调节和保护，增加了设计难度和成本。
2 对电力开关的要求高
有源逆变对选用的电力开关器件要求高，需要具备快速开关能力、低损耗等特性。
3 电磁干扰
有源逆变在工作时会产生电磁干扰，对周围设备和电网造成一定影响。
《有源逆变》PPT课件
欢迎大家来到本次关于有源逆变的PPT课件！在本课件中，我们将深入探讨有 源逆变的定义、基本结构、工作原理以及在各个领域的应用。
什么是有源逆变？
定义
有源逆变是一种将直流电能转换为交流电能的技术，通过控制电力器件的导通与关断，以实 现对输出电压、频率和波形的调节。
基本结构
有源逆变由直流电源、电力开关、滤波器和控制电路组成，其中电力开关可由晶闸管、 MOSFET等器件构成。
3 输出能力
有源逆变能够快速响应负 载需求变化，提供更强的 输出能力，而传统逆变的 输出能力受到较大限制。
有源逆变的优点
高可靠性
有源逆变采用先进的控制和保 护技术，具备较高的可靠性， 可在恶劣环境和负载条件下正 常工作。
详细逆变电路原理分析
图4.3.2(e)所示是RL负载时直流电源输 入电流的波形。图4.3.2(f)所示是RL负载时 直流电源输入电流的波形。
图4.3.2 电压型单相全桥逆变 电路和电压、电流波形图
4.3.3
1、工作过程：
电压型三相桥式逆变电路
电压型三相桥式逆变电路的基 本工作方式为180°导电型，即每个 桥臂的导电角为180°，同一相上下 桥臂交替导电的纵向换流方式，各 相开始导电的时间依次相差120°。 在一个周期内，6个开关管触 发导通的次序为T1→T2 →T3 →T4 →T5→T6 ，依次相隔60°，任一时 刻均有三个管子同时导通，导通的 组合顺序为T1T2T3，T2T3T4，T3T4T5， T4T5T6，T5T6T1，T6T1T2，每种组合 工作60°。
UPS（Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply）， 即不间断电源，是将蓄电池（多为铅酸免维护蓄电池）与主机相连接，通过主机 逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。主要用于给单台计算机、计 算机网络系统或其它电力电子设备提供稳定、不间断的电力供应。当市电输入正 常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压 器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时， UPS 立即将电池 的直流电能，通过逆变零切换转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载 维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS 设备通常对电压过大和电压 太低都提供保护。
缺点：
1）交流电压幅值仅为Ud/2； 2）直流侧需分压电容器； 3）为了使负载电压接近正弦波通常在输出端要 接LC滤波器，输出滤波器LC滤除逆变器输 出电压中的高次谐波。 应用：用于几kW以下的小功率逆变电源；
图4.3.2 电压型单相全桥逆变 电路和电压、电流波形图
4.3.3
1、工作过程：
电压型三相桥式逆变电路
电压型三相桥式逆变电路的基 本工作方式为180°导电型，即每个 桥臂的导电角为180°，同一相上下 桥臂交替导电的纵向换流方式，各 相开始导电的时间依次相差120°。 在一个周期内，6个开关管触 发导通的次序为T1→T2 →T3 →T4 →T5→T6 ，依次相隔60°，任一时 刻均有三个管子同时导通，导通的 组合顺序为T1T2T3，T2T3T4，T3T4T5， T4T5T6，T5T6T1，T6T1T2，每种组合 工作60°。
UPS（Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply）， 即不间断电源，是将蓄电池（多为铅酸免维护蓄电池）与主机相连接，通过主机 逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。主要用于给单台计算机、计 算机网络系统或其它电力电子设备提供稳定、不间断的电力供应。当市电输入正 常时，UPS 将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流市电稳压 器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时， UPS 立即将电池 的直流电能，通过逆变零切换转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载 维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS 设备通常对电压过大和电压 太低都提供保护。
缺点：
1）交流电压幅值仅为Ud/2； 2）直流侧需分压电容器； 3）为了使负载电压接近正弦波通常在输出端要 接LC滤波器，输出滤波器LC滤除逆变器输 出电压中的高次谐波。 应用：用于几kW以下的小功率逆变电源；
第4章 逆变电路
本章换流及换流方式问题最为全面集中,因此安排在 本章集中讲述。
1-10
4.1.2 换流方式分类
1) 器件换流（Device Commutation） （ ）
利用全控型器件的自关断能力进行换流。 在采用IGBT 、电力MOSFET 、GTO 、GTR等全控型器 件的电路中的换流方式是器件换流。
2) 电网换流（Line Commutation） （ ）
uo io O
uo a)
io i O i O uVT O iVT iVT
1 4
?t
iVT
2
iVT
3
?t ?t ?t
t1
uVT
1
uVT b)
4
图4-2 负载换流 电路及其工作波形
1-12
4.1.2 换流方式分类
4)强迫换流（Forced Commutation） （ ）
设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫 施加反压或反电流的换流方式称为强迫换流 强迫换流。 强迫换流 通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因 电容换流。 此也称为电容换流 电容换流 分类 由换流电路内电容 直接提供换流电压 通过换流电路内的 电容和电感的耦合 来提供换流电压或 换流电流 直接耦合式 强迫换流 电感耦合式 强迫换流
电容器串联，要控制两者电压均衡。
应用： 应用
用于几kW以下的小功率逆变电源。 单相全桥、三相桥式都可看成若干个半桥逆变电 路的组合。
1-20
4.3 电流型逆变电路
直流电源为电流源的逆 变电路称为电流型逆变 电流型逆变 电路。 电路 电流型逆变电路主要特点 特
(1) 直流侧串大电感，电流基 本无脉动，相当于电流源。 因负载不同而不同。 (3)直流侧电感起缓冲无功能量的作用，不必给开关器件反并联二极管。 图4-11 电流型三相桥式逆变电路 (2) 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
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
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（2）保护措施：装快速熔断器或快速开关；
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4-25
有源逆变
4、确定最小逆变角 min 的依据
（1）最小逆变角 min = + +
: SCR的关断时间 tq 折合的电角度， 叫恢复阻断角， = tq
: 换相重叠角（约为15~20 ）
: 安全裕量角（一般取10 ）
有源逆变
cos ()cos2xBId
6U2
• 其它的电量，如负载电流平均值、晶闸管电流平均值和 有效值，变压器的容量计算等，均可按照整流电路的计 算原则进行 。
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4-16
有源逆变
二、三相桥式全控有源逆变电路
1、变流器工作于逆变状态（ 2 ）
Ud 0 , E 0 Ud E
❖ 有源逆变电路——交流侧和电网连结。（本章介绍）
－ 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。
❖ 无源逆变电路——变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载。 （将在第6章介绍）
➢ 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。既可工作在整流状 态又可工作在逆变状态的电路又称为变流电路。
u20
u10
O
id
id = iV T1+ iV T2
iV T2
iV T1
iV T2
O
t Ud<EM
Id t
电 动 机 输
a)单相全波电路的整流和逆变b)
出
图2-45
电
间图图只值，a能，b逆UMd改且U为电变Md变|可E回正动时ME通馈M|值运>极制过|U，性行在动改d。|并，，，变为π由才且全/了于能2U来波防晶d把～止>进电闸电Eπ两管能行M路之，电的从调工间动才单直节势作。向能流顺，导侧在输向电送逆整出串性到变流联I，交d状，。状I流dU方态侧态d极向,时实，性不现U也变d逆为必，变在负须欲。0反改值～过变，来电π，能/2即的之U输d功率送应方为向负，
有源逆变
第 4 章 有源逆变与相 控变流器特性
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4-0
概述
有源逆变
• 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：电力机车再生制动行驶，机车的动能转变为电能，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。
R6xB
20.15
15.26(A)
2
北京交通U大d学电Id气R工E程学1院5.26229025.95(V)
4-27
例 4-1（续）
有源逆变
负载侧的功率为 P d U d Id 2.5 5 1 9 .2 5 6 39 (W )60
负载功率为负值，表明负载侧实际是供出电能回馈到电 网的。
Pd又可解为 P d U d Id (U d 0co s U d)Id ( 2.2 5 2 7 .2) 9 1.2 56 2.5 1 9 .2 5 6 39 (W )60
有源逆变
2、逆变失败的原因（续）
（3）晶闸管发生故障（指晶闸管失去阻断能力 或失去导通能力）
T3失去阻断 能力
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4-22
有源逆变
2、逆变失败的原因（续）
（4）换相的裕量角不足
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4-23
有源逆变
2、逆变失败的原因（续）
xa ud
Ra
-
+
M ua
+
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例 4-2（续）
有源逆变
解： 1. 由于电机处于稳定的再生制动状态，电动机向交 流电网回馈电能 ，且晶闸管不能逆向导通电流，据此 可以确定整流器输出电压Ud和电动机端电压Ua的极性 为下“+”上“-”。
• 在可逆拖动系统中，通常采用两套变流器 相互切换。
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4-7
有源逆变
5、逆变角 ➢为了方便，电路进入逆变状态时，通常用逆 变角 （或称引前触发角）表示相控角度。 ➢规定： 角计算的起始点为控制角 = 处， 计算方法为：自 = （ = 0 ）的起始点 向左方计量。 ➢ 、 的关系： = － 或 ＋ =
1
VT1
L
1
VT1
L
交流 电网 输出 电功
率
0 u10
iV T1
u20VT2
2
iV T2
ud
id R
电能
+
M EM -
ud u10
u20
u10
Ud>EM
O
t
id
id = iV T1+ iV T2
iV T1
iV T2
iV T1
Id
O
t
0
iVT1 ud
id R
VT2
电能
-
2
iV T2
M EM +
ud
u10
一、 三相半波有源逆变电路
1、变流器工作于整流状态（ 0 2 ）
Ud 0 , E 0， Ud E， M工作于电动状态
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4-13
有源逆变
三相半波有源逆变电路（续）
2、变流器工作于逆变状态（ 2 ）
电动机工作于发电状态，由于Id方向不能改变，因而要求： Ud 0 （反极性） , E 0 （反极性）
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有源逆变
3、单相桥式电路逆变电压的计算
➢ 变流器直流侧电压计算公式
Ud 0.9U2cos 0.9U2 cos
➢ 考虑换相重叠角
Ud0.9U2cos2xBId
cos ()cos2xBId
2U2
• 其它的电量，如负载电流平均值、晶闸管电流平均值 和有效值，变压器的容量计算等，均可按照整流电路 的计算原则进行 。
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4-1
有源逆变
要求及重点
• 理解和掌握单相、三相有源逆变电路的工作原 理，有源逆变的应用和整流电路的功率因数及 其改善的方法。
• 重点：波形分析法，有源逆变的条件和有源逆 变失败的原因。
（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）。
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有源逆变
三、逆 变 失 败及最小逆变角的限制
1、定义：
逆变运行时，一旦发生换相失败，使整流 电路由逆变工作状态进入整流工作状态， Ud又重新变成正值，使输出平均电压和直 流电势变成顺向串联，外接的直流电源通 过SCR电路形成短路，这种情况称为逆变 失败，或称为逆变颠覆。
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2、三相桥式电路逆变电压的计算 ➢变流器直流侧电压计算公式
有源逆变
Ud 2.34U2cos 2.34U2 cos
➢ 考虑换相重叠角
Ud2.3U 42cos3xBId
cos ()cos2xBId
6U2
• 其它的电量，如负载电流平均值、晶闸管电流平均值 和有效值，变压器的容量计算等，均可按照整流电路 的计算原则进行 。
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4-5
有源逆变
3、实现有源逆变的条件
➢ 从上述分析中，可以归纳出要实现有源逆变， 必须满足下列条件：
（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 >π/2，使Ud为负值。
➢ 半控桥或输出端有续流二极管的电路，因其
（5）交流电源发生异常现象，如 交流电源突然断电 交流电源电压太低 交流电源缺相
不论什么原因，逆变失败的后果都是造成电流 急剧上升！
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有源逆变
3、避免逆变失败的措施
（1）预防措施 ➢采用可靠的触发电路； ➢选用可靠的SCR，防止误导通； ➢逆变角 不能太小，必须限制在某一允许 的最小角度内。
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本章内容
有源逆变
4.1 有源逆变电路的工作原理（概念）
4.2 三相有源逆变电路
4.3 有源逆变的应用 4.4 整流电路的谐波和功率因数 4.6 变流电路的功率因数及改善方法
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4-12
有源逆变
4. 2 三相有源逆变电路
Ud E
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有源逆变
三相半波有源逆变电路（续）
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3、三相半波电路逆变电压的计算
➢ 变流器直流侧电压计算公式
Ud 1.17U2cos 1.17U2cos
➢ 考虑换相重叠角
U d1.1U 72co s3 2x BId
一、有源逆变的概念
1、直流发电机—电动机系统电能的流转
➢电➢电功➢出图流率功a图图反。b率Mc向，电回，两由动馈电从于运制动MR转动流势，状一向顺E态般G向G，。都>串EM故很联M作，M小，发电输，向电流出实电运I电际d阻从转功上RG，率形流供此，成向电时G短M，则，，路G吸EM，和M收>吸在ME电收G工均功，输作
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有源逆变
4、确定最小逆变角 min 的依据
（1）最小逆变角 min = + +
: SCR的关断时间 tq 折合的电角度， 叫恢复阻断角， = tq
: 换相重叠角（约为15~20 ）
: 安全裕量角（一般取10 ）
有源逆变
cos ()cos2xBId
6U2
• 其它的电量，如负载电流平均值、晶闸管电流平均值和 有效值，变压器的容量计算等，均可按照整流电路的计 算原则进行 。
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有源逆变
二、三相桥式全控有源逆变电路
1、变流器工作于逆变状态（ 2 ）
Ud 0 , E 0 Ud E
❖ 有源逆变电路——交流侧和电网连结。（本章介绍）
－ 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。
❖ 无源逆变电路——变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载。 （将在第6章介绍）
➢ 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。既可工作在整流状 态又可工作在逆变状态的电路又称为变流电路。
u20
u10
O
id
id = iV T1+ iV T2
iV T2
iV T1
iV T2
O
t Ud<EM
Id t
电 动 机 输
a)单相全波电路的整流和逆变b)
出
图2-45
电
间图图只值，a能，b逆UMd改且U为电变Md变|可E回正动时ME通馈M|值运>极制过|U，性行在动改d。|并，，，变为π由才且全/了于能2U来波防晶d把～止>进电闸电Eπ两管能行M路之，电的从调工间动才单直节势作。向能流顺，导侧在输向电送逆整出串性到变流联I，交d状，。状I流dU方态侧态d极向,时实，性不现U也变d逆为必，变在负须欲。0反改值～过变，来电π，能/2即的之U输d功率送应方为向负，
有源逆变
第 4 章 有源逆变与相 控变流器特性
2020/4/10
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概述
有源逆变
• 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：电力机车再生制动行驶，机车的动能转变为电能，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。
R6xB
20.15
15.26(A)
2
北京交通U大d学电Id气R工E程学1院5.26229025.95(V)
4-27
例 4-1（续）
有源逆变
负载侧的功率为 P d U d Id 2.5 5 1 9 .2 5 6 39 (W )60
负载功率为负值，表明负载侧实际是供出电能回馈到电 网的。
Pd又可解为 P d U d Id (U d 0co s U d)Id ( 2.2 5 2 7 .2) 9 1.2 56 2.5 1 9 .2 5 6 39 (W )60
有源逆变
2、逆变失败的原因（续）
（3）晶闸管发生故障（指晶闸管失去阻断能力 或失去导通能力）
T3失去阻断 能力
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有源逆变
2、逆变失败的原因（续）
（4）换相的裕量角不足
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有源逆变
2、逆变失败的原因（续）
xa ud
Ra
-
+
M ua
+
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例 4-2（续）
有源逆变
解： 1. 由于电机处于稳定的再生制动状态，电动机向交 流电网回馈电能 ，且晶闸管不能逆向导通电流，据此 可以确定整流器输出电压Ud和电动机端电压Ua的极性 为下“+”上“-”。
• 在可逆拖动系统中，通常采用两套变流器 相互切换。
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有源逆变
5、逆变角 ➢为了方便，电路进入逆变状态时，通常用逆 变角 （或称引前触发角）表示相控角度。 ➢规定： 角计算的起始点为控制角 = 处， 计算方法为：自 = （ = 0 ）的起始点 向左方计量。 ➢ 、 的关系： = － 或 ＋ =
1
VT1
L
1
VT1
L
交流 电网 输出 电功
率
0 u10
iV T1
u20VT2
2
iV T2
ud
id R
电能
+
M EM -
ud u10
u20
u10
Ud>EM
O
t
id
id = iV T1+ iV T2
iV T1
iV T2
iV T1
Id
O
t
0
iVT1 ud
id R
VT2
电能
-
2
iV T2
M EM +
ud
u10
一、 三相半波有源逆变电路
1、变流器工作于整流状态（ 0 2 ）
Ud 0 , E 0， Ud E， M工作于电动状态
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有源逆变
三相半波有源逆变电路（续）
2、变流器工作于逆变状态（ 2 ）
电动机工作于发电状态，由于Id方向不能改变，因而要求： Ud 0 （反极性） , E 0 （反极性）
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有源逆变
3、单相桥式电路逆变电压的计算
➢ 变流器直流侧电压计算公式
Ud 0.9U2cos 0.9U2 cos
➢ 考虑换相重叠角
Ud0.9U2cos2xBId
cos ()cos2xBId
2U2
• 其它的电量，如负载电流平均值、晶闸管电流平均值 和有效值，变压器的容量计算等，均可按照整流电路 的计算原则进行 。
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有源逆变
要求及重点
• 理解和掌握单相、三相有源逆变电路的工作原 理，有源逆变的应用和整流电路的功率因数及 其改善的方法。
• 重点：波形分析法，有源逆变的条件和有源逆 变失败的原因。
（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）。
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有源逆变
三、逆 变 失 败及最小逆变角的限制
1、定义：
逆变运行时，一旦发生换相失败，使整流 电路由逆变工作状态进入整流工作状态， Ud又重新变成正值，使输出平均电压和直 流电势变成顺向串联，外接的直流电源通 过SCR电路形成短路，这种情况称为逆变 失败，或称为逆变颠覆。
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2、三相桥式电路逆变电压的计算 ➢变流器直流侧电压计算公式
有源逆变
Ud 2.34U2cos 2.34U2 cos
➢ 考虑换相重叠角
Ud2.3U 42cos3xBId
cos ()cos2xBId
6U2
• 其它的电量，如负载电流平均值、晶闸管电流平均值 和有效值，变压器的容量计算等，均可按照整流电路 的计算原则进行 。
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有源逆变
3、实现有源逆变的条件
➢ 从上述分析中，可以归纳出要实现有源逆变， 必须满足下列条件：
（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 >π/2，使Ud为负值。
➢ 半控桥或输出端有续流二极管的电路，因其
（5）交流电源发生异常现象，如 交流电源突然断电 交流电源电压太低 交流电源缺相
不论什么原因，逆变失败的后果都是造成电流 急剧上升！
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有源逆变
3、避免逆变失败的措施
（1）预防措施 ➢采用可靠的触发电路； ➢选用可靠的SCR，防止误导通； ➢逆变角 不能太小，必须限制在某一允许 的最小角度内。
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本章内容
有源逆变
4.1 有源逆变电路的工作原理（概念）
4.2 三相有源逆变电路
4.3 有源逆变的应用 4.4 整流电路的谐波和功率因数 4.6 变流电路的功率因数及改善方法
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有源逆变
4. 2 三相有源逆变电路
Ud E
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有源逆变
三相半波有源逆变电路（续）
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3、三相半波电路逆变电压的计算
➢ 变流器直流侧电压计算公式
Ud 1.17U2cos 1.17U2cos
➢ 考虑换相重叠角
U d1.1U 72co s3 2x BId
一、有源逆变的概念
1、直流发电机—电动机系统电能的流转
➢电➢电功➢出图流率功a图图反。b率Mc向，电回，两由动馈电从于运制动MR转动流势，状一向顺E态般G向G，。都>串EM故很联M作，M小，发电输，向电流出实电运I电际d阻从转功上RG，率形流供此，成向电时G短M，则，，路G吸EM，和M收>吸在ME电收G工均功，输作