第四章：有源逆变介绍PPT课件
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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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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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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。
第四章逆变电路第十四次课-课件
4.1 逆变器的性能指标与分类 4.2 电力器件的换流方式与逆变电路的
工作原理 4.3 电压型逆变电路 4.4 电流型逆变电路 4.5 逆变器的SPWM控制技术 4.6 负载换流式逆变电路
4.3.1 电压型单相半桥逆变电路
电压型逆变电路半桥逆变 电路结构及波形：
它由两个导电臂构成， 每个导电臂由一个全控器件 和一个反并联二极管组成。 在直流侧接有两个相互串联 的足够大的电容C1和C2，且 满足C1=C2。设感性负载连 接在A、0两点间。
4.1 逆变器的性能指标与分类 4.2 电力器件的换流方式与逆变电路的
工作原理 4.3 电压型逆变电路 4.4 电流型逆变电路 4.5 逆变器的SPWM控制技术 4.6 负载换流式逆变电路
4.2.1 电力器件的换流方式
定义：电流从一个臂向另一个臂转移的 过程称为换流（或换相）。
电力半导体器件可以用切断或接通电流 的开关表示。
总谐波系数表征了一个实际波形同其基波的接近程度。
THD定义为
1
THD U1
2
n2,3.4
(4.1.2)
（3）逆变效率
（4）单位重量的输出功率:衡量逆变器输出功率密度的指标。
（5）电磁干扰（EMI）和电磁兼容性（EMC）
4.1逆.2 变电路的分类
（1）、根据输入直流电源特点分类 ① 电压型：电压型逆变器的输人端并接有大电容，输入 直流电源为恒压源，逆变器将直流电压变换成交流电压。 ② 电流型：电流型逆变器的输入端串接有大电感，输入 直流电源为恒流源，逆变器将输入的直流电流变换为交 流电流输出。
4.1.1逆变器的性能指标
（1）谐波系数HF（Harmonic Factor）
谐波系数HF定义为谐波分量有效值同基波分量有致
工作原理 4.3 电压型逆变电路 4.4 电流型逆变电路 4.5 逆变器的SPWM控制技术 4.6 负载换流式逆变电路
4.3.1 电压型单相半桥逆变电路
电压型逆变电路半桥逆变 电路结构及波形：
它由两个导电臂构成， 每个导电臂由一个全控器件 和一个反并联二极管组成。 在直流侧接有两个相互串联 的足够大的电容C1和C2，且 满足C1=C2。设感性负载连 接在A、0两点间。
4.1 逆变器的性能指标与分类 4.2 电力器件的换流方式与逆变电路的
工作原理 4.3 电压型逆变电路 4.4 电流型逆变电路 4.5 逆变器的SPWM控制技术 4.6 负载换流式逆变电路
4.2.1 电力器件的换流方式
定义：电流从一个臂向另一个臂转移的 过程称为换流（或换相）。
电力半导体器件可以用切断或接通电流 的开关表示。
总谐波系数表征了一个实际波形同其基波的接近程度。
THD定义为
1
THD U1
2
n2,3.4
(4.1.2)
（3）逆变效率
（4）单位重量的输出功率:衡量逆变器输出功率密度的指标。
（5）电磁干扰（EMI）和电磁兼容性（EMC）
4.1逆.2 变电路的分类
（1）、根据输入直流电源特点分类 ① 电压型：电压型逆变器的输人端并接有大电容，输入 直流电源为恒压源，逆变器将直流电压变换成交流电压。 ② 电流型：电流型逆变器的输入端串接有大电感，输入 直流电源为恒流源，逆变器将输入的直流电流变换为交 流电流输出。
4.1.1逆变器的性能指标
（1）谐波系数HF（Harmonic Factor）
谐波系数HF定义为谐波分量有效值同基波分量有致
逆变工作原理逆变教学课件PPT
Vd
Vd 0 2
(cosa
cos )
若逆变器电压公式用γ角来表示，则：
Vd
Vd 0
cosa
Vd
Vd 0（c osa
2
cos）
Ud0（cos(p b ) cos(p ）)
2
1（ 2
U
d
0
cosb
Ud0
cos）
1 2
(U d
Rc Id
Ud0
cos
)
2024/8/4
Ud Ud0 cos RcId (Ud0 cos RcId )
2024/8/4
9
a = 30°
逆 变
ud
uab uac u bc uba uca ucb uab uac
器 的
O
wt
换
相
a = 150°
过 程
ud
uab uac u bc uba uca ucb uab uac
O
wt
2024/8/4
10
不同逆变角时的输出电压波形及晶闸管两端电压波形
u
u
u
u
2
a
2
90 2
17
三、逆变整器流交器直与流逆数变量器关的系转表折达点式
1.若不考虑换相重叠现象，则
Ud Ud 0 cosa a转折点为90
2.若考虑换相重叠现象，则
Ud Ud 0 cosa Ud
Ud
0
cosa
Ud 2
0
(cosa
cos
)
Ud 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
一、无源逆 变
1. 工作原理
电力电子技术基础课件：逆变电路
V2
VD1 VD2 VD1 VD2
逆变电路
4.2.1 单相电压型逆变电路
1）半桥逆变电路
t3-t4:t3时刻电流过零边负，V2导通，负载电 流反向增加，输出电压uo =-Ud/2；
t4-t5:t4时刻V2关断，给V1驱动信号，由于 阻感负载电流不能突变，此时电流通过VD1续流， 电流逐渐减小，输出电压uo =Ud/2；
通而变为零，则称为熄灭。
电力电子技术
第四章 逆变电路
4.2 单相逆变电路工作原理
4.2.1 单相电压型逆变电路 4.2.2 单相电流型逆变电路
逆变电路
电压型逆变电路的特点
1、直流侧为电压源或并联大电容，直流
侧电压基本无脉动。
+
2、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 Ud
单相电流型逆变电路
iT
i VT1,4
i VT2,3
Id 0
tγ
uo/io
t
0
t1
Id t2 t3 t4
t5
tφ
t6 t7
t
tδ tβ
电流型逆变电路波形图
逆变电路
单相电流型逆变电路
t2-t4阶段：t2时刻四个晶闸管全部导通，负 载电容电压经两个回路LT1、VT1 、VT3 、LT3 和 LT2、VT2 、VT4 、LT4 放电；t4时刻VT1、VT4的 电流减小到零关断，直流侧电流Id全部转移到 VT2和VT3支路，换流结束。 。
VD3 VD4
u G1
0
t
u G2
0
t
u G3
q
0
t
u G4
0
t
uo io
第四章：有源逆变
（2）保护措施：装快速熔断器或快速开关；
2020/4/10
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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，
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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，
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
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。
《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。
4有源逆变电路
4）换相时间不足（即逆变角β过小）。
（见β<γ时的逆变失败波形图）
22
4.3逆变失败的原因及防止对策
三、防止逆变失败的措施
（1）正确选择晶闸管的参数，保证其安全可靠工作。 （2）保证正常供电。 （3）采取必要的可靠的保护措施。 （4）限制最小逆变角。
23
4.3逆变失败的原因及防止对策
四、最小逆变角βmin的限制
u2
α=60º
uA uB uC
（以α= 60º 为例）
Ud E
wt
TR
A VT1 B VT2 C VT3 N L Id
O
w t1
+
Ud
uｇ
１
O
+ M E _ R
2
3
１
2
3
wt
_
iT1
V3
V1
V2
V3
V1
V2
1. 工作原理
1）α<90°，工作在整流状态
O
wt
当Ud >E时，电流Id为：
Id = Ud - E R
逆变时允许采用的最小逆变角b min应等于
bmin=d +g +θ ′
δ——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。
γ—— 换相重叠角
一般15 º ~20º 。
θ′——安全裕量角
主要针对脉冲不对称程度（可达5）。一般为10左右。 故，工程实践中一般取 bmin= 30 º ~35º
O
w t1
β=60º
Ud E
C VT3 N
+Ud
uｇ
3
O
第4章_逆变电路_江苏大学_电力电子技术_课件_电气工程及其自动化
6/47
iVT
2
iVT
3
ωt ωt
4
O uVT
O
t1
u VT
1
uVT
ωt
b) 图4-2 负载换流电路及其工作波形
4.1.2 换流方式分类
◆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。 ☞通常利用附加电容上所储存的能量来实现， 因此也称为电容换流。 ☞分类 √直接耦合式强迫换流：由换流电路内电容 直接提供换流电压。 √电感耦合式强迫换流：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 √如图4-3，当晶闸管VT处于通态时，预先给 电容充电。当S合上，就可使VT被施加反压而关 断。 √也叫电压换流。
第4章 逆变电路
4.1 换流方式 4.2 电压型逆变电路 4.3 电流型逆变电路 本章小结
引言
■逆变的概念
◆与整流相对应，直流电变成交流电。 ◆交流侧接电网，为有源逆变。 ◆交流侧接负载，为无源逆变，本章主要讲述无源逆变。
■逆变与变频
◆变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。 ◆交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分组 成，后一部分就是逆变。
a)
b)
图4-7 单相全桥逆变电 路的移相调压方式 14/47
4.2.1 单相电压型逆变电路
■带中心抽头变压器的逆变电路 ◆交替驱动两个IGBT，经变压器耦 合给负载加上矩形波交流电压。 ◆两个二极管的作用也是提供无功能 量的反馈通道。 ◆ Ud和负载参数相同，变压器匝比 为1：1：1时，uo和io波形及幅值与全桥 逆变电路完全相同。
图4-3 直接耦合式 强迫换流原理图
iVT
2
iVT
3
ωt ωt
4
O uVT
O
t1
u VT
1
uVT
ωt
b) 图4-2 负载换流电路及其工作波形
4.1.2 换流方式分类
◆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。 ☞通常利用附加电容上所储存的能量来实现， 因此也称为电容换流。 ☞分类 √直接耦合式强迫换流：由换流电路内电容 直接提供换流电压。 √电感耦合式强迫换流：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 √如图4-3，当晶闸管VT处于通态时，预先给 电容充电。当S合上，就可使VT被施加反压而关 断。 √也叫电压换流。
第4章 逆变电路
4.1 换流方式 4.2 电压型逆变电路 4.3 电流型逆变电路 本章小结
引言
■逆变的概念
◆与整流相对应，直流电变成交流电。 ◆交流侧接电网，为有源逆变。 ◆交流侧接负载，为无源逆变，本章主要讲述无源逆变。
■逆变与变频
◆变频电路：分为交交变频和交直交变频两种。 ◆交直交变频由交直变换（整流）和直交变换两部分组 成，后一部分就是逆变。
a)
b)
图4-7 单相全桥逆变电 路的移相调压方式 14/47
4.2.1 单相电压型逆变电路
■带中心抽头变压器的逆变电路 ◆交替驱动两个IGBT，经变压器耦 合给负载加上矩形波交流电压。 ◆两个二极管的作用也是提供无功能 量的反馈通道。 ◆ Ud和负载参数相同，变压器匝比 为1：1：1时，uo和io波形及幅值与全桥 逆变电路完全相同。
图4-3 直接耦合式 强迫换流原理图
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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4-1
有源逆变
❖无源逆变电路——变流电路的交流侧不与电 网连接，而直接接到负载，将直流电逆变成 固定频率或可调频率的交流电供给负载。 （将在第6章介绍）
➢ 对于全控整流电路，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 件发生改变。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。
t
电
Ud<EM
动
Id
机
t
输
a)单相全波电路的整流和逆变b)
出
图2-45
电
图图a bMU电d可动M通运回过行馈，改制全变动波，电来路 因进工晶行作闸调在管节整单，流向状逆导态变，电状，态在I时d0方～U向d为π不/负2之变值功，，欲
间改，逆U变d为变电正时能值的，在并输且送πU/d方2>E向M～，，π才之只能间能输。出改I变d。EM、 Ud的极性，率即Ud
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。 ❖有源逆变电路——逆变电路的交流侧和电网 连接，将直流电逆变成与电网同频率的交流 电反送到电网。（本章介绍）
iVT1
u20VT2
2 iVT2
ud
id R
电能
+
M EM -
ud u10
u20
u10
Ud>EM
O
t
id
id=iVT1+iVT2
iVT1
iVT2
iVT1
Id
O
t
0
iVT1 ud
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电能
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M EM +
ud
u10
u20
u10
O
id
id=iVT1+iVT2
iVT2
iVT1
iVT2
O
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4-2
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 变流电路的功率因数及改善方法
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4-3
有源逆变
4 . 1 有源逆变电路的工作原理
一、有源逆变的概念
2021/应3/31为负值，且|EM北| 京>交|U通大d |学。电气工程学院
4-5
3、实现有源逆变的条件☆
有源逆变
➢ 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。（外 部条件）
（2）晶闸管的控制角 >π/2，使Ud为负值。（内
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4-8
二、单相桥式有源逆变电路
有源逆变
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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4-9
有源逆变 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：E 0 （反极性），Ud 0 （反极性）
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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4-11
4. 2 三相有源逆变电路
有源逆变
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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4-7
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 ＋ =
且Ud E
2021/3/31
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4-10
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
有源逆变
Ud 0.9U2cos
0.9U2 cos
➢考虑换相重叠角
Ud
0.9U2
cos
2xB
Id
cos( ) cos 2xB Id
2U 2
• 其它的电量，如负载电流平均值、晶闸管电流
4-14
3、三相半波电路逆变电压的计算 ➢变流器直流侧电压计算
有源逆变
Ud 1.17 U2cos 1.17U2 cos ➢考虑换相重叠角
Ud
1.17U2
cos
3xB
2
Id
cos( ) cos 2xB Id
6U 2
• 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
部条件）
半控桥或输出端有续流二极管的电路，因其
整流电压ud不能出现负值，故不能实现有源逆
变。欲实现有源逆变，只能采用全控电路。
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4-6
有源逆变
4、改变电枢电势 E 极性的方法
（1）某些机械能随着工况的不同自动改变E 的 极性（如直流卷扬机）。
（2）改变励磁电流方向。 （3）反接电枢回路。
1、直流发电机—电动机系统电能的流转
➢电➢电功➢功图流率率a图图反。。bMc向由电回两，于动馈电从R运制动M一转动势流般，状顺向都E态向GG很，。>串小EM故联M，作，M，实发电输向际电流出电上运I电阻d形从转功R成G供，率流短电此，向路，时GM。G则，，和吸EMMM收>吸均E电收G输功，出
率，M轴上输入的机械能转变为电能反送给G。
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4-12
有源逆变 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）
Ud E
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4-13
有源逆变
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流电路的计算原则进行 。
Id
Id
Id
G
M
EG R∑ EM
G
M
EG R∑ EM
EG
G
M
R∑ EM
a)
b)
c)
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4-4
有源逆变 2、变流电路 —电动机系统电能的流转
➢ 用单相全波电路代替上述发电机 电动 电机功输率交入入流电电功网率输
1
VT1
L
1
VT1
L
交流 电网 输出 电功
率
0 u10