整流与有源逆变(四)_电力电子技术
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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
8.1.1 逆变的概念
3. 逆变产生的条件
➢ 单相全波电路代替上述发电机
➢ 图2-45a M电动运行，全波电路工作在整流状态， 在0~ /2间，Ud为正值，并且Ud >EM，才能输出Id
交流电网输出电功率，电动机则输入电功率 ➢ 图2-45b M回馈制动，由于晶闸管的单向导电性，Id方向不变，
Ud>EM
1 VT1
L
0
iVT1 ud
id R
VT2
电能 -
2
iVT2
M EM +
ud
u10
u20
u10
O
wt
id
id=iVT1+iVT2
iVT1
iVT2
iVT1 Id
O
wt
O
id
id=iVT1+iVT2
iVT2
iVT1
iVT2
O
wt Ud<EM
Id wt
a)
b)
图2-45
图2-45 单相全波电路的整流和逆变
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
电能 + M EM -
ud u10
u20
u10
1. 逆变失败的原因
（1）触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管 分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能 正常换相
（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
返回
8.1.3 逆变失败与最小逆变角的限制
a b iVT1 c iVT2
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。
➢ 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
返回
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）同两极电性动EG势>E反M极性b），两形电成动短势路同极性EM >EG
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
返回
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
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
左方计量
➢ 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
返回
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
在三相桥式电路 2 = 2IVT = 3 I d = 0.816I d
（2-108）
8.1.3 逆变失败与最小逆变角的限制
➢ 逆变失败（逆变颠覆）——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
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
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
➢ 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
8.1.1 逆变的概念
3. 逆变产生的条件
➢ 单相全波电路代替上述发电机
➢ 图2-45a M电动运行，全波电路工作在整流状态， 在0~ /2间，Ud为正值，并且Ud >EM，才能输出Id
交流电网输出电功率，电动机则输入电功率 ➢ 图2-45b M回馈制动，由于晶闸管的单向导电性，Id方向不变，
Ud>EM
1 VT1
L
0
iVT1 ud
id R
VT2
电能 -
2
iVT2
M EM +
ud
u10
u20
u10
O
wt
id
id=iVT1+iVT2
iVT1
iVT2
iVT1 Id
O
wt
O
id
id=iVT1+iVT2
iVT2
iVT1
iVT2
O
wt Ud<EM
Id wt
a)
b)
图2-45
图2-45 单相全波电路的整流和逆变
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
电能 + M EM -
ud u10
u20
u10
1. 逆变失败的原因
（1）触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管 分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能 正常换相
（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
返回
8.1.3 逆变失败与最小逆变角的限制
a b iVT1 c iVT2
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。
➢ 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
返回
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）同两极电性动EG势>E反M极性b），两形电成动短势路同极性EM >EG
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
返回
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
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
左方计量
➢ 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
返回
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
在三相桥式电路 2 = 2IVT = 3 I d = 0.816I d
（2-108）
8.1.3 逆变失败与最小逆变角的限制
➢ 逆变失败（逆变颠覆）——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
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
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