第九讲 整流与有源逆变
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《整流与有源逆变》课件
整流器在高压直流输电（HVDC）中发挥着关键作用，能 够实现长距离直流输电，提高电力传输的效率和稳定性。
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案例二：在轨道交通中的应用
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整流器用于将交流电转换为直流电，为轨道交通车辆提供 动力。
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整流器在地铁、轻轨和有轨电车等轨道交通系统中广泛应 用，确保车辆的安全、稳定运行。
有源逆变技术应用案例
案例一：在可再生能源并网中的应用
有源逆变器用于将直流电转换为交流 电，实现可再生能源并网。
有源逆变器在太阳能、风能等可再生 能源发电系统中得到广泛应用，能够 提高并网的稳定性和效率。
案例二：在工业自动化中的应用
有源逆变器用于驱动电机、加热器和 焊接机等设备。
在工业自动化领域，有源逆变器能够 提供精确的电压和电流控制，实现设 备的快速、高效和稳定运行。
将直流电转换为交流电，通过半导体开关器件的开关作用实 现。
应用场景的比较
整流器
广泛应用于电解、电镀、电梯、空调 等场合，将交流电转换为直流电以满 足设备需求。
有源逆变器
应用于太阳能并网、电动车充电桩、 变频器等领域，将直流电转换为交流 电以满足特定需求。
技术优劣的比较
整流器
技术成熟，转换效率高，可靠性高，但 会产生谐波污染。
详细描述
有源逆变在许多领域都有广泛的应用，如可再生能源并网、分布式发电系统、电机驱动 、无功补偿等。通过有源逆变技术，可以实现高效、灵活的电能转换和控制，满足各种
不同的电力需求。
03
整流与有源逆变的比较
工作原理的比较
整流器
将交流电转换为直流电，通过二极管或可控硅等元件的单向 导电性实现。
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案例二：在轨道交通中的应用
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整流器用于将交流电转换为直流电，为轨道交通车辆提供 动力。
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整流器在地铁、轻轨和有轨电车等轨道交通系统中广泛应 用，确保车辆的安全、稳定运行。
有源逆变技术应用案例
案例一：在可再生能源并网中的应用
有源逆变器用于将直流电转换为交流 电，实现可再生能源并网。
有源逆变器在太阳能、风能等可再生 能源发电系统中得到广泛应用，能够 提高并网的稳定性和效率。
案例二：在工业自动化中的应用
有源逆变器用于驱动电机、加热器和 焊接机等设备。
在工业自动化领域，有源逆变器能够 提供精确的电压和电流控制，实现设 备的快速、高效和稳定运行。
将直流电转换为交流电，通过半导体开关器件的开关作用实 现。
应用场景的比较
整流器
广泛应用于电解、电镀、电梯、空调 等场合，将交流电转换为直流电以满 足设备需求。
有源逆变器
应用于太阳能并网、电动车充电桩、 变频器等领域，将直流电转换为交流 电以满足特定需求。
技术优劣的比较
整流器
技术成熟，转换效率高，可靠性高，但 会产生谐波污染。
详细描述
有源逆变在许多领域都有广泛的应用，如可再生能源并网、分布式发电系统、电机驱动 、无功补偿等。通过有源逆变技术，可以实现高效、灵活的电能转换和控制，满足各种
不同的电力需求。
03
整流与有源逆变的比较
工作原理的比较
整流器
将交流电转换为直流电，通过二极管或可控硅等元件的单向 导电性实现。
可控整流电路9有源逆变
输出直流电流的平均值亦可用整流的公式， 输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，即
I
d
=
U
d
− E
Σ
14
R
3、三相桥式全控有源逆变电路
变流器工作于逆变状态（ <α<π） 变流器工作于逆变状态（π⁄2<α<π）
Ud < 0 , E < U d < E 0
15
3、三相桥式全控有源逆变电路
α
min
≥
βmin
23
有源逆变的应用
高压直流输电
24
有源逆变的应用（ 有源逆变的应用（续）
绕线式异步电动机晶闸管串级调速
25
有源逆变的应用（ 有源逆变的应用（续）
直流可逆电力拖动系统
26
作业 P96 26、29 、
27
20
3、避免逆变失败的措施
采用可靠的触发电路； 采用可靠的触发电路； 选用可靠的SCR，防止误导通； 选用可靠的SCR，防止误导通； SCR 加快速熔断器或快速开关； 加快速熔断器或快速开关； 不能太小， 逆变角 β 不能太小，必须限制在某一 允许的最小角度内。 允许的最小角度内。
21
换相重叠角的影响： 4、换相重叠角的影响：
对于可控整流电路， 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 其电路形式未变，只是电路工作条件转变。 作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路 变流电路。 作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路。 4
2.
直流发电机—电动机系统电能的流转 直流发电机 电动机系统电能的流转
有源逆变电路——交流侧和电网连结。 交流侧和电网连结。 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 应用 ： 直流可逆调速系统、 串级调速以及高压直流输电等。 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 变流电路的交流侧不与电网联接， 无源逆变电路 变流电路的交流侧不与电网联接 接接到负载。 接接到负载。
I
d
=
U
d
− E
Σ
14
R
3、三相桥式全控有源逆变电路
变流器工作于逆变状态（ <α<π） 变流器工作于逆变状态（π⁄2<α<π）
Ud < 0 , E < U d < E 0
15
3、三相桥式全控有源逆变电路
α
min
≥
βmin
23
有源逆变的应用
高压直流输电
24
有源逆变的应用（ 有源逆变的应用（续）
绕线式异步电动机晶闸管串级调速
25
有源逆变的应用（ 有源逆变的应用（续）
直流可逆电力拖动系统
26
作业 P96 26、29 、
27
20
3、避免逆变失败的措施
采用可靠的触发电路； 采用可靠的触发电路； 选用可靠的SCR，防止误导通； 选用可靠的SCR，防止误导通； SCR 加快速熔断器或快速开关； 加快速熔断器或快速开关； 不能太小， 逆变角 β 不能太小，必须限制在某一 允许的最小角度内。 允许的最小角度内。
21
换相重叠角的影响： 4、换相重叠角的影响：
对于可控整流电路， 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 其电路形式未变，只是电路工作条件转变。 作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路 变流电路。 作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路。 4
2.
直流发电机—电动机系统电能的流转 直流发电机 电动机系统电能的流转
有源逆变电路——交流侧和电网连结。 交流侧和电网连结。 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 应用 ： 直流可逆调速系统、 串级调速以及高压直流输电等。 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 变流电路的交流侧不与电网联接， 无源逆变电路 变流电路的交流侧不与电网联接 接接到负载。 接接到负载。
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。
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
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
AC-DC变换器(整流和有源逆变电路)
1π
20
2U2sintd(t)0.4U 52
电源变压器副边电压有效值为U2
5.2.1 单相不控整流电路
VD1
表5-2 单相半波不控整流电路阻感负载时各区间
u2
ud
L eL
各区间工作情况
R b)
感性负载ω时t ，直流 0～π 电压将出现负值，
π～ωt1 ωt1～2π
u2 O
t1
2
降低了直二流极平管均导电 t 压 通情况
AC
+ -
R
AC + -
ud
VD2
VD1
-
AC +
R
-
AC +
ud
VD2
b)
c)
d)
图5-2 单相全波整流负载电压波形 a)单相全波整流电路负载电压波形 b)单相全波整流电路 c)交流输入正
半周整流电路工作图 d)交流输入负半周整流电路工作图
5.2.1 单相不控整流电路
表5-4 单相全波整流电路各区间工作情况
ωt 二极管导通情况
负载电压ud 负载电流id 整流二极管电流iVD1 续流二极管电流iVD2 整流二极管端电压 uVD1 续流二极管端电压 uVD2
0～π VD1导通、 VD2截止 u2 水平直线 矩形波
0 0
π～2π VD1截止、 VD2导通 0
0 矩形波 u2
-|u2|
0
5.2.1 单相不控整流电路
VD1
-
ud AC + VD2
b)
VD3 R ud
VD4
c)
a)单相桥式整流电路 b)交流输入正半周单相桥式整流电路工作图 c)交流输入负半周单相桥式整流电路工作图
《整流与有源逆变》课件
智能化与集成化
未来整流和有源逆变系统将更加 智能化和集成化，能够实现自适 应控制、故障诊断等功能，提高 系统的可靠性和稳定性。
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MATLAB提供了丰富的库函数和工具箱，支持多种编程语言，包括 MATLAB语言、C和Python等。
MATLAB具有友好的用户界面和强大的图形处理能力，可以方便地进行数 据分析和可视化。
单相整流电路的MATLAB仿真
01
单相整流电路是一种常见的整流电路，主要用于将 交流电转换为直流电。
02
在MATLAB中，可以使用Simulink工具箱构建单相 整流电路的模型，并进行仿真分析。
07
整流与有源逆变的比较 与展望
整流与有源逆变的比较
整流
将交流电转换为直流电的过程，主要 用于电源供应、电机控制等领域。
电路结构
整流电路通常由二极管或晶闸管组成 ，而有源逆变电路则需要使用全控型 电力电子器件（如IGBT、MOSFET等 ）。
有源逆变
将直流电转换为交流电的过程，主要 用于可再生能源并网、无功补偿等领 域。
04
有源逆变技术概述
有源逆变技术的定义
总结词
有源逆变技术的定义
详细描述
有源逆变技术是一种将直流电能转换为交流电能的技术，其核心是通过半导体电力电子器件的开关作用，将直流 电源的正负极性在输出端进行周期性的切换，从而产生交流电。
有源逆变技术的分类
总结词
有源逆变技术的分类
详细描述
有源逆变技术可以根据不同的分类标准进行分类。根据输出交流电的频率，可以分为低频有源逆变技 术和高频有源逆变技术；根据应用的领域，可以分为工业有源逆变技术和家用有源逆变技术；根据电 路拓扑结构，可以分为半桥有源逆变技术、全桥有源逆变技术和多桥有源逆变技术。
3.7.有源逆变
• 最小逆变角βmin的确定：
min=+ + ’= 30° ~35°
— SCR的关断时间tq折合的电角度， =4° ~5° ， (tq=200~300S) — 换流重叠角， =15°~20°，大小与Id、Xd 有关。 ’ —安全裕量角，约取10° 。内外部种种原因会影响 β角大小，比如6路触发脉冲的β角不完全均匀相等。 • 逆变角β的安全取值范围： 通常β=30° ~90° ( =150° ~ 90°)。 • 思考：3-29
R
n
B A C
Ia
+ M E _
M
E
G
P
n n
n
0
TL
电源电压突减
T
位能性负载使 n>n0
TL
T
例子一
• 电力机车 •上坡 电能
电动机
位能
•下坡 位能
发电机
电能
电网
例子二
Id
吊车放下重物：
• 吊车放下重物的过程 n 电能势能 E=Ke
Te
电能势能
E K e n
电动机转向改变，反电动势E的极性随之改变， 电动机产生的电磁转矩Te与电动机转向n相反， 此时Te是阻转矩 整流器 电机
线电压U2L表示：Ud = -1.35U2Lcosβ
Id EM U d R
每管平均电流：
I dT I d / 3（导通1/3周期）
每管电流有效值： I VT I d / 3 0.577I d
2 E M Id U d Id Id R 功率平衡关系：
即EM供出的功率等于逆变到电网的功率与RΣ消耗的功 率之和。
连续的情况下， d Ud 0 cos 2.34 U 2 cos U 当=90° ~180°时，Ud 为负值，可以实现有源逆变， 吸收来自负载侧反电动势EM供出的能量，并逆变到 交流电网。 Ud 和反电动势EM 都必须满足逆 变条件所要求的极性和大小关系。
相控整流电路及有源逆变电路
U 2为二次电压有效值。 u2 的波形如图5.6所示：
(1)正半周 瞬时极性a(+)，b(-)，VT正偏导通，触发控制角设为 a ，二极
管和负载上有电流流过。若正向压降UF忽略不计，则在VT导通期内， u0 u2 ；在VT关断截止时，u0 0 。此时，晶闸管上承受的电压为 uT u2 。
(2)负半周 瞬时极性a(-)，b(+)，VT 反偏截止，IF 0，uT u2 。
从交流电源吸收电能，并将输入的交流电压转换成脉动的直流电压。
滤波器向负载提供电压稳定（电容滤波）或电流稳定（电感滤波）的直流
电能，保护电路的作用是在异常情况下保护主电路及其功率器件。
负载是各种工业生产设备，可等效为电阻性负载、电感性负载、电容性负
载或反电动势负载等。
触发控制电路包括功率器件的触发（驱动）电路和控制电路等。
2、相控整流电路的基本结构 一个整流电路在实际应用中，应当满足下述基本要求： （1）整流电压的可调范围大，输出的直流电压脉动小； （2）功率器件导电时间尽可能长，承受的正、反向电压较
低； （3）变压器的利用率高，尽量防止直流磁化； （4）交流电源功率因数高，谐波电流小。
➢ 不控整流电路是由无控制功能的整流二极管组成的整流电路。当输入 交流电压一定时，在负载上得到的直流电压是不能调节的电路。
晶闸管提供；电源电压 u2过零后，电感 Ld 的
感应电压使二极管VD导通续流，负载电流 i2
通过续流二极管形成回路。 由于VD的存在，在电源电压 u2 的负半周通过 VDF给晶闸管阳极、阴极之间施加反向电压， 使晶闸管处于反向阻断状态，输出电压 u0的波 形和电阻性负载时完全相同。电流波形连续与 否，与阻抗角和控制角都有关系。
输出电流的平均值：
(1)正半周 瞬时极性a(+)，b(-)，VT正偏导通，触发控制角设为 a ，二极
管和负载上有电流流过。若正向压降UF忽略不计，则在VT导通期内， u0 u2 ；在VT关断截止时，u0 0 。此时，晶闸管上承受的电压为 uT u2 。
(2)负半周 瞬时极性a(-)，b(+)，VT 反偏截止，IF 0，uT u2 。
从交流电源吸收电能，并将输入的交流电压转换成脉动的直流电压。
滤波器向负载提供电压稳定（电容滤波）或电流稳定（电感滤波）的直流
电能，保护电路的作用是在异常情况下保护主电路及其功率器件。
负载是各种工业生产设备，可等效为电阻性负载、电感性负载、电容性负
载或反电动势负载等。
触发控制电路包括功率器件的触发（驱动）电路和控制电路等。
2、相控整流电路的基本结构 一个整流电路在实际应用中，应当满足下述基本要求： （1）整流电压的可调范围大，输出的直流电压脉动小； （2）功率器件导电时间尽可能长，承受的正、反向电压较
低； （3）变压器的利用率高，尽量防止直流磁化； （4）交流电源功率因数高，谐波电流小。
➢ 不控整流电路是由无控制功能的整流二极管组成的整流电路。当输入 交流电压一定时，在负载上得到的直流电压是不能调节的电路。
晶闸管提供；电源电压 u2过零后，电感 Ld 的
感应电压使二极管VD导通续流，负载电流 i2
通过续流二极管形成回路。 由于VD的存在，在电源电压 u2 的负半周通过 VDF给晶闸管阳极、阴极之间施加反向电压， 使晶闸管处于反向阻断状态，输出电压 u0的波 形和电阻性负载时完全相同。电流波形连续与 否，与阻抗角和控制角都有关系。
输出电流的平均值：
有源逆变概念及工作原理之欧阳家百创编
有源逆变欧阳家百（2021.03.07）一、单相有源逆变电路逆变电路的分类整流是把交流电变换成直流电供给负载，那么，能不能反过来，利用相控整流电路把直流电变为交流电呢？完全可以。
我们把这种整流的逆过程称为逆变。
在许多场合，同一套晶闸管或其它可控电力电子变流电路既可作逆变，这种装置称为变流装置或变流器。
根据逆变输出交流电能去向的不同，所有逆变电路又分为有源逆变和无源逆变两种。
前者以电网为负载，即逆变输出的交流电能回送到电网，后者则以用电器为负载，如交流电机、电炉等。
变流器的两种工作状态用单相桥式可控整流电路能替代发电机给直流电动机供电，为使电流连续而平稳，在回路中串接大电感Ld称为平波电抗器。
这样，一个由单相桥式可控整流电路供电的晶闸管－直流电动机系统就形成了。
在正常情况下，它有两种工作状态，其电压电流波形分别示于图3－1、图3－2中。
1.变流器工作于整流状态（0<a<p /2）在图3－1中，设变流器工作于整流状态。
由单相全控整流电路的分析可知，大电感负载在整流状态时U d＝0.9U2cosa，控制角的移相范围为0～90 °，U d为正值，P点电位高于N点电位，并且U d应大于电动机的反电势E，才能使变流器输出电能供给电动机作电机运行。
此时，电能由交流电网流向直流电源（即直流电动机M的反电势E）。
图3－12.变流器工作与逆变状态（p /2<a<p ）在图3－2中，设电机M作发电机运行（再生制动），但由于晶闸管元件的单向导电性，回路内电流不能反向，欲改变电能的传送方向，只有改变电机输出电压的极性。
在图3－2中，反电势E 的极性已反了过来，为了实现电动机的再生制动运行，整流电路必须吸收电能反馈回电网，也就是说，整流电路直流侧电压平均值U d也必须反过来，即U d为负值，P点电位低于N点电位且电机电势E应大于U d。
此时电路内电能的流向与整流时相反，电动机输出电功率，为发电机工作状态，电位则作为负载吸收电功率，实现了有源逆变。
整流电路产生逆变的条件
整流电路产生逆变的条件小伙伴们，今天咱们来唠唠整流电路产生逆变这事儿。
这就好比一个魔法转换，不过想要实现这个魔法，得满足一些特殊条件呢。
首先呢，要有一个有源逆变电路的结构基础。
这就像是盖房子得先有个框架一样。
在这个电路里，得有能让电流换个方向流动的本事。
这意味着电路中的半导体器件得具备双向导通的能力，像晶闸管这种常见的器件就得安排上，而且它们得被合理地连接起来，形成一种可以逆变的拓扑结构。
然后呢，直流侧必须要有直流电动势。
这个直流电动势可不能随便乱来，它得有足够的大小，要比整流侧平均电压还要大。
你可以想象这是一种力量的较量，如果直流电动势不够强大，那逆变就没法发生。
就好像你想把水从低处往高处流，没有足够的压力（这里就是电动势），水怎么可能往上走呢。
再说说交流侧，交流侧得连接到一个电感性负载。
为啥是电感性负载呢？这是因为电感有个特性，它会阻碍电流的变化。
当电路想要逆变的时候，电感就像一个小助手，它会让电流按照逆变的要求来变化。
如果是纯电阻负载，那就没有这种特殊的“助力”效果了，逆变就很难成功。
另外，控制角也得在一定的范围之内。
这个控制角就像是一个指挥棒，它指挥着电路里电流和电压的走向。
如果控制角不合适，就像是指挥家乱指挥，那逆变的和谐乐章可就演奏不出来了。
一般来说，控制角要大于90度，这样才能满足逆变的要求。
还有一个容易被忽略的点，就是电路得有合适的触发电路。
这个触发电路就像是点火器，它要能准确地在合适的时刻给半导体器件发送信号，让它们按照逆变的节奏工作。
如果触发信号不准时或者信号强度不够，那器件就不能很好地完成逆变任务。
整流电路产生逆变不是一件随随便便就能发生的事情，就像一场精心编排的舞蹈，每个条件都得恰到好处，才能跳出逆变这个精彩的舞步。
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1
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图2-45 单相全波电路的整流和逆变 ¼ 2-45 Í
a)
合肥工业大学电气工程学院电力电子与电力传动教研组
电 动 机 输 出 电 功
9.1 整流电路的有源逆变工作状态
• 图2-45a M电动运行，全波电路工 作在整流状态，在0～π/2间，Ud 为正值，并且只有当Ud>EM，才能 输出Id • 交流电网输出电功率，电动机输入 电功率。
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9.1 整流电路的有源逆变工作状态
两个直流电源联接
I E1 R a) E2 E1 R b) I E2 E1 R c) I
E2
E E2 图a中，E1>E2，则电流从E1流向E2。 I 1 R E1发出功率P1=E1*I，E2接受功率P2=E2*I，电阻消耗的功率为PR=(E1-E2)*I。 图b为E2>E1，则电流反向，此时E1接受功率，E2发出功率。 可见当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，由于回 路电阻很小，即使很小的电压差也能产生大的电流，两个电动势间交换很大的 功率。 E E2 I 1 图c中E1和E2串联，则 R 此时E1和E2都输出功率，电阻消耗的功率为PR=(E1+E2)*I。如果R仅为回路电 阻，则电流I将很大，实际为两个电源的短路，应避免这种事情发生。
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9.1 整流电路的有源逆变工作状态
I E1 R EM M + E1 R e) I EM G + I E1 R f) EM G +
d)
图d中，用直流电机替代电源E2，则E1为电动机提供电枢电源，M工作在电动 状态。若电动机工作在制动状态，且EM>E1，则电流I反向，电机作为直流发电机 来运行，如图e所示。 在前面介绍的相控整流电路中，直流电源E1是通过晶闸管对交流电源整流得 来的，而晶闸管的单向导电性决定了电流 I的方向不能改变，若想实现电机轴上 的机械能转变为电能向电网回馈，则只能通过改变电机的电枢极性，如图f 所示 。此时若 E1 的极性不改变，则形成图 c 的短路状况，故 E1 的极性也要对调，当 EM>E1时，即可实现电能回馈。
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VT5 VT3 VT1 VT4 VT6
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8.2 大功率可控整流电路
双反星形可以看作是两个三相半波整流电路并联运行，两 个直流电源并联时，只有当输出电压平均值和瞬时值均相 等时，才能使负载均流。双反星形电路与六相半波可控整 流电路等效，两组整流电压平均值相等，但它们的脉动波 相差60°，瞬时值不等。在任一瞬间，六相绕组中只有相 电压最高的那一相晶闸管可以导通，其余的晶闸管均承受 反压而关断，每个晶闸管的最大导通角为60°，并未达到 并联运行提供大电流的要求。
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8.2 大功率可控整流电路
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图2-37 平衡电抗器作用下输出电压的波形和平衡电抗器上电压的波形
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图2-39 当 =30、60、90时，双 反星形电路的输出电压波形
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8.2 大功率可控整流电路
两个星形的中点O1和O2间的电压等于ud1和 ud2之差。该电压加在Lp上，产生电流ip， 它通过两组星形电路自成回路，不流到负 载中去，称为环流或平衡电流； LP O O O1 2 • 考虑到ip后，每组三相半波承担的电流可以 + -+ ' 均流为Id/2 ± ip （负载电流平均值为Id）。 ua ub L 否则由于平衡电抗器的作用会使得感应电 ud2 ud1 压不一致，而重新平衡。为了使两组电流 ud 尽可能平均分配，一般使Lp值足够大，以 R iP 便限制环流在负载额定电流的±1%～2% id 以内。 n • 在结构上，平衡电抗器一分为二，每组整 流电路各占一半。电抗器的两个绕组都绕 在同一铁芯上，由于两组变流器共同向负 up ud2 ud1 载供电，直流磁势互相抵消，电抗器的铁 芯不会产生直流磁化和饱和的问题，因此 1 1 1 ud ud2 up ud1 up (ud1 ud2 ) 电抗器的体积不用做很大。
六相半波整流电路晶闸管导电时间短，变压器利用率低。
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9.1 整流电路的有源逆变工作状态
• 3. 逆变产生的条件 • 使用单相全波替上述直流电源。（注意同时添加一个电抗器，以使电流 连续，从而负载为大电感反电势负载）。
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9.1 整流电路的有源逆变工作状态
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，为整流的逆过程。逆变 电路——把直流电逆变成交流电的电路； • 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，有助于刹车； • 有源逆变电路——交流侧和电网连结，即电网为负载。 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。既可工作在整流状态又可工作在逆变 状态，称为变流电路（converter）。 • 无源逆变——变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到普通负载， 将在第5章介绍。
电力电子技术
Power Electronic Technology
大功率可控整流电路 有源逆变
8.2 大功率可控整流电路
• 在某些工业场合，如电解电镀中，常常使用低电压大电流（例如几十伏， 几千至几万安）可调直流电源。此时若采用三相桥式整流电路，由于有两个管 压降损耗，降低了效率。若采用两组三相半波可控整流电路并联，使每组电路 只承担一半的负载电流，同时对变压器次级采用合适的连接方式，以消除三相 半波可控整流器的直流磁化，则可以满足低电压大电流的负载要求，下面介绍 带平衡电抗器的双反星形可控整流电路。 变压器二次侧每相有两个匝数 相同的绕组绕在同一铁芯上， 分别构成a,b,c和a`,b`,c`两套绕组， L 且每相两个绕组极性相反（同 c b a a' b' c' u d 名端相反），故称为双反星形 R 电路。由于同一铁芯两个绕组 id 上的相电压相位差 180°，两组 相电流在相位上也差 180°，对 铁芯磁化方向相反，因而直流 磁势互相抵消，没有直流磁化。
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