第三章 有源逆变电路..
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（2-105）
U -E R
输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，即 I d
每个晶闸管导通2/3，故流过晶闸管的电流有效值为： Id IVT 0.577I d （2-106） 3 从交流电源送到直流侧负载的有功功率为：
2 P R I d d EM I d
（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。 在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流的有效值为：
三相桥式电路工作于有源逆变状态，不同逆变角时的 输出电压波形及晶闸管两端电压波形如图2-46所示。
u2 ua ub uc ua ub uc ua ub uc ua ub
O
wt b=
3
b=
4 u cb uab u ac u bc u ba u ca
b=
6 u cb u ab u ac u bc u ba u ca u cb u ab u ac u bc
三相全控桥逆变电路与整流时一样分析，β＝300（α＝1500）时的 u d电压波形，共阴极组管子触发换流时，由低阳极电压换到高阳极电
压，所以在相电压波形中电压上跳；共阳极组管子触发换流时，由阴极
电位高的管子换到阴极电位低的管子，电压波形下跳，u d电压波形如
阴影线所示。管子电压波形与三相半波有源逆变电路相同。
u d u ab u ac u bc u ba u ca
w t1 w t2 w t3
O
wt
b=
3
b=
4
b=
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
三、逆变失败与逆变角的限制
逆变失败（逆变颠覆）
晶闸管变流电路工作在整流状态时，如果晶闸管损坏、触发脉冲丢失或快 速熔断器烧断时，其后果至多是出现缺相，直流输出电压减小。 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。
状态与波形如下图所示，电流值
从上述分析中，可以归纳出产生逆变的条件
有二：
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。 晶闸管的控制角a >
/2，使Ud为负值。
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。
逆变和整流的区别：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。
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 > /2时的控制角用- a = b表示，b 称为逆变角。 逆变角b和控制角a的计量方向相反，其大小自b =0的 起始点向左方计量。
电 动 机 输 出 电 功 率
（一）重物提升，变流器工作于整流状态 大电感负截时，整流电压Ud=0.9U2cosα，电路状态与波形。Ud与E的箭头方 向为规定正方向，两端正负号表示实际正负端。提升重物时电路输出功率，电动
机工作在电动状态，电流Ｉd为
如减小晶闸管的控制角α，则Ud增大瞬时引起Ｉd增大，电动机产生的电磁转矩 亦增大，导致转速升高提升加快。随着转速升高电动机反电动势Ｅ＝Ｃe Ф n亦增大， 使电流Ｉd恢复到原来值，此时电动机稳定运行在较高转速。反之α增大则电动机转
– 单相全波电路代替上述发电机
交 流 电 网 输 出 电 功 率
ud
a
u10
u20
u10 U d>EM
ud
u10
u20
u10
O id=iVT +iVT
1
wt
O id O b)
wt
U d< E
id O
2
a
iVT
2
iVT
1
iVT
2
iVT
Id
id=iVT +iVT
1Hale Waihona Puke Baidu
2
1
iVT
wt
1
iVT
Id
2
wt
a)
图2-45 单相全波电路的整流和逆变
由上图可知电路工作在逆变时的直流电压可由积分求得
公式与整流时一样，由于逆变运行时α>900，c o s α计算不方便，所
以引入逆变角β，令α=1800-β，故
逆变角为β时的触发脉冲位置可从α=1800 （π）时刻前移（左 移）β角来确定。
有源逆变状态时各电量的计算：
U d -2.34U 2 cos b -1.35U 2 cos b
速减小。所以改变α可以方便地改变提升速度。
（二）重物下放，变流器工作于逆变状态 在整流状态，电流Ｉd由直流电压Ud产生，整流电压Ud的波形必须是正 面积大于负面积。当重物下放时，电动机转速反向，产生的电动势E亦反向， 对Ｉd来说反电动势变成正电动势。当控制角大于900时，尽管Ud波形 中出现负面积大于正面积Ud变为负值，但由于E的作用，晶闸管仍能承受正 压而导通。为了维持电流Ｉ d流通，E在数值上必须大于反向的 Ud值，电路
第三章 晶闸管有源逆变电路
第一节 有源逆变的工作原理 第二节 晶闸管直流可逆拖动的工作原理 第三节 绕线转子异步电动机串级调速与高压直流输电 第四节 晶闸管装置的功率因数、谐波与对电网的影响
第一节 有源逆变的工作原理
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。 逆变电路——把直流电逆变成交流电的电路。
2) 直流发电机—电动机系统电能的流转
电路过程分析。
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。
图2-44 直流发电机—电动机之间电能的流转
a）两电动势同极性EG >EM b）两电动势同极性EM >EG c）两电动势反极性，形成短路
• 3) 逆变产生的条件
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。 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。
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。
I 2 2 IVT 2 I d 0.816I d 3
（2-108）
二、常用晶闸管有源逆变电路 （一）三相半波有源逆变电路 下图为三相半波电动机负载电路，电动机电动势E的极性符合有源 逆变条件，当∣Ｅ∣>∣Ｕd∣且β<90 时，可实现有源逆变。变流器直
0
流电压为
（二）三相全控桥有源逆变电路
U -E R
输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，即 I d
每个晶闸管导通2/3，故流过晶闸管的电流有效值为： Id IVT 0.577I d （2-106） 3 从交流电源送到直流侧负载的有功功率为：
2 P R I d d EM I d
（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。 在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流的有效值为：
三相桥式电路工作于有源逆变状态，不同逆变角时的 输出电压波形及晶闸管两端电压波形如图2-46所示。
u2 ua ub uc ua ub uc ua ub uc ua ub
O
wt b=
3
b=
4 u cb uab u ac u bc u ba u ca
b=
6 u cb u ab u ac u bc u ba u ca u cb u ab u ac u bc
三相全控桥逆变电路与整流时一样分析，β＝300（α＝1500）时的 u d电压波形，共阴极组管子触发换流时，由低阳极电压换到高阳极电
压，所以在相电压波形中电压上跳；共阳极组管子触发换流时，由阴极
电位高的管子换到阴极电位低的管子，电压波形下跳，u d电压波形如
阴影线所示。管子电压波形与三相半波有源逆变电路相同。
u d u ab u ac u bc u ba u ca
w t1 w t2 w t3
O
wt
b=
3
b=
4
b=
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
三、逆变失败与逆变角的限制
逆变失败（逆变颠覆）
晶闸管变流电路工作在整流状态时，如果晶闸管损坏、触发脉冲丢失或快 速熔断器烧断时，其后果至多是出现缺相，直流输出电压减小。 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。
状态与波形如下图所示，电流值
从上述分析中，可以归纳出产生逆变的条件
有二：
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。 晶闸管的控制角a >
/2，使Ud为负值。
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。
逆变和整流的区别：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。
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 > /2时的控制角用- a = b表示，b 称为逆变角。 逆变角b和控制角a的计量方向相反，其大小自b =0的 起始点向左方计量。
电 动 机 输 出 电 功 率
（一）重物提升，变流器工作于整流状态 大电感负截时，整流电压Ud=0.9U2cosα，电路状态与波形。Ud与E的箭头方 向为规定正方向，两端正负号表示实际正负端。提升重物时电路输出功率，电动
机工作在电动状态，电流Ｉd为
如减小晶闸管的控制角α，则Ud增大瞬时引起Ｉd增大，电动机产生的电磁转矩 亦增大，导致转速升高提升加快。随着转速升高电动机反电动势Ｅ＝Ｃe Ф n亦增大， 使电流Ｉd恢复到原来值，此时电动机稳定运行在较高转速。反之α增大则电动机转
– 单相全波电路代替上述发电机
交 流 电 网 输 出 电 功 率
ud
a
u10
u20
u10 U d>EM
ud
u10
u20
u10
O id=iVT +iVT
1
wt
O id O b)
wt
U d< E
id O
2
a
iVT
2
iVT
1
iVT
2
iVT
Id
id=iVT +iVT
1Hale Waihona Puke Baidu
2
1
iVT
wt
1
iVT
Id
2
wt
a)
图2-45 单相全波电路的整流和逆变
由上图可知电路工作在逆变时的直流电压可由积分求得
公式与整流时一样，由于逆变运行时α>900，c o s α计算不方便，所
以引入逆变角β，令α=1800-β，故
逆变角为β时的触发脉冲位置可从α=1800 （π）时刻前移（左 移）β角来确定。
有源逆变状态时各电量的计算：
U d -2.34U 2 cos b -1.35U 2 cos b
速减小。所以改变α可以方便地改变提升速度。
（二）重物下放，变流器工作于逆变状态 在整流状态，电流Ｉd由直流电压Ud产生，整流电压Ud的波形必须是正 面积大于负面积。当重物下放时，电动机转速反向，产生的电动势E亦反向， 对Ｉd来说反电动势变成正电动势。当控制角大于900时，尽管Ud波形 中出现负面积大于正面积Ud变为负值，但由于E的作用，晶闸管仍能承受正 压而导通。为了维持电流Ｉ d流通，E在数值上必须大于反向的 Ud值，电路
第三章 晶闸管有源逆变电路
第一节 有源逆变的工作原理 第二节 晶闸管直流可逆拖动的工作原理 第三节 绕线转子异步电动机串级调速与高压直流输电 第四节 晶闸管装置的功率因数、谐波与对电网的影响
第一节 有源逆变的工作原理
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。 逆变电路——把直流电逆变成交流电的电路。
2) 直流发电机—电动机系统电能的流转
电路过程分析。
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。
图2-44 直流发电机—电动机之间电能的流转
a）两电动势同极性EG >EM b）两电动势同极性EM >EG c）两电动势反极性，形成短路
• 3) 逆变产生的条件
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。 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。
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。
I 2 2 IVT 2 I d 0.816I d 3
（2-108）
二、常用晶闸管有源逆变电路 （一）三相半波有源逆变电路 下图为三相半波电动机负载电路，电动机电动势E的极性符合有源 逆变条件，当∣Ｅ∣>∣Ｕd∣且β<90 时，可实现有源逆变。变流器直
0
流电压为
（二）三相全控桥有源逆变电路