直流交流变换电路
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4.1 逆变的概念
逆变电路——把直流电逆变成交流电的电路。
按负载性质的不同，逆变分为有源逆变和无源逆变。
1 ）有源逆变 —— 可控整流电路工作在逆变状态， 把该电路的交流侧接到交流电源上，把直流电逆 变成与交流电源同频率的交流电返送到电源。 2）无源逆变或变频——可控整流电路的交流侧不 与电源联接，而直接接到无源负载。
cos cos( ) 2U 2 sin m Id X B
根据α= π-β，设 β=γ，则 ：
cos 1
Id X B 2U 2 sin m
2）晶闸管关断时间 tq 所对应的电角度δ。折算后的电角度 约4度～5度；
3）安全裕量角θ′。考虑到脉冲调整时不对称、电网波
4.2 有源逆变电路
4.2.1 单相双半波有源逆变电路
1、电路结构
VT1
u2 u2
VT2
id
+ L ud 电能 +
E R
VT1
u2 u2
M
VT2
id
ud
L
E
R
电能 +
-
-
M +
u2
0
图3-1
t
u2
0
t
ug
0
ug
t
Ud
E
ud
0
ud
0
t
0
t
Ud E
t
2、工作原理 1）整流状态（0≤α﹤90°）
VT 1
VT2
VT3
LB LB
L
id ud
M +
EM
图4-3
ud
0
P
t
id
iVT2 iVT3
iVT1 iVT2 iVT3
t
Biblioteka Baidu
交流侧电抗对逆变换相过程的影响
2、最小逆变角β确定的方法
最小逆变角β的大小要考虑以下因素： 1）换相重叠角γ。此值与电路形式、工作电流大小、触发角 大小有关。即
动、畸变与温度等影响，还必须留一个安全裕量角，一 般取θ′为10度左右。
综上所述，最小逆变角为：
min ' 300 ~ 350
在触发电路中加一套保护线路，使 β 在减小时不能进入 βmin区内，或在βmin处设置产生附加安全脉冲的装置， 万一当工作脉冲进入βmin区内时，由安全脉冲在βmin处 触发晶闸管，防止逆变失败。
为了可靠防止 β 进入 βmin 区内，在要求较高的场合，可
4.2.3 有源逆变的应用——两组晶闸管反并 联时电动机的可逆运行
下图为两组晶闸管反并联电路的框图。设 P为正组， N 为反
组，电路有四种工作状态。
I d1
P +
U dα
I d2
N + P + N
+ M E
U dβ
U dα
Id
+ M E
2）逆变状态（90°﹤α≤180°）
逆变是将电机吸收的直流电能转变成交流反馈回电网。
由于晶闸管的单向导电性，负载电流Id不能改变方向，只有
将E反向，即电机作发电运行才能回馈电能；为避免 Ud与E 顺接，此时将 Ud 的极性也反过来，如上图 b 示。要使 Ud 反 向，α应该大于90°。
2）须有外接的提供直流电能的电源E。E也要能改变极性， 且有 E U d （外部条件）。 3、逆变角β
逆变状态时的控制角称为逆变角β，规定以α=π处作为计量
β角的起点，大小由计量起点向左计算。满足如下关系：
4.2.2 逆变失败与最小逆变角的限制
1、逆变失败
可控整流电路运行在逆变状态时，一旦发生换相
（2）反组逆变 当要求正向制动时，流过电动机 M的电流 Id必须反向才能
得到制动力矩，由于晶闸管的单向导电性，这只有利用反 组N的逆变。为此，只要降低 U dβ 且使 E U dβ ( U dα ) ，
失败，电路又重新工作在整流状态，外接的直流
电源就会通过晶闸管电路形成短路，使变流器的
输出平均电压 Ud 和直流电动势 E 变成顺向串联， 由于变流电路的内阻很小，将出现很大的短路电 流流过晶闸管和负载，这种情况称为逆变失败， 或称为逆变颠覆。
造成逆变失败的原因：
（1）触发电路工作不可靠。不能适时、准确地给各
+
U dβ
-
Id
-
-
-
-
4-5
（1）正组整流 上左图为正组整流工作状态。设 P在控制角 α作用下输出整
流电压 Udα ，加于电动机 M 使其正转。当 P 组处于整流工作 状态时，反组 N 不能也工作在整流状态，否则会使电流 Id1 不经过负载 M ，而只在两组晶闸管之间流通，这种电流称 为环流，环流实质上是两组晶闸管电源之间的短路电流。 因此，当正组整流时，反组应关断或处于待逆变状态。所 谓待逆变，就是N组由逆变角 β控制处于逆变状态但无逆变 U dβ U dα 电流。要做到这一点，可使 。这样，正组P的平 均电流供电动机正转，反组N处于待逆变状态。由 于 U dβ U dα ，故没有平均电流流过反组，不产生真正的 逆变。
当α在90°﹤α≤180°间变动时，输出电压瞬时值ud在整个
周期内有正有负，但负面积大于正面积，故平均值 Ud为负 值，见上图 b 所示。此时 E 略大于 Ud ，电流 Id 的流向是从 E 的正端流出，从 Ud 的正端流入，逆变电路吸收从电机反送 来的直流电能，并将其转变成交流电能反馈回电网，这就 是该电路的有源逆变状态。
晶闸管分配触发脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等。
（2）晶闸管发生故障。器件失去阻断能力，或器件
不能导通。
（3）交流电源异常。在逆变工作时，电源发生缺相 或突然消失而造成逆变失败。 （4）换相裕量角不足，引起换相失败。应考虑变压 器漏抗引起的换相重叠角、晶闸管关断时间等因
素的影响。
u v w
0
LB
iVT1 iVT2 iVT3
（a）α=60°的整流状态 （b）α=120°的逆变状态 单相双半波电路α=60°的整流和α=120°的逆变时的仿真波形
要使整流电路工作在逆变状态，必须满足两个条件： 1）变流器的输出Ud能够改变极性（内部条件）。由于晶闸
管的单向导电性，电流Id不能改变方向，为实现有源逆变， 必须改变Ud的极性。即让变流器的控制角α＞90°即可。
当α等于零时，输出电压瞬时值ud在整个周期内全部为正；
当90°>α>0时，ud在整个周期内有正有负，但正面积总是 大于负面积，故平均值Ud为正值，其极性是上正下负，如 上图a。通常Ud略大于E，此时电流Id从Ud的正端流出，从 E 的正端流进。电机 M 吸收电能，作电动运行，电路把从 交流电网吸收的电能转变成直流电能输送给电动机，电路 工作在整流状态，电机M工作在电动状态。
逆变电路——把直流电逆变成交流电的电路。
按负载性质的不同，逆变分为有源逆变和无源逆变。
1 ）有源逆变 —— 可控整流电路工作在逆变状态， 把该电路的交流侧接到交流电源上，把直流电逆 变成与交流电源同频率的交流电返送到电源。 2）无源逆变或变频——可控整流电路的交流侧不 与电源联接，而直接接到无源负载。
cos cos( ) 2U 2 sin m Id X B
根据α= π-β，设 β=γ，则 ：
cos 1
Id X B 2U 2 sin m
2）晶闸管关断时间 tq 所对应的电角度δ。折算后的电角度 约4度～5度；
3）安全裕量角θ′。考虑到脉冲调整时不对称、电网波
4.2 有源逆变电路
4.2.1 单相双半波有源逆变电路
1、电路结构
VT1
u2 u2
VT2
id
+ L ud 电能 +
E R
VT1
u2 u2
M
VT2
id
ud
L
E
R
电能 +
-
-
M +
u2
0
图3-1
t
u2
0
t
ug
0
ug
t
Ud
E
ud
0
ud
0
t
0
t
Ud E
t
2、工作原理 1）整流状态（0≤α﹤90°）
VT 1
VT2
VT3
LB LB
L
id ud
M +
EM
图4-3
ud
0
P
t
id
iVT2 iVT3
iVT1 iVT2 iVT3
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Biblioteka Baidu
交流侧电抗对逆变换相过程的影响
2、最小逆变角β确定的方法
最小逆变角β的大小要考虑以下因素： 1）换相重叠角γ。此值与电路形式、工作电流大小、触发角 大小有关。即
动、畸变与温度等影响，还必须留一个安全裕量角，一 般取θ′为10度左右。
综上所述，最小逆变角为：
min ' 300 ~ 350
在触发电路中加一套保护线路，使 β 在减小时不能进入 βmin区内，或在βmin处设置产生附加安全脉冲的装置， 万一当工作脉冲进入βmin区内时，由安全脉冲在βmin处 触发晶闸管，防止逆变失败。
为了可靠防止 β 进入 βmin 区内，在要求较高的场合，可
4.2.3 有源逆变的应用——两组晶闸管反并 联时电动机的可逆运行
下图为两组晶闸管反并联电路的框图。设 P为正组， N 为反
组，电路有四种工作状态。
I d1
P +
U dα
I d2
N + P + N
+ M E
U dβ
U dα
Id
+ M E
2）逆变状态（90°﹤α≤180°）
逆变是将电机吸收的直流电能转变成交流反馈回电网。
由于晶闸管的单向导电性，负载电流Id不能改变方向，只有
将E反向，即电机作发电运行才能回馈电能；为避免 Ud与E 顺接，此时将 Ud 的极性也反过来，如上图 b 示。要使 Ud 反 向，α应该大于90°。
2）须有外接的提供直流电能的电源E。E也要能改变极性， 且有 E U d （外部条件）。 3、逆变角β
逆变状态时的控制角称为逆变角β，规定以α=π处作为计量
β角的起点，大小由计量起点向左计算。满足如下关系：
4.2.2 逆变失败与最小逆变角的限制
1、逆变失败
可控整流电路运行在逆变状态时，一旦发生换相
（2）反组逆变 当要求正向制动时，流过电动机 M的电流 Id必须反向才能
得到制动力矩，由于晶闸管的单向导电性，这只有利用反 组N的逆变。为此，只要降低 U dβ 且使 E U dβ ( U dα ) ，
失败，电路又重新工作在整流状态，外接的直流
电源就会通过晶闸管电路形成短路，使变流器的
输出平均电压 Ud 和直流电动势 E 变成顺向串联， 由于变流电路的内阻很小，将出现很大的短路电 流流过晶闸管和负载，这种情况称为逆变失败， 或称为逆变颠覆。
造成逆变失败的原因：
（1）触发电路工作不可靠。不能适时、准确地给各
+
U dβ
-
Id
-
-
-
-
4-5
（1）正组整流 上左图为正组整流工作状态。设 P在控制角 α作用下输出整
流电压 Udα ，加于电动机 M 使其正转。当 P 组处于整流工作 状态时，反组 N 不能也工作在整流状态，否则会使电流 Id1 不经过负载 M ，而只在两组晶闸管之间流通，这种电流称 为环流，环流实质上是两组晶闸管电源之间的短路电流。 因此，当正组整流时，反组应关断或处于待逆变状态。所 谓待逆变，就是N组由逆变角 β控制处于逆变状态但无逆变 U dβ U dα 电流。要做到这一点，可使 。这样，正组P的平 均电流供电动机正转，反组N处于待逆变状态。由 于 U dβ U dα ，故没有平均电流流过反组，不产生真正的 逆变。
当α在90°﹤α≤180°间变动时，输出电压瞬时值ud在整个
周期内有正有负，但负面积大于正面积，故平均值 Ud为负 值，见上图 b 所示。此时 E 略大于 Ud ，电流 Id 的流向是从 E 的正端流出，从 Ud 的正端流入，逆变电路吸收从电机反送 来的直流电能，并将其转变成交流电能反馈回电网，这就 是该电路的有源逆变状态。
晶闸管分配触发脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等。
（2）晶闸管发生故障。器件失去阻断能力，或器件
不能导通。
（3）交流电源异常。在逆变工作时，电源发生缺相 或突然消失而造成逆变失败。 （4）换相裕量角不足，引起换相失败。应考虑变压 器漏抗引起的换相重叠角、晶闸管关断时间等因
素的影响。
u v w
0
LB
iVT1 iVT2 iVT3
（a）α=60°的整流状态 （b）α=120°的逆变状态 单相双半波电路α=60°的整流和α=120°的逆变时的仿真波形
要使整流电路工作在逆变状态，必须满足两个条件： 1）变流器的输出Ud能够改变极性（内部条件）。由于晶闸
管的单向导电性，电流Id不能改变方向，为实现有源逆变， 必须改变Ud的极性。即让变流器的控制角α＞90°即可。
当α等于零时，输出电压瞬时值ud在整个周期内全部为正；
当90°>α>0时，ud在整个周期内有正有负，但正面积总是 大于负面积，故平均值Ud为正值，其极性是上正下负，如 上图a。通常Ud略大于E，此时电流Id从Ud的正端流出，从 E 的正端流进。电机 M 吸收电能，作电动运行，电路把从 交流电网吸收的电能转变成直流电能输送给电动机，电路 工作在整流状态，电机M工作在电动状态。