电力电子技术3.7逆变的概念ppt

U d - Em R
每个晶闸管导通2/3，故流过晶闸管的电流有效值为：
IVT
Id 3
0.577 Id
（2-106）
从交流电源送到直流侧负载的有功功率为：
Pd
R
I
2 d
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。
在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流的有效值为：
b）两电动势同极性EM >EG c）两电动势反极性，形成短路
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2-4
若两个电动势顺向串联，向电阻供电，G和M均输出功率， 由于回路电阻很小，形成较大的电流，实际上形成短路，在 工作中必须严防这类事故发生。
由以上分析可知，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，由于回路电阻小，即使很小的电动势 也能产生很大的电流，可在两个电动势间交换很大的功率， 这对分析有源逆变电路是十分有用的。
2.7.1 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。 逆变可以节能、提高系统性能的作用。如：有轨电车的制动、 吊车的下放货物、电气可逆调速系统等。 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。 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4章介绍。
2-11
2-12
2.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制
换相重叠角的影响：
当b >g 时，换相结束时，晶闸
管VT3能承受反压而关断。
ud
ua
ub
uc
ua
ub
O
p
wt
id iVT 2
O
a i VT 3
b g b >g
iVT 1
iVT 2
iVT 3
b g b <g
wt
图2-47 交流侧电抗对逆变换相过程的影响
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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。
2. 直流发电机—电动机系统电能的流转
控制发电机的电动势大小和极性，可实现电动机四象限的 运转状态。
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
根据以上分析，为了防止逆变失败，不仅逆变角不能等于 零，而且不能太小，必须限制在某一允许的最小角度。
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2.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制
2) 确定最小逆变角bmin的依据
逆变时允许采用的最小逆变角b 应等于
bmin=d +g+q′
（2-109）
d ——晶闸管的关断时间tq折合的电角度
tq大的可达200~300μs，折算到电角度约4~5。
然换相点作为起始点向左方计量。
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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
2-9
2.7.2三相桥整流电路的有源逆变工作状态
有源逆变状态时各电量的计算：
Ud -2.34U2 cos b -1.35U2L cos b （2-105）
输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，即I d
g —— 换相重叠角g15~20
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3. 逆变产生的条件
单相全波电路代替上述发电机
交 流 电 网 输 出 电 功 率
u
u
u
u
da
10
20
10
U >E
dM
O
wt
i
d
i =i +i
d VT1 VT2
I
i
i
i
d
VT
VT
VT
1
2
1
O
wt
u
d
u
10
u
20
O
i
a
d
i
VT
2
O
i =i +i
d VT1 VT2
i
VT
1
u
10
i
VT
2
交
流
电
网
wt
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若β角较大，则换相裕量角充足，能保证正常换流。三相 半波有源逆变电路中β >γ时，换相期间VT3和VT1均导通， 换相结束后，ua> uc,此时， VT3阳极电位是uc，阴极电位 是ua，所以可以保证VT3完全关断，工作正常。
若β角较小，则换相裕量角不足，会造成逆变失败。换相过 程尚未结束，到达自然换相点P后， uc> ua， VT3仍正偏而 不能关断， VT1承受反压而重新关断，过了P点后，C相电 压越来越高，进入正半周，导致逆变失败。
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2.7.2三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 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，其大小负半周自
如果b <g 时,该通的晶闸管（VT1）会关断，而应关断的晶闸管
（VT3)不能关断，最终导致逆变失败。
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• 由于换相重叠期间输出电压Ud波形为相 邻两电压的算术平均值，γ使Ud的正面积 减小而负面积增大，因此在a<90°（整 流）时， 使平均面积Ud失去∆ Ud；而 a>90°（逆变）时， 使平均面积Ud增加 ∆ Ud
吸
U <E
收 d M
I
电
d
功
wk.baidu.com
wt
率
a)
b)
图3-45 单相全波电路的整流和逆变
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2.7.1 逆变的概念
从上述分析中，可以归纳出产生逆变的条件 (两条件同时具备)：
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。
I 2
2IVT
2 3
I
d
0.816
Id
（2-108）
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2.7.3 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。
1) 逆变失败的原因
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,使Ud变正， 交流电源电压和直流电动势顺向串联，形成短路。 晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。 交流电源缺相或突然消失，晶闸管不能按时关断。直流电动势 将通过晶闸管使电路短路。 换相的裕量角不足，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。