第3章 整流电路-3.7-3.8-3.9节

2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,1,3.7有源逆变电路,一.什么是逆变？为什么要逆变？,逆变把直流电转变成交流电，整流的逆向变化过程。,为什么要逆变？,驱动电力机车的直流电机,要求UdEM,电力电子技术第3章整流电路,3.7.1逆变的概念,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,2,需要一个逆变电路把直流电逆变成交流电的电路。,电力机车刹车或下坡行驶时，机车的机械能直流电能，反送到交流电网中去,节能（效果显著）,一.什么是逆变？为什么要逆变？,3.7.1逆变的概念,电力电子技术第3章整流电路3.7有源逆变电路,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,3,二.逆变产生的条件,电力机车刹车或下坡行驶时，直流电机作发电机运行,由于晶闸管的单向导通特性，要求EM反极性,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。,?,但是：,Id与EM方向关系如何？,相同,3.7.1逆变的概念,电力电子技术第3章整流电路3.7有源逆变电路,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,4,Ud为负！,逆变,（1）直流侧有一与Id同方向的电动势EM，外部条件,逆变产生的条件,二.逆变产生的条件,3.7.1逆变的概念,电力电子技术第3章整流电路3.7有源逆变电路,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,5,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。变流电路既工作在整流状态又工作在逆变状态。,表示变流装置、换流装置、换流器，,二.逆变产生的条件,3.7.1逆变的概念,电力电子技术第3章整流电路3.7有源逆变电路,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,6,逆变角b：自a=p的点向左计量的角，,动画,3.7.2三相有源逆变电路,一.三相半波电路工作于有源逆变状态,电力电子技术第3章整流电路3.7有源逆变电路,b=p-a把ap/2时的控制角用b表示。三相半波电路工作于有源逆变状态时波形如动画所示。,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,7,动画,电力电子技术第3章整流电路3.7有源逆变电路,3.7.2三相有源逆变电路,二.三相桥式电路工作于有源逆变状态,逆变和整流的区别：控制角不同0时，电路工作在整流状态p/2uuVT1能承受反压而关断。,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,11,由于uuuv，该通的晶闸管VT2会关断，而应关断的晶闸管VT1不能关断，最终导致逆变失败。,电力电子技术第3章整流电路3.7有源逆变电路,：,换相重叠角的影响：,3.7.3逆变失败与最小逆变角的限制,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,12,2.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+qd：晶闸管的关断时间tq折合的电角度，tq大的可达200300s，折算到电角度约45。g：换相重叠角，其数量级：某装置整流电压为220V，整流电流800A，整流变压器容量为240kVA，重叠角的值约1520。q：安全裕量角。主要针对脉冲不对称程度（一般可达5）。q值约取为10,电力电子技术第3章整流电路3.7有源逆变电路,3.7.3逆变失败与最小逆变角的限制,最小值一般取为3035,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,13,参照整流时g的计算方法：,电力电子技术第3章整流电路3.7有源逆变电路,3.7.3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,根据逆变工作时，并设，上式,可改写成（3-111）,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,14,10.1晶闸管直流电动机系统,电力电子技术第3章整流电路,晶闸管可控整流装置带直流电动机负载组成的系统。是电力拖动系统中主要的一种，也是可控整流装置的主要用途之一,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,15,不考虑电动机的电枢电感时,10.1.1工作于整流状态时,电力电子技术第3章整流电路10.1晶闸管直流电动机系统,反电动势负载,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,16,图2-48三相半波带电动机负载且加平波电抗器时的电压电流波形,10.1.1工作于整流状态时,电力电子技术第3章整流电路10.1晶闸管直流电动机系统,在电枢回路串联一平波电抗器，,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,17,10.1.1工作于整流状态时,电力电子技术第3章整流电路10.1晶闸管直流电动机系统,在电枢回路串联一平波电抗器，,直流侧电压方程：,Ud=EM+RId+UR=RB+RM+mXB/2,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,18,有环流工作时，环流电抗器用于抑制环流。,一.直流可逆电力拖动系统,电力电子技术第2章整流电路10.1晶闸管直流电动机系统,10.1.3有源逆变电路应用举例,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,19,第1象限：正转，电动机作电动运行，正组桥工作在整流状态，pp/2，EMUdb(下标中b表示逆变，N表示反组）,一.直流可逆电力拖动系统,电力电子技术第2章整流电路10.1晶闸管直流电动机系统,10.1.3有源逆变电路应用举例,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,21,第3象限：反转，电动机作电动运行，反组桥工作在整流状态，Np/2，EMUdb直流可逆拖动系统，除能方便地实现正反转外，还能实现电动机的回馈制动,一.直流可逆电力拖动系统,电力电子技术第2章整流电路10.1晶闸管直流电动机系统,10.1.3有源逆变电路应用举例,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,23,电力电子技术第2章整流电路10.1晶闸管直流电动机系统,10.6.1高压直流输电,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,24,世界首个特高压直流工程2010年有望建成作者：南永哲来源:本报日期：2005-11-23南方电网有限公司日前透露，2010年，南方电网将完成世界上第一个800千伏特高压直流输电工程-云广特直流工程的建设。据悉，该工程的建设将以中方为主，实现特高压直流输电工程科研、系统研究、成套设计、工程设计和设备制造的自主化，设备国产化率将达到60%。据了解，云广800千伏直流输电工程是南方电网特高压输电网络规划方案在十一五的实施，是南方电网十一五云电送粤主要输电通道，主要输送云南小湾、金安桥水电站的电力到广东的负荷中心。工程可开发云南丰富的能源资源尤其是调节性能较好的大型水电向广东送电，是促进区域资源优化配置的需要，也是南方电网电源结构调整的需要，有利于促进南方电网电源结构的调整和优化，以及电网的经济运行。,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,25,1.高压直流输电的基本原理,两端供电系统,电力电子技术第2章整流电路10.1晶闸管直流电动机系统,10.6.1高压直流输电,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,26,2.高压直流输电的优点,输送相同功率时，直流输电线路造价低,交流输电,直流输电,三根输电导线,两根或一根输电导线,省铜、绝缘子、钢材,电缆绝缘耐电强度低,电缆绝缘耐电强度高,35kV交流电缆可当作220kV直流电缆,线路有功损耗小，无功损耗为零,分布电感、分布电容在交流电路中不断地充放电，引起附加损耗在直流电路中电压电流恒定，无附加损耗,电力电子技术第2章整流电路10.6.1高压直流输电,10.6.1高压直流输电,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,27,输送电能的大小、方向便于控制；,易于解决交流系统的稳定问题,（“背靠背”换流方式）,只输送有功功率，不输送无功功率,丰水期时，向华东地区送电枯水期时，向长江上游送电,电力电子技术第2章整流电路10.6.1高压直流输电,10.6.1高压直流输电,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,28,目前晶闸管制造水平：元件耐压：8000V电流：5000A已投运的单个晶闸管：元件耐压：5200V电流：4100A,换流阀是多个元件的串并联，需均压、均流保护,4。高压直流输电的缺点,换流站设备昂贵,换流变压器占整个直流输电工程投资的25%,换流阀占整个直流输电工程投资的30%,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,29,换流装置是一谐波源,直流输电系统的交流侧、直流侧要分别装设交、直流滤波器（使投资增大）,换流装置几乎无过载能力对直流系统运行不利,以大地作回路的直流系统，运行时对沿途的金属构件、管道有腐蚀作用以大地作回路的直流系统，运行时对航海导航仪表有腐蚀作用,电力电子技术第2章整流电路10.6.1高压直流输电,10.6.1高压直流输电,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,30,相控电路：,通过控制触发角的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小晶闸管可控整流电路、采用晶闸管相控方式时的交流电力变换电路和交交变频电路,相控电路的驱动控制:,电力电子技术第3章整流电路,3.8相控电路的驱动控制,保证按触发角的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。以保证相控电路的正常工作。,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,31,3.8.1同步信号为锯齿波的触发电路,三个基本环节：脉冲的形成与放大、锯齿波的形成、脉冲移相、同步环节。此外，还有强触发和双窄脉冲形成环节。,电力电子技术第3章整流电路3.8相控电路的驱动控制,应用最多。常用的还有正弦波同步电路,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,32,脉冲形成,脉冲放大,同步电路,锯齿波形成电路,恒流源充电电路,+50V电源,同步变压器,V5、V6或门双脉冲形成,改变大小的控制电压输入,P88,电力电子技术第3章整流电路3.8相控电路的驱动控制,3.8.1同步信号为锯齿波的触发电路,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,33,可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电路目前国内常用的有KJ系列和KC系列，以KJ系列为例,电力电子技术第3章整流电路3.8相控电路的驱动控制,3.8.2集成触发器,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,34,同步,同步信号,锯齿波形成,移相,脉冲形成,脉冲分选,脉冲放大,改变大小的控制电压,KJ004与分立元件的锯齿波移相触发电路相似,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,35,三相全控桥整流电路的集成触发电路,12只二极管构成6个或门，将6路单脉冲6路双脉冲,六个晶体管进行脉冲放大,1个KJ004输出2个相位相隔180的触发脉冲,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,36,模拟与数字触发电路以上触发电路为模拟的，优点：结构简单、可靠，缺点：易受电网电压影响，触发脉冲不对称度较高，可达34，精度低数字触发电路：脉冲对称度很好，如基于8位单片机的数字触发器精度可达0.71.5,电力电子技术第3章整流电路3.8相控电路的驱动控制,3.8.2集成触发器,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,37,触发电路的定相触发电路应保证每个晶闸管触发脉冲与施加于晶闸管的交流电压保持固定、正确的相位关系措施：同步变压器原边接入为主电路供电的电网，保证频率一致触发电路定相的关键是确定同步信号与晶闸管阳极电压的关系,电力电子技术第3章整流电路3.8相控电路的驱动控制,3.8.3触发电路的定相,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,38,三相桥变流电路，采用锯齿波同步触发电路时的情况,同步信号负半周的起点对应于锯齿波的起点，通常使锯齿波的上升段为240，上升段起始的30和终了的30线性度不好，舍去不用，使用中间的180。锯齿波的中点与同步信号的300位置对应,使uco=0的触发角为90。当90时为逆变工作,将=90确定为锯齿波的中点。于是=90与同步电压的300对应。对于三相桥，=90对应于uu的120的位置，则同步信号的180与uu的0对应，说明VT1的同步电压应滞后于uu180,2020/5/1,上海电力学院电子技术教研室,39,变压器接法：主电路整流变压器为D,y11联结，同步变压器