晶闸管有源逆变电路

1、第三章第三章 晶闸管有源逆变电路晶闸管有源逆变电路第一节第一节 有源逆变的工作原理有源逆变的工作原理 第二节第二节 晶闸管直流可逆拖动的工作原理晶闸管直流可逆拖动的工作原理第三节第三节 绕线转子异步电动机串级调速与高压直流输电绕线转子异步电动机串级调速与高压直流输电第四节第四节 晶闸管装置的功率因数、谐波与对电网的影响晶闸管装置的功率因数、谐波与对电网的影响 第一节第一节 有源逆变的工作原理有源逆变的工作原理 一、有源逆变的工作原理一、有源逆变的工作原理 逆变逆变（invertion）把把直流电转变成交流电直流电转变成交流电，为整流的逆过为整流的逆过程。程。逆变电路逆变电路把直流电逆变成交流电

2、的电路；把直流电逆变成交流电的电路；有源逆变电路有源逆变电路交流侧和电网连结，即交流侧和电网连结，即电网为负载电网为负载。 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；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，其电路形式未变，只是电路工作条件转变。既可工既可工作在整流状态又可工作在逆变状态，称为变流电路（作在整流状态又可工作在逆变状态，称为变流电路（converter）。）。无源逆变电路无源逆变

3、电路变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到普通负载，将在第七章介绍。到普通负载，将在第七章介绍。直流发电机直流发电机电动机系统电能的流转电动机系统电能的流转 图图a M电动运转，电动运转，EGEM，电流，电流Id从从G流向流向M，M吸收电功率，相当于反吸收电功率，相当于反电势负载。电势负载。 图图b 回馈制动状态，回馈制动状态，M作发电运转，此时，作发电运转，此时，EMEG，电流反向，从，电流反向，从M流流向向G，M输出电功率，输出电功率，G则吸收电功率，则吸收电功率，M轴上输入的机械能转变为电轴上输入的机械能转变为电能反送给能反送给G。 图图c 注意：

4、注意： 两电动势顺向串联，向电阻两电动势顺向串联，向电阻R供电，供电，G和和M均输出功率，由均输出功率，由于于R 一般都很小，实际上形成一般都很小，实际上形成短路短路，在工作中属发生事故。，在工作中属发生事故。c)b)a)MGMGMGEGEMIdREGEMIdREGEMIdR a）两电动势同极性）两电动势同极性EG EM b）两电动势同极性）两电动势同极性EM EG c）两电动势反极性，形成）两电动势反极性，形成短路短路c)b)a)MGMGMGEGEMIdREGEMIdREGEMIdRa）两电动势同极性）两电动势同极性EG EM b）两电动势同极性）两电动势同极性EM EG c）两电动势反极性

5、，形成短路）两电动势反极性，形成短路电动机电动运行电动机电动运行电能由发电机电能由发电机 流向电动机流向电动机电动机回馈制动电动机回馈制动电能由电动机电能由电动机 回流发电机回流发电机短路短路（应避免）（应避免）两个电势源同极性相连接时，两个电势源同极性相连接时，电流的流向：高电势电流的流向：高电势低电势低电势电能的流向：是电能的流向：是随着随着E或或I方向的改变方向的改变 而改变。而改变。 使用单相双半波电路（单相全波）代替上述发电机使用单相双半波电路（单相全波）代替上述发电机G。 图图3.1a M电动运行电动运行，全波电路工作在整流状态，全波电路工作在整流状态， 在在0/2间，间，Ud为正

6、值，并且只有当为正值，并且只有当Ud EM，才能输出，才能输出Id 。交流电网输出电交流电网输出电功率，电动机输入电功率。功率，电动机输入电功率。 图图3.1b M回馈制动回馈制动，由于晶闸管的单向导电性，由于晶闸管的单向导电性，Id方向不变，方向不变，欲改变电能的输送方向，只能改变欲改变电能的输送方向，只能改变EM极性。为了防止两电动极性。为了防止两电动势顺向串联，势顺向串联，Ud极性也必须反过来，即极性也必须反过来，即Ud应为负值，且应为负值，且|EM | |Ud |，才能把电能从直流侧送到交流侧。，才能把电能从直流侧送到交流侧。 电能（注意不是电流）电能（注意不是电流）的流向与整流时相反

7、的流向与整流时相反,M输出电功率输出电功率,电电网吸收电功率。网吸收电功率。 Ud可通过改变可通过改变 来进行调节，逆变状态时来进行调节，逆变状态时Ud为负值，为负值， 在在 /2 间。间。图3-1 单相全波电路的整流和逆变a)b)R+-电能M102u10u20udidLVT1VT2u10udu20u10OOwtwtIdidUdEMEM电能MR+-102udidLVT1VT2u10udu20u10OOwtwtIdidUd90900 0，c o s c o s 计算不方计算不方便，所以引入逆变角便，所以引入逆变角 ，令，令=180=1800 0-，故，故注意：注意： 逆变角逆变角和控制角和控制角

8、的计量方向相反，其大小的计量方向相反，其大小自自 =0的起始点向左方计量。的起始点向左方计量。 实现有源实现有源逆变的条件：逆变的条件： 1）外部条件外部条件：有直流电动势，其极性和晶闸管导通：有直流电动势，其极性和晶闸管导通 方向一致，其绝对值大于变流器直流侧平均电压。方向一致，其绝对值大于变流器直流侧平均电压。 2）内部条件内部条件：晶闸管的控制角：晶闸管的控制角 /2，使使Ud为为 负值。负值。 3）充分条件：要有足够大的电感，以保证有源逆变连）充分条件：要有足够大的电感，以保证有源逆变连 续进行。续进行。 半控桥或有续流二极管的电路半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压，因其整流电压

9、ud不能出不能出现负值（最小为零），也不允许直流侧出现负极性的现负值（最小为零），也不允许直流侧出现负极性的电动势，故电动势，故不能实现有源逆变。不能实现有源逆变。二、常用晶闸管有源逆变电路二、常用晶闸管有源逆变电路（一）三相半波有源逆变电路（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，电动机电动势下图为三相半波电动机负载电路，电动机电动势E E的极性符合有源逆变条件，的极性符合有源逆变条件，当当d d且且90 时，换相结束时，晶时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。闸管能承受反压而关断。如果如果 （从图（从图3.6右右下角的波形中可清楚地下角的波形中可清楚地看到），该通的晶闸管看

10、到），该通的晶闸管（VT2）反而关断，而）反而关断，而应关断的晶闸管（应关断的晶闸管（VT1)继续导通。这样会使得继续导通。这样会使得Ud的波形中正部分大于的波形中正部分大于负部分，从而使得负部分，从而使得Ud和和EM顺向串联，最终导致顺向串联，最终导致逆变失败。逆变失败。 Labc+-MudidEMLBLBLBVT1VT2VT3oudOOidwtwtuaubucuaubpiVT1iVT2iVT3iVT1iVT2iVT3iVT1iVT3图3.6 交流侧电抗对逆变换相过程的影响2. 确定最小逆变角确定最小逆变角 minmin的依据的依据逆变时允许采用的最小逆变角逆变时允许采用的最小逆变角 应等于

11、应等于 minmin= + + = + + : :晶闸管的关断时间晶闸管的关断时间t tq q折合的电角度，折合的电角度，t tq q大的可达大的可达200300ms200300ms，折算到电角度约，折算到电角度约4 4 55 ； ：换相重叠角，随：换相重叠角，随I Id d和和X XB B的增加而增大；的增加而增大； 举例如下：某装置整流电压为举例如下：某装置整流电压为220V220V，整流电流，整流电流800A800A，整流，整流变压器容量为变压器容量为240kVA240kVA，短路电压比，短路电压比U Uk k% %为为5%5%的三相线路，其的三相线路，其值约为值约为1515 2020

12、。 ：为安全裕量角，（一般可达：为安全裕量角，（一般可达5 5 ）值约取为）值约取为1010 。 一般取一般取 minmin=30=303535一、一、由晶闸管桥路供电、用接触器控制直流电动机的正反转由晶闸管桥路供电、用接触器控制直流电动机的正反转 第二节第二节 晶闸管直流可逆拖动的工作原理晶闸管直流可逆拖动的工作原理二、采用两组变流桥的可逆电路二、采用两组变流桥的可逆电路 最最常用的是反并联电路。常用的是反并联电路。当电动机磁场方向不变时，正转时由当电动机磁场方向不变时，正转时由组桥供电；组桥供电；反转时由反转时由组桥供电，采用反并联供电可使直流电动组桥供电，采用反并联供电可使直流电动机在四个象限内运行。机在四个象限内运行。第三节第三节 绕线转子异步电动机串级调速与高压直流输电绕线转子异步电动机串级调速与高压直流输电一、绕线转子异步电动机晶闸管串级调速一、绕线转子异步电动机晶闸管串级调速串级调速主电路如图所示，逆变电压串级调速主电路如图所示，逆变电压U Udd为引入转子电路的为引入转子电路的反电动势，改变逆变角反电动势，改变逆变角 即可改变反电动势大小，达到改变转速即可改变反电动势大小，达到改变转速的目的。的目的。U Ud d是转子整流后的直流电压，其值为是转子整