有源逆变与相控变流器

1、有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-0有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-1 理解和掌握单相、三相有源逆变电路的工作原理解和掌握单相、三相有源逆变电路的工作原理，有源逆变的应用和整流电路的功率因数及理，有源逆变的应用和整流电路的功率因数及其改善的方法其改善的方法。 重点：重点：波形分析法，有源逆变的条件和有源逆波形分析法，有源逆变的条件和有源逆变失败的原因变失败的原因。有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-2 根据逆变输出交流电能去向分类：根据逆变输出交流电能去向分类： 有源逆变有源逆变 以电网为负载以电网为负载 变流

2、装置变流装置（变流器）（变流器） 无源逆变无源逆变 以用电器为负载以用电器为负载 变频器变频器有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-3(a) E1 E2 时时 (b) E2 E1 时时 (c) 电源反电源反 极性相连极性相连REEI21REEI12REEI21有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-4 电流从电源的正极流出者，该电源为输出电流从电源的正极流出者，该电源为输出功率；功率； 电流从电源的负极流出者，该电源为输入电流从电源的负极流出者，该电源为输入功率。功率。 两个电源反极性相连时，如果电路总电阻两个电源反极性相连时，如果电路总电阻很小，

3、会形成电源间短路故障。很小，会形成电源间短路故障。有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-5 变流器工作于变流器工作于整流状态（整流状态（ 0 2 ） Ud 0 , E 0 Ud E有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-6 变流器工作于变流器工作于逆变状态（逆变状态（ 2 ） Ud 0 , E 0 Ud E 有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-7 有一个直流电源，极性为有一个直流电源，极性为上上 “ ” 下下 “ + ”； 变流器的变流器的 2 ，即，即 Ud 0 Ud E E 约等于约等于 Ud 半控电路或具有续流二极管

4、的电路，半控电路或具有续流二极管的电路，不能不能实实现有源逆变，因为：现有源逆变，因为： 不能输出负电压不能输出负电压 E的的极性不能为上极性不能为上 “ ” 下下 “ + ”；有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-8 某些机械能随着工况的不同自动改变某些机械能随着工况的不同自动改变E的的 极性（如直流卷扬机）。极性（如直流卷扬机）。 改变励磁电流方向。改变励磁电流方向。 反接电枢回路。反接电枢回路。 在可逆拖动系统中，通常采用两套变流器在可逆拖动系统中，通常采用两套变流器 相互切换。相互切换。有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-9 变流器工作

5、于变流器工作于整流状态（整流状态（ 0 2 ） Ud 0 , E 0 Ud E有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-10 变流器工作于变流器工作于逆变状态（逆变状态（ 2 ） Ud 0 , E 0 Ud E 有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-11有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-12 为了方便，电路进入逆变状态时，通常用逆变为了方便，电路进入逆变状态时，通常用逆变角角 （或称引前触发角）（或称引前触发角）表示。表示。 规定：规定： 角计算的角计算的起始点起始点为控制角为控制角 = 处，处，计算方法为自计算方法为自

6、= （ = 0 ）的起始点）的起始点向左向左方方计量。计量。 、 的关系：的关系： = 或或 = 有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-13 变流器直流侧电压计算公式变流器直流侧电压计算公式 考虑换相重叠角考虑换相重叠角cosU17. 1cos U1.17U22ddBIx23cosU17. 1U2d有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-14 变流器工作于变流器工作于逆变状态（逆变状态（ 2 ） Ud 0 , E 0 Ud E 有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-15 定义：定义： 逆变运行时，一旦发生换相失败，使整流逆变

7、运行时，一旦发生换相失败，使整流电路由逆变工作状态进入整流工作状态，电路由逆变工作状态进入整流工作状态，Ud又重新又重新变成正值变成正值，使输出平均电压和直，使输出平均电压和直流电势变成流电势变成顺向串联顺向串联，外接的直流电源通，外接的直流电源通过过SCR电路形成短路，这种情况称为电路形成短路，这种情况称为逆变逆变失败失败，或称为，或称为逆变颠覆逆变颠覆。有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-16 触发电路工作不可靠触发电路工作不可靠 触发脉冲丢失（见左图）触发脉冲丢失（见左图） 触发脉冲延迟（见右图）触发脉冲延迟（见右图）有源逆变 March 3, 2000北方交通

8、大学电气工程系3-17 晶闸管发生故障晶闸管发生故障（见左图）（见左图） 换相的裕量角不足换相的裕量角不足（见右图）（见右图） 交流电源发生异常现象交流电源发生异常现象有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-18 采用可靠的触发电路；采用可靠的触发电路； 选用可靠的选用可靠的SCR，防止误导通；，防止误导通； 加快速熔断器或快速开关；加快速熔断器或快速开关； 逆变角逆变角 不能太小不能太小，必须限制在某一允许，必须限制在某一允许的最小角度内。的最小角度内。有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-19 最小逆变角最小逆变角 min = + + : SC

9、R的关断时间的关断时间 tq 折合的电角度，折合的电角度， 叫恢复阻断角，叫恢复阻断角， = tq : 换相重叠角换相重叠角 : 安全裕量角安全裕量角 在可逆直流拖动系统中，一般要求在可逆直流拖动系统中，一般要求 min min 有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-20 固定逆变角固定逆变角 固定固定 min max + 在大部分工作期间是以过大的在大部分工作期间是以过大的 角运行，使角运行，使得电机再生制动时的功率因数下降，电流和得电机再生制动时的功率因数下降，电流和电压波形畸变加大，增加了干扰。电压波形畸变加大，增加了干扰。 自调逆变角（固定恢复阻断角）自调逆变角

10、（固定恢复阻断角） 随负载变化而自动调节，随负载变化而自动调节， min = + 有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-21 Ud = E IdR Ud = Ud0cos E = Ce n 改变励磁电流改变励磁电流 改变变压器电压改变变压器电压 调节调节 角角有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-22 高压直流输电高压直流输电有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-23 绕线式异步电动机晶闸管串级调速绕线式异步电动机晶闸管串级调速有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-24 直流可逆电力拖动系统直流可逆

11、电力拖动系统有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-25 任何周期性波形都可以分解为任何周期性波形都可以分解为直流分量直流分量、正弦正弦波基波分量波基波分量和一系列频率为基波整数倍的和一系列频率为基波整数倍的谐波谐波分量分量。 整流电路的谐波包括：整流电路的谐波包括： 变流器变流器直流侧直流侧谐波谐波 交流交流电源侧电源侧谐波谐波有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-26 在（在（ m m） 傅立叶级数分析傅立叶级数分析 ud 以以2 m为周期为周期tUudcos22mknnddtnbUucos)2cos()2(coscosmntnmtntn有源逆

12、变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-27 因此因此 在整流输出电压中，谐波级次在整流输出电压中，谐波级次 n 一定是脉波一定是脉波数数 m 的整数倍。的整数倍。 根据根据傅立叶级数分析傅立叶级数分析 结果结果mkn mmnttdntUmbcoscos2/12mknddtnnkUucos1cos2120有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-28 两相半波电路（两相半波电路（m=2） 三相半波电路三相半波电路（m=3）.756cos2534cos2312cos212sin222tttUud.1089cos2756cos2423cos213sin322tt

13、tUud有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-29 三相桥式电路三相桥式电路（m=6） 脉波数（相数）的增加使谐波中最低次谐波的脉波数（相数）的增加使谐波中最低次谐波的频率增加，同时其幅值迅速减少。频率增加，同时其幅值迅速减少。 增加整流器的脉波数增加整流器的脉波数 m ，对减少直流侧谐波、，对减少直流侧谐波、改善输出波形质量有重要的作用。改善输出波形质量有重要的作用。.191718cos2131112cos2756cos216sin622tttUud有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-30 空载直流电压的空载直流电压的 n 次谐波的有效值次谐

14、波的有效值 整流器输出直流电压中的谐波分量，将随延整流器输出直流电压中的谐波分量，将随延迟角迟角 的增大而显著上升。的增大而显著上升。22202)(sincos12nUnUdnd有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-31 对于理想的对于理想的 m 脉波整流器，则在交流侧只有下脉波整流器，则在交流侧只有下列级次的谐波电流：列级次的谐波电流： = mk 1 每个谐波电流分量的幅值为基波电流的每个谐波电流分量的幅值为基波电流的 1 / ，即谐波电流分量的大小与其频率成反比。即谐波电流分量的大小与其频率成反比。 实际应用中，当需要比较精确的检测变流器交实际应用中，当需要比较精确的检测变流器交流侧谐波电流时，必需同时考虑到脉波数流侧谐波电流时，必需同时考虑到脉波数 m、延迟角延迟角 和重迭角和重迭角 三个参数的影响。三个参数的影响。有源逆变 March 3, 2000北方交通大学电气工程系3-32 定义定义 整流电路电网侧有功功率与视在功率之比整流电路电网侧有功功率与视在功率之比 计算方法计算方法 = cos cos ：位移系数：位移系数 : 电流畸变系数电流畸变系数 也可用也可用 = Pd / S 计