第四章 有源逆变电路课件

1、第四章 有源逆变电路4.1有源逆变电路的分析有源逆变电路的分析 生产实际中，除了将交流电转换为直流电外生产实际中，除了将交流电转换为直流电外(整流），整流），往往还会出现需要将直流电能变换为交流电能的情况往往还会出现需要将直流电能变换为交流电能的情况（即逆变）。例如，运转中的直流电机，要实现快速（即逆变）。例如，运转中的直流电机，要实现快速制动，较理想的办法是将该直流电机作为直流发电机制动，较理想的办法是将该直流电机作为直流发电机运行，并利用晶闸管将直流电能变换为交流电能回送运行，并利用晶闸管将直流电能变换为交流电能回送电网，从而实现直流电机的发电机制动。还有在跨江电网，从而实现直流电机的发电

2、机制动。还有在跨江河的和大容量的远距离的电缆输电，联系两个不同频河的和大容量的远距离的电缆输电，联系两个不同频率的交流电网方面，高压直流输电就要用到将直流电率的交流电网方面，高压直流输电就要用到将直流电能变换为交流电能的情况。能变换为交流电能的情况。4.1有源逆变电路的分析有源逆变电路的分析 首先定义一下变流装置的定义：即同一套电路，首先定义一下变流装置的定义：即同一套电路，既可以工作在整流状态，也可以工作在逆变状态，既可以工作在整流状态，也可以工作在逆变状态， 这样的电路统称为变流装置。这样的电路统称为变流装置。 变流装置如果工作在逆变状态，其交流侧接变流装置如果工作在逆变状态，其交流侧接在

3、交流电网上，电网成为负载，在交流电网上，电网成为负载， 在运行中将直流在运行中将直流电能变换为交流电能并回送到电网中去，电能变换为交流电能并回送到电网中去， 这样的这样的逆变称为逆变称为“有源逆变有源逆变”。 如果逆变状态下的变流装置，其交流侧接至交如果逆变状态下的变流装置，其交流侧接至交流负载，在运行中将直流电能变换为某一频率或流负载，在运行中将直流电能变换为某一频率或可调频率的交流电能供给负载，这样的逆变则称可调频率的交流电能供给负载，这样的逆变则称为为“无源逆变无源逆变”或变频电路。或变频电路。 4.1.1 4.1.1 有源逆变电路的工作原理有源逆变电路的工作原理1.两电源之间的直流发电

4、机两电源之间的直流发电机- -电动机系统电能的转换电动机系统电能的转换同极性相连同极性相连;EGEM; 同极性相连同极性相连;EMEG; 反极性相连反极性相连 电动电动运行运行发电发电运行运行短路短路 REEIMGd REEIGMd REEIMGd电流从电源的正极流出者，该电源为电流从电源的正极流出者，该电源为输出功率输出功率； P = Ei 0两个电动势同极性相接时，电流总是从电动势高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，回路电阻小，可在两个电动势间交的流向低的，回路电阻小，可在两个电动势间交换很大的功率换很大的功率。两个电动势反极性相接（顺向串联）时，如果电两个电动势反极性

5、相接（顺向串联）时，如果电路电阻小，会形成短路事故路电阻小，会形成短路事故。2.2.有源逆变的工作原理及条件有源逆变的工作原理及条件 (1) 90,输出输出Ud 为正值为正值,M电动运行电动运行,EM上正下负上正下负 。 REUIMdd晶闸管装置工作在晶闸管装置工作在整流状态整流状态，供能供能；M吸收能量吸收能量, ,电动电动运行。运行。(2) 90, 且且使使UdEM，Ud与前整流时与前整流时Ud极性相反，极性相反，VT会导通。会导通。 RUEIdMdM供能，工作于供能，工作于发电制动发电制动状态；状态；晶闸管装置吸收能量，并送交流电网，晶闸管装置吸收能量，并送交流电网，实现实现有源逆变有源

6、逆变。 总结总结：在一周期内，并不是每一瞬：在一周期内，并不是每一瞬时都进行有源逆变，只是一周期内时都进行有源逆变，只是一周期内逆变时间大于整流时间（因为逆变时间大于整流时间（因为90），总的来看，电路工作在有），总的来看，电路工作在有源逆变状态。源逆变状态。 3.3.实现有源逆变的条件：实现有源逆变的条件： （1 1）要有直流电源要有直流电源E，其极性必须与晶闸管导通方向一致。，其极性必须与晶闸管导通方向一致。 （2 2）变流器输出的直流平均电压）变流器输出的直流平均电压U Ud d必须为负值，即晶闸管触发必须为负值，即晶闸管触发角求角求90，使且，使且| |Ud|E|E|。 逆变和整流的区

7、别：控制角逆变和整流的区别：控制角 不同不同 0 p p /2 时，电路工作在时，电路工作在整流整流状态。状态。 p p /2 p p时，电路工作在时，电路工作在逆变逆变状态。状态。以下电路哪些可以实现有源逆变？为什么？以下电路哪些可以实现有源逆变？为什么？ 半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压u ud d不能出现负值，也不能出现负值，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。不允许直流侧出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变。逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路短路

8、，或，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联顺向串联，形成很大，形成很大短路短路电流电流。4.1.2 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制 逆变失败提出的原因逆变失败提出的原因 REUIMdd RUEIdMd 整流整流：逆变逆变：一一. .逆变失败原因可分为以下四个方面逆变失败原因可分为以下四个方面1.1.触发电路共工作不可靠触发电路共工作不可靠 脉冲丢失脉冲丢失 、脉冲分布不均匀脉冲分布不均匀 。2.2.晶闸管出现故障晶闸管出现故障3.3.交流电源出现异常交流电源出现异常缺相缺相 、电源突然断电、电源突然断电 、电网电压波动使同

9、步电、电网电压波动使同步电压波动压波动, ,造成脉冲丢失造成脉冲丢失 。（1 1）先定义一下逆变角）先定义一下逆变角 定义定义:=-,即即+=,则则=-。 Ud=Udocos=-Udocos、是从两个方向表示晶闸管的触发时刻。是从两个方向表示晶闸管的触发时刻。 4.4.换相时间不足换相时间不足 （2）(换相重叠角换相重叠角),正常。正常。 若若 : :即即 =0时换流还没有结束时换流还没有结束，前一相继续导通前一相继续导通，换相失败。换相失败。（3 3）最小逆变角）最小逆变角min的确定的确定 A.考虑的因素考虑的因素 (1).换相重叠角换相重叠角 (1525),可查手册或由公式计算。可查手册

10、或由公式计算。(2).(2).晶闸管的关断时间晶闸管的关断时间t tq q所对应的电角度所对应的电角度, ,可达可达200200300300s,s,为为4 45 5。(3).(3).安全裕量安全裕量, ,取取1010。 min=+=(15 25 )+（4 5 ）+10 =30 35 B.B.限制方法限制方法 ( (1).1).触发电路在触发电路在= =minmin处附加处附加一组固定脉冲。一组固定脉冲。(2).(2).逆变角保护电路逆变角保护电路 (3).Uc(3).Uc加限幅电路。加限幅电路。 1.三相半波有源逆变电路三相半波有源逆变电路 能量传递关系能量传递关系：EM的正极流出电流，的正极

11、流出电流，因此它提供能量，经晶闸管电路把直因此它提供能量，经晶闸管电路把直流电能逆变为交流电能回馈电网。流电能逆变为交流电能回馈电网。REUIMdd 4.1.3 常用的常用的有源逆变电路有源逆变电路 2.2.三相桥式全控有源逆变电路三相桥式全控有源逆变电路2.2.三相桥式全控有源逆变电路三相桥式全控有源逆变电路哪些地方会用到有源逆变呢？哪些地方会用到有源逆变呢？绕线转子异步电动机的晶闸管串级调速绕线转子异步电动机的晶闸管串级调速 高压直流输电高压直流输电晶闸管直流电动机可逆拖动系统晶闸管直流电动机可逆拖动系统 晶闸管直流电动机系统晶闸管直流电动机系统晶闸管可控整流装置带直流电动机负晶闸管可控整

12、流装置带直流电动机负载组成的系统。载组成的系统。 是电力拖动系统中主要的一种。是电力拖动系统中主要的一种。许多工作要求传动电动机能正反许多工作要求传动电动机能正反向运行即向运行即可逆拖动可逆拖动。改变直流它励电动机的转向有两种方法，即改变直流它励电动机的转向有两种方法，即改变改变励磁电压极性励磁电压极性和和改变改变电枢电压极性电枢电压极性。 是可控整流装置的主要用途之一。是可控整流装置的主要用途之一。4.2 晶闸管晶闸管直流可逆拖动工作原理直流可逆拖动工作原理 对该系统的研究包括两个方面：对该系统的研究包括两个方面：其一是在带电动机负载时整流电路的工作情况。其一是在带电动机负载时整流电路的工作

13、情况。其二是由整流电路供电时电动机的工作情况。本节主要从第其二是由整流电路供电时电动机的工作情况。本节主要从第二个方面进行分析。本节主要讲有源逆变方式来二个方面进行分析。本节主要讲有源逆变方式来改变改变电枢电电枢电压极性来改变电动机的运转方向。压极性来改变电动机的运转方向。指能够控制电动机正反转的自动控制系统。指能够控制电动机正反转的自动控制系统。很多生产设备如起重提升设备、电梯、轧钢机轧辊等均要很多生产设备如起重提升设备、电梯、轧钢机轧辊等均要求电动机能够正反双向运转，这就是可逆拖动问题。求电动机能够正反双向运转，这就是可逆拖动问题。 利用变流装置供电的直流可逆拖动系统，除了能方便地实现正反

14、利用变流装置供电的直流可逆拖动系统，除了能方便地实现正反转外，还能实现回馈制动。转外，还能实现回馈制动。对于直流他励电动机来说，改变电枢两端电压的极性或改变励磁绕对于直流他励电动机来说，改变电枢两端电压的极性或改变励磁绕组两端电压的极性均可改变其运转方向，这可根据应用场合和设备组两端电压的极性均可改变其运转方向，这可根据应用场合和设备容量的不同要求加以选用。容量的不同要求加以选用。按照所用晶闸管变流装置组数的不同，一般又可通过两种方法实按照所用晶闸管变流装置组数的不同，一般又可通过两种方法实现电动机的正反转控制：现电动机的正反转控制：1）一种是采用一组晶闸管变流器给电动机供电、用接触器控制电）

15、一种是采用一组晶闸管变流器给电动机供电、用接触器控制电枢电压极性的电路；枢电压极性的电路；2）另一种是采用两组晶闸管变流器反极性连接组成的可逆电路。）另一种是采用两组晶闸管变流器反极性连接组成的可逆电路。直流可逆拖动系统直流可逆拖动系统 4.2.1 采用一组变流桥的可逆电路采用一组变流桥的可逆电路 用交流接触器控制直流电动机正反转的电路采用一组晶闸管用交流接触器控制直流电动机正反转的电路采用一组晶闸管变流装置给电动机电枢绕组供电，通过正向和反向接触器的切换来改变流装置给电动机电枢绕组供电，通过正向和反向接触器的切换来改变电枢电压的极性。变电枢电压的极性。 这种方案简单经济，但是接触器动作噪声大

16、，寿命短，动作时这种方案简单经济，但是接触器动作噪声大，寿命短，动作时间长，适应不经常正反转的场合。要求高的场合，采用两组晶闸管变间长，适应不经常正反转的场合。要求高的场合，采用两组晶闸管变流桥装置反并联的可逆电路。流桥装置反并联的可逆电路。4.2.2 采用两组变流桥的可逆电路采用两组变流桥的可逆电路 为了分析直流电动机可逆系统的运转状态及其与变流器工作状态为了分析直流电动机可逆系统的运转状态及其与变流器工作状态之间的关系，这里首先介绍一下电动机的四象限运行图。四象限运行之间的关系，这里首先介绍一下电动机的四象限运行图。四象限运行图是根据直流电动机的转矩图是根据直流电动机的转矩(或电流或电流)与转速之间的关系，在平面四个与转速之间的关系，在平面四个象限上作出的表示电动机运行状态的图。图所示即为反并联可象限上作出的表示电动机运行状态的图。图所示即为反并联可逆系统的四象限运行图。从图中可以看出，第一和第三象限内电动机逆系统的四象限运行图。从图中可以看出，第一和第三象限内电动机的转速与转矩同号，电动机在第一和第三象限分别运行在的转速与转矩同号，电动机在第一和第三象限分别运行在“正转电动正转电动”和和“反转电动反转电