电力电子技术基础10—逆变

1、Fundamentals of Power Electronics Technology 电力电子技术基础South China University of Technology3.4 直流可逆电力拖动系统电力电子技术第三部分 电力电子变换电路直流可逆拖动系统电力电子技术基础两套变流装置反并联连接的可逆电路：三相全控桥接线。电动机正向运行时由正组变流器供电；反向运行时，则由反组变流器供电有很多生产机械，要求拖动电机能正反向运行，即可逆拖动，因此需要采用四象限运行的双变流器为其供电。电力电子技术第三部分 电力电子变换电路四象限运行工作情况电力电子技术基础电力电子技术第三部分 电力电子变换电路四象

2、限运行工作情况电力电子技术基础第1象限：正转，电动机作电动运行，正组桥工作在整流状态， p p/2，EMUda(下标中有表示整流，p表示正组）第2象限，正转，电动机作发电运行，反组桥工作在逆变状态，bNp/2），EMUdb(下标中有b 表示逆变，N 表示反组）第3象限，反转，电动机作电动运行，反组桥工作在整流状态， N p/2，EMUda第4象限，反转，电动机作发电运行，正组桥工作在逆变状态，b P p/2），EMUdb电力电子技术第三部分 电力电子变换电路电动机反向过程电力电子技术基础直流可逆电力拖动系统，将在后继课电力拖动自动控制系统或者运动控制系统中进一步分析讨论第1象限正转，电动机从正

3、组桥取得电能 先使电动机迅速制动，为此需切换到反组桥工作在逆变状态，此时电动机进入第2象限作正转发电运行，随着电动机转速的下降，不断地调节 ，使之由小变大直至 （n=0），如继续增大 ，即 ，反组桥将转入整流状态下工作 电动机开始反转进入第3象限的电动运行3.5 变流电路的谐波和功率因数电力电子技术第三部分 电力电子变换电路电力电子装置对电网的影响电力电子技术基础 许多电力电子装置要消耗无功功率，会对公用电网带来不利影响； 电力电子装置还会产生谐波，对公用电网产生危害； 许多国家都发布了限制电网谐波的国家标准，或由权威机构制定限制谐波的规定。国家标准（GB/T14549-93）电能质量 公用电

4、网谐波从1994年3月1日起开始实施。电力电子技术第三部分 电力电子变换电路谐波电力电子技术基础满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数基波（fundamental）在傅里叶级数中，频率与工频相同的分量谐波频率为基波频率大于1整数倍的分量谐波次数谐波频率和基波频率的整数比n次谐波电流含有率以HRIn（Harmonic Ratio for In）表示 电流谐波总畸变率THDi（Total Harmonic distortion）定义为 为总谐波电流有效值阻感负载n=1,3,5,电流中仅含奇次谐波各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数电力电子技术第三部分 电力电子变换电路

5、单相桥式全控整流电路谐波分析电力电子技术基础其中电力电子技术第三部分 电力电子变换电路三相桥式全控整流电路谐波分析电力电子技术基础其中电流中仅含6k1（k为正整数）次谐波各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数 =0时，m脉波整流电路的整流电压和整流电流的谐波分析式中，k=1，2，3；且：电力电子技术第三部分 电力电子变换电路m脉冲整流电路谐波分析电力电子技术基础为了描述整流电压ud0中所含谐波的总体情况，定义电压纹波因数 为ud0中谐波分量有效值UR与整流电压平均值Ud0之比： 其中： 而：电力电子技术第三部分 电力电子变换电路m脉冲整流电路谐波分析电力电子技术基

6、础 =0时整流电压、电流中的谐波有如下规律：（1）m脉波整流电压ud0的谐波次数为mk（k=1，2， 3.） 次，即m的倍数次；整流电流的谐波由整流 电压的谐波决定，也为mk次；（2）当m一定时，随谐波次数增大，谐波幅值迅速减 小，表明最低次（m次）谐波是最主要的，其它 次数的谐波相对较少；当负载中有电感时，负载 电流谐波幅值dn的减小更为迅速；（3） m增加时，最低次谐波次数增大，且幅值迅速减 小，电压纹波因数迅速下降。 电力电子技术第三部分 电力电子变换电路m脉冲整流电路谐波分析电力电子技术基础电力电子技术第三部分 电力电子变换电路减小谐波的办法电力电子技术基础减小控制角增加整流相数设置谐

7、波滤波器电力电子技术第三部分 电力电子变换电路功率因数电力电子技术基础正弦电路中的情况 电路的有功功率就是其平均功率： 视在功率为电压、电流有效值的乘积，即S=UI 无功功率定义为： Q=U I sinj 功率因数l 定义为有功功率P和视在功率S的比值： 此时无功功率Q与有功功率P、视在功率S之间有如下关系： 功率因数是由电压和电流的相位差j 决定的：l =cos j 非正弦电路中的情况有功功率、视在功率、功率因数的定义均和正弦电路相同。公用电网中，通常电压的波形畸变很小，而电流波形的畸变可能很大。因此，不考虑电压畸变，研究电压波形为正弦波、电流波形为非正弦波的情况有很大的实际意义。设正弦波电

8、压有效值为U，畸变电流有效值为I，基波电流有效值及与电压的相位差分别为I1和j 1。这时有功功率为：P=U I1 cosj1 功率因数为： 电力电子技术第三部分 电力电子变换电路功率因数电力电子技术基础基波因数(电流畸变因数)即基波电流有效值 和总电流有效值之比位移因数（基波功率因数）cosj 1电力电子技术第三部分 电力电子变换电路功率因数电力电子技术基础单相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路阻感负载变流器工作于整流状态时，有功功率为正，且随角的增大而减小；而无功功率增大，功率因数下降。变流器工作于逆变状态时，有功功率为副，且随的增大有功功率的绝对值减小；无功功率增大，功率因数下降。功率因

9、数为基波因数和位移因数的乘积，欲提高功率因数，一是设法减小高次谐波，二是减小控制角。第二部分 电力电子器件6South China University of Technology第四章 电力电子器件的驱动和保护 驱动电路主电路与控制电路之间的接口使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损耗，对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的意义对器件或整个装置的一些保护措施也往往设在驱动电路中，或通过驱动电路实现驱动电路的基本任务：将信息电子电路传来的信号按控制目标的要求，转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间，可以使其开通或关断的信号对半控型器件只需提供开通控制信号对全控型器

10、件则既要提供开通控制信号，又要提供关断控制信号电力电子技术第二部分 电力电子器件驱动保护电路概述电力电子技术基础驱动电路还要提供控制电路与主电路之间的电气隔离环节，一般采用光隔离或磁隔离光隔离一般采用光耦合器磁隔离的元件通常是脉冲变压器光耦合器的类型及接法a) 普通型 b) 高速型 c) 高传输比型电流驱动型和电压驱动型电力电子技术第二部分 电力电子器件驱动保护电路概述电力电子技术基础4.1 晶闸管的触发电路相控电路：晶闸管可控整流电路，通过控制触发角a的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小采用晶闸管相控方式时的交流交流电力变换电路和交交变频电路（第7章）相控电路的驱动控制为保证相控电

11、路的正常工作，很重要的一点是应保证按触发角a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。对于相控电路这样使用晶闸管的场合，也习惯称为触发控制，相应的电路习惯称为触发电路。电力电子技术第二部分 电力电子器件相控电路以及驱动要求电力电子技术基础电力电子技术第二部分 电力电子器件单结晶体管电力电子技术基础单结晶体管（简称UJT）又称基极二极管，它是一种只有一个PN结和两个电阻接触电极的半导体器件，它的基片为条状的高阻N型硅片，两端分别用欧姆接触引出两个基极b1和b2。在硅片中间略偏b2一侧用合金法制作一个P区作为发射极e。电力电子技术第二部分 电力电子器件单结晶体管电力电子技术基础VD导通

12、后，电阻Rb1迅速减小电力电子技术第二部分 电力电子器件单结晶体管组成的简易触发电路电力电子技术基础电力电子技术第二部分 电力电子器件同步信号为锯齿波的触发电路电力电子技术基础输出可为双窄脉冲（适用于有两个晶闸管同时导通的电路），也可为单窄脉冲三个基本环节：脉冲的形成与放大、锯齿波的形成和脉冲移相、同步环节。此外，还有强触发和双窄脉冲形成环节1 同步环节 同步要求触发脉冲的频率与主电路电源的频率相同且相位关系确定锯齿波是由开关V2管来控制的V2开关的频率就是锯齿波的频率由同步变压器所接的交流电压决定V2由导通变截止期间产生锯齿波锯齿波起点基本就是同步电压由正变负的过零点V2截止状态持续的时间就

13、是锯齿波的宽度取决于充电时间常数R1C1电力电子技术第二部分 电力电子器件同步环节电力电子技术基础2. 锯齿波的形成和脉冲移相环节电路组成锯齿波电压形成的方案较多，如采用自举式电路、恒流源电路等恒流源电路方案，由V1、V2、V3和C2等元件组成 V1、VS、RP2和R3为一 恒流源电路电力电子技术第二部分 电力电子器件锯齿波形成和脉冲移相电力电子技术基础 工作原理：V2截止时，恒流源电流I1c对电容C2充电， 调节RP2，即改变C2的恒定充电电流I1c，可见RP2是 用来调节锯齿波斜率的。V2导通时，因R4很小故C2迅速放电，ub3电位迅速降到零伏附近V2周期性地通断，ub3便形成一锯齿波，同

14、样ue3也是一个锯齿波tICtICuccc111d1=电力电子技术第二部分 电力电子器件锯齿波形成和脉冲移相电力电子技术基础射极跟随器V3的作用是减小控制回路电流对锯齿波电压ub3的影响V4基极电位由锯齿波电压、控制电压uco、直流偏移电压up三者作用的叠加所定如果uco=0，up为负值时，b4点的波形由uh+ 确定当uco为正值时，b4点的波形由uh+ + 确定M点是V4由截止到导通的转折点，也就是脉冲的前沿加up的目的是为了确定控制电压uco=0时脉冲的初始相位pu电力电子技术第二部分 电力电子器件锯齿波形成和脉冲移相电力电子技术基础pu3脉冲形成环节 V4、V5 脉冲形成 V7、V8 脉

15、冲放大 控制电压uco加在V4基极上。uco对脉冲的控制作用及脉冲形成：uco=0时，V4截止。V5饱和导通。V7、V8处于截止状态，无脉冲输出。电容C3充电，充满后电容两端电压接近2E1(30V)电力电子技术第二部分 电力电子器件脉冲形成环节电力电子技术基础 时，V4导通，A点电位由+E1(+15V) 1.0V左右，V5基极电位 约-2E1(-30V)， V5立即截止。V5集电极电压由-E1(-15V) +2.1V，V7、V8导通，输出触发脉冲。电容C3放电和反向充电，使V5基极电位 ，直到ub5-E1(-15V)，V5又重新导通。使V7、V8截止，输出脉冲终止。脉冲前沿由V4导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间常数R11C3有关电路的触发脉冲由脉冲变压器TP二次侧输出，其一次绕组接在V5集电极电路中