电力电子技术课件3

2.7整流电路的有源逆变状态2.7.1逆变的概念

1．逆变及有源逆变

逆变是将直流电转变为交流电，是整流的逆过程。

逆变分为有源逆变和无源逆变。

有源逆变是将直流电逆变为与电网同频率的交流电，直接回送给电网，即其逆变电路的交流侧和电网相连。无源逆变则是将直流电逆变为某一频率或频率可调的交流电，直接供负载使用，即其逆变电路的交流侧和负载相连。

2.两电源之间的能量传递

同极性相连;EG＞EM;同极性相连;EM＞EG;反极性相连

电动运行发电运行短路3.有源逆变的工作原理及条件

(1)α＜90°,输出Ud为正值,M电动运行,EM上正下负。晶闸管装置工作在整流状态，供能；M吸收能量,电动运行。(2)α＞90°,且使Ud＜EM，Ud与前整流时Ud极性相反，VT会导通。

M供能，工作于发电制动状态；晶闸管装置吸收能量，并送交流电网，实现有源逆变。

总结：在一周期内，并不是每一瞬时都进行有源逆变，只是一周期内逆变时间大于整流时间（因为α＞90°），总的来看，电路工作在有源逆变状态。

实现有源逆变的条件：

必要条件（1）要有直流电源E，且满足E的方向为使晶闸管导通的方向及E的数值应大于变流器直流侧的平均电压；（2）要求α＞90°，使Ud为负值。

充分条件：要有足够大的电感L，以使逆变连续进行。

逆变和整流的区别：控制角不同

0<<p

/2时，电路工作在整流状态。

p

/2<

<

p时，电路工作在逆变状态。问题:单相桥式全控整流电路带阻感性负载，当工作在0<<p

/2时，是否在一个周期内都处于整流状态？讨论：

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ud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。2.7.2三相整流电路的有源逆变工作状态

1.逆变角

β定义:α=π-β,即α+β=π,则β=π-α。

Ud=Udo×cosα=-Udo×cosβα、β是从两个方向表示晶闸管的触发时刻。

2.三相半波有源逆变电路

能量传递关系：EM的正极流出电流，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。3.三相桥式全控整流电路的有源逆变状态

计算:(以三相电路为例）

Ud、EM均为负值

EM为负值，Pd

故为负值，表示功率由直流侧送交流电源

注意：在变流器中确定电网是输入功率还是输出功率一般从直流侧来分析决定。逆变时，一旦旦换相失败，，外接直流电电源就会通过过晶闸管电路路短路，或使变流器器的输出平均均电压和直流流电动势变成成顺向串联，形成很大短路电流。2.7.3逆变失败与最最小逆变角的的限制逆变失败提出出的原因整流：逆变：一.失败的原原因1.触发电路路的原因脉冲丢失、脉冲分布不均均匀。2.晶闸管本本身的原因3.交流电源源方面的原因因缺相、电源源突然断电、、电网电压压波动使同步步电压波动,造成脉冲丢丢失。4.逆变角β太小β＞γ(换相重叠角),正常。若β＜γ:即β=0时换流还没有有结束，前一相继续导导通，换相失败。二.最小逆变变角βmin的确定1.考虑的因素(1).换相重叠角γ(15°～25°),可查手册或由由公式计算。。(2).晶闸闸管的关断时时间tq所对应的电角角度δ,可达200～～300μs,δ为4°～5°°。(3).安全全裕量θ＇,取10°。βmin=γ+δ+θ＇=(15°～～25°)+（4°～5°）+10°=30°°～35°2.限制方法法(1).触发电电路在β=βmin处附加一组固固定脉冲。(2).逆变变角保护电路路(3).Uc加限幅电路。。提示：哪些地地方会用到有有源逆变呢？？绕线转子异步步电动机的晶晶闸管串级调调速高压直流输电电晶闸管直流电电动机可逆拖拖动系统晶闸管直流电电动机系统——晶闸管可可控整流装置置带直流电动动机负载组成成的系统。是电力拖动系系统中主要的的一种。是可控整流装装置的主要用用途之一。2.8晶晶闸管直流电动机系系统对该系统的研研究包括两个个方面：其一是在带电电动机负载时时整流电路的的工作情况。。其二是由整流流电路供电时时电动机的工工作情况。本本节主要从第第二个方面进进行分析。直流电动机的的四象限运行行？？问题1有些场合要求求电力拖动系系统能够提供供正、反向运运行并能实现现快速制动，，具有上述功功能的系统，，由于其机械械特性分别位位于四个象限限，故称具有有四象限的电电力拖动系统统。？问题2他励直流电动动机改变转向向的方法？电枢反接励磁绕组反接接？问题3他励直流电动动机的制动方方法？能耗制动反接制动回馈制动nT0指能够控制电电动机正反转转的自动控制制系统。很多生产设备备如起重提升升设备、电梯梯、轧钢机轧轧辊等均要求求电动机能够够正反双向运运转，这就是是可逆拖动问问题。利用变流装置置供电的直流流可逆拖动系系统，除了能能方便地实现现正反转外，，还能实现回回馈制动。对于直流他励励电动机来说说，改变电枢枢两端电压的的极性或改变变励磁绕组两两端电压的极极性均可改变变其运转方向向，这可根据据应用场合和和设备容量的的不同要求加加以选用。按照所用晶闸闸管变流装置置组数的不同同，一般又可可通过两种方方法实现电动动机的正反转转控制：1）一种是采采用一组晶闸闸管变流器给给电动机供电电、用接触器器控制电枢电电压极性的电电路；2）另一种是是采用两组晶晶闸管变流器器反极性连接接组成的可逆逆电路。2.8.1直流可逆拖动动系统1.两组晶闸管反反并联组成的α=β工作制的有环环流系统电路中的环流流：环流是指指只在两组变变流器之间流流动而不经过过负载的电流流。桥式电路路有两个环流流回路，三相相半波电路同同一时期只有有一条环流回回路。环流一般不作作有用功，环环流产生的损损耗可使电器器元件发热，，甚至还会造造成短路事故故，因此必须须设法使变流流装置不产生生环流。用一个控制电电压Uc控制I、Ⅱ两组变流桥的的控制角，使使它们同步的的向相反的方方向变化。（1）开始时，αI=βⅡ=90°，电动机转速速为零。（2）αI＜90°，I组进入整流状态，交流电电源供能，电电动机正转电动运行行βⅡ＜90°（且αI=βⅡ），此时Ⅱ组桥虽可以有有输出电压Ud，但因不满足足|EM|＞|Ud|而没有逆变电电流，称这种种状态为待逆变状态。α=β工作制触发脉脉冲的具体实实施如下：（3）正转到反转转：使αI和βⅡ同时增大分别别进入逆变和和整流区本组逆变：αI↑＞90°（即βI＜90°）Id↓=0反组待整流：：βⅡ↑＞90°（即αⅡ＜90°）反组逆变（正正转）:αⅡ↑＞90°（即βⅡ＜90°）且使|EM|＞|UdⅡ|正组待整流：：αI=βⅡ＜90°电感储能回送送电网，电动动机正转电动动运行。机械能回送电电网，电动机机回馈制动。。βⅡ↑（4）反转运行：：βⅡ↑=90°n↓=0,EM=0,αⅡ＜90°，Ⅱ组进入整流状态，交流电电源供能，电电动机反转电动运行行βI＜90°，因不满足|EM|＞|Ud|而没有逆变电电流，待逆变状态。α=β配合控制的有有环流可逆系系统对正、反两组组变流器同时时输入触发脉脉冲，并严格格保证α=β的配合控制关关系。假设正组为整整流，反组为为逆变，即有有αⅠ=βⅡ，UdⅠ=UdⅡ，且极性相抵，，两组变流器器之间没有直直流环流。但两组变流器器的输出电压压瞬时值不等等，会产生脉动环流。串入环流电抗器LC限制环流。一个回路要有有两只环流电电抗器，因为为其中一只会会流过负载电电流而饱和，，从而起不到到抑制环流的的作用。特点：快速性性好，但需加加环流电抗器器，适合于中中小容量的系系统。逻辑控制无环环流可逆电路路就是利用逻逻辑单元来控控制变流器之之间的切换过过程，使电路路在任何时间间内只允许两两组桥路中的的一组桥路工工作而另一组组桥路处于阻阻断状态，这这样在任何瞬瞬间都不会出出现两组变流流桥同时导通通的情况，也也就不会产生生环流。2.逻辑无环流流系统工程上使用较较广泛，不需需设置环流电电抗器。只有一组桥投投入工作（另另一组关断）），两组桥之之间不存在环环流。两组桥之间的的切换过程：：电动机正转：给Ｉ组变流流桥加触发脉脉冲，αＩ＜90°，为整流状态态；Ⅱ组桥封锁阻断断。电动机为为“正转电动动”运行，工工作在第一象象限。电动机由正转转到反转：触发脉冲后移移到αＩ＞90°，电抗器Ld中的一部分储储能经I组桥逆变反送送回电网Id=0I组桥封锁延时3－10msⅡ组加触发脉冲冲，且使βⅡ＜90°，进入有源逆变变状态βⅡ↑=90°，n↓=0βⅡ＞90°则Ⅱ组桥进入整流流状态，电动动机开始反转转，进入第三三象限的“反反转电动”运运行状态。特点：可省去去环流电抗器器，没有附加加的环流损耗耗。由于延时造成成了电流换向向死区，影响响过渡过程的的快速性。首先应使已导导通桥的晶闸闸管断流，要要妥当处理使使主回路电流流变为零，使使原导通晶闸闸管恢复阻断断能力。随后再开通原原封锁着的晶晶闸管，使其其触发导通。。这种无环流可可逆系统中，，变流器之间间的切换过程程由逻辑单元元控制，故称称为逻辑控制无环环流系统。此系统，将在在后继课“电电力拖动自动动控制系统””中进一步分分析讨论。逻辑无环流系系统2.8.2工作于整流状状态时的机械特性整流电路接反反电动势负载载时，负载电电流断续，对对整流电路和和电动机的工工作都很不利利。通常在电枢回回路串联一平平波电抗器，，保证整流电电流在较大范范围内连续。。udOidwtuaubucaudOiaibicicwtEUdidR一.电流连续续时直流电动动机的机械特特性Ri为整流电路的的等效内阻电动机电枢回回路的电压平平衡方程式对于三相半波波可控整流电电路有称为电动机电电枢回路总的的等效电阻用转速速与负负载电电流表表示的的机械械特性性为其机械械特性性是一一组平行的的直线线，其斜斜率由由于内内阻不不一定定相同同而稍稍有差差异。。调节a角，即即可调调节电电动机机的转转速。。当负载载减小小时，，平波波电抗抗器中中的电电感储储能减减小，，致使使电流流不再再连续续，此此时时其机机械特特性也也就呈呈现出出非线线性。。二.电电流流断续续时直直流电电动机机的机机械特特性1.电动机机的理理想空空载转转速no升高2.机机械特特性变变软3.随随着α的增大大，进进入断断续区区的临临界电电流值值增大大机械特特性中中电流流断续续时的的特性性和电电流连连续时时的特特性的的交界界点的的电流流，定定义为为临界界电流流，用用IdK来表示示。为使电电动机机运行行在较较好的的工作作状态态，一一般要要求系系统的的最小小工作作电流流（一一般取取电动动机额额定电电流的的5％～10％）要要大于于IdK，这样样就能能保证证电动动机工工作在在电流流连续续的机机械特特性较较好的的直线线段。。为此此，就就要选选用电电感量量足够够大的的平波波电抗抗器。。L不仅包包括了了平波波电抗抗器电电感量量，还还包括括由变变压器器的漏漏感LT、电动机机电枢枢电感感LD。单相桥桥式全全控整整流电电路三相半半波可可控整整流电电路三相桥桥式全全控整整流电电路单位是是mH2.8.3工作于于有源源逆变变状态态时的机械特特性电流连连续时时的机机械特特性由由决决定的的。逆变时时由于于，，反反接接，得得因为EM=Cen，可求得得电动动机的的机械械特性性方程程式正组变流器反组变流器na3a2a1Ida4b2b3b4b1a=b=p2a'=b'=p2b'3b'2b'1b'4a'2a'3a'4a'1a1=b'1;a'1=b1a2=b'2;a'2=b2a增大方向'b增大方向'a增大方向b增大方向逆变电电流断断续时时电动动机的的机械械特性性，与与整流流时十十分相相似：：理想空空载转转速上上翘很很多，，机械械特性性变软软，且且呈现现非线性性。逆变状状态的的机械械特性性是整整流状状态的的延续。第1、、4象象限中中和第第3、、2象象限中中的特特性是是分别别属于于两组组变流流器的的，它它们输输出整整流电电压的的极性性彼此此相反反，故故分别别标以以正组和反组变流器器。正组变流器反组变流器na3a2a1Ida4b2b3b4b1a=b=p2a'=b'=p2b'3b'2b'1b'4a'2a'3a'4a'1a1=b'1;a'1=b1a2=b'2;a'2=b2a增大方向'b增大方向'a增大方向b增大方向5.三三相半半波可可控整整流电电路对对直流流电动动机供供电，，α=60°°时，电电动机机理想想空载载转速速为no=1000r／／min。。求：α=30°°和α=120°时no为多少少？解：因为α=30°°时α=120°时3.单单相相桥式式半控控整流流电路路，由由220V经变压压器供供电。。负载载为大大电感感负载载并接接有续续流二二极管管。要要求整整流电电压20V～80V连续可可调，，最大大负载载电流流为20A。最小控控制角角为30°°。求求：VT、、VD、VDR的额定定电流流以及及TR的二次次侧容容量。。解（1））Ud=80V时，αmin=30°。。Ud=20V时，对对应应αmax（2））计计算IT时，αmin=30°（3））计计算IVDR时，αmax=122.3°°（4））计计算S2时，αmin=30°4.三三相桥桥式全全控整整流电电路，，反电电动势势阻感感负载载。E=200V，，R=1ΩΩ，L=∞∞，U2=220V，αα=60°°。当LB=0mH和LB=1mH的情况况下，，分别别求Ud