电力电子技术讲义B

第4章有源逆变电路4.1有源逆变的工作原理4.2有源逆变电路的应用4.3变流装置的功率因素及其对电网的影响4.4变流装置的触发电路4.1有源逆变的工作原理直流电逆变器交流电有源逆变无源逆变电网用电设备有源逆变应用：直流电动机可逆拖动，线绕式异步电动机串级调速，直流输电4.1.1工作原理重物上升，变流器为电机提供能量，电机工作在电动状态；重物下降，电机工作在发电状态，变流器吸收电机提供能量，送回电网。仿真模型f41.mdlRMM+-Ud+-id功率发电机状态ERMM+-Ud+-id功率电动状态E整流（）逆变（）整流与逆变的比较短路（不允许）4.1.2逆变条件要有给晶闸管正向电压的外部直流电源E，且E>Ud变流器工作在的区域（输出负电压）逆变角整流Ud=Udocos()逆变Ud=-Udocos

()逆变电路：单/三相半波；单/三相全控桥。（有或相当于有续流二极管的电路因无法输出负电压，不能做为逆变电路）逆变角的定义逆变电路的要求又称变流器（既能整流又能逆变）仿真模型f411.mdl4.1.3逆变失败与逆变角的限制VT2脉冲丢失逆变失败的原因触发电路不可靠（脉冲丢失或延时）晶闸管故障交流电源异常（缺相或丢失）逆变角太小Ud与E顺向连接造成短路逆变失败相当于短路，将损坏变流装置（整流失败只会使输出电压缺相）逆变角的限制4.2有源逆变电路的应用4.2.1直流电动机可逆拖动系统一组变流器供电，接触器控制正反转两组变流器供电四象限运行图正转整流电动运行反转逆变发电运行反转整流电动运行正转逆变发电运行有源逆变产生制动转矩，实现快速制动工作方式逻辑无环流工作方式1/2组不同时工作无环流（无需笨重的电抗器限制环流）根据直流电动机的转向（E的极性）及零电流（Id=0）作出逻辑判断，按要求控制1/2两组变流器的工作状态环流：不经负载，徒增器件电流负担工作方式Uc=0=90n=0Uc(Uc0)(Ud=Ud

)1组整流，2组待逆变(1组脉冲左移，2组脉冲右移）电机正转；此时若要降低正转转速，只须降低Uc，则2组逆变，1组待整流，转速下降后，1组重新进入整流状态。Ud=Ud（）（平均值相等）无直流环流,

ud‡ud(瞬时值不等）有交流环流串环流电抗器抑制交流环流环流电抗器采用对称串入正反两组变流器，因为总有一组变流器流过直流电流，会造成电抗器铁芯饱和，电感量下降。Lc

的大小以将环流限制在3%~5%Id即可应将此波形加一负号（使参考方向相同），又因使用相同电源，故应前移180°后比较ud‡ud(瞬时值不等）有交流环流错位无环流工作方式错位无环流是二组变流器都输入脉冲，但二组脉冲彼此错开，使不工作一组所受到脉冲的晶闸管的阳极电压恰好为负，从而消除环流。4.2.2绕线转子异步交流电动机的串级调速系统电路原理图电动机转动时，转子感应电压的频率较高，频敏电阻器等效电阻较大，限制启动电流调速原理4.3变流装置的功率因数及其对电网的影响4.3.1变流装置的功率因数以单相全波电路大电感负载电路为例变流装置的功率因数随移相角而变化,产品铭牌上的功率因数指额定工作条件下的数据4.3.2提高功率因数的方法提高的方法降低的方法小角工作小角及小角工作4.3.3变流装置对电网的影响变流装置产生谐波电流谐波污染源电网内部产生谐波电压降低电网质量通信线路杂音,电机噪音,附加温升,绝缘电压4.4变流装置触发电路us与Uc共同控制触发脉冲的位置。根据us的不同，触发电路包括正弦波触发电路与锯齿波触发电路。基本结构4.4.1正弦波同步触发电路同步移相环节脉冲形成放大环节其它环节输出部分：VD9/VD10防止输出负脉冲，R14为限流电阻，VD8/R12防止V3截止时，TP初级绕组产生感应高压击穿V3同步输入部分：us’经R1/C1滤波，防止电网电压波动对触发电路的影响，us落后us’一定角度-tg-1R1C1min和min的限制电路特点4.4.2锯齿波同步触发电路脉冲形成放大环节同步移相环节当电容电压为图示方向时V2总是截止其它环节双脉冲电路特点抗干扰性能好,移相范围宽,具有强触发/双脉冲/脉冲封锁环节,应用于大中容量的变流器中4.4.3触发脉冲与主电路电压的同步同步问题以U相为例同步示例解题步骤（1）确定同步电压与主电路晶闸管阳极电压的相位关系（2）画出阳极电压与电网电压的相位关系（3）确定同步电压与电网电压的相位关系变压器钟点数：以初级线电压为长针，次级线电压为短针所构成的。偶数钟点初次级接法相同（Y/Y），奇数钟点接法不同Y例4.4.1：已知三相半波可控整流电路主变压器的接法如图所示，采用正弦波（NPN）触发电路，要求电路工作在整流与逆变状态，试确定同步变压器器接法。SU与电网电压V1同相位例4.4.2三相全控桥主变压器接法/Y-5，采用NPN锯齿波触发电路，同步变压器次级电压us经阻容滤波为us’后接至触发电炉，us’落后us30°,试确定同步变压器接法。第5章交流调压和斩波电路5.1交流调压电路5.2直流斩波电路5.1交流调压电路用途:电炉温控,调光,异步交流电机调速调压器中晶闸管的控制分过零控制和移相控制调压电路分单相和三相调压电路有效值固定的交流电压调压器有效值可调的交流电压过零控制(通断控制)n个周波连续输出n个周波断续输出特点：有级调压,输出电压(功率)调节不平滑,适合时间常数较大的对象.但谐波含量低,功率因数高.移相控制电阻性负载输出电压波形仿真模型f51.mdl电感性负载求取UO（IO）的关键是值的确定解超越方程(2)较为困难,根据负载阻抗角及查上图可得导通角感性负载对触发脉冲的要求(1)VT1/VT2触发脉冲必需隔离,即不能有公共接地端(2)采用强触发(宽脉冲/高频调制脉冲),防止输出电压正负波形不对称,出现直流分量5.2

直流调压器(斩波器)调压器按输出电压与输入电压的关系分：降压式/升压式/升降压式；调压器按工作方式分：斩波式/谐振式；斩波器用于直流电动机调速系统。固定的直流电压斩波器（调压器）可调的直流电压5.2.1降压斩波器电流连续仿真模型f52.mdlE=100V,ED=10V,R=50,L=1H输出电压控制方法求负载电流的最大值与最小值电流断续求出tx即可求出Uo

及Io电流断续对电动机不利，少见。注意:io=0时uo=ED5.2.2升压斩波器设C足够大，Uo基本不变;L足够大，IE近似为一直线.VT导通，L储能IEEt1VT关断，L释能IE（U-E）（T-t1)则：IEEt1=IE（U-E）（T-t1)Et1=（U-E）（T-t1)U=T