电力电子技术课件二

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，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大短路电流。2.7.3逆变失败与最小逆变角的限制

逆变失败提出的原因

整流：逆变：一.失败的原因1.触发电路的原因

脉冲丢失、脉冲分布不均匀。2.晶闸管本身的原因3.交流电源方面的原因缺相、电源突然断电、电网电压波动使同步电压波动,造成脉冲丢失。4.逆变角β太小

β＞γ(换相重叠角),正常。

若β＜γ:即β=0时换流还没有结束，前一相继续导通，换相失败。二.最小逆变角βmin的确定

1.考虑的因素

(1).换相重叠角γ(15°～25°),可查手册或由公式计算。(2).晶闸管的关断时间tq所对应的电角度δ,可达200～300μs,δ为4°～5°。(3).安全裕量θ＇,取10°。βmin=γ+δ+θ＇=(15°～25°)+（4°～5°）+10°=30°～35°2.限制方法

(1).触发电路在β=βmin处附加一组固定脉冲。(2).逆变角保护电路

(3).Uc加限幅电路。

提示：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

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系统——晶闸管可控整流装置带直流电动机负载组成的系统。是电力拖动系统中主要的一种。是可控整流装置的主要用途之一。2.8晶闸管直流电动机系统

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。直流电动机的四象限运行？？问题1有些场合要求电力拖动系统能够提供正、反向运行并能实现快速制动，具有上述功能的系统，由于其机械特性分别位于四个象限，故称具有四象限的电力拖动系统。？问题2他励直流电动机改变转向的方法？电枢反接励磁绕组反接？问题3他励直流电动机的制动方法？能耗制动反接制动回馈制动nT0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。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：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。2.8.1直流可逆拖动系统1.两组晶闸管反并联组成的α=β工作制的有环流系统电路中的环流：环流是指只在两组变流器之间流动而不经过负载的电流。桥式电路有两个环流回路，三相半波电路同一时期只有一条环流回路。环流一般不作有用功，环流产生的损耗可使电器元件发热，甚至还会造成短路事故，因此必须设法使变流装置不产生环流。

用一个控制电压Uc控制I、Ⅱ两组变流桥的控制角，使它们同步的向相反的方向变化。（1）开始时，αI=βⅡ=90°，电动机转速为零。（2）αI＜90°，I组进入整流状态，交流电源供能，电动机正转电动运行βⅡ＜90°（且αI=βⅡ），此时Ⅱ组桥虽可以有输出电压Ud，但因不满足|EM

|＞|Ud|而没有逆变电流，称这种状态为待逆变状态。α=β工作制触发脉冲的具体实施如下：（3）正三转到三反转三：使αI和βⅡ同时三增大三分别三进入三逆变三和整三流区本组三逆变三：αI↑＞90三°（即βI＜90三°）Id↓=三0反组三待整三流：βⅡ↑＞90三°（即αⅡ＜90三°）反组三逆变三（正三转）三:αⅡ↑＞90三°（即βⅡ＜90三°）且使|EM|＞|UdⅡ|正组三待整三流：αI=βⅡ＜90三°电感三储能三回送三电网三，电三动机三正转三电动三运行三。机械三能回三送电三网，三电动三机回三馈制三动。βⅡ↑（4）反三转运三行：βⅡ↑=9三0°n↓=0三,EM=0三,αⅡ＜90三°，Ⅱ组进三入整流状态三，交三流电三源供三能，三电动三机反转三电动三运行βI＜90三°，因三不满三足|EM|＞|Ud|而没三有逆三变电三流，待逆三变状三态。α=β配合三控制三的有三环流三可逆三系统对正三、反三两组三变流三器同三时输三入触三发脉三冲，三并严三格保三证α=β的配三合控三制关三系三。假设三正组三为整三流，三反组三为逆三变，三即有αⅠ=βⅡ，UdⅠ=UdⅡ，且极三性相三抵，三两组三变流三器之三间没三有直三流环三流。但两三组变三流器三的输三出电三压瞬三时值三不等三，会三产生脉动三环流。串入环流三电抗三器LC限制三环流三。一个三回路三要有三两只三环流三电抗三器，三因为三其中三一只三会流三过负三载电三流而三饱和三，从三而起三不到三抑制三环流三的作三用。特点三：快三速性三好，三但需三加环三流电三抗器三，适三合于三中小三容量三的系三统。逻辑三控制三无环三流可三逆电三路就三是利三用逻三辑单三元来三控制三变流三器之三间的三切换三过程三，使三电路三在任三何时三间内三只允三许两三组桥三路中三的一三组桥三路工三作而三另一三组桥三路处三于阻三断状三态，三这样三在任三何瞬三间都三不会三出现三两组三变流三桥同三时导三通的三情况三，也三就不三会产三生环三流。2.逻三辑无三环流三系统工程三上使三用较三广泛三，不三需设三置环三流电三抗器三。只有三一组三桥投三入工三作（三另一三组关三断）三，两三组桥三之间三不存三在环三流。两组三桥之三间的三切换三过程三：电动三机正三转：给三Ｉ组三变流三桥加三触发三脉冲三，αＩ＜90三°，为三整流三状态三；Ⅱ组桥三封锁三阻断三。电三动机三为“三正转三电动三”运三行，三工作三在第三一象三限。电动三机由三正转三到反三转：触发三脉冲三后移三到αＩ＞90三°，电三抗器Ld中的三一部三分储三能经I组桥三逆变三反送三回电三网Id=0I组桥三封锁延时3－10三msⅡ组加三触发三脉冲三，且三使βⅡ＜90三°，进入三有源三逆变三状态βⅡ↑=9三0°，n↓=0βⅡ＞90三°则Ⅱ组桥三进入三整流三状态三，电三动机三开始三反转三，进三入第三三象三限的三“反三转电三动”三运行三状态三。特点三：可三省去三环流三电抗三器，三没有三附加三的环三流损三耗。由于三延时三造成三了电三流换三向死三区，三影响三过渡三过程三的快三速性三。首先三应使三已导三通桥三的晶三闸管三断流三，要三妥当三处理三使主三回路三电流三变为三零，三使原三导通三晶闸三管恢三复阻三断能三力。随后三再开三通原三封锁三着的三晶闸三管，三使其三触发三导通三。这种三无环三流可三逆系三统中三，变三流器三之间三的切三换过三程由三逻辑三单元三控制三，故三称为逻辑三控制三无环三流系统三。此系三统，三将在三后继三课“三电力三拖动三自动三控制三系统三”中三进一三步分三析讨三论。逻辑三无环三流系三统2.三8.2工作三于整三流状三态时的机械三特性整流三电路三接反三电动三势负三载时三，负三载电三流断三续，三对整三流电三路和三电动三机的三工作三都很三不利。通常三在电三枢回三路串三联一三平波三电抗三器，三保证三整流三电流三在较三大范三围内三连续三。udOidwtuaubucaudOiaibicicwtEUdidR一.三电流三连续三时直三流电三动机三的机三械特三性Ri为整三流电三路的三等效三内阻电动三机电三枢回三路的三电压三平衡三方程三式对于三三相三半波三可控三整流三电路三有称为三电动三机电三枢回三路总三的等三效电三阻用转三速与三负载三电流三表示三的机三械特三性为其机三械特三性是三一组平行三的直三线，其三斜率三由于三内阻三不一三定相三同而三稍有三差异三。调节a角，三即可三调节三电动三机的三转速三。当负三载减三小时三，平三波电三抗器三中的三电感三储能三减小三，致三使电三流不三再连三续，三此三时其三机械三特性三也就三呈现三出非三线性三。二.三电三流断三续时三直流三电动三机的三机械三特性1.电动三机的三理想三空载三转速no升高2.三机械三特性三变软3.三随着α的增三大，三进入三断续三区的三临界三电流三值增三大机械三特性三中电三流断三续时三的特三性和三电流三连续三时的三特性三的交三界点三的电三流，三定义三为临三界电三流，三用IdK来表三示。为使三电动三机运三行在三较好三的工三作状三态，三一般三要求三系统三的最三小工三作电三流（三一般三取电三动机三额定三电流三的5％～10％）三要大三于IdK，这三样就三能保三证电三动机三工作三在电三流连三续的三机械三特性三较好三的直三线段三。为三此，三就要三选用三电感三量足三够大三的平三波电三抗器三。L不仅三包括三了平三波电三抗器三电感三量，三还包三括由三变压三器的三漏感LT、电动三机电三枢电三感LD。单相三桥式三全控三整流三电路三相三半波三可控三整流三电路三相三桥式三全控三整流三电路单位三是mH2.三8.3工作三于有三源逆三变状三态时的机械三特性电流三连续三时的三机械三特性三由三决定三的。逆变三时由三于三，三反三接，三得因为EM=Cen，可求三得电三动机三的机三械特三性方三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增大方向逆变三电流三断续三时电三动机三的机三械特三性，三与整三流时三十分三相似三：理想三空载三转速三上翘三很多三，机三械特三性变三软，三且呈三现非线三性。逆变三状态三的机三械特三性是三整流三状态三的延续。第1三、4三象限三中和三第3三、2三象限三中的三特性三是分三别属三于两三组变三流器三的，三它们三输出三整流三电压三的极三性彼三此相三反，三故分三别标三以正组和反组变流三器。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5.三三相三半波三可控三整流三电路三对直三流电三动机三供电三，α=三60三°时，三电动三机理三想空三载转三速为no=1三00三0r三／m三in三。求：α=三30三°和α=三12三0°时no为多三少？解：因为α=三30三°时α=三12三0°时3.三单三相桥三式半三控整三流电三路，三由2三20V经变三压器三供电三。负三载为三大电三感负三载并三接有三续流三二极三管。三要求三整流三电压三20V～三80三V连续三可调三，最三大负三载电三流为三20A。最小三控制三角为三30三°。三求：VT三、V三D、三VDR的额三定电三流以三及TR的二三次侧三容量三。解（1三）Ud=8三0V时，αmi三n=3三0°三。Ud=2三0V时，三对三应αma三x（2三）三计算IT时，αmi三n=3三0°（3三）三计算IVD三R时，αma三x=1三22三.3三°（4三）三计算S2时，αmi三n=3三0°4.三三相三桥式三全控三整流三电路三，反三电动三势阻三感负三载。E=三20三0V三，R三=1三Ω，三L=三∞，三U2=2三20三V，三α=三60三°。