电力能源电子应用技术之晶闸管有源逆变电路

第三章晶闸管有源逆变电路第一节有源逆变的工作原理

第二节晶闸管直流可逆拖动的工作原理第三节绕线转子异步电动机串级调速与高压直流输电第四节晶闸管装置的功率因数、谐波与对电网的影响

第一节有源逆变的工作原理

一、有源逆变的工作原理

逆变（invertion）——把直流电转变成交流电，为整流的逆过程。逆变电路——把直流电逆变成交流电的电路；有源逆变电路——交流侧和电网连结，即电网为负载。应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级调速以及高压直流输电等；对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其电路形式未变，只是电路工作条件转变。既可工作在整流状态又可工作在逆变状态，称为变流电路（converter）。无源逆变电路——变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到普通负载，将在第七章介绍。直流发电机—电动机系统电能的流转

图aM电动运转，EG>EM，电流Id从G流向M，M吸收电功率，相当于反电势负载。图b回馈制动状态，M作发电运转，此时，EM>EG，电流反向，从M流向G，M输出电功率，G则吸收电功率，M轴上输入的机械能转变为电能反送给G。图c注意：两电动势顺向串联，向电阻R供电，G和M均输出功率，由于R一般都很小，实际上形成短路，在工作中属发生事故。a）两电动势同极性EG

>EM

b）两电动势同极性EM>EG

c）两电动势反极性，形成短路a）两电动势同极性EG

>EM

b）两电动势同极性EM

>EG

c）两电动势反极性，形成短路电动机电动运行电能由发电机流向电动机电动机回馈制动电能由电动机回流发电机短路（应避免）两个电势源同极性相连接时，电流的流向：高电势→低电势电能的流向：是随着E或I方向的改变而改变。使用单相双半波电路（单相全波）代替上述发电机G。图3.1aM电动运行，全波电路工作在整流状态，在0~π/2间，Ud为正值，并且只有当Ud>EM，才能输出Id。交流电网输出电功率，电动机输入电功率。图3.1bM回馈制动，由于晶闸管的单向导电性，Id方向不变，欲改变电能的输送方向，只能改变EM极性。为了防止两电动势顺向串联，Ud极性也必须反过来，即Ud应为负值，且|EM|>|Ud|，才能把电能从直流侧送到交流侧。

电能（注意不是电流）的流向与整流时相反,M输出电功率,电网吸收电功率。Ud可通过改变来进行调节，逆变状态时Ud为负值，

在π/2~π间。图3-1单相全波电路的整流和逆变

a)b)R+-电能M102u10u20udidLVT1VT2u10udu20u10aOOwtwtIdidUd>EMEM电能MR+-102udidLVT1VT2u10udu20u10OOwtwtIdidUd<EMaEMiVT1iVT2iVT1iVT2iVT1iVT2iVT2id=iVT+iVT12id=iVT+iVT12iVT1iVT2iVT1由上图可知电路工作在逆变时的直流电压可由积分求得

公式与整流时一样，由于逆变运行时α>900，cosα计算不方便，所以引入逆变角β，令α=1800-β，故注意：逆变角β和控制角α的计量方向相反，其大小自β=0的起始点向左方计量。实现有源逆变的条件：1）外部条件：有直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一致，其绝对值大于变流器直流侧平均电压。2）内部条件：晶闸管的控制角

>π/2，使Ud为负值。3）充分条件：要有足够大的电感，以保证有源逆变连续进行。

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（最小为零），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。

二、常用晶闸管有源逆变电路（一）三相半波有源逆变电路下图为三相半波电动机负载电路，电动机电动势E的极性符合有源逆变条件，当∣Ｅ∣>∣Ｕd∣且β<900时，可实现有源逆变。变流器直流电压为VT1的VT1的abcNiaibicIdUdLdE三相半波有源逆变电路

结论：

⒈三相半波逆变电路，负载端的电压基本上为反向电压。⒉三相半波逆变电路，晶闸管在阻断时主要承受正向电压。ug00u20u2L0u2L0id0iT0i201315β=60°逆变电路的波形特点：1.输出电压Ud波形主要出现在负半周；2.晶闸管两端电压UT波形主要承受的是正向电压，承受反向电压的时间与β角相对应。注意：触发脉冲必须严格按次序发出。★α=0°β=0°VUWTnLiuidVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1M-+（二）三相全控桥有源逆变电路ωtωtωtωtωtωtωtωtug00u20u2L0u2L0id0iT0i20135661232544α=0°β=0°三相桥式逆变电路对脉冲的要求：1.必须是双窄脉冲或宽脉冲；2.触发脉冲必须严格按次序发出。★图3.5

三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形有源逆变状态时各电量的计算：Ud=-2.34U2cosβ=-1.35U2Lcosβ输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，即Id=（Ud-EM)/R每个晶闸管导通2π/3，故流过晶闸管的电流有效值为（忽略直流电流id的脉动）

从交流电源送到直流侧负载的有功功率为:Pd=UdId=RId2+EMId

当逆变工作时，由于EM为负值，故Pd一般为负值，表示功率由直流电源输送到交流电源。在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流的有效值为：逆变失败（逆变颠覆）——指逆变时，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，造成器件和变压器损坏。1.逆变失败的原因（1）触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相；（2）晶闸管发生故障，该通时不通,而不该导通的通了；（3）交流电源缺相或突然消失；（4）换相的裕量角不足，引起换相失败。★三、逆变失败与逆变角的限制换相重叠角的影响：当β>γ时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。如果β<γ（从图3.6右下角的波形中可清楚地看到），该通的晶闸管（VT2）反而关断，而应关断的晶闸管（VT1)继续导通。这样会使得Ud的波形中正部分大于负部分，从而使得Ud和EM顺向串联，最终导致逆变失败。

图3.6交流侧电抗对逆变换相过程的影响2.确定最小逆变角βmin的依据逆变时允许采用的最小逆变角β应等于βmin=δ+γ+θ′δ:晶闸管的关断时间tq折合的电角度，tq大的可达200~300ms，折算到电角度约4~5；γ：换相重叠角，随Id和XB的增加而增大；举例如下：某装置整流电压为220V，整流电流800A，整流变压器容量为240kVA，短路电压比Uk%为5%的三相线路，其γ值约为15~20。

θ′：为安全裕量角，（一般可达5）值约取为10。

一般取βmin=30°→35°★

一、由晶闸管桥路供电、用接触器控制直流电动机的正反转第二节晶闸管直流可逆拖动的工作原理二、采用两组变流桥的可逆电路最常用的是反并联电路。

当电动机磁场方向不变时，正转时由Ⅰ组桥供电；反转时由Ⅱ组桥供电，采用反并联供电可使直流电动机在四个象限内运行。第三节绕线转子异步电动机串级调速与高压直流输电

一、绕线转子异步电动机晶闸管串级调速串级调速主电路如图所示，逆变电压Udβ为引入转子电路的反电动势，改变逆变角β即可改变反电动势大小，达到改变转速的目的。Ud是转子整流后的直流电压，其值为式中E20——转子开路线电动势（n=0）；S——电动机转差率。当电动机转速稳定，忽略直流回路电阻时，则整流电压Ｕd与逆变电压Udβ大小相等、方向相反。当逆变变压器TI二次线电压为U21时，则:《化妆品术语》起草情况汇报中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所一、标准的立项和下达时间2006年卫生部政法司要求各标委会都要建立自己的术语标准。1ONE二、标准经费标准研制经费：3.8万三、标准的立项意义术语标准有利于行业间技术交流、提高标准一致性、消除贸易误差，作为标准体系中的基础标准，术语标准在各个领域的标准体系中均起着重要的作用。随着我国化妆品卫生标准体系建设逐步加快，所涉及的术语和定义的数量也在迅速增长，在此情形下，化妆品术语标准的制定就显得尤为重要。四、标准的制订原则1.合法性遵守《化妆品卫生监督条例》、《化妆品卫生监督条例实施细则》中关于化妆品的定义。2.协调性直接引用或修改采用的方式，与相关标准中的术语和定义相协调。3.科学性对于没有国标或定义不统一的术语，在定义时体现科学性的原则。4.实用性在标准体系中出现频率较高，与行业联系较紧密的术语优先选用。五、标准的起草经过

第一阶段：资料搜集

搜集国内外相关法规、标准、文献并对国外文献如美国21CFR进行翻译。第二阶段：2007年末形成初稿

初稿内容包括一般术语、卫生化学术语、毒理学术语、微生物术语、产品术语、人体安全和功效评价术语，常用英文成份术语等７部分。第三阶段：专家统稿1.2007年12月第一次专家统稿会（修订情况：1.在结构上增加原料功能术语、相关国际组织和科研机构等内容；2.在内容上增加一般术语、产品术语的种类，将化妆品行业的新产品类别纳入本标准；3.对于毒理学、卫生化学、微生物学术语进行修改；4.删除与化妆品联系不紧密、无存在必要的常用英文成分术语。2.2009年1月第二次专家统稿会会议意见：1.修改能引用国家标准的尽量引用国家标准；对存在歧义的个别用词进行修改。2.删除由于本标准中的“产品术语”一章和香化协会所制定的某个标准存在重复，因此删除“产品术语”一章的内容；对“原料功能术语”的内容进行梳理，删除了20余条内容。3.增加专家建议增加“化妆品限用物质”等若干项术语。第四阶段：征求意见2009年2月面向全国公开征求意见。第五阶段：征求意见的处理与形成送审稿。在征求意见的处理阶段再次征求了相关专家的意见。六、标准的内容依据1.《化妆品卫生监督条例》、《化妆品卫生监督条例实施细则》;2.《化妆品卫生规范》;3.美国21CFR；4.相关领域国家标准如：GB5296.3-2008消费品使用说明化妆品通用标签，GB/T14666-2003分析化学术语等；5.国内外化妆品的相关文献，如《化妆品监督管理及安全性评价》等。七、标准的结构和主要内容（一）结构：1.范围2.一般术语3.毒理学试验方法术语4.卫生化学检验方法术语5.微生物检验方法术语6.人体安全性和功效性评价术语7.常用原料术语8.缩写9.中英文索引（二）主要内容：1).一般术语39条涉及化妆品的基本定义、化妆品生产和监督管理中出现频率较高的术语。2).毒理学试验方法术语40条收录了《化妆品卫生规范》中涉及的术语，以及在毒理学领域出现频率较高、与化妆品毒理学试验方法联系较密切的术语。3).卫生化学检验方法术语22条收录了化妆品的卫生化学检验方法