電力電子技術(shù)基礎(chǔ)8—有源逆變1

1、Fundamentals of Power Electronics Technology 電力電子技術(shù)基礎(chǔ)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)第三部分 電力電子變換電路6 6第三章 有源逆變電路有關(guān)逆變有關(guān)逆變電力電子技術(shù)基礎(chǔ) 逆變（逆變（invertion）把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，整流的逆過程把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，整流的逆過程 逆變電路把直流電逆變成交流電的電路有源逆變電路交流側(cè)和電網(wǎng)連結(jié) 應(yīng)用：直流可逆調(diào)速系統(tǒng)、交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級調(diào) 速以及高壓直流輸電等 對于可控整流電路，滿足一定條件就可工作于有源逆變，其電路形式未變，只是電路工作條件轉(zhuǎn)變。既工作在整流狀態(tài)又工作在逆變狀態(tài)，稱為變流電路變流電路 無源逆

2、變變流電路的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而直接接到負(fù)載，將在第7章介紹3.1 有源逆變的工作原理電力電子技術(shù)基礎(chǔ) 圖a M電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，EGEM，電流Id從G流向M，M吸收電功率 圖b 發(fā)電回饋制動(dòng)狀態(tài)，M作發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)，EMEG，電流反向，從M流向G，故M輸出電功率，G則吸收電功率，M軸上輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊此徒oG 圖c 兩電動(dòng)勢順向串聯(lián)，向電阻R 供電，G和M均輸出功率，由于R 一般都很小，實(shí)際上形成短路，在工作中必須嚴(yán)防這類事故發(fā)生c)b)a)MGMGMGEGEMIdREGEMIdREGEMIdR電力電子技術(shù)基礎(chǔ) 單相全波電路代替上述發(fā)電機(jī)（即產(chǎn)生可調(diào)直流電源） M電動(dòng)電動(dòng)運(yùn)行，變流器工作在整

3、流狀態(tài)整流狀態(tài)，提升重物 在0 間，Ud為正值，并且Ud EM，才能輸出Id； 交流電網(wǎng)輸出電功率，電動(dòng)機(jī)則輸入電功率，并將電功率轉(zhuǎn)化為軸上的機(jī)械功率以提升重物2單相全波可控電路的整流和逆變狀態(tài)單相全波可控電路的整流和逆變狀態(tài)電力電子技術(shù)基礎(chǔ)uM發(fā)電回饋制動(dòng)，變流器工作在逆變狀態(tài)，下放重物 由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，由于晶閘管的單向?qū)щ娦裕?Id方向不變，欲改變電能的輸方向不變，欲改變電能的輸送方向，只能改變送方向，只能改變EM極性，極性， Id 從從EM 正端流出，正端流出， EM 提供能量。提供能量。為了防止兩電動(dòng)勢順向串聯(lián)，為了防止兩電動(dòng)勢順向串聯(lián)，Ud極性也必須反過來，即極性也必須反過來

4、，即Ud應(yīng)應(yīng)為負(fù)值，且為負(fù)值，且|EM | |Ud |，才能把電能從直流側(cè)送到交流側(cè)，才能把電能從直流側(cè)送到交流側(cè),實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)逆變。電能的流向與整流時(shí)相反逆變。電能的流向與整流時(shí)相反,M輸出電功率輸出電功率,電網(wǎng)吸收電電網(wǎng)吸收電功率功率Ud可通過改變 來進(jìn)行調(diào)節(jié)，逆變狀態(tài)時(shí)Ud為負(fù)值為負(fù)值，逆變時(shí)在在 /2 間間逆變產(chǎn)生的條件逆變產(chǎn)生的條件電力電子技術(shù)基礎(chǔ) 產(chǎn)生逆變的條件有二：產(chǎn)生逆變的條件有二： （1）有直流電動(dòng)勢，其極性和晶閘管導(dǎo)通方向一致，其值大于變流器直流側(cè)平均電壓 （2）晶閘管的控制角 ，使Ud為負(fù)值半控橋或有續(xù)流二極管的電路，因其整流電壓半控橋或有續(xù)流二極管的電路，因其整流電壓ud不

5、能出現(xiàn)負(fù)值，也不允許直流側(cè)出現(xiàn)負(fù)極性的電不能出現(xiàn)負(fù)值，也不允許直流側(cè)出現(xiàn)負(fù)極性的電動(dòng)勢，故不能實(shí)現(xiàn)有源逆變。欲實(shí)現(xiàn)有源逆變，動(dòng)勢，故不能實(shí)現(xiàn)有源逆變。欲實(shí)現(xiàn)有源逆變，只能采用全控電路。只能采用全控電路。2單相半控橋帶單相半控橋帶阻感負(fù)載阻感負(fù)載的情況的情況阻感負(fù)載阻感負(fù)載(帶續(xù)流二極管帶續(xù)流二極管)3.2 常用的有源逆變電路圖圖 三相半波有源逆變電路及其波形三相半波有源逆變電路及其波形 右圖為三相半波整流器帶電右圖為三相半波整流器帶電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)的電路動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)的電路,并假設(shè)負(fù)載電并假設(shè)負(fù)載電流連續(xù)。流連續(xù)。 當(dāng)當(dāng)在在 范圍內(nèi)變化時(shí)，范圍內(nèi)變化時(shí)，變流器輸出電壓的瞬時(shí)值在整個(gè)變流器輸出電壓的瞬時(shí)

6、值在整個(gè)周期內(nèi)雖然有正有負(fù)或者全部為周期內(nèi)雖然有正有負(fù)或者全部為負(fù)，但負(fù)的面積總是大于正的面負(fù)，但負(fù)的面積總是大于正的面積，故輸出電壓的平均值積，故輸出電壓的平均值Ud為負(fù)為負(fù)值。電機(jī)值。電機(jī)E的極性具備有源逆變的的極性具備有源逆變的條件。條件。 當(dāng)當(dāng)在范圍在范圍 內(nèi)變化且內(nèi)變化且 |EM | |Ud |時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)有源逆變。時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)有源逆變。1 1、工作原理、工作原理 2 2三相半波有源逆變電路三相半波有源逆變電路考慮交流電源的電感效應(yīng)時(shí)的波形考慮交流電源的電感效應(yīng)時(shí)的波形udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuc圖圖 三相半波整流電路的逆變工作狀態(tài)三相半波整流電路的逆變

7、工作狀態(tài) 2 2、參數(shù)計(jì)算、參數(shù)計(jì)算 變流器逆變時(shí)，直流測電壓計(jì)算變流器逆變時(shí)，直流測電壓計(jì)算公式與整流時(shí)一樣。當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，公式與整流時(shí)一樣。當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，cos17. 12UUdcos17. 12UUd cos17. 12UUd 有：有：式中式中U2為相電壓的有效值。為相電壓的有效值。 由于逆變時(shí)由于逆變時(shí)90，故，故cos計(jì)計(jì)算不大方便，于是引入逆變角算不大方便，于是引入逆變角，令令=-，則上式改寫成：，則上式改寫成： 逆變角為逆變角為的觸發(fā)脈沖位置從的觸發(fā)脈沖位置從=的時(shí)刻左移的時(shí)刻左移角來確定。角來確定。三相橋式有源逆變電路三相橋式有源逆變電路電力電子技術(shù)基礎(chǔ)逆變和整流的區(qū)別逆變和整

8、流的區(qū)別：控制角 不同 0 /2時(shí)，電路工作在整流狀態(tài) /2 /2時(shí)的控制角用時(shí)的控制角用 表示，表示， 稱為逆變角稱為逆變角而逆變角而逆變角 和控制角和控制角 的計(jì)量方向相反，的計(jì)量方向相反，其大小自其大小自 =0的起始點(diǎn)向左方計(jì)量的起始點(diǎn)向左方計(jì)量逆變角以及參數(shù)計(jì)算逆變角以及參數(shù)計(jì)算電力電子技術(shù)基礎(chǔ)三相橋式有源逆變電路工作波形三相橋式有源逆變電路工作波形uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udwtOwtO =4 =3 =6 =4 =3 =6wt1wt3w

9、t2三相全控橋整流電路有源逆變工作狀態(tài)波形分析：三相全控橋整流電路有源逆變工作狀態(tài)波形分析：u控制角控制角 是以自然換相點(diǎn)作為計(jì)量起始點(diǎn)，由此向右方計(jì)量，而是以自然換相點(diǎn)作為計(jì)量起始點(diǎn)，由此向右方計(jì)量，而逆變角 和控制角 的計(jì)量方向相反，其大小自 =0的起始點(diǎn)向左方計(jì)量u與三相全控橋整流的情況一樣，每組三相電路的三只管依次輪換導(dǎo)通1200，并且每觸通一只SCR則將迫使前已導(dǎo)通的一只關(guān)斷。u每周期同樣分為6段波形分析。三相全控橋整流電路在大三相全控橋整流電路在大L-R-E反電動(dòng)勢負(fù)載反電動(dòng)勢負(fù)載電流連續(xù)的情況下，電流連續(xù)的情況下，cos34. 22UUdu當(dāng)當(dāng) /2 /2， + 各電量的計(jì)算各電量的計(jì)算電力電子技術(shù)基礎(chǔ)有源逆變狀態(tài)時(shí)各電量的計(jì)算： Ud= -2.34U2cos v輸出直流電流的平均值亦可用整流的公式，即 REUIMdd各電量的計(jì)算各電量的計(jì)