電力電子技術課件二

2.7整流電路的有源逆變狀態(tài)2.7.1逆變的概念

1．逆變及有源逆變

逆變是將直流電轉變?yōu)榻涣麟?，是整流的逆過程。

逆變分為有源逆變和無源逆變。

有源逆變是將直流電逆變?yōu)榕c電網同頻率的交流電，直接回送給電網，即其逆變電路的交流側和電網相連。無源逆變則是將直流電逆變?yōu)槟骋活l率或頻率可調的交流電，直接供負載使用，即其逆變電路的交流側和負載相連。

2.兩電源之間的能量傳遞

同極性相連;EG＞EM;同極性相連;EM＞EG;反極性相連

電動運行發(fā)電運行短路3.有源逆變的工作原理及條件

(1)α＜90°,輸出Ud為正值,M電動運行,EM上正下負。晶閘管裝置工作在整流狀態(tài)，供能；M吸收能量,電動運行。(2)α＞90°,且使Ud＜EM，Ud與前整流時Ud極性相反，VT會導通。

M供能，工作于發(fā)電制動狀態(tài)；晶閘管裝置吸收能量，并送交流電網，實現有源逆變。

總結：在一周期內，并不是每一瞬時都進行有源逆變，只是一周期內逆變時間大于整流時間（因為α＞90°），總的來看，電路工作在有源逆變狀態(tài)。

實現有源逆變的條件：

必要條件（1）要有直流電源E，且滿足E的方向為使晶閘管導通的方向及E的數值應大于變流器直流側的平均電壓；（2）要求α＞90°，使Ud為負值。

充分條件：要有足夠大的電感L，以使逆變連續(xù)進行。

逆變和整流的區(qū)別：控制角不同

0<<p

/2時，電路工作在整流狀態(tài)。

p

/2<

<

p時，電路工作在逆變狀態(tài)。問題:單相橋式全控整流電路帶阻感性負載，當工作在0<<p

/2時，是否在一個周期內都處于整流狀態(tài)？討論：

以下電路哪些可以實現有源逆變？為什么？半控橋或有續(xù)流二極管的電路，因其整流電壓ud不能出現負值，也不允許直流側出現負極性的電動勢，故不能實現有源逆變。2.7.2三相整流電路的有源逆變工作狀態(tài)

1.逆變角

β定義:α=π-β,即α+β=π,則β=π-α。

Ud=Udo×cosα=-Udo×cosβα、β是從兩個方向表示晶閘管的觸發(fā)時刻。

2.三相半波有源逆變電路

能量傳遞關系：EM的正極流出電流，因此它提供能量，經晶閘管電路把直流電能逆變?yōu)榻涣麟娔芑仞侂娋W。3.三相橋式全控整流電路的有源逆變狀態(tài)

計算:(以三相電路為例）

Ud、EM均為負值

EM為負值，Pd

故為負值，表示功率由直流側送交流電源

注意：在變流器中確定電網是輸入功率還是輸出功率一般從直流側來分析決定。逆變時，一旦換相失敗，外接直流電源就會通過晶閘管電路短路，或使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變成順向串聯，形成很大短路電流。2.7.3逆變失敗與最小逆變角的限制

逆變失敗提出的原因

整流：逆變：一.失敗的原因1.觸發(fā)電路的原因

脈沖丟失、脈沖分布不均勻。2.晶閘管本身的原因3.交流電源方面的原因缺相、電源突然斷電、電網電壓波動使同步電壓波動,造成脈沖丟失。4.逆變角β太小

β＞γ(換相重疊角),正常。

若β＜γ:即β=0時換流還沒有結束，前一相繼續(xù)導通，換相失敗。二.最小逆變角βmin的確定

1.考慮的因素

(1).換相重疊角γ(15°～25°),可查手冊或由公式計算。(2).晶閘管的關斷時間tq所對應的電角度δ,可達200～300μs,δ為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).觸發(fā)電路在β=βmin處附加一組固定脈沖。(2).逆變角保護電路

(3).Uc加限幅電路。

提示：哪些地方會用到有源逆變呢？繞線轉子異步電動機的晶閘管串級調速

高壓直流輸電晶閘管直流電動機可逆拖動系統(tǒng)晶閘管直流電動機系統(tǒng)——晶閘管可控整流裝置帶直流電動機負載組成的系統(tǒng)。是電力拖動系統(tǒng)中主要的一種。是可控整流裝置的主要用途之一。2.8晶閘管直流電動機系統(tǒng)

對該系統(tǒng)的研究包括兩個方面：其一是在帶電動機負載時整流電路的工作情況。其二是由整流電路供電時電動機的工作情況。本節(jié)主要從第二個方面進行分析。直流電動機的四象限運行？？問題1有些場合要求電力拖動系統(tǒng)能夠提供正、反向運行并能實現快速制動，具有上述功能的系統(tǒng)，由于其機械特性分別位于四個象限，故稱具有四象限的電力拖動系統(tǒng)。？問題2他勵直流電動機改變轉向的方法？電樞反接勵磁繞組反接？問題3他勵直流電動機的制動方法？能耗制動反接制動回饋制動nT0指能夠控制電動機正反轉的自動控制系統(tǒng)。很多生產設備如起重提升設備、電梯、軋鋼機軋輥等均要求電動機能夠正反雙向運轉，這就是可逆拖動問題。利用變流裝置供電的直流可逆拖動系統(tǒng)，除了能方便地實現正反轉外，還能實現回饋制動。對于直流他勵電動機來說，改變電樞兩端電壓的極性或改變勵磁繞組兩端電壓的極性均可改變其運轉方向，這可根據應用場合和設備容量的不同要求加以選用。按照所用晶閘管變流裝置組數的不同，一般又可通過兩種方法實現電動機的正反轉控制：1）一種是采用一組晶閘管變流器給電動機供電、用接觸器控制電樞電壓極性的電路；2）另一種是采用兩組晶閘管變流器反極性連接組成的可逆電路。2.8.1直流可逆拖動系統(tǒng)1.兩組晶閘管反并聯組成的α=β工作制的有環(huán)流系統(tǒng)電路中的環(huán)流：環(huán)流是指只在兩組變流器之間流動而不經過負載的電流。橋式電路有兩個環(huán)流回路，三相半波電路同一時期只有一條環(huán)流回路。環(huán)流一般不作有用功，環(huán)流產生的損耗可使電器元件發(fā)熱，甚至還會造成短路事故，因此必須設法使變流裝置不產生環(huán)流。

用一個控制電壓Uc控制I、Ⅱ兩組變流橋的控制角，使它們同步的向相反的方向變化。（1）開始時，αI=βⅡ=90°，電動機轉速為零。（2）αI＜90°，I組進入整流狀態(tài)，交流電源供能，電動機正轉電動運行βⅡ＜90°（且αI=βⅡ），此時Ⅱ組橋雖可以有輸出電壓Ud，但因不滿足|EM

|＞|Ud|而沒有逆變電流，稱這種狀態(tài)為待逆變狀態(tài)。α=β工作制觸發(fā)脈沖的具體實施如下：（3）正三轉到三反轉三：使αI和βⅡ同時三增大三分別三進入三逆變三和整三流區(qū)本組三逆變三：αI↑＞90三°（即βI＜90三°）Id↓=三0反組三待整三流：βⅡ↑＞90三°（即αⅡ＜90三°）反組三逆變三（正三轉）三:αⅡ↑＞90三°（即βⅡ＜90三°）且使|EM|＞|UdⅡ|正組三待整三流：αI=βⅡ＜90三°電感三儲能三回送三電網三，電三動機三正轉三電動三運行三。機械三能回三送電三網，三電動三機回三饋制三動。βⅡ↑（4）反三轉運三行：βⅡ↑=9三0°n↓=0三,EM=0三,αⅡ＜90三°，Ⅱ組進三入整流狀態(tài)三，交三流電三源供三能，三電動三機反轉三電動三運行βI＜90三°，因三不滿三足|EM|＞|Ud|而沒三有逆三變電三流，待逆三變狀三態(tài)。α=β配合三控制三的有三環(huán)流三可逆三系統(tǒng)對正三、反三兩組三變流三器同三時輸三入觸三發(fā)脈三沖，三并嚴三格保三證α=β的配三合控三制關三系三。假設三正組三為整三流，三反組三為逆三變，三即有αⅠ=βⅡ，UdⅠ=UdⅡ，且極三性相三抵，三兩組三變流三器之三間沒三有直三流環(huán)三流。但兩三組變三流器三的輸三出電三壓瞬三時值三不等三，會三產生脈動三環(huán)流。串入環(huán)流三電抗三器LC限制三環(huán)流三。一個三回路三要有三兩只三環(huán)流三電抗三器，三因為三其中三一只三會流三過負三載電三流而三飽和三，從三而起三不到三抑制三環(huán)流三的作三用。特點三：快三速性三好，三但需三加環(huán)三流電三抗器三，適三合于三中小三容量三的系三統(tǒng)。邏輯三控制三無環(huán)三流可三逆電三路就三是利三用邏三輯單三元來三控制三變流三器之三間的三切換三過程三，使三電路三在任三何時三間內三只允三許兩三組橋三路中三的一三組橋三路工三作而三另一三組橋三路處三于阻三斷狀三態(tài)，三這樣三在任三何瞬三間都三不會三出現三兩組三變流三橋同三時導三通的三情況三，也三就不三會產三生環(huán)三流。2.邏三輯無三環(huán)流三系統(tǒng)工程三上使三用較三廣泛三，不三需設三置環(huán)三流電三抗器三。只有三一組三橋投三入工三作（三另一三組關三斷）三，兩三組橋三之間三不存三在環(huán)三流。兩組三橋之三間的三切換三過程三：電動三機正三轉：給三Ｉ組三變流三橋加三觸發(fā)三脈沖三，αＩ＜90三°，為三整流三狀態(tài)三；Ⅱ組橋三封鎖三阻斷三。電三動機三為“三正轉三電動三”運三行，三工作三在第三一象三限。電動三機由三正轉三到反三轉：觸發(fā)三脈沖三后移三到αＩ＞90三°，電三抗器Ld中的三一部三分儲三能經I組橋三逆變三反送三回電三網Id=0I組橋三封鎖延時3－10三msⅡ組加三觸發(fā)三脈沖三，且三使βⅡ＜90三°，進入三有源三逆變三狀態(tài)βⅡ↑=9三0°，n↓=0βⅡ＞90三°則Ⅱ組橋三進入三整流三狀態(tài)三，電三動機三開始三反轉三，進三入第三三象三限的三“反三轉電三動”三運行三狀態(tài)三。特點三：可三省去三環(huán)流三電抗三器，三沒有三附加三的環(huán)三流損三耗。由于三延時三造成三了電三流換三向死三區(qū)，三影響三過渡三過程三的快三速性三。首先三應使三已導三通橋三的晶三閘管三斷流三，要三妥當三處理三使主三回路三電流三變?yōu)槿?，三使原三導通三晶閘三管恢三復阻三斷能三力。隨后三再開三通原三封鎖三著的三晶閘三管，三使其三觸發(fā)三導通三。這種三無環(huán)三流可三逆系三統(tǒng)中三，變三流器三之間三的切三換過三程由三邏輯三單元三控制三，故三稱為邏輯三控制三無環(huán)三流系統(tǒng)三。此系三統(tǒng)，三將在三后繼三課“三電力三拖動三自動三控制三系統(tǒng)三”中三進一三步分三析討三論。邏輯三無環(huán)三流系三統(tǒng)2.三8.2工作三于整三流狀三態(tài)時的機械三特性整流三電路三接反三電動三勢負三載時三，負三載電三流斷三續(xù)，三對整三流電三路和三電動三機的三工作三都很三不利。通常三在電三樞回三路串三聯一三平波三電抗三器，三保證三整流三電流三在較三大范三圍內三連續(xù)三。udOidwtuaubucaudOiaibicicwtEUdidR一.三電流三連續(xù)三時直三流電三動機三的機三械特三性Ri為整三流電三路的三等效三內阻電動三機電三樞回三路的三電壓三平衡三方程三式對于三三相三半波三可控三整流三電路三有稱為三電動三機電三樞回三路總三的等三效電三阻用轉三速與三負載三電流三表示三的機三械特三性為其機三械特三性是三一組平行三的直三線，其三斜率三由于三內阻三不一三定相三同而三稍有三差異三。調節(jié)a角，三即可三調節(jié)三電動三機的三轉速三。當負三載減三小時三，平三波電三抗器三中的三電感三儲能三減小三，致三使電三流不三再連三續(xù)，三此三時其三機械三特性三也就三呈現三出非三線性三。二.三電三流斷三續(xù)時三直流三電動三機的三機械三特性1.電動三機的三理想三空載三轉速no升高2.三機械三特性三變軟3.三隨著α的增三大，三進入三斷續(xù)三區(qū)的三臨界三電流三值增三大機械三特性三中電三流斷三續(xù)時三的特三性和三電流三連續(xù)三時的三特性三的交三界點三的電三流，三定義三為臨三界電三流，三用IdK來表三示。為使三電動三機運三行在三較好三的工三作狀三態(tài)，三一般三要求三系統(tǒng)三的最三小工三作電三流（三一般三取電三動機三額定三電流三的5％～10％）三要大三于IdK，這三樣就三能保三證電三動機三工作三在電三流連三續(xù)的三機械三特性三較好三的直三線段三。為三此，三就要三選用三電感三量足三夠大三的平三波電三抗器三。L不僅三包括三了平三波電三抗器三電感三量，三還包三括由三變壓三器的三漏感LT、電動三機電三樞電三感LD。單相三橋式三全控三整流三電路三相三半波三可控三整流三電路三相三橋式三全控三整流三電路單位三是mH2.三8.3工作三于有三源逆三變狀三態(tài)時的機械三特性電流三連續(xù)三時的三機械三特性三由三決定三的。逆變三時由三于三，三反三接，三得因為EM=Cen，可求三得電三動機三的機三械特三性方三程式正組變流器反組變流器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增大方向逆變三電流三斷續(xù)三時電三動機三的機三械特三性，三與整三流時三十分三相似三：理想三空載三轉速三上翹三很多三，機三械特三性變三軟，三且呈三現非線三性。逆變三狀態(tài)三的機三械特三性是三整流三狀態(tài)三的延續(xù)。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別屬三于兩三組變三流器三的，三它們三輸出三整流三電壓三的極三性彼三此相三反，三故分三別標三以正組和反組變流三器。正組變流器反組變流器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電路三對直三流電三動機三供電三，α=三60三°時，三電動三機理三想空三載轉三速為no=1三00三0r三／m三in三。求：α=三30三°和α=三12三0°時no為多三少？解：因為α=三30三°時α=三12三0°時3.三單三相橋三式半三控整三流電三路，三由2三20V經變三壓器三供電三。負三載為三大電三感負三載并三接有三續(xù)流三二極三管。三要求三整流三電壓三20V～三80三V連續(xù)三可調三，最三大負三載電三流為三20A。最小三控制三角為三30三°。三求：VT三、V三D、三VDR的額三定電三流以三及TR的二三次側三容量三。解（1三）Ud=8三0V時，αmi三n=3三0°三。Ud=2三0V時，三對三應αma三x（2三）三計算IT時，αmi三n=3三0°（3三）三計算IVD三R時，αma三x=1三22三.3三°（4三）三計算S2時，αmi三n=3三0°4.三三相三橋式三全控三整流三電路三，反三電動三勢阻三感負三載。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°。