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1、1,Power Electronics,广东工业大学,第2章 整流电路(AC/DC变换）,2.1 单相可控整流电路2.2 三相可控整流电路2.3 变压器漏感对整流电路的影响2.4 电容滤波的不可控整流电路2.5 整流电路的谐波和功率因数2.6 大功率可控整流电路2.7 整流电路的有源逆变工作状态2.8 晶闸管滞留电动机系统2.9 相控电路的驱动控制 本章小结,2,Power Electronics,广东工业大学,2.7.1 逆变的概念2.7.2 三相桥整流电路的有源逆变工作状态2.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制,2.7 整流电路的有源逆变工作状态,3,Power Electronics,广
2、东工业大学,2.7.1 逆变的概念,逆变 把直流电转变成交流电，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，而直接接到负载变流电路 既工作在整流状态又工作在逆变状态,1. 什么是逆变？为什么要逆变？,4,Power Electronics,广东工业大学,2. 直流发电机电动机系统电能的流转,图2-44 直流发电机电动机之间电能的流转a）两电动势同极性EG EM,图2-44a M电动运转，EGEM，电流Id从G流向M，Id的值为式中，R为主回路的电阻，由于Id和EG同向，与EM反方向，故G输出电功率EGId，M吸收电
3、功率EMId，电能由G流向M，转变为M轴上输出的机械能， R上是热耗。,5,Power Electronics,广东工业大学,图2-44 直流发电机电动机之间电能的流转b）两电动势同极性EM EG,图2-44 b 中是回馈制动状态，M作发电运转，此时，EMEG，电流Id反向，从M 流向G ，Id的值为由于Id和EM同向，与EG反方向，故M输出电功率EMId，G吸收电功率EGId， R上是热耗。 M轴上输入的机械能转变为电能反送给G。,6,Power Electronics,广东工业大学,图2-44 直流发电机电动机之间电能的流转c）两电动势反极性，形成短路,图2-44 c 中两电动势顺向串联，
4、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。,两个电动势同极性相接时，电流总是从电动势高的流向电动势低的，由于回路电阻很小，即使很小的电动势差值也能产生大的电流，使两个电动势之间交换很大的功率。,7,Power Electronics,广东工业大学,3. 逆变产生的条件,图2-45 单相全波电路的整流和逆变,图2-45a M电动运行，全波电路工作在整流状态， 在0 /2间，Ud为正值，并且Ud EM，才能输出Id。其值为一般情况下， R值很小，因此电路经常工作在UdEM的条件下，交流电网输出电功率，电动机输入电功率。,8,Power Electronics,广东工业大
5、学,图2-45 单相全波电路的整流和逆变,图2-45b M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,实现逆变。这时Id为,9,Power Electronics,广东工业大学,电路内电能的流向与整流时相反，电动机输出电功率，电 网吸收电功率。为了防止过电流，同样满足UdEM条件， EM的大小取决于电动机转速的高低， Ud可通过改变来进 行调节，逆变状态时Ud为负值，逆变时在 /2 间。 在逆变工作状态下，虽然晶闸管的阳极电位大部分
6、处于交流 电压为负的半周期，但由于有外界、接直流电动势EM的存 在，使晶闸管仍能承受正向电压而导通。,10,Power Electronics,广东工业大学,产生逆变的条件 （1） 有直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一致，其值大于 变流器直流侧平均电压。 （2）晶闸管的控制角 /2，使Ud为负值。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。欲实现有源逆变，只能采用全控电路。,11,Power Electronics,广东工业大学,2.7.1 逆变的概念2.7.2 三相桥整流电路的有源逆变工作状态2.7.3 逆变失败与最小逆变
7、角的限制,2.7 整流电路的有源逆变工作状态,12,Power Electronics,广东工业大学,2.7.2 三相桥整流电路的有源逆变工作状态,整流电路带反电动势、阻感负载时，整流输出电压与控制角间存在余弦函数关系逆变和整流的区别：控制角 不同 0 p /2 时，电路工作在整流状态。 p /2 p /2时的控制角用p- = b表示，b 称为逆变角。逆变角b和控制角a的计量方向相反，其大小自b =0的起始点向左方计量。两者的关系是a+b= p,或 b= p-a。,13,Power Electronics,广东工业大学,图2-46 三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形,14,Powe
8、r Electronics,广东工业大学,有源逆变状态时各电量的计算（2-105）输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，即每个晶闸管导通2p/3，故流过晶闸管的电流有效值为（忽略直流电流id的脉动） （2-106）,15,Power Electronics,广东工业大学,从交流电源送到直流侧负载的有功功率为 （2-107）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 （2-108）,16,Power Electronics,广东工业大学,2.7.1 逆变的概念2.7.2 三相桥整流电路的有源逆变工作状态2.7.
9、3 逆变失败与最小逆变角的限制,2.7 整流电路的有源逆变工作状态,17,Power Electronics,广东工业大学,2.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制,逆变失败（逆变颠覆） 逆变运行时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，由于逆变电路的内阻很小，形成很大短路电流。,18,Power Electronics,广东工业大学,（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，使交流电源电压和直流电动势顺向串联，形成短路。 （2）晶闸管发生故障，在应该阻断期间，
10、器件失去阻断能力，或应该导通期间，器件不能导通，造成逆变失败。 （3）在逆变工作时，交流电源缺相或突然消失，由于直流电动势EM的存在，晶闸管仍可导通，此时变流器的交流侧由于失去了同直流电动势极性相反的交流电压，因此直流电动势将通过晶闸管使电路短路。 （4）换相的裕量角不足，引起换相失败。,1. 逆变失败的原因,19,Power Electronics,广东工业大学,图2-47 交流侧电抗对逆变换相过程的影响,当逆变电路工作在b g 时，经过换相过程后，a相电压ua仍高于c相电压uc，换相结束时，晶闸管VT3能承受反压而关断。,如果换相裕量角不足，b bmin的关系， 导致逆变失败。 在三相桥式
11、逆变电路中，触发器输出的脉冲相位角间隔不完全 相等，若不设安全裕量角，偏后的脉冲相当于b变小，bbmin, 导致逆变失败。 在设计逆变电路时，必须保证bbmin，在触发电路中附加保护环 节，保证触发脉冲不进入bmin区域。,（2-111）,22,Power Electronics,广东工业大学,第2章 整流电路(AC/DC变换）,2.1 单相可控整流电路2.2 三相可控整流电路2.3 变压器漏感对整流电路的影响2.4 电容滤波的不可控整流电路2.5 整流电路的谐波和功率因数2.6 大功率可控整流电路2.7 整流电路的有源逆变工作状态2.8 晶闸管滞留电动机系统2.9 相控电路的驱动控制 本章小
12、结,23,Power Electronics,广东工业大学,2.8 晶闸管直流电动机系统,2.8.1 工作于整流状态时2.8.2 工作于有源逆变状态时2.8.3 直流可逆电力拖动系统,24,Power Electronics,广东工业大学,2.8.1 工作于整流状态时,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。 直流电动机负载除本身有电阻、电感，还有一个反电动势E。 如不考虑电动机的电枢电感，只有当晶闸管导通时的变压器二次 侧电压瞬间时值大于反电动势有电流输出。 整流电路接反电动势负载时，负载电流断续，对整流电路和电动 机的工作都很不利。 为了平稳负载电流脉动，通常在
13、电枢回路中串联一平波电抗器， 保证整流电流在较大范围内连续。,25,Power Electronics,广东工业大学,图2-48 三相半波带电动机负载且加平波电抗器时的电压电流波形,触发晶闸管，待电动机启动达稳态后，虽然整流电压的波形脉动较大，但由于电动机有较大的机械惯性，故其转速和反电动势都基本无脉动，此时整流电压的平均值由电动机的反电动势及电路中负载平均电流Id所引起的各种电压降所平衡。整流电压的交流分量则全部降落在电抗器上。,由Id引起的压降有四部分1）变压器的电阻压降IdRB， 变压器二次绕组电阻RB 一次绕组电阻折算到二 次侧的等效电阻2)晶闸管本生的管压降U3)电枢电阻压降IdRM4)由重叠角引起的电压降 3XBId/(2),
