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1、有源逆变 第三章 有源逆变 与相控变流器特性 1北方交通大学电气工程系 有源逆变 要 求 及 重 点 理解和掌握单相、三相有源逆变电路的工作原 理，有源逆变的应用和整流电路的功率因数及 其改善的方法。 重点：波形分析法，有源逆变的条件和有源逆 变失败的原因。 2北方交通大学电气工程系 有源逆变 逆变电路的分类 根据逆变输出交流电能去向分类： 有源逆变 以电网为负载 变流装置（变流器） 无源逆变 以用电器为负载 变频器 3北方交通大学电气工程系 有源逆变 电源间能量的流转关系 (a) E1 E2 时 (b) E2 E1 时 (c) 电源反 极性相连 4北方交通大学电气工程系 有源逆变 电源间能量
2、的流转关系（续） 电流从电源的正极流出者，该电源为输出 功率； 电流从电源的负极流出者，该电源为输入 功率。 两个电源反极性相连时，如果电路总电阻 很小，会形成电源间短路故障。 5北方交通大学电气工程系 有源逆变 单相桥式有源逆变电路 变流器工作于整流状态（ 0 2 ） Ud 0 , E 0 Ud E 6北方交通大学电气工程系 有源逆变 单相桥式有源逆变电路（续） 变流器工作于逆变状态（ 2 ） Ud 0 , E 0 Ud E 7北方交通大学电气工程系 有源逆变 实现有源逆变的条件 有一个直流电源，极性为上 “ ” 下 “ + ”； 变流器的 2 ，即 Ud 0 Ud E E 约等于 Ud 半
3、控电路或具有续流二极管的电路，不能实 现有源逆变，因为： 不能输出负电压 E的极性不能为上 “ ” 下 “ + ”； 8北方交通大学电气工程系 有源逆变 改变电枢电势 E 极性的方法 某些机械能随着工况的不同自动改变E的 极性（如直流卷扬机）。 改变励磁电流方向。 反接电枢回路。 在可逆拖动系统中，通常采用两套变流器 相互切换。 9北方交通大学电气工程系 有源逆变 三相半波有源逆变电路 变流器工作于整流状态（ 0 2 ） Ud 0 , E 0 Ud E 10北方交通大学电气工程系 有源逆变 三相半波有源逆变电路（续） 变流器工作于逆变状态（ 2 ） Ud 0 , E 0 Ud E 11北方交通
4、大学电气工程系 有源逆变 三相半波有源逆变电路（续） 12北方交通大学电气工程系 有源逆变 逆变角 的计算 为了方便，电路进入逆变状态时，通常用逆变 角 （或称引前触发角）表示。 规定： 角计算的起始点为控制角 = 处， 计算方法为自 = （ = 0 ）的起始点向左方 计量。 、 的关系： = 或 = 13北方交通大学电气工程系 有源逆变 三相半波电路逆变电压的计算 变流器直流侧电压计算公式 考虑换相重叠角 14北方交通大学电气工程系 有源逆变 三相桥式全控有源逆变电路 变流器工作于逆变状态（ 2 ） Ud 0 , E 0 Ud E 15北方交通大学电气工程系 有源逆变 逆 变 失 败 定义：
5、 逆变运行时，一旦发生换相失败，使整流 电路由逆变工作状态进入整流工作状态， Ud又重新变成正值，使输出平均电压和直 流电势变成顺向串联，外接的直流电源通 过SCR电路形成短路，这种情况称为逆变 失败，或称为逆变颠覆。 16北方交通大学电气工程系 有源逆变 逆变失败的原因 触发电路工作不可靠 触发脉冲丢失（见左图） 触发脉冲延迟（见右图） 17北方交通大学电气工程系 有源逆变 逆变失败的原因（续） 晶闸管发生故障（见左图） 换相的裕量角不足（见右图） 交流电源发生异常现象 18北方交通大学电气工程系 有源逆变 避免逆变失败的措施 采用可靠的触发电路； 选用可靠的SCR，防止误导通； 加快速熔断
6、器或快速开关； 逆变角 不能太小，必须限制在某一允许 的最小角度内。 19北方交通大学电气工程系 有源逆变 确定最小逆变角 min 的依据 最小逆变角 min = + + : SCR的关断时间 tq 折合的电角度， 叫恢复阻断角， = tq : 换相重叠角 : 安全裕量角 在可逆直流拖动系统中，一般要求 min min 20北方交通大学电气工程系 有源逆变 固定逆变角与自调逆变角的有源逆变 固定逆变角 固定 min max + 在大部分工作期间是以过大的 角运行，使 得电机再生制动时的功率因数下降，电流和 电压波形畸变加大，增加了干扰。 自调逆变角（固定恢复阻断角） 随负载变化而自动调节， m
7、in = + 21北方交通大学电气工程系 有源逆变 保证再生制动工作点稳定的方法 Ud = E IdR Ud = Ud0cos E = Ce n 改变励磁电流 改变变压器电压 调节 角 22北方交通大学电气工程系 有源逆变 有源逆变的应用 高压直流输电 23北方交通大学电气工程系 有源逆变 有源逆变的应用（续） 绕线式异步电动机晶闸管串级调速 24北方交通大学电气工程系 有源逆变 有源逆变的应用（续） 直流可逆电力拖动系统 25北方交通大学电气工程系 有源逆变 多相整流电路的谐波分析 任何周期性波形都可以分解为直流分量、正弦 波基波分量和一系列频率为基波整数倍的谐波 分量。 整流电路的谐波包括
8、： 变流器直流侧谐波 交流电源侧谐波 26北方交通大学电气工程系 有源逆变 变流器直流侧谐波分析（=0） 在（ m m） 傅立叶级数分析 ud 以2 m为周期 27北方交通大学电气工程系 有源逆变 直流侧谐波分析（=0）（续） 因此 在整流输出电压中，谐波级次 n 一定是脉波 数 m 的整数倍。 根据傅立叶级数分析 结果 28北方交通大学电气工程系 有源逆变 直流侧谐波分析（=0）（续） 两相半波电路（m=2） 三相半波电路（m=3） 29北方交通大学电气工程系 有源逆变 直流侧谐波分析（=0）（续） 三相桥式电路（m=6） 脉波数（相数）的增加使谐波中最低次谐波的 频率增加，同时其幅值迅速减
9、少。 增加整流器的脉波数 m ，对减少直流侧谐波、 改善输出波形质量有重要的作用。 30北方交通大学电气工程系 有源逆变 直流侧谐波分析（ 0） 空载直流电压的 n 次谐波的有效值 整流器输出直流电压中的谐波分量，将随延 迟角 的增大而显著上升。 31北方交通大学电气工程系 有源逆变 交流电源侧谐波电流分析 对于理想的 m 脉波整流器，则在交流侧只有下 列级次的谐波电流： = mk 1 每个谐波电流分量的幅值为基波电流的 1 / ， 即谐波电流分量的大小与其频率成反比。 实际应用中，当需要比较精确的检测变流器交流 侧谐波电流时，必需同时考虑到脉波数 m、延 迟角 和重迭角 三个参数的影响。 32北方交通大学电气工程系 有源逆变 整流电路的功率因数 定义 整流电路电网侧有功功率与视在功率之比 计算方法 = cos cos ：位移系数 : 电流畸变系数 也可用 = Pd / S 计算 33北方交通大学电气工程系 有源逆变 功率因数的改善方法 全控变流器的半控工作状态 整流波形 逆变波形 34北方交通大学电气工程系 有源逆变 功率因数的改善方法（续） 强迫换相 息灭角控制（右上） 对称角控制（右下） 脉冲宽度控制（左） 35北方交通大学电气工程系 有源逆变 功率因数的改善方法（续） 串联变流器的顺序控制 36北方交通大学电气工程系
