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1、有源逆变 * 云南机电职业技术学院4-1 有源逆变有源逆变 有源逆变 * 云南机电职业技术学院4-2 概概 述述 什么是逆变？为什么要逆变？ 逆变（invertion）把直流电转变成交流电，整流的逆过 程。 v 实例：电力机车再生制动行驶，机车的动能转变为电能，反送 到交流电网中去。 逆变电路把直流电逆变成交流电的电路。 v 有源逆变电路交流侧和电网连结。 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 。 v 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。 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
2、作在整 流状态又可工作在逆变状态的电路又称为变流电路。 有源逆变 * 云南机电职业技术学院4-3 一、有源逆变的有源逆变的概念概念 1、直流发电机电动机系统电能的流转 图a M电动运转，EGEM，电流Id从G流向M，M吸收 电功率。 图b 回馈制动状态，M作发电运转，此时，EMEG， 电流反向，从M流向G。故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 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 中必须严防这类事故发生。 c) b)a) MGMGMG E G E M I d R E G E M I d R E
3、 G E M I d R 4 . 1 4 . 1 有源逆变电路的工作原理（有源逆变电路的工作原理（概念概念 ） 有源逆变 * 云南机电职业技术学院4-4 2、变流电路 电动机系统电能的流转 用单相全波电路代替上述发电机 单相全波电路的整流和逆变 图a M电动运行，全波电路工作在整流状态， 在0 /2之间 ，Ud为正值，并且Ud EM，才能输出Id。 交流 电网 输出 电功 率 电动机输入 电功率 电 动 机 输 出 电 功 率 交流电网输 入电功率 图b 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，
4、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。 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 之间。 有源逆变 * 云南机电职业技术学院4-5 3、实现有源逆变的条件 从上述分析中，可以归纳出要实现有源逆变 ，必须满足下列条件： （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。 半控桥或输出端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。 有源逆变 * 云南机电职
5、业技术学院4-6 4、改变电枢电势 E 极性的方法 （1）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）。 （2）改变励磁电流方向。 （3）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。 有源逆变 * 云南机电职业技术学院4-7 5、逆变角 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）表示相控角度。 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 = 有源逆变 * 云南机电职业技术学院4-8 二、单相桥式有源逆变电路 1、变流器工作于整流状态（ 0 2 ） Ud 0 ,
6、 E 0，Ud E，M工作于电动状态 有源逆变 * 云南机电职业技术学院4-9 2、变流器工作于逆变状态（ 2 ） 电动机工作于发电状态，由于Id方向不能改变， 因而要求： E 0 （反极性），Ud 0 （反极 性）且Ud E 有源逆变 * 云南机电职业技术学院4-10 3、单相桥式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 其它的电量，如负载电流平均值、晶闸管电流平均值 和有效值，变压器的容量计算等，均可按照整流电路 的计算原则进行 。 有源逆变 * 云南机电职业技术学院4-11 本章内容本章内容 4.1 有源逆变电路的工作原理（概念） 4.24.2 三相有源逆变电路三相有
7、源逆变电路 4.3 有源逆变的应用 4.4 整流电路的谐波和功率因数 4.6 变流电路的功率因数及改善方法 有源逆变 * 云南机电职业技术学院4-12 4. 2 4. 2 三相有源逆变电路三相有源逆变电路 一、 三相半波有源逆变电路 1、变流器工作于整流状态（ 0 2 ） Ud 0 , E 0， Ud E， M工作于电动状态 有源逆变 * 云南机电职业技术学院4-13 三相半波有源逆变电路三相半波有源逆变电路（续）（续） 2、变流器工作于逆变状态（ 2 ） 电动机工作于发电状态，由于Id方向不能改变，因而要求 ： Ud 0 （反极性） , E 0 （反极性） Ud E 有源逆变 * 云南机电职
8、业技术学院4-14 三相半波有源逆变电路三相半波有源逆变电路（续）（续） 有源逆变 * 云南机电职业技术学院4-15 3、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 其它的电量，如负载电流平均值、晶闸管电流平均值和 有效值，变压器的容量计算等，均可按照整流电路的计 算原则进行 。 有源逆变 * 云南机电职业技术学院4-16 二、三相桥式全控有源逆变电路二、三相桥式全控有源逆变电路 1、变流器工作于逆变状态（ 2 ） Ud 0 , E 0 Ud E 有源逆变 * 云南机电职业技术学院4-17 2、三相桥式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 其它
9、的电量，如负载电流平均值、晶闸管电流平均值和 有效值，变压器的容量计算等，均可按照整流电路的计 算原则进行 。 有源逆变 * 云南机电职业技术学院4-18 三、逆三、逆 变变 失失 败及最小逆变角的限制败及最小逆变角的限制 1、定义： 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。 有源逆变 * 云南机电职业技术学院4-19 2 2 、逆变失败的原因、逆变失败的原因 （1）触发脉冲丢失 T2的触发脉 冲Ug2丢失 有源逆变 *
10、 云南机电职业技术学院4-20 2 2 、逆变失败的原因、逆变失败的原因（续）（续） （2）触发脉冲延迟 T2的触发脉 冲Ug2延迟 有源逆变 * 云南机电职业技术学院4-21 2 2 、逆变失败的原因、逆变失败的原因（续）（续） （3）晶闸管发生故障（指晶闸管失去阻断能力 或失去导通能力） T3失去阻断 能力 有源逆变 * 云南机电职业技术学院4-22 2 2 、逆变失败的原因、逆变失败的原因（续）（续） （4）换相的裕量角不足 有源逆变 * 云南机电职业技术学院4-23 2 2 、逆变失败的原因、逆变失败的原因（续）（续） （5）交流电源发生异常现象，如 交流电源突然断电 交流电源电压太低
11、 交流电源缺相 不论什么原因，逆变失败的后果都是造成电流 急剧上升！ 有源逆变 * 云南机电职业技术学院4-24 3 3 、避免逆变失败的措施、避免逆变失败的措施 （1）预防措施 采用可靠的触发电路； 选用可靠的SCR，防止误导通； 逆变角 不能太小，必须限制在某一允许 的最小角度内。 （2）保护措施：装快速熔断器或快速开关； 有源逆变 * 云南机电职业技术学院4-25 4 4 、确定最小逆变角、确定最小逆变角 min min 的依据 的依据 （1）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（约为1520 ） : 安全裕
12、量角（一般取10 ） tq约为200300s，折算成电角度约45 最小角一般可取3035。 角越大，逆变越可靠，但功率因数越低！ 有源逆变 * 云南机电职业技术学院4-26 例例 4-14-1 三相全控桥式整流电路接阻感反电势负载。已知整流变 压器副边线电压 UAB=220V，交流侧电感LB=0.5mH， R=2，E= -290V， =150，=100 ，Ld足够大， 求直流端电压、电流和交流电源的功率因数KP。 解：交流侧电抗为 输出直流平均电压为 输出电压又可表示为 所以 有源逆变 * 云南机电职业技术学院4-27 例例 4-14-1（续）（续） 负载侧的功率为 负载功率为负值，表明负载侧
13、实际是供出电能回馈到电 网的。 Pd又可解为 所以交流电源的功率因数为 有源逆变 * 云南机电职业技术学院4-28 例例 4-24-2 三相半波整流电路如图例4.2所示，已知电动机处于稳定 的发电制动状态，滤波电抗Xd足够大，输出电流连续 而平直，电枢回路总电阻Ra0.5，电机端压Ua 220V，变压器副边相电压U2220V，交流侧换流电抗 XB0.21。试完成下列要求： 1阐明图中整流器输出电压Ud和电 动机端电压Ua的极性； 2阐明变流器控制角的调节范围； 3如何调节电动机的制动强度？ 4当制动电流Ia103A时，系统向 交流电网回馈的功率有多大？此时变 流器的逆变角为多少？ 有源逆变 *
14、 云南机电职业技术学院4-29 例例 4-24-2（续）（续） 解： 1. 由于电机处于稳定的再生制动状态，电动机向交 流电网回馈电能 ，且晶闸管不能逆向导通电流，据此 可以确定整流器输出电压Ud和电动机端电压Ua的极性 为下“+”上“-”。 2. 逆变工作时控制角的理论范围是 ，为 防止逆变颠覆，控制角 有最大值的限制，即逆变 角有最小值 限制。 受换流电流、交流侧换相电抗 及元件关断时间的影响，应具体情况具体分析。根据 一些典型系统的运行经验， 大约在350左右。因此逆 变工作时控制角的范围大致是 。 3. 通过调节角来调节制动强度，当较大时，变流 器输出逆变电压较小，制动电流大，制动力就强，反 之亦然。 。 有源逆变 * 云南机电职业技术学院4-30 例例 4-24-2（续）（续） 解：4 负号说明电网吸收电功率 代入 得 ： 有源逆变 * 云南机电职业技术学院4-31 本章内容本章内容 4.1 有源逆变电路的工作原理 4.2 三相有源逆变电路 4.34.3 有源逆变的应用有源逆变的应用 4.4 整流电路的谐波和功率因数 4.6 变流电路的功率因数及改善方法 有源逆变 * 云南机电职业技术学院4-32 高压直流输电 4. 3 4. 3 有源逆变的应用有源逆变的应用 两组晶闸管变流器的交流侧分别与 两个交流系统u1、u2连接，变流器 的直流侧相互关联。 通
