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1、第三章 晶闸管有源逆变电路,一、有源逆变的工作原理,逆变（invertion）把直流电转变成交流电，为整流的逆过程。 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，即电网为负载。 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； 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。既可工作在整流状态又可工作在逆变状态，称为变流电路（converter）。 无源逆变电路变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到普通负载，将在第七章介绍。,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
2、M，M吸收电功率，相当于反电势负载。 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，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 注意： 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，在工作中属发生事故。,a）两电动势同极性EG EM b）两电动势同极性EM EG c）两电动势反极性，形成短路,a）两电动势同极性EG EM b）两电动势同极性EM EG c）两电动势反极性，形成短路,电动机电动运行 电能由发电机 流向电动机,电动机回馈制动 电能由电动机 回流发电机,短路（应避免）,两个电势源同极性相
3、连接时， 电流的流向：高电势低电势 电能的流向：是随着E或I方向的改变 而改变。,使用单相双半波电路（单相全波）代替上述发电机G。 图3.1a M电动运行，全波电路工作在整流状态， 在0/2间，Ud为正值，并且只有当Ud EM，才能输出Id 。交流电网输出电功率，电动机输入电功率。 图3.1b 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。 电能（注意不是电流）的流向与整流时相反,M输出电功率,电网吸收电功率。 Ud可通过改变来进行
4、调节，逆变状态时Ud为负值， 在 /2 间。,图3-1 单相全波电路的整流和逆变,由上图可知电路工作在逆变时的直流电压可由积分求得,公式与整流时一样，由于逆变运行时900，c o s 计算不方便，所以引入逆变角，令=1800-，故,注意： 逆变角和控制角的计量方向相反，其大小自 =0的起始点向左方计量。,实现有源逆变的条件： 1）外部条件：有直流电动势，其极性和晶闸管导通 方向一致，其绝对值大于变流器直流侧平均电压。 2）内部条件：晶闸管的控制角 /2，使Ud为 负值。 3）充分条件：要有足够大的电感，以保证有源逆变连 续进行。,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（最小为
5、零），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。,二、常用晶闸管有源逆变电路,（一）三相半波有源逆变电路,下图为三相半波电动机负载电路，电动机电动势E的极性符合有源逆变条件，当d且900时，可实现有源逆变。变流器直流电压为,三相半波有源逆变电路,结论： 三相半波逆变电路，负载端的电压 基本上为 反向电压。 三相半波逆变电路，晶闸管在阻断 时主要承受正向电压。,=60,逆变电路的波形特点： 1.输出电压Ud波形主要出现在负半周； 2.晶闸管两端电压UT波形主要承受的是正向电压，承受反向电压的时间与角相对应。 注意：触发脉冲必须严格按次序发出。,=0,=0,（二）三相全控桥有源逆变电路
6、,t t t t t t t t,ug 0 0 u2 0 u2L 0 u2L 0 id 0 iT 0 i2 0,=0,=0,三相桥式逆变电路对脉冲的要求： 1.必须是双窄脉冲或宽脉冲； 2. 触发脉冲必须严格按次序发出。,图3.5 三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形,有源逆变状态时各电量的计算： Ud= -2.34U2cos = -1.35U2Lcos 输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，即 Id=（Ud-EM)/R,每个晶闸管导通2 /3，故流过晶闸管的电流有效值为（忽略直流电流id的脉动） 从交流电源送到直流侧负载的有功功率为: Pd= UdId= RId2+EMId 当逆变
7、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：,逆变失败（逆变颠覆）指逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大短路电流，造成器件和变压器损坏。 1. 逆变失败的原因 （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； （2）晶闸管发生故障，该通时不通,而不该导通的通了； （3）交流电源缺相或突然消失； （4）换相的裕量角不足，引起换相失败。,三、逆变失败与逆变角的限制,换相重叠角的
8、影响：当 时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。如果 （从图3.6右下角的波形中可清楚地看到），该通的晶闸管（VT2）反而关断，而应关断的晶闸管（VT1)继续导通。这样会使得Ud的波形中正部分大于负部分，从而使得Ud和EM顺向串联，最终导致逆变失败。,图3.6 交流侧电抗对逆变换相过程的影响,2. 确定最小逆变角 min的依据 逆变时允许采用的最小逆变角 应等于 min= + + :晶闸管的关断时间tq折合的电角度，tq大的可达200300ms，折算到电角度约45； ：换相重叠角，随Id和XB的增加而增大； 举例如下：某装置整流电压为220V，整流电流800A，整流变压器容量为240kVA，
9、短路电压比Uk%为5%的三相线路，其值约为1520。 ：为安全裕量角，（一般可达5）值约取为10。 一般取 min=3035,一、由晶闸管桥路供电、用接触器控制直流电动机的正反转,第二节 晶闸管直流可逆拖动的工作原理,二、采用两组变流桥的可逆电路,最常用的是反并联电路。,当电动机磁场方向不变时，正转时由组桥供电；反转时由组桥供电，采用反并联供电可使直流电动机在四个象限内运行。,第三节 绕线转子异步电动机串级调速与高压直流输电,一、绕线转子异步电动机晶闸管串级调速,串级调速主电路如图所示，逆变电压Ud为引入转子电路的反电动势，改变逆变角即可改变反电动势大小，达到改变转速的目的。Ud是转子整流后的直流电压，其值为,式中 E20转子开路线电动势（n=0）； S 电动机转差率。,当电动机转速稳定，忽略直流回路电阻时，则整流电压d与逆变电压U d 大小相等、方向相反。当逆变变压器TI二次线电压为U21时，则:,
