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1、3-1 逆变的概念,一 、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。 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。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，将在第4章介绍。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。既工作在整流状态又工作在逆变状态，称为变流电路。,第三章 有源逆变电路,二 直流发电机电动机系统电能的转换,图2-44 直流发电机电动机之间电能的转换a）两电动势同极性EG EM b）两电动势同极性EM EG c）
2、两电动势反极性，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低的，回路电阻小，可在两个电动势间交换很大的功率。,三 逆变产生的条件单相全波电路代替上述发电机,图2-45 单相全波电路的整流和逆变,交流电网输出电功率,电动机输出电功率,a),b),u,10,u,d,u,20,u,10,a,O,O,w,t,w,t,I,d,i,d,U,d,E,M,u,10,u,d,u,20,u,10,O,O,w,t,w,t,I,d,i,d,U,d, /2，使Ud为负值(内部条件)。,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
3、源逆变，只能采用全控电路。,注意：,3-2 三相有源逆变电路,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。,三相半波逆变电路输出电压及VT1两端电压波形,不同逆变角时的输出电压波形及晶闸管两端电压波形,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,有源逆变状态时各电量的计算：,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：,从交流电源送到直流侧负载的有功功率为：,当逆变工作
4、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：,3-3 逆变失败与最小逆变角的限制,一、 逆变失败（逆变颠覆）,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。,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。晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。交流电源缺相或突然消失。换相的裕量角不足，引起换相失败。,1) 逆变失败的原因,换相重叠角的影响：,图2-47 交流侧电抗对逆变换相过程的
5、影响,逆变时允许采用的最小逆变角b 应等于 bmin=d + g + q,d 晶闸管的关断时间tq折合的电角度,g 换相重叠角,q安全裕量角,tq大的可达200300ms，折算到电角度约45。,随直流平均电流和换相电抗的增加而增大。,主要针对脉冲不对称程度（一般可达5）。值约取为10。,二、最小逆变角bmin的确定,g 换相重叠角的确定查阅有关手册，例：,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。是电力拖动系统中主要的一种。是可控整流装置的主要用途之一。,对该系统的研究包括两个方面：其一是在带电动机负载时整流电路的工作情况。其二是由整流电路供电时电动机的工作情况。本节主
6、要从第二个方面进行分析。,3-3 晶闸管直流电动机系统,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。,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,通常在电枢回路串联一平波电抗器，保证整流电流在较大范围内连续，如图2-48。,一、工作于整流状态,此时，整流电路直流电压的平衡方程为 式中， 。 为电动机的反电动势 负载平均电流Id所引起的各种电压降，包括：变压器的电阻压降 电枢电阻压降由重叠角引起的电压降 晶闸管本身的管压降，它基本上是一恒值。系统的两种工作状态：电流连续工作状态 电流断续工作状态,转速与电流的机械特性关系式为,1）电流连续时电动机
7、的机械特性,在电机学中，已知直流电动机的反电动势为,可根据整流电路电压平衡方程式得,图2-49 三相半波电流连续时以电流表示的电动机机械特性,其机械特性是一组平行的直线，其斜率由于内阻不一定相同而稍有差异。调节a 角，即可调节电动机的转速。,当负载减小时，平波电抗器中的电感储能减小，致使电流不再连续，此时其机械特性也就呈现出非线性。,电动机的实际空载反电动势都是 。 时为： 主电路电感足够大，可以只考虑电流连续段，完全按线性处理。当低速轻载时，可改用另一段较陡的特性来近似处理，等效电阻要大一个数量级。,当Id减小至某一定值Id min以后，电流变为断续，这个 是不存在的，真正的理想空载点远大于
8、此值。,2)电流断续时电动机的机械特性,电流断续时电动机机械特性的特点：,图2-50 电流断续时电动势的特性曲线,电流断续时理想空载转速抬高。机械特性变软，即负载电流变化很小也可引起很大的转速变化。随着a 的增加，进入断续区的电流值加大。,图2-51 考虑电流断续时不同a 时反电动势的特性曲线 1 a 2 a 3 a 460,1） 电流连续时电动机的机械特性,电流连续时的机械特性由 决定的。 逆变时由于 ， 反接，得 因为EM=Cen，可求得电动机的机械特性方程式,图2-52 电动机在四象限中的机械特性,二、工作于有源逆变状态,2） 电流断续时电动机的机械特性,可沿用整流时电流断续的机械特性表
9、达式，把 代便可得EM、n与Id的表达式。三相半波电路为例：,逆变电流断续时电动机的机械特性，与整流时十分相似：,图2-52 电动机在四象限中的机械特性,图2-53 两组变流器的反并联可逆线路,图2-53a与b是两组反并联的可逆电路,a三相半波有环流接线b三相全控桥无环流接线c对应电动机四象限运行时两组变流器工作情况,三、直流可逆电力拖动系统,两套变流装置反并联连接的可逆电路的相关概念和结论：,环流是指只在两组变流器之间流动而不经过负载的电流。正向运行时由正组变流器供电；反向运行时，则由反组变流器供电。根据对环流的处理方法，反并联可逆电路又可分为不同的控制方案，如配合控制有环流（ ）、可控环流
10、、逻辑控制无环流和错位控制无环流等。电动机都可四象限运行。可根据电动机所需运转状态来决定哪一组变流器工作及其工作状态：整流或逆变。,1. 配合控制的有环流可逆系统,对正、反两组变流器同时输入触发脉冲，并严格保证 a=b 的配合控制关系 。,但两组变流器的输出电压瞬时值不等，会产生脉动环流ic。串入环流电抗器LC限制环流，通常限定icmax=(5%10%)Id。假设正组为整流，反组为逆变，即有a 1=b 2 ，Uda1=Udb2， 且极性相抵，两组变流器之间没有直流环流。特点：整流与逆变过程转换快，过渡过程短，但需设置环 流电抗器LC，设备投资大。,（1）逻辑无环流 利用逻辑控制的方法，在任何时
11、刻只允许一组桥投入工作（另一组关断），两组桥之间不存在环流。,切换过程： 先使已导通桥的晶闸管断流，使主回路电流变为零（晶闸管恢复阻断能力），然后再开通原封锁着的晶闸管，使其触发导通。,2. 无环流可逆系统,特点： 不需设置环流电抗器，无环流损耗，较经济，工程上应用广泛。但系统要求较精确的检测装置及逻辑控制，切换有延迟，动态性能较差。,（2）错位无环流可逆系统,两组变流器都输入触发脉冲，但适当错开彼此间的位置，使不工作的一组晶闸管受到触发时，阳极电压为负，不能导通，从而消除环流。,特点：,此系统亦不需要设置环流电抗器，且省去复杂的逻辑控制电路。但由于出现控制死区，因此需要带高放大倍数的电压负反馈。,
