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1、第三章第三章 晶闸管有源逆变电路晶闸管有源逆变电路第一节第一节 有源逆变的工作原理有源逆变的工作原理 第二节第二节 晶闸管直流可逆拖动的工作原理晶闸管直流可逆拖动的工作原理第三节第三节 绕线转子异步电动机串级调速与高压直流输电绕线转子异步电动机串级调速与高压直流输电第四节第四节 晶闸管装置的功率因数、谐波与对电网的影响晶闸管装置的功率因数、谐波与对电网的影响 第一节第一节 有源逆变的工作原理有源逆变的工作原理 一、有源逆变的工作原理一、有源逆变的工作原理逆逆变变（invertion）把把直直流流电电转转变变成成交交流流电电，为为整整流流的的逆逆过过程。程。逆变电路逆变电路把直流电逆变成交流电的
2、电路；把直流电逆变成交流电的电路；有源逆变电路有源逆变电路交流侧和电网连结，即交流侧和电网连结，即电网为负载电网为负载。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；速以及高压直流输电等；对对于于可可控控整整流流电电路路，满满足足一一定定条条件件就就可可工工作作于于有有源源逆逆变变，其其电电路路形形式式未未变变，只只是是电电路路工工作作条条件件转转变变。既既可可工工作在整流状态又可工作在逆变状态，称为变流电路（作在整流状态又可工作在逆变状态，称为变流电路（converter）。）。无无源源逆逆变变电电路路变变流流电
3、电路路的的交交流流侧侧不不与与电电网网联联接接，而而直直接接接接到普通负载，将在第七章介绍。到普通负载，将在第七章介绍。直流发电机直流发电机电动机系统电能的流转电动机系统电能的流转图图aM电电动动运运转转，EGEM，电电流流Id从从G流流向向M，M吸吸收收电电功功率率，相相当当于于反反电势负载。电势负载。图图b回回馈馈制制动动状状态态，M作作发发电电运运转转，此此时时，EMEG，电电流流反反向向，从从M流流向向G，M输输出出电电功功率率，G则则吸吸收收电电功功率率，M轴轴上上输输入入的的机机械械能能转转变变为为电电能能反送给反送给G。图图c注注意意：两两电电动动势势顺顺向向串串联联，向向电电阻
4、阻R供供电电，G和和M均均输输出出功功率率，由由于于R一般都很小，实际上形成一般都很小，实际上形成短路短路，在工作中属发生事故。，在工作中属发生事故。 a）两电动势同极性两电动势同极性EG EM b）两电动势同极性两电动势同极性EM EG c）两电动势反极性，形成两电动势反极性，形成短路短路a）两电动势同极性两电动势同极性EG EM b）两电动势同极性两电动势同极性EM EG c）两电动势反极性，形成短路两电动势反极性，形成短路电动机电动运行电动机电动运行电能由发电机电能由发电机流向电动机流向电动机电动机回馈制动电动机回馈制动电能由电动机电能由电动机回流发电机回流发电机短路短路（应避免）（应避
5、免）两个电势源同极性相连接时，两个电势源同极性相连接时，电流的流向：高电势电流的流向：高电势低电势低电势电能的流向：是电能的流向：是随着随着E或或I方向的改变方向的改变 而改变。而改变。 使用单相双半波电路（单相全波）代替上述发电机使用单相双半波电路（单相全波）代替上述发电机G。图图3.1a M电电动动运运行行，全全波波电电路路工工作作在在整整流流状状态态， 在在0/2间间，Ud为为正正值值，并并且且只只有有当当Ud EM，才才能能输输出出Id 。交交流流电电网网输输出出电电功率，电动机输入电功率。功率，电动机输入电功率。图图3.1b M回回馈馈制制动动，由由于于晶晶闸闸管管的的单单向向导导电
6、电性性，Id方方向向不不变变，欲欲改改变变电电能能的的输输送送方方向向，只只能能改改变变EM极极性性。为为了了防防止止两两电电动动势势顺顺向向串串联联，Ud极极性性也也必必须须反反过过来来，即即Ud应应为为负负值值，且且|EM | |Ud |，才能把电能从直流侧送到交流侧。才能把电能从直流侧送到交流侧。 电电能能（注注意意不不是是电电流流）的的流流向向与与整整流流时时相相反反,M输输出出电电功功率率,电电网吸收电功率。网吸收电功率。Ud可通过改变可通过改变 来进行调节，逆变状态时来进行调节，逆变状态时Ud为负值，为负值， 在在 /2 间。间。图3-1 单相全波电路的整流和逆变a)b)R+-电能
7、M102u10u20udidLVT1VT2u10udu20u10aOOwtwtIdidUdEMEM电能MR+-102udidLVT1VT2u10udu20u10OOwtwtIdidUd90900 0，c o s c o s 计算不方计算不方便，所以引入逆变角便，所以引入逆变角 ，令，令=180=1800 0-，故，故注意：注意：逆变角逆变角和控制角和控制角的计量方向相反，其大小的计量方向相反，其大小自自=0的起始点向左方计量。的起始点向左方计量。实现有源实现有源逆变的条件：逆变的条件：1）外部条件外部条件：有直流电动势，其极性和晶闸管导通：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
8、变流器直流侧平均电压。方向一致，其绝对值大于变流器直流侧平均电压。2）内部条件内部条件：晶闸管的控制角：晶闸管的控制角 /2，使使Ud为为负值。负值。3）充分条件：要有足够大的电感，以保证有源逆变连）充分条件：要有足够大的电感，以保证有源逆变连续进行。续进行。 半控桥或有续流二极管的电路半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压，因其整流电压ud不能出不能出现负值（最小为零），也不允许直流侧出现负极性的电现负值（最小为零），也不允许直流侧出现负极性的电动势，故动势，故不能实现有源逆变。不能实现有源逆变。二、常用晶闸管有源逆变电路二、常用晶闸管有源逆变电路（一）三相半波有源逆变电路（一）三相半波有
9、源逆变电路下图为三相半波电动机负载电路，电动机电动势下图为三相半波电动机负载电路，电动机电动势E E的极性符合有源逆变条件，的极性符合有源逆变条件，当当d d且且90时，换相结束时，晶时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。闸管能承受反压而关断。如果如果（从图（从图3.6右右下角的波形中可清楚地下角的波形中可清楚地看到），该通的晶闸管看到），该通的晶闸管（VT2）反而关断，而反而关断，而应关断的晶闸管（应关断的晶闸管（VT1)继续导通。这样会使得继续导通。这样会使得Ud的波形中正部分大于的波形中正部分大于负部分，从而使得负部分，从而使得Ud和和EM顺向串联，最终导致顺向串联，最终导致逆变失败。
10、逆变失败。 图3.6 交流侧电抗对逆变换相过程的影响2.确定最小逆变角确定最小逆变角 minmin的依据的依据逆变时允许采用的最小逆变角逆变时允许采用的最小逆变角 应等于应等于 minmin= + + = + + : :晶闸管的关断时间晶闸管的关断时间t tq q折合的电角度，折合的电角度，t tq q大的可达大的可达200300ms200300ms，折算到电角度约折算到电角度约4 4 55 ； ：换相重叠角，随换相重叠角，随I Id d和和X XB B的增加而增大；的增加而增大； 举举例例如如下下：某某装装置置整整流流电电压压为为220V220V，整整流流电电流流800A800A，整整流流变
11、变压压器器容容量量为为240kVA240kVA，短短路路电电压压比比U Uk k% %为为5%5%的的三三相相线线路路，其其值约为值约为1515 2020 。 ：为安全裕量角，（一般可达为安全裕量角，（一般可达5 5 ）值约取为）值约取为1010 。 一般取一般取 minmin=30=303535一、一、由晶闸管桥路供电、用接触器控制直流电动机的正反转由晶闸管桥路供电、用接触器控制直流电动机的正反转 第二节第二节 晶闸管直流可逆拖动的工作原理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二、采用两组变流桥的可逆电路 最最常用的是反并联电路。常用的是反并联电路。当电动机磁场方向不变时，
12、正转时由当电动机磁场方向不变时，正转时由组桥供电；组桥供电；反转时由反转时由组桥供电，采用反并联供电可使直流电动组桥供电，采用反并联供电可使直流电动机在四个象限内运行。机在四个象限内运行。第三节第三节 绕线转子异步电动机串级调速与高压直流输电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，逆变电压串级调速主电路如图所示，逆变电压U Udd为引入转子电路的为引入转子电路的反电动势，改变逆变角反电动势，改变逆变角 即可改变反电动势大小，达到改变转速即可改变反电动势大小，达到改变转速的目的。的目的。U Ud d是转子整流后的直流电压，其值为是转子整流后的直流电压，其值为式中式中 E E2020转子开路线电动势（转子开路线电动势（n=0n=0）；）；S S 电动机转差率。电动机转差率。当电动机转速稳定，忽略直流回路电阻时，则整流电压当电动机转速稳定，忽略直流回路电阻时，则整流电压d d与与逆变电压逆变电压U U d d 大小相等、方向相反。当逆变变压器大小相等、方向相反。当逆变变压器TITI二次线电压二次线电压为为U U2121时，则时，则: :
