电力电子技术 第十二次课

第三章晶闸管有源逆变电路要求及重点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重点：波形分析法，有源逆变的条件和有源逆变失败的原因。3.1逆变的概念1)什么是逆变？逆变（Invertion）——把直流电转变成交流电，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。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。2)直流发电机—电动机系统电能的流转图2直流发电机—电动机之间电能的流转a）两电动势同极性EGEMb）两电动势同极性EMEGc）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。电源间能量的流转关系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。3)逆变产生的条件以卷扬机为例分析:提升重物时,变流器输出Ud和电机电动势E方向如图所示,且大小满足UdE,变流器工作于整流状态.电路输出功率,电机吸收电功率,工作于电动运行状态调节α可以调节重物上升的速度下放重物时,E反向,与Id方向相同;如果有Id产生,则E输出功率若能使变流器输出平均电压Ud与Id方向相同,则变流电路吸收电功率,处于逆变状态.要让电路中有如图所示Id产生,必须满足|Ud||E|此时,电磁转矩为制动转矩,电机运行于发电制动状态.调节α可以调节重物下降的速度在|Ud||E|时的逆变状态,说电网吸收功率,指总体上吸收功率(在输出电压Ud瞬时值为正期间,电路其实还是输出功率的).在α90º时,Ud为负,若满足|Ud||E|,则电路处于逆变状态重要提示:从上述分析可以得出产生逆变的条件有二：1)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。4)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＋=coscos9.0)(21022ddUUtdtSinUUcos)180cos(cos000ddddUUUU逆变状态下的直流电压的计算:应用一: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E3.2常用晶闸管变流电路变流器工作于逆变状态（2）Ud0,E0UdE应用二:三相半波有源逆变电路变流器工作于整流状态（02）Ud0,E0UdE变流器工作于逆变状态（2）Ud0,E0UdE三相半波有源逆变电路（续）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cosU17.1cosU1.17U22ddBIx23cosU17.1U2d应用三：三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三相桥式电路工作于有源逆变状态，不同逆变角时的输出电压波形及晶闸管两端电压波形如图所示。三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udtOtO=4=3=6=4=3=6t1t3t2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。3.3逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败的原因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）逆变失败的原因（续）换相的裕量角不足换相重叠角的影响：交流侧电抗对逆变换相过程的影响当g时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。如果g时（从图右下角的波形中可清楚地看到），该通的晶闸管（VT1）会关断，而应关断的晶闸管（VT3)不能关断，最终导致逆变失败。udOOidttuaubucuaubpggggiVT1iVTiVT3iVTiVT322避免逆变失败的措施采用可靠的触发电路；逆变角不能太小，必须限制在某一允许的最小角度内。确定最小逆变角min的依据最小逆变角min=+g+:SCR的关断时间tq折合的电角度，叫恢复阻断角，=tqg:换相重叠角:安全裕量角一般取最小逆变角为30º~35º3-2晶闸管直流可逆拖动的工作原理很多生产机械要求电动机能正反向运行即可逆拖动.改变直流电动机转向(T)的两种方法:改变励磁电压极性(IF)改变电枢电压极性(IA)一.由晶闸管桥路供电,用接触器控制直流电动机的正反转用接触器来改变电枢电流的方向,实现电动机的正反转KM1闭合时,KM2断开,正转;KM1断开时,KM2闭合,反转;1)工作原理:2)从正转快速过渡到反转的工作原理:1)KM1闭合,KM2断开,调节α,使α90º,变流器工作于整流状态,电机正转.2)为了快速制动,在KM1还处于闭合时,调节α,使α90º,在电抗器中感应电势的作用下,电路处于有源逆变状态,电抗器中的能量逆变为交流能量返送给电网.3)当Id=0时,断开KM1,使KM2闭合,在电动机反电势E的作用下,电路仍然工作于有源逆变状态,电机工作于发电制动的状态.随着n下降,E也降低,为了产生最大的制动转矩,调节逆变角β,使Ud也相应下降,因此,电机转速迅速下降为0.4)调节α,使α90º,变流器工作于整流状态,电机反转.采用接触器的可逆电路设备简单在动作频繁,电流较大的场合,接触器电弧严重,维修麻烦只适用于对快速性要求不高,容量不大的场合说明:二.采用两组变流桥的可逆电路卷扬机在重物上升时,电机正转,电枢产生拖动转矩;重物下降时,自动产生拖动转矩,使电机反转.（即不需要电流改变方向去产生反转的转矩）直流电机拖动其它形式的负载时,若通过改变电枢中电流的方向来实现电机正反转,由于一组变流桥中只能有一种电流流向,故需要两组变流桥来实现电机正反转.应用举例:两组晶闸管反并联可逆线路三相半波三相桥式当正组变流桥工作时,电机正转;反组变流桥工作时,电机反转.在任何时间,只允许一组变流桥工作,另一桥路封锁,这样才不会产生环流(不流经电动机的两组变流桥之间的电流)逻辑无环流可逆电路的工作原理:反并联可逆系统四象限运行图上页的图绘出了电动机四象限运行时两组变流器（简称正组桥、反组桥）的工作情况第1象限：正转，电动机作电动运行，正组桥工作在整流状态，p/2，EMUda(下标中有表示整流，p表示正组）第2象限，正转，电动机作发电运行，反组桥工作在逆变状态，N/2（N/2），EMUd(下标中有表示逆变，N表示反组）第3象限，反转，电动机作电动运行，反组桥工作在整流状态，N/2，EMUda第4象限，反转，电动机作发电运行，正组桥工作在逆变状态，P/2（P/2），EMUd工作过程分析:电动机正转:1)将正组触发脉冲后移,使α90º,在E作用下正组晶闸管本应关断,但因Id迅速减小,在电抗器中感应电势(下正上负)的作用下,电路进入有源逆变状态,将Ld中能量返送给电网——本桥逆变(第一象限)电动机从正转到反转:正组投入触发脉冲,且α90º,反组封锁,电机工作于正向电动运行状态.2)当Id=0后,封锁正组,调节反组的α90º,工作于有源逆变状态,电机发电制动,n下降,E也降低,调节逆变角β,使Ud也相应下降,电机转速迅速下降为0,电机中的能量返送给电网——他桥逆变(第二象限)3)当n=0后,调节反组的α90º,使反组工作于整流状态,电机反转.(第三象限)