電力電子技術(shù)講義B

第4章有源逆變電路4.1有源逆變的工作原理4.2有源逆變電路的應(yīng)用4.3變流裝置的功率因素及其對電網(wǎng)的影響4.4變流裝置的觸發(fā)電路4.1有源逆變的工作原理直流電逆變器交流電有源逆變無源逆變電網(wǎng)用電設(shè)備有源逆變應(yīng)用：直流電動機(jī)可逆拖動，線繞式異步電動機(jī)串級調(diào)速，直流輸電4.1.1工作原理重物上升，變流器為電機(jī)提供能量，電機(jī)工作在電動狀態(tài)；重物下降，電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，變流器吸收電機(jī)提供能量，送回電網(wǎng)。仿真模型f41.mdlRMM+-Ud+-id功率發(fā)電機(jī)狀態(tài)ERMM+-Ud+-id功率電動狀態(tài)E整流（）逆變（）整流與逆變的比較短路（不允許）4.1.2逆變條件要有給晶閘管正向電壓的外部直流電源E，且E>Ud變流器工作在的區(qū)域（輸出負(fù)電壓）逆變角整流Ud=Udocos()逆變Ud=-Udocos

()逆變電路：單/三相半波；單/三相全控橋。（有或相當(dāng)于有續(xù)流二極管的電路因無法輸出負(fù)電壓，不能做為逆變電路）逆變角的定義逆變電路的要求又稱變流器（既能整流又能逆變）仿真模型f411.mdl4.1.3逆變失敗與逆變角的限制VT2脈沖丟失逆變失敗的原因觸發(fā)電路不可靠（脈沖丟失或延時(shí)）晶閘管故障交流電源異常（缺相或丟失）逆變角太小Ud與E順向連接造成短路逆變失敗相當(dāng)于短路，將損壞變流裝置（整流失敗只會使輸出電壓缺相）逆變角的限制4.2有源逆變電路的應(yīng)用4.2.1直流電動機(jī)可逆拖動系統(tǒng)一組變流器供電，接觸器控制正反轉(zhuǎn)兩組變流器供電四象限運(yùn)行圖正轉(zhuǎn)整流電動運(yùn)行反轉(zhuǎn)逆變發(fā)電運(yùn)行反轉(zhuǎn)整流電動運(yùn)行正轉(zhuǎn)逆變發(fā)電運(yùn)行有源逆變產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)快速制動工作方式邏輯無環(huán)流工作方式1/2組不同時(shí)工作無環(huán)流（無需笨重的電抗器限制環(huán)流）根據(jù)直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)向（E的極性）及零電流（Id=0）作出邏輯判斷，按要求控制1/2兩組變流器的工作狀態(tài)環(huán)流：不經(jīng)負(fù)載，徒增器件電流負(fù)擔(dān)工作方式Uc=0=90n=0Uc(Uc0)(Ud=Ud

)1組整流，2組待逆變(1組脈沖左移，2組脈沖右移）電機(jī)正轉(zhuǎn)；此時(shí)若要降低正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，只須降低Uc，則2組逆變，1組待整流，轉(zhuǎn)速下降后，1組重新進(jìn)入整流狀態(tài)。Ud=Ud（）（平均值相等）無直流環(huán)流,

ud?ud(瞬時(shí)值不等）有交流環(huán)流串環(huán)流電抗器抑制交流環(huán)流環(huán)流電抗器采用對稱串入正反兩組變流器，因?yàn)榭傆幸唤M變流器流過直流電流，會造成電抗器鐵芯飽和，電感量下降。Lc

的大小以將環(huán)流限制在3%~5%Id即可應(yīng)將此波形加一負(fù)號（使參考方向相同），又因使用相同電源，故應(yīng)前移180°后比較ud?ud(瞬時(shí)值不等）有交流環(huán)流錯(cuò)位無環(huán)流工作方式錯(cuò)位無環(huán)流是二組變流器都輸入脈沖，但二組脈沖彼此錯(cuò)開，使不工作一組所受到脈沖的晶閘管的陽極電壓恰好為負(fù)，從而消除環(huán)流。4.2.2繞線轉(zhuǎn)子異步交流電動機(jī)的串級調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖電動機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓的頻率較高，頻敏電阻器等效電阻較大，限制啟動電流調(diào)速原理4.3變流裝置的功率因數(shù)及其對電網(wǎng)的影響4.3.1變流裝置的功率因數(shù)以單相全波電路大電感負(fù)載電路為例變流裝置的功率因數(shù)隨移相角而變化,產(chǎn)品銘牌上的功率因數(shù)指額定工作條件下的數(shù)據(jù)4.3.2提高功率因數(shù)的方法提高的方法降低的方法小角工作小角及小角工作4.3.3變流裝置對電網(wǎng)的影響變流裝置產(chǎn)生諧波電流諧波污染源電網(wǎng)內(nèi)部產(chǎn)生諧波電壓降低電網(wǎng)質(zhì)量通信線路雜音,電機(jī)噪音,附加溫升,絕緣電壓4.4變流裝置觸發(fā)電路us與Uc共同控制觸發(fā)脈沖的位置。根據(jù)us的不同，觸發(fā)電路包括正弦波觸發(fā)電路與鋸齒波觸發(fā)電路?；窘Y(jié)構(gòu)4.4.1正弦波同步觸發(fā)電路同步移相環(huán)節(jié)脈沖形成放大環(huán)節(jié)其它環(huán)節(jié)輸出部分：VD9/VD10防止輸出負(fù)脈沖，R14為限流電阻，VD8/R12防止V3截止時(shí)，TP初級繞組產(chǎn)生感應(yīng)高壓擊穿V3同步輸入部分：us’經(jīng)R1/C1濾波，防止電網(wǎng)電壓波動對觸發(fā)電路的影響，us落后us’一定角度-tg-1R1C1min和min的限制電路特點(diǎn)4.4.2鋸齒波同步觸發(fā)電路脈沖形成放大環(huán)節(jié)同步移相環(huán)節(jié)當(dāng)電容電壓為圖示方向時(shí)V2總是截止其它環(huán)節(jié)雙脈沖電路特點(diǎn)抗干擾性能好,移相范圍寬,具有強(qiáng)觸發(fā)/雙脈沖/脈沖封鎖環(huán)節(jié),應(yīng)用于大中容量的變流器中4.4.3觸發(fā)脈沖與主電路電壓的同步同步問題以U相為例同步示例解題步驟（1）確定同步電壓與主電路晶閘管陽極電壓的相位關(guān)系（2）畫出陽極電壓與電網(wǎng)電壓的相位關(guān)系（3）確定同步電壓與電網(wǎng)電壓的相位關(guān)系變壓器鐘點(diǎn)數(shù)：以初級線電壓為長針，次級線電壓為短針?biāo)鶚?gòu)成的。偶數(shù)鐘點(diǎn)初次級接法相同（Y/Y），奇數(shù)鐘點(diǎn)接法不同Y例4.4.1：已知三相半波可控整流電路主變壓器的接法如圖所示，采用正弦波（NPN）觸發(fā)電路，要求電路工作在整流與逆變狀態(tài)，試確定同步變壓器器接法。SU與電網(wǎng)電壓V1同相位例4.4.2三相全控橋主變壓器接法/Y-5，采用NPN鋸齒波觸發(fā)電路，同步變壓器次級電壓us經(jīng)阻容濾波為us’后接至觸發(fā)電爐，us’落后us30°,試確定同步變壓器接法。第5章交流調(diào)壓和斬波電路5.1交流調(diào)壓電路5.2直流斬波電路5.1交流調(diào)壓電路用途:電爐溫控,調(diào)光,異步交流電機(jī)調(diào)速調(diào)壓器中晶閘管的控制分過零控制和移相控制調(diào)壓電路分單相和三相調(diào)壓電路有效值固定的交流電壓調(diào)壓器有效值可調(diào)的交流電壓過零控制(通斷控制)n個(gè)周波連續(xù)輸出n個(gè)周波斷續(xù)輸出特點(diǎn)：有級調(diào)壓,輸出電壓(功率)調(diào)節(jié)不平滑,適合時(shí)間常數(shù)較大的對象.但諧波含量低,功率因數(shù)高.移相控制電阻性負(fù)載輸出電壓波形仿真模型f51.mdl電感性負(fù)載求取UO（IO）的關(guān)鍵是值的確定解超越方程(2)較為困難,根據(jù)負(fù)載阻抗角及查上圖可得導(dǎo)通角感性負(fù)載對觸發(fā)脈沖的要求(1)VT1/VT2觸發(fā)脈沖必需隔離,即不能有公共接地端(2)采用強(qiáng)觸發(fā)(寬脈沖/高頻調(diào)制脈沖),防止輸出電壓正負(fù)波形不對稱,出現(xiàn)直流分量5.2

直流調(diào)壓器(斬波器)調(diào)壓器按輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系分：降壓式/升壓式/升降壓式；調(diào)壓器按工作方式分：斬波式/諧振式；斬波器用于直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。固定的直流電壓斬波器（調(diào)壓器）可調(diào)的直流電壓5.2.1降壓斬波器電流連續(xù)仿真模型f52.mdlE=100V,ED=10V,R=50,L=1H輸出電壓控制方法求負(fù)載電流的最大值與最小值電流斷續(xù)求出tx即可求出Uo

及Io電流斷續(xù)對電動機(jī)不利，少見。注意:io=0時(shí)uo=ED5.2.2升壓斬波器設(shè)C足夠大，Uo基本不變;L足夠大，IE近似為一直線.VT導(dǎo)通，L儲能IEEt1VT關(guān)斷，L釋能IE（U-E）（T-t1)則：IEEt1=IE（U-E）（T-t1)Et1=（U-E）（T-t1)U=T