電力電子第五章變換器整流和有源逆變電路演示文稿

電力電子第五章變換器整流和有源逆變電路演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有46頁\編輯于星期日優(yōu)選電力電子第五章變換器整流和有源逆變電路現(xiàn)在是2頁\一共有46頁\編輯于星期日5.4相控有源逆變電路逆變（invertion）——把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，整流的逆過程實例：電力機車下坡行駛，機車的位能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，反送到交流電網(wǎng)中去逆變電路——把直流電逆變成交流電的電路現(xiàn)在是3頁\一共有46頁\編輯于星期日根據(jù)逆變輸出交流電能去向的不同,逆變電路可以分為：有源逆變電路——交流側(cè)和電網(wǎng)連接無源逆變——變流電路的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而直接接到負載對于可控整流電路，滿足一定條件就可工作于逆變，其電路形式未變，只是電路工作條件轉(zhuǎn)變。既可工作在整流狀態(tài)又可以工作在逆變狀態(tài)的電路，稱為變流電路（Converter)5.4相控有源逆變電路現(xiàn)在是4頁\一共有46頁\編輯于星期日直流發(fā)電機—電動機系統(tǒng)電能的流轉(zhuǎn)電動回饋制動反接制動兩個電動勢（電源）同極性相連，電流總是從電動勢高的流向電動勢低的。電流大小決定于兩電動勢之差和回路電阻。如果回路電阻很小，即使兩電動勢差不大，也可以產(chǎn)生足夠大的電流，使兩電動勢間交換功率。5.4.1相控有源逆變原理及實現(xiàn)條件現(xiàn)在是5頁\一共有46頁\編輯于星期日

逆變產(chǎn)生的條件5.4.1相控有源逆變原理及實現(xiàn)條件現(xiàn)在是6頁\一共有46頁\編輯于星期日

逆變產(chǎn)生的條件如何實現(xiàn)能量回饋？為了實現(xiàn)逆變時的能量回饋，只能電壓Ud反向5.4.1相控有源逆變原理及實現(xiàn)條件現(xiàn)在是7頁\一共有46頁\編輯于星期日

逆變產(chǎn)生的條件為了實現(xiàn)逆變時的能量回饋，只能電壓Ud反向如果僅僅整流器電壓反向是否可行?為了防止電流過大，通常要求電動機電動勢的方向也反向|EM|略大于|Ud|5.4.1相控有源逆變原理及實現(xiàn)條件現(xiàn)在是8頁\一共有46頁\編輯于星期日逆變產(chǎn)生的條件歸納逆變條件：1）要有直流電動勢，其極性與晶閘管導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)大于變流電路直流側(cè)的平均電壓；2）晶閘管的控制角α>π/2，Ud為負怎樣才能得到-Ud5.4.1相控有源逆變原理及實現(xiàn)條件現(xiàn)在是9頁\一共有46頁\編輯于星期日5.4.1相控有源逆變原理及實現(xiàn)條件逆變產(chǎn)生的條件歸納逆變條件：1）要有直流電動勢，其極性與晶閘管導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)大于變流電路直流側(cè)的平均電壓；2）晶閘管的控制角α>π/2，Ud為負有續(xù)流二極管的單相半波整流電路和單相橋式半控電路，能否工作在有源逆變狀態(tài)？現(xiàn)在是10頁\一共有46頁\編輯于星期日5.4.2三相半波整流電路的有源逆變工作狀態(tài)三相半波整流電路：1）Ud為負值2）需要一個反向電動勢逆變角β：現(xiàn)在是11頁\一共有46頁\編輯于星期日5.4.2三相半波整流電路的有源逆變工作狀態(tài)現(xiàn)在是12頁\一共有46頁\編輯于星期日5.4.2三相半波整流電路的有源逆變工作狀態(tài)現(xiàn)在是13頁\一共有46頁\編輯于星期日5.2.3逆變失敗與最小逆變角逆變時若換相失敗，使電路由逆變狀態(tài)進入整流狀態(tài)，輸出電壓變成正值，使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變成順向串聯(lián)，外接直流電源就會通過晶閘管電路短路，——逆變失?。孀冾嵏玻?/p>

1.逆變失敗的原因（1）觸發(fā)電路不能適時、準確地給各晶閘管分配脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時等，致使晶閘管不能正常換相（2）晶閘管發(fā)生故障，該斷時不斷，或該通時不通（3）交流電源缺相或突然消失.

（4）換相的裕量角不足，引起換相失敗現(xiàn)在是14頁\一共有46頁\編輯于星期日5.2.3逆變失敗與最小逆變角現(xiàn)在是15頁\一共有46頁\編輯于星期日5.2.3逆變失敗與最小逆變角現(xiàn)在是16頁\一共有46頁\編輯于星期日最小逆變角的限制5.2.3逆變失敗與最小逆變角現(xiàn)在是17頁\一共有46頁\編輯于星期日2.確定最小逆變角βmin的依據(jù)逆變時允許采用的最小逆變角β應(yīng)等于

βmin=δ+γ+θ′

δ:晶閘管的關(guān)斷時間tq折合的電角度，隨電流定額及是否快速型而不同。tq大的可達200～300us，折算到電角度約4～5；

γ：換相重疊角，隨直流平均電流和換相電抗的增加而增大?？蓮恼麟娐分袑?dǎo)出的公式求得：5.2.3逆變失敗與最小逆變角現(xiàn)在是18頁\一共有46頁\編輯于星期日5.2.3逆變失敗與最小逆變角考慮到：若：現(xiàn)在是19頁\一共有46頁\編輯于星期日安全余量，一般取10oβ的最小值一般取30o-35o在設(shè)計逆變電路時，觸發(fā)電路必須確保β不小于最小逆變角5.2.3逆變失敗與最小逆變角現(xiàn)在是20頁\一共有46頁\編輯于星期日

5.5PWM整流電路

前面以晶閘管為基礎(chǔ)的整流電路稱為相控整流電路，采用的移相控制技術(shù)。PWM整流電路顯然是以PWM為控制基礎(chǔ)的整流電路將逆變技術(shù)中的PWM應(yīng)用到整流電路中就構(gòu)成了PWM整流電路現(xiàn)在是21頁\一共有46頁\編輯于星期日5.5.1傳統(tǒng)整流電路存在的問題

由于交流電能大多數(shù)來自公共電網(wǎng)，因而整流電路是公共電網(wǎng)與電力電子裝置的接口電路，其性能將影響電網(wǎng)的運行和電能質(zhì)量。在傳統(tǒng)整流電路中，交流輸入電壓為正弦波，而輸入電流卻是非正弦波。如目前應(yīng)用于微機和家電的小容量開關(guān)電源普遍采用不控整流加電容濾波的方案，如下圖所示，只有整流橋輸出電壓高于電容電壓時，才會有輸入電流，交流輸入電流非正弦?，F(xiàn)在是22頁\一共有46頁\編輯于星期日直流輸出電壓只與交流輸入電壓有關(guān)但不能調(diào)控。得到輸出可控直流電壓的方案之一：相控整流單相相控整流電路輸出電壓波形脈動很大，需要很大的濾波器才能得到平穩(wěn)的直流電壓輸出電壓較低時電源功率因數(shù)低，交流電源輸入電流中仍含有大量的諧波電流（電網(wǎng)電壓畸變，危害通信線路等）5.5.1傳統(tǒng)整流電路存在的問題

現(xiàn)在是23頁\一共有46頁\編輯于星期日功率因數(shù)λ定義為有功功率P和視在功率S的比值：正弦電路功率因數(shù)是由電壓和電流的相位差決定的：非正弦電路中的情況有功功率、視在功率、功率因數(shù)的定義均和正弦電路相同，功率因數(shù)仍上式定義。設(shè)正弦波電壓有效值為U，畸變電流有效值為I，基波電流有效值及與電壓的相位差分別為I1和1。這時有功功率為：

P=UI1cos15.5.1傳統(tǒng)整流電路存在的問題

現(xiàn)在是24頁\一共有46頁\編輯于星期日

功率因數(shù)為：基波因數(shù)——ν=I1/I，即基波電流有效值和總電流有效值之比位移因數(shù)（基波功率因數(shù)）——cos1整流器輸入端功率因數(shù)與基波電流的相位移角有關(guān)，與諧波電流的大小有關(guān)5.5.1傳統(tǒng)整流電路存在的問題

現(xiàn)在是25頁\一共有46頁\編輯于星期日5.5.1傳統(tǒng)整流電路存在的問題

實際應(yīng)用中因其功率等級不同，通常有兩類PWM整流電路：1）電壓型單相單管PWM整流電路2）橋式PWM整流電路現(xiàn)在是26頁\一共有46頁\編輯于星期日5.5.2電壓型單相單管PWM整流電路

有源功率因數(shù)校正（ActivePowerFactorCorrection,APFC）就其控制策略而言，按輸入電感電流是否連續(xù)，分為電流連續(xù)模式（CCM）和電流斷續(xù)模式（DCM）?，F(xiàn)在是27頁\一共有46頁\編輯于星期日5.5.2電壓型單相單管PWM整流電路

現(xiàn)在是28頁\一共有46頁\編輯于星期日5.5.2電壓型單相單管PWM整流電路

在V導(dǎo)通時：在V關(guān)斷時：電感電流連續(xù)：現(xiàn)在是29頁\一共有46頁\編輯于星期日5.5.2電壓型單相單管PWM整流電路

電感電流連續(xù)：表明，只要D按正弦規(guī)律變化，便能確保在穩(wěn)定負載電壓的同時整流橋輸出雙半波電壓，進而能抑制電網(wǎng)電流的畸變APFC的理論依據(jù)現(xiàn)在是30頁\一共有46頁\編輯于星期日5.5.2電壓型單相單管PWM整流電路

調(diào)制信號的大小要依據(jù)輸出電壓需求確定現(xiàn)在是31頁\一共有46頁\編輯于星期日5.5.2電壓型單相單管PWM整流電路

調(diào)制信號的的小確定：1）根據(jù)表達式進行開環(huán)計算2）閉環(huán)控制現(xiàn)在是32頁\一共有46頁\編輯于星期日5.5.2電壓型單相單管PWM整流電路

對電壓進行同步現(xiàn)在是33頁\一共有46頁\編輯于星期日5.5.3電壓型橋式PWM整流電路

采用APFC技術(shù)的整流電路通常應(yīng)用與小功率場合，且其電流不可逆，屬于單象限整流器。在大功率場合或需要四象限運行的場合通常采用橋式PWM整流電路。現(xiàn)在是34頁\一共有46頁\編輯于星期日PWM整流電路也可分為電壓型和電流型兩大類，目前電壓型的較多單相半橋單相全橋交流電源5.5.3電壓型橋式PWM整流電路

現(xiàn)在是35頁\一共有46頁\編輯于星期日單相全橋PWM整流電路的工作原理正弦信號波和三角波相比較的方法對圖中的V1～V4進行SPWM控制，就可以在橋的交流輸入端AB產(chǎn)生一個SPWM波uABuAB中基波分量的頻率和正弦調(diào)制信號波同頻率且幅值成比例的；uAB中頻率很高的諧波和三角波載波有關(guān)的5.5.3電壓型橋式PWM整流電路

現(xiàn)在是36頁\一共有46頁\編輯于星期日單相全橋PWM整流電路的工作原理1）交流電源電壓一定情況下，控制UAB便可實現(xiàn)交流電流控制2）UAB中與PWM頻率相關(guān)的高次諧波對交流電感中電流的影響較小——分析時可只考慮UAB中的基波成分。5.5.3電壓型橋式PWM整流電路

現(xiàn)在是37頁\一共有46頁\編輯于星期日δ·Us·UL·UR·UAB·Is單位功率因數(shù)整流δ·Us·UR·UAB·Is·UL單位功率因數(shù)逆變δ·Us·UR·UAB·Is·UL容性無功（靜止無功發(fā)生器SVG）Ｉs超前角為

δ·Us·UR·UABIs·UL5.5.3電壓型橋式PWM整流電路

現(xiàn)在是38頁\一共有46頁\編輯于星期日Ｉs超前角為

δ·Us·UR·UABIs·UL5.5.3電壓型橋式PWM整流電路

現(xiàn)在是39頁\一共有46頁\編輯于星期日對單相全橋PWM整流電路工作原理的進一步說明（工作模式）

5.5.3電壓型橋式PWM整流電路

現(xiàn)在是40頁\一共有46頁\編輯于星期日由于是按升壓斬波電路工作，如控制不當(dāng)，直流側(cè)電容電壓可能比交流電壓峰值高出許多倍，對器件形成威脅另一方面，如直流側(cè)電壓過低，例如低于us的峰值，則uAB中就得不到控制電流所需的足夠高的基波電壓幅值，或uAB中含有較大的低次諧波，這樣就不能按需要控制is，is波形會畸變可見，電壓型PWM整流電路是升壓型整流電路，其輸出直流電壓可從交流電源電壓峰值附近向高調(diào)節(jié)，如要向低調(diào)節(jié)就會使性能惡化，以至不能工作δ·Us·UL·UR·UAB·Is5.5.3電壓型橋式PWM整流電路

現(xiàn)在是41頁\一共有46頁\編輯于星期日5.5.3電壓型橋式PWM整流電路

現(xiàn)在是42頁\一共有46頁\編輯于星期日2．三相PWM整流電路最基本的P