電力電子技術(shù)課件二

2.7整流電路的有源逆變狀態(tài)2.7.1逆變的概念

1．逆變及有源逆變

逆變是將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，是整流的逆過程。

逆變分為有源逆變和無源逆變。

有源逆變是將直流電逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率的交流電，直接回送給電網(wǎng)，即其逆變電路的交流側(cè)和電網(wǎng)相連。無源逆變則是將直流電逆變?yōu)槟骋活l率或頻率可調(diào)的交流電，直接供負(fù)載使用，即其逆變電路的交流側(cè)和負(fù)載相連。

2.兩電源之間的能量傳遞

同極性相連;EG＞EM;同極性相連;EM＞EG;反極性相連

電動運(yùn)行發(fā)電運(yùn)行短路3.有源逆變的工作原理及條件

(1)α＜90°,輸出Ud為正值,M電動運(yùn)行,EM上正下負(fù)。晶閘管裝置工作在整流狀態(tài)，供能；M吸收能量,電動運(yùn)行。(2)α＞90°,且使Ud＜EM，Ud與前整流時Ud極性相反，VT會導(dǎo)通。

M供能，工作于發(fā)電制動狀態(tài)；晶閘管裝置吸收能量，并送交流電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)有源逆變。

總結(jié)：在一周期內(nèi)，并不是每一瞬時都進(jìn)行有源逆變，只是一周期內(nèi)逆變時間大于整流時間（因?yàn)棣粒?0°），總的來看，電路工作在有源逆變狀態(tài)。

實(shí)現(xiàn)有源逆變的條件：

必要條件（1）要有直流電源E，且滿足E的方向?yàn)槭咕чl管導(dǎo)通的方向及E的數(shù)值應(yīng)大于變流器直流側(cè)的平均電壓；（2）要求α＞90°，使Ud為負(fù)值。

充分條件：要有足夠大的電感L，以使逆變連續(xù)進(jìn)行。

逆變和整流的區(qū)別：控制角不同

0<<p

/2時，電路工作在整流狀態(tài)。

p

/2<

<

p時，電路工作在逆變狀態(tài)。問題:單相橋式全控整流電路帶阻感性負(fù)載，當(dāng)工作在0<<p

/2時，是否在一個周期內(nèi)都處于整流狀態(tài)？討論：

以下電路哪些可以實(shí)現(xiàn)有源逆變？為什么？半控橋或有續(xù)流二極管的電路，因其整流電壓ud不能出現(xiàn)負(fù)值，也不允許直流側(cè)出現(xiàn)負(fù)極性的電動勢，故不能實(shí)現(xiàn)有源逆變。2.7.2三相整流電路的有源逆變工作狀態(tài)

1.逆變角

β定義:α=π-β,即α+β=π,則β=π-α。

Ud=Udo×cosα=-Udo×cosβα、β是從兩個方向表示晶閘管的觸發(fā)時刻。

2.三相半波有源逆變電路

能量傳遞關(guān)系：EM的正極流出電流，因此它提供能量，經(jīng)晶閘管電路把直流電能逆變?yōu)榻涣麟娔芑仞侂娋W(wǎng)。3.三相橋式全控整流電路的有源逆變狀態(tài)

計(jì)算:(以三相電路為例）

Ud、EM均為負(fù)值

EM為負(fù)值，Pd

故為負(fù)值，表示功率由直流側(cè)送交流電源

注意：在變流器中確定電網(wǎng)是輸入功率還是輸出功率一般從直流側(cè)來分析決定。逆變時，一旦換相失敗，外接直流電源就會通過晶閘管電路短路，或使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變成順向串聯(lián)，形成很大短路電流。2.7.3逆變失敗與最小逆變角的限制

逆變失敗提出的原因

整流：逆變：一.失敗的原因1.觸發(fā)電路的原因

脈沖丟失、脈沖分布不均勻。2.晶閘管本身的原因3.交流電源方面的原因缺相、電源突然斷電、電網(wǎng)電壓波動使同步電壓波動,造成脈沖丟失。4.逆變角β太小

β＞γ(換相重疊角),正常。

若β＜γ:即β=0時換流還沒有結(jié)束，前一相繼續(xù)導(dǎo)通，換相失敗。二.最小逆變角βmin的確定

1.考慮的因素

(1).換相重疊角γ(15°～25°),可查手冊或由公式計(jì)算。(2).晶閘管的關(guān)斷時間tq所對應(yīng)的電角度δ,可達(dá)200～300μs,δ為4°～5°。(3).安全裕量θ＇,取10°。βmin=γ+δ+θ＇=(15°～25°)+（4°～5°）+10°=30°～35°2.限制方法

(1).觸發(fā)電路在β=βmin處附加一組固定脈沖。(2).逆變角保護(hù)電路

(3).Uc加限幅電路。

提示：哪些地方會用到有源逆變呢？繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的晶閘管串級調(diào)速

高壓直流輸電晶閘管直流電動機(jī)可逆拖動系統(tǒng)晶閘管直流電動機(jī)系統(tǒng)——晶閘管可控整流裝置帶直流電動機(jī)負(fù)載組成的系統(tǒng)。是電力拖動系統(tǒng)中主要的一種。是可控整流裝置的主要用途之一。2.8晶閘管直流電動機(jī)系統(tǒng)

對該系統(tǒng)的研究包括兩個方面：其一是在帶電動機(jī)負(fù)載時整流電路的工作情況。其二是由整流電路供電時電動機(jī)的工作情況。本節(jié)主要從第二個方面進(jìn)行分析。直流電動機(jī)的四象限運(yùn)行？？問題1有些場合要求電力拖動系統(tǒng)能夠提供正、反向運(yùn)行并能實(shí)現(xiàn)快速制動，具有上述功能的系統(tǒng)，由于其機(jī)械特性分別位于四個象限，故稱具有四象限的電力拖動系統(tǒng)。？問題2他勵直流電動機(jī)改變轉(zhuǎn)向的方法？電樞反接勵磁繞組反接？問題3他勵直流電動機(jī)的制動方法？能耗制動反接制動回饋制動nT0指能夠控制電動機(jī)正反轉(zhuǎn)的自動控制系統(tǒng)。很多生產(chǎn)設(shè)備如起重提升設(shè)備、電梯、軋鋼機(jī)軋輥等均要求電動機(jī)能夠正反雙向運(yùn)轉(zhuǎn)，這就是可逆拖動問題。利用變流裝置供電的直流可逆拖動系統(tǒng)，除了能方便地實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)外，還能實(shí)現(xiàn)回饋制動。對于直流他勵電動機(jī)來說，改變電樞兩端電壓的極性或改變勵磁繞組兩端電壓的極性均可改變其運(yùn)轉(zhuǎn)方向，這可根據(jù)應(yīng)用場合和設(shè)備容量的不同要求加以選用。按照所用晶閘管變流裝置組數(shù)的不同，一般又可通過兩種方法實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制：1）一種是采用一組晶閘管變流器給電動機(jī)供電、用接觸器控制電樞電壓極性的電路；2）另一種是采用兩組晶閘管變流器反極性連接組成的可逆電路。2.8.1直流可逆拖動系統(tǒng)1.兩組晶閘管反并聯(lián)組成的α=β工作制的有環(huán)流系統(tǒng)電路中的環(huán)流：環(huán)流是指只在兩組變流器之間流動而不經(jīng)過負(fù)載的電流。橋式電路有兩個環(huán)流回路，三相半波電路同一時期只有一條環(huán)流回路。環(huán)流一般不作有用功，環(huán)流產(chǎn)生的損耗可使電器元件發(fā)熱，甚至還會造成短路事故，因此必須設(shè)法使變流裝置不產(chǎn)生環(huán)流。

用一個控制電壓Uc控制I、Ⅱ兩組變流橋的控制角，使它們同步的向相反的方向變化。（1）開始時，αI=βⅡ=90°，電動機(jī)轉(zhuǎn)速為零。（2）αI＜90°，I組進(jìn)入整流狀態(tài)，交流電源供能，電動機(jī)正轉(zhuǎn)電動運(yùn)行βⅡ＜90°（且αI=βⅡ），此時Ⅱ組橋雖可以有輸出電壓Ud，但因不滿足|EM

|＞|Ud|而沒有逆變電流，稱這種狀態(tài)為待逆變狀態(tài)。α=β工作制觸發(fā)脈沖的具體實(shí)施如下：（3）正轉(zhuǎn)溫到反轉(zhuǎn)薪：使αI和βⅡ同時增停大分別贈進(jìn)入逆淹變和整姨流區(qū)本組敏逆變乘：αI↑＞90純°（即βI＜90糕°）Id↓=妄0反組待弦整流：βⅡ↑＞90°桑（即αⅡ＜90°棵）反組逆姨變（正由轉(zhuǎn)）:αⅡ↑＞90奪°（即βⅡ＜90°缺）且使|EM|＞|UdⅡ|正組待扇整流：αI=βⅡ＜90相°電感儲筍能回送姨電網(wǎng)，石電動機(jī)衛(wèi)正轉(zhuǎn)電鄰動運(yùn)行華。機(jī)械能距回送電朝網(wǎng)，電譽(yù)動機(jī)回符饋制動狹。βⅡ↑（4）反轉(zhuǎn)蛙運(yùn)行：βⅡ↑=9聲0°n↓=0,EM=0,αⅡ＜90眠°，Ⅱ組進(jìn)鬧入整流狀態(tài)，胡交流電際源供能息，電動葡機(jī)反轉(zhuǎn)拳電動黃運(yùn)行βI＜90儀°，因不邊滿足|EM|＞|Ud|而沒百有逆外變電腥流，待逆變營狀態(tài)。α=β配合控罵制的有帶環(huán)流可庫逆系統(tǒng)對正湯、反摧兩組但變流罰器同撞時輸圈入觸蝕發(fā)脈配沖，夕并嚴(yán)劫格保淡證α=β的配合谷控制關(guān)治系。假設(shè)正賴組為整趁流，反浸組為逆積變，即銹有αⅠ=βⅡ，UdⅠ=UdⅡ，且極性均相抵，掘兩組變務(wù)流器之壩間沒有確直流環(huán)崗流。但兩池組變幅流器躲的輸晶出電跨壓瞬暑時值闖不等求，會議產(chǎn)生脈動環(huán)免流。串入環(huán)流電矩抗器LC限制環(huán)俗流。一個回衫路要有長兩只環(huán)媽流電抗武器，因總為其中撫一只會落流過負(fù)仇載電流詞而飽和亞，從而換起不到鑒抑制環(huán)備流的作慰用。特點(diǎn)寺：快厘速性窯好，蜻但需貪加環(huán)存流電籠抗器忘，適察合于頓中小塌容量搞的系沾統(tǒng)。邏輯控蘿制無環(huán)御流可逆吼電路就升是利用構(gòu)邏輯單理元來控井制變流夢器之間饅的切換唯過程，馬使電路堂在任何凈時間內(nèi)姿只允許蹲兩組橋狂路中的變一組橋帥路工作卸而另一詠組橋路移處于阻菊斷狀態(tài)訪，這樣報在任何俯瞬間都辟不會出炮現(xiàn)兩組湖變流橋卻同時導(dǎo)羊通的情臭況，也棵就不會浴產(chǎn)生環(huán)腦流。2.邏媽輯無身環(huán)流運(yùn)系統(tǒng)工程思上使踐用較蘇廣泛拜，不宜需設(shè)劣置環(huán)汽流電哈抗器搞。只有一獲組橋投饑入工作屋（另一飛組關(guān)斷早），兩應(yīng)組橋之裝間不存授在環(huán)流課。兩組歡橋之侄間的痕切換勤過程攤：電動賽機(jī)正秤轉(zhuǎn)：給城Ｉ組基變流拉橋加餃觸發(fā)喊脈沖亮，αＩ＜90偷°，為余整流萍狀態(tài)懶；Ⅱ組橋封亭鎖阻斷場。電動材機(jī)為“宣正轉(zhuǎn)電被動”運(yùn)帳行，工賣作在第出一象限斯。電動劑機(jī)由幼正轉(zhuǎn)刑到反瘋轉(zhuǎn)：觸發(fā)脈輸沖后移濱到αＩ＞90°，電欲抗器Ld中的回一部穴分儲右能經(jīng)I組橋逆究變反送電回電網(wǎng)Id=0I組橋封避鎖延時3－10m襯sⅡ組加觸逆發(fā)脈沖旅，且使βⅡ＜90這°，進(jìn)入有凍源逆變流狀態(tài)βⅡ↑=9癢0°，n↓=0βⅡ＞90蛙°則Ⅱ組橋進(jìn)誕入整流萬狀態(tài)，太電動機(jī)幕開始反耳轉(zhuǎn)，進(jìn)植入第三峰象限的繡“反轉(zhuǎn)書電動”分運(yùn)行狀戚態(tài)。特點(diǎn)：克可省去榨環(huán)流電鴿抗器，揉沒有附管加的環(huán)杜流損耗俯。由于延遷時造成推了電流餡換向死也區(qū)，影遭響過渡拆過程的病快速性份。首先應(yīng)幸使已導(dǎo)貌通橋的溉晶閘管佳斷流，古要妥當(dāng)江處理使總主回路杰電流變羞為零，鹽使原導(dǎo)仔通晶閘陽管恢復(fù)抄阻斷能輛力。隨后裂再開另通原騰封鎖乞著的百晶閘怖管，莊使其鵝觸發(fā)雜導(dǎo)通仰。這種渠無環(huán)色流可裝逆系伴統(tǒng)中愉，變箏流器同之間蕉的切轎換過染程由歌邏輯此單元休控制筋，故際稱為邏輯控?fù)裰茻o環(huán)上流系統(tǒng)。此系統(tǒng)間，將在側(cè)后繼課欣“電力勿拖動自貓動控制持系統(tǒng)”皆中進(jìn)一撓步分析捐討論。邏輯痰無環(huán)毒流系岡統(tǒng)2.8月.2工作于文整流狀匙態(tài)時的機(jī)械識特性整流窮電路盼接反波電動急勢負(fù)君載時拍，負(fù)胖載電繩流斷暑續(xù)，芬對整鹽流電匯路和伙電動采機(jī)的勉工作油都很沙不利。通常在料電樞回怖路串聯(lián)犯一平波席電抗器偉，保證妥整流電控流在較尾大范圍罷內(nèi)連續(xù)著。udOidwtuaubucaudOiaibicicwtEUdidR一.電凈流連續(xù)耀時直流約電動機(jī)炕的機(jī)械沈特性Ri為整隙流電讀路的是等效最內(nèi)阻電動機(jī)伸電樞回辨路的電濾壓平衡腥方程式對于三淡相半波禿可控整犁流電路趣有稱為心電動度機(jī)電文樞回鳥路總襲的等棉效電旱阻用轉(zhuǎn)速犧與負(fù)載駱電流表禾示的機(jī)獨(dú)械特性謙為其機(jī)武械特然性是付一組平行或的直君線，其畢斜率稀由于顫內(nèi)阻悼不一塞定相濾同而懲稍有霞差異閥。調(diào)節(jié)a角，餅即可重調(diào)節(jié)芬電動陰機(jī)的然轉(zhuǎn)速茫。當(dāng)負(fù)摸載減張小時棵，平抽波電撒抗器縣中的尤電感腳儲能我減小米，致壤使電于流不灣再連善續(xù)，速此狐時其命機(jī)械盡特性盆也就滔呈現(xiàn)催出非秘線性張。二.來電露流斷排續(xù)時雕直流予電動烘機(jī)的象機(jī)械居特性1.電動機(jī)儲的理想給空載轉(zhuǎn)傳速no升高2.漁機(jī)械羽特性安變軟3.隨涉著α的增大瘦，進(jìn)入腎斷續(xù)區(qū)代的臨界努電流值睬增大機(jī)械鈴特性閱中電榆流斷親續(xù)時端的特拒性和括電流報連續(xù)藍(lán)時的送特性薦的交罷界點(diǎn)嘴的電瞞流，粒定義腎為臨凳界電霸流，衛(wèi)用IdK來表示住。為使轎電動船機(jī)運(yùn)冶行在皮較好屬的工裳作狀茶態(tài)，測一般隔要求貌系統(tǒng)政的最旅小工殊作電結(jié)流（持一般際取電摩動機(jī)挑額定鬧電流編的5％～10％）嘗要大鹿于IdK，這找樣就叫能保上證電權(quán)動機(jī)振工作裝在電適流連奮續(xù)的孫機(jī)械轟特性團(tuán)較好突的直軋線段截。為付此，濃就要駕選用外電感扛量足漫夠大淺的平見波電謙抗器軟。L不僅城包括欺了平含波電詳抗器重電感蝴量，李還包晉括由溝變壓跳器的幅漏感LT、電動機(jī)塵電樞電乓感LD。單相糧橋式岡全控仁整流綿電路三相半愁波可控蘋整流電聯(lián)路三相楊橋式炎全控雀整流搜電路單位居是mH2.壘8.3工作于黑有源逆阿變狀態(tài)稅時的機(jī)械特分性電流朽連續(xù)速時的輪機(jī)械斧特性喘由良決定眉的。逆變時蹲由于慮，用反葡接，得因?yàn)镋M=Cen，可求籍得電奮動機(jī)肯的機(jī)叉械特車性方親程式正組變流器反組變流器na3a2a1Ida4b2b3b4b1a=b=p2a'=b'=p2b'3b'2b'1b'4a'2a'3a'4a'1a1=b'1;a'1=b1a2=b'2;a'2=b2a增大方向'b增大方向'a增大方向b增大方向逆變米電流姜斷續(xù)穿時電計(jì)動機(jī)肚的機(jī)嫩械特蘇性，添與整巖流時柏十分漁相似君：理想映空載筑轉(zhuǎn)速儲上翹鋤很多僵，機(jī)婚械特恐性變恭軟，角且呈型現(xiàn)非線性。逆變狀蝴態(tài)的機(jī)映械特性糾是整流旅狀態(tài)的延續(xù)。第1恥、4脊象限隸中和率第3亮、2災(zāi)象限委中的療特性匠是分射別屬見于兩飼組變籃流器他的，惠它們艘輸出側(cè)整流內(nèi)電壓擦的極產(chǎn)性彼病此相勸反，掌故分拼別標(biāo)年以正組和反組變流珠器。正組變流器反組變流器na3a2a1Ida4b2b3b4b1a=b=p2a'=b'=p2b'3b'2b'1b'4a'2a'3a'4a'1a1=b'1;a'1=b1a2=b'2;a'2=b2a增大方向'b增大方向'a增大方向b增大方向5.三梯相半波畫可控整邀流電路貨對直流飼電動機(jī)謎供電，α=愚60艱°時，電廳動機(jī)理首想空載逐轉(zhuǎn)速為no=10昨00r繡／mi群n。求：α=3描0°和α=1籌20°時no為多智少？解：因?yàn)棣?3徒0°時α=1岔20°時3.亂單置相橋毛式半故控整脅流電欲路，洪由2艙20V經(jīng)變踩壓器語供電玩。負(fù)互載為淚大電膛感負(fù)國載并火接有獲續(xù)流幅二極貿(mào)管。宜要求辰整流穿電壓態(tài)20V～瞧80驢V連續(xù)泊可調(diào)我，最聽大負(fù)吵載電技流為扮20A。最小叼控制她角為攪30固°。飄求：VT計(jì)、V貧D、樓VDR的額定鑒電流以穿及TR的二次茫側(cè)容量路。解（1）Ud=80促V時，αmin=30遵°。Ud=20四V時，條對應(yīng)αma蜘x（2墾）籃計(jì)算IT時，αmin=3惹0°（3芝）妥計(jì)算IVD染R時，αma時x=12翅2.3持°（4）哥計(jì)算S2時，αmi挽n=30準(zhǔn)°4.凍三相臘橋式于全控欠整流鉗電路枝，反戶電動貢