有源逆變與相控變流器

第三章有源逆變

與相控變流器特性March3,20000北方交通大學(xué)電氣工程系要求及重點(diǎn)理解和掌握單相、三相有源逆變電路的工作原理，有源逆變的應(yīng)用和整流電路的功率因數(shù)及其改善的方法。重點(diǎn)：波形分析法，有源逆變的條件和有源逆變失敗的原因。March3,20001北方交通大學(xué)電氣工程系逆變電路的分類根據(jù)逆變輸出交流電能去向分類：有源逆變以電網(wǎng)為負(fù)載變流裝置（變流器）無源逆變以用電器為負(fù)載變頻器March3,20002北方交通大學(xué)電氣工程系電源間能量的流轉(zhuǎn)關(guān)系(a)E1

E2

時(shí)(b)E2

E1

時(shí)(c)電源反

極性相連March3,20003北方交通大學(xué)電氣工程系電源間能量的流轉(zhuǎn)關(guān)系（續(xù)）電流從電源的正極流出者，該電源為輸出功率；電流從電源的負(fù)極流出者，該電源為輸入功率。兩個(gè)電源反極性相連時(shí)，如果電路總電阻很小，會形成電源間短路故障。March3,20004北方交通大學(xué)電氣工程系單相橋式有源逆變電路變流器工作于整流狀態(tài)（0

2）

Ud

0,E

0

Ud

EMarch3,20005北方交通大學(xué)電氣工程系單相橋式有源逆變電路（續(xù)）變流器工作于逆變狀態(tài)（

2

）

Ud

0,E

0

Ud

E

March3,20006北方交通大學(xué)電氣工程系實(shí)現(xiàn)有源逆變的條件有一個(gè)直流電源，極性為上“

”下“+”；變流器的

2，即

Ud

0

Ud

E

E約等于Ud半控電路或具有續(xù)流二極管的電路，不能實(shí)現(xiàn)有源逆變，因?yàn)椋翰荒茌敵鲐?fù)電壓E的極性不能為上“

”下“+”；March3,20007北方交通大學(xué)電氣工程系改變電樞電勢E極性的方法某些機(jī)械能隨著工況的不同自動(dòng)改變E的

極性（如直流卷揚(yáng)機(jī)）。改變勵(lì)磁電流方向。反接電樞回路。在可逆拖動(dòng)系統(tǒng)中，通常采用兩套變流器

相互切換。March3,20008北方交通大學(xué)電氣工程系三相半波有源逆變電路變流器工作于整流狀態(tài)（0

2）

Ud

0,E

0Ud

EMarch3,20009北方交通大學(xué)電氣工程系三相半波有源逆變電路（續(xù)）變流器工作于逆變狀態(tài)（

2

）

Ud

0,E

0

Ud

E

March3,200010北方交通大學(xué)電氣工程系三相半波有源逆變電路（續(xù)）March3,200011北方交通大學(xué)電氣工程系逆變角的計(jì)算為了方便，電路進(jìn)入逆變狀態(tài)時(shí)，通常用逆變角（或稱引前觸發(fā)角）表示。規(guī)定：角計(jì)算的起始點(diǎn)為控制角=處，計(jì)算方法為自=（=0）的起始點(diǎn)向左方計(jì)量。、的關(guān)系：=－或＋=March3,200012北方交通大學(xué)電氣工程系三相半波電路逆變電壓的計(jì)算變流器直流側(cè)電壓計(jì)算公式考慮換相重疊角March3,200013北方交通大學(xué)電氣工程系三相橋式全控有源逆變電路變流器工作于逆變狀態(tài)（

2

）

Ud

0,E

0

Ud

E

March3,200014北方交通大學(xué)電氣工程系逆變失敗定義：逆變運(yùn)行時(shí)，一旦發(fā)生換相失敗，使整流電路由逆變工作狀態(tài)進(jìn)入整流工作狀態(tài)，Ud又重新變成正值，使輸出平均電壓和直流電勢變成順向串聯(lián)，外接的直流電源通過SCR電路形成短路，這種情況稱為逆變失敗，或稱為逆變顛覆。March3,200015北方交通大學(xué)電氣工程系逆變失敗的原因觸發(fā)電路工作不可靠觸發(fā)脈沖丟失（見左圖）觸發(fā)脈沖延遲（見右圖）March3,200016北方交通大學(xué)電氣工程系逆變失敗的原因（續(xù)）晶閘管發(fā)生故障（見左圖）換相的裕量角不足（見右圖）交流電源發(fā)生異?，F(xiàn)象March3,200017北方交通大學(xué)電氣工程系避免逆變失敗的措施采用可靠的觸發(fā)電路；選用可靠的SCR，防止誤導(dǎo)通；加快速熔斷器或快速開關(guān)；逆變角不能太小，必須限制在某一允許的最小角度內(nèi)。March3,200018北方交通大學(xué)電氣工程系確定最小逆變角

min的依據(jù)最小逆變角

min=+

+

:SCR的關(guān)斷時(shí)間tq折合的電角度，

叫恢復(fù)阻斷角，=tq

:換相重疊角

:安全裕量角在可逆直流拖動(dòng)系統(tǒng)中，一般要求

min

minMarch3,200019北方交通大學(xué)電氣工程系固定逆變角與自調(diào)逆變角的有源逆變固定逆變角

固定

min

max+在大部分工作期間是以過大的

角運(yùn)行，使得電機(jī)再生制動(dòng)時(shí)的功率因數(shù)下降，電流和電壓波形畸變加大，增加了干擾。自調(diào)逆變角（固定恢復(fù)阻斷角）

隨負(fù)載變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)，

min=+March3,200020北方交通大學(xué)電氣工程系保證再生制動(dòng)工作點(diǎn)穩(wěn)定的方法

Ud=E－IdR

Ud

=－Ud0cos

E=Ce

n改變勵(lì)磁電流改變變壓器電壓調(diào)節(jié)

角March3,200021北方交通大學(xué)電氣工程系有源逆變的應(yīng)用高壓直流輸電March3,200022北方交通大學(xué)電氣工程系有源逆變的應(yīng)用（續(xù)）繞線式異步電動(dòng)機(jī)晶閘管串級調(diào)速M(fèi)arch3,200023北方交通大學(xué)電氣工程系有源逆變的應(yīng)用（續(xù)）直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)March3,200024北方交通大學(xué)電氣工程系多相整流電路的諧波分析任何周期性波形都可以分解為直流分量、正弦波基波分量和一系列頻率為基波整數(shù)倍的諧波分量。整流電路的諧波包括：變流器直流側(cè)諧波交流電源側(cè)諧波March3,200025北方交通大學(xué)電氣工程系變流器直流側(cè)諧波分析（=0）在（

m~m）傅立葉級數(shù)分析ud以2

m為周期March3,200026北方交通大學(xué)電氣工程系直流側(cè)諧波分析（=0）（續(xù)）因此在整流輸出電壓中，諧波級次

n一定是脈波數(shù)m的整數(shù)倍。根據(jù)傅立葉級數(shù)分析結(jié)果March3,200027北方交通大學(xué)電氣工程系直流側(cè)諧波分析（=0）（續(xù)）兩相半波電路（m=2）三相半波電路（m=3）March3,200028北方交通大學(xué)電氣工程系直流側(cè)諧波分析（=0）（續(xù)）三相橋式電路（m=6）脈波數(shù)（相數(shù)）的增加使諧波中最低次諧波的頻率增加，同時(shí)其幅值迅速減少。增加整流器的脈波數(shù)m，對減少直流側(cè)諧波、改善輸出波形質(zhì)量有重要的作用。March3,200029北方交通大學(xué)電氣工程系直流側(cè)諧波分析（>0）空載直流電壓的n次諧波的有效值整流器輸出直流電壓中的諧波分量，將隨延遲角

的增大而顯著上升。March3,200030北方交通大學(xué)電氣工程系交流電源側(cè)諧波電流分析對于理想的m脈波整流器，則在交流側(cè)只有下列級次的諧波電流：=mk1每個(gè)諧波電流分量的幅值為基波電流的1/，即諧波電流分量的大小與其頻率成反比。實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)需要比較精確的檢測變流器交流側(cè)諧波電流時(shí)，必需同時(shí)考慮到脈波數(shù)

m、延遲角

和重迭角

三個(gè)參數(shù)的影響。March3,200031北方交通大學(xué)電氣工程系整流電路的功率因數(shù)定義整流電路電網(wǎng)側(cè)有功功率與視在功率之比計(jì)算方法

=cos

cos：位移系數(shù)

:電流畸變系數(shù)也可用=Pd/S

計(jì)算March3,200032北方交通大學(xué)電氣工程系功率因數(shù)的改善方法全控變流器的半控工作