电力电子技术 教学课件 作者 曾方 第4章有源逆变电路.ppt

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1、第4章有源逆变电路本章学习内容4.1有源逆变电路4.2三相逆变电路4.3逆变电路的应用如何将交流电源变换成直流电源？简单！用前面学过的整流电路就行！这个吗？…….那如何将直流电源变换成交流电源？逆变的概念生产实际中，往往出现需要将直流电能变换为交流电能的情况。例如，应用晶闸管整流供电的电力机车，当机车下坡运行时，机车上的直流电机将由于机械能的作用作为直流发电机运行，此时就需要将直流电能变换为交流电能回送电网，以实现电机制动。这种对应于整流的逆向过程，定义为逆变。实现逆变的电路及装置称为逆变电路、逆变器。根据输出交流电能的去向，逆变器电路可分为有源逆变和无源逆变两大类。如果将逆变器的交流侧接到交

2、流电网上，把直流电逆变为同频率的交流电反送到电网上，称为有源逆变。它用于直流电动机的调速、绕线型异步电动机的串级调速、电力机车的下坡行驶、电梯和卷扬机的重物下放时、高压直流输电和太阳能发电等方面。如果逆变器的交流侧不与交流电网连接，而是直接接到负载，即把直流电逆变为某一固定频率或可调频率的交流电供给负载，则称为无源逆变。它在交流电动机的变频调速、感应炉加热、不间断电源、开关电源等方面应用十分广泛，是电力电子技术应用的一个重要方向。逆变的概念4.1有源逆变电路4.1.1认识整流与逆变的关系同一电力元件主电路和控制电路既可用作整流又能用于逆变。不同的仅是控制角所在区间不一样。所以称此类电路为变流电

3、路或变流器。有源逆变电路和整流电路一样，种类很多，如果按相数来分，可分为单相、三相和多相整流电路；电路结构：4.1有源逆变电路4.1.1认识整流与逆变的关系能量传递：整流时能量是交流电网发出经过电路转换成直流电供给负载，如图4.1(a)所示。而逆变时能量是直流电源（此电源或为电机或为直流电池）经过电路转换成交流电返回给电网或者给负载，如图4.1(b)所示。4.1.2有源逆变电路的工作过程4.1有源逆变电路以卷扬机械为例，由单相全波整流电路供电给直流电动机为动力，分析提升和下放重物两种工作情况。1.提升重物时，变流器工作于整流状态(0°≤α≤90°)4.1有源逆变电路4.1.2有源逆变电路的工作

4、过程电动机M处于电动状态，提升重物。整流器输出功率，电动机吸收功率。输出平均电流Id为：式(4-1)中E为电动机的反电动势，Rd为电机绕组电阻如果减小α则Ud增大，Id瞬时随之增大，导致电动机电磁转矩增大而大于负载转矩，电机做加速运行，转速升高，提升速度加快。随着转速升高，E=CeФn增大，使Id随转速的升高而逐渐降底，当Id随减小至Ud增大前的数值时，电路达到平衡，电机结束加速过程，在较高的转速下匀速提升重物。反之α增大则电动机转速会下降。所以，改变控制角α可以方便地改变提升速度。(4-1)2.下放重物时，变流器工作于逆变状态(0°≤α≤90°)4.1有源逆变电路4.1.2有源逆变电路的工作

5、过程下放重物时由于重力作用，重物的重力拖动电动机反转，使电动机处于发电状态。电机反转时其电动势E的极性也发生改变，上负下正，如图4.2(b)所示。如果整流电路的控制角α仍在0°～90°范围内变化，Ud的极性就不会变，这样就会和电动势E顺向串联形成短路。为了保证安全，要求Ud的极性必须反过来，即上负下正。因此，整流电路的控制角α必须在90°～180°范围内变化。此时，电流Id为：4.1.2有源逆变电路的工作过程由于晶闸管的单向导电性，Id方向仍然应该是从整流电路流入电动机负载保持不变。如果逆变时

6、E

7、<

8、Ud

9、，则因晶闸管的单向导电性不能改变Id的方向而迫使Id=0，如果

10、E

11、>

12、Ud

13、，则Id

14、将保持整流状态时的方向，使回路中有电流通过，只是此时是由电动机电动势E的正极流出，负极流入而构成回路的，所以电动机的电势

15、E

16、必须大于

17、Ud

18、逆变回路中才能有电流。此时晶闸管的阳极电位大部分处于交流电压的负半周期，但由于有外接直流电动势E的存在，使晶闸管仍然承受正向电压导通。电动势E的极性发生了改变但电流的方向不变，因此处于发电状态的电动机就发出功率，通过变流电路，将直流功率逆变成50HZ的交流电返送回电网，这就是有源逆变工作状态。4.1.2有源逆变电路的工作过程从上述的分析可以归纳出要实现有源逆变有两个条件：①外部条件：要有一个能提供能量的直流电源，其极性必须与晶闸管的导通方向一致。其值应大

19、于变换电路的输出电压Ud。②内部条件：变流电路必须工作在α>90°的区域内。这两个条件缺一不可。由于半控桥式整流电路或有续流二极管的可控整流电路不能输出负电压，在直流侧也不能出现负极性的电压，故不能实现有源逆变。4.1有源逆变电路4.2三相逆变电路4.2.1三相半波逆变电路的工作过程图4.3为三相半波可控电路，其负载为电动机。电动机的反电动势E的极性如图4.3(a)所示，当

20、E

21、>

22、Ud

23、，控制角