直流-交流变换电路教学教材.ppt

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1、直流-交流变换电路4.2有源逆变电路4.2.1单相双半波有源逆变电路1、电路结构2、工作原理1）整流状态（0≤α﹤90°）当α等于零时，输出电压瞬时值ud在整个周期内全部为正；当90°>α>0时，ud在整个周期内有正有负，但正面积总是大于负面积，故平均值Ud为正值，其极性是上正下负，如上图a。通常Ud略大于E，此时电流Id从Ud的正端流出，从E的正端流进。电机M吸收电能，作电动运行，电路把从交流电网吸收的电能转变成直流电能输送给电动机，电路工作在整流状态，电机M工作在电动状态。2）逆变状态（90°﹤α≤180°）逆变是将电机吸收的直流电能转变成交流反馈回电网。由于晶闸管的单向导电性，负载电流

2、Id不能改变方向，只有将E反向，即电机作发电运行才能回馈电能；为避免Ud与E顺接，此时将Ud的极性也反过来，如上图b示。要使Ud反向，α应该大于90°。当α在90°﹤α≤180°间变动时，输出电压瞬时值ud在整个周期内有正有负，但负面积大于正面积，故平均值Ud为负值，见上图b所示。此时E略大于Ud，电流Id的流向是从E的正端流出，从Ud的正端流入，逆变电路吸收从电机反送来的直流电能，并将其转变成交流电能反馈回电网，这就是该电路的有源逆变状态。要使整流电路工作在逆变状态，必须满足两个条件：1）变流器的输出Ud能够改变极性（内部条件）。由于晶闸管的单向导电性，电流Id不能改变方向，为实现有源逆变

3、，必须改变Ud的极性。即让变流器的控制角α＞90°即可。2）须有外接的提供直流电能的电源E。E也要能改变极性，且有（外部条件）。3、逆变角β逆变状态时的控制角称为逆变角β，规定以α=π处作为计量β角的起点，大小由计量起点向左计算。满足如下关系：4.2.2逆变失败与最小逆变角的限制1、逆变失败可控整流电路运行在逆变状态时，一旦发生换相失败，电路又重新工作在整流状态，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，使变流器的输出平均电压Ud和直流电动势E变成顺向串联，由于变流电路的内阻很小，将出现很大的短路电流流过晶闸管和负载，这种情况称为逆变失败，或称为逆变颠覆。造成逆变失败的原因：（1）触发电路工

4、作不可靠。不能适时、准确地给各晶闸管分配触发脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等。（2）晶闸管发生故障。器件失去阻断能力，或器件不能导通。（3）交流电源异常。在逆变工作时，电源发生缺相或突然消失而造成逆变失败。（4）换相裕量角不足，引起换相失败。应考虑变压器漏抗引起的换相重叠角、晶闸管关断时间等因素的影响。交流侧电抗对逆变换相过程的影响2、最小逆变角β确定的方法最小逆变角β的大小要考虑以下因素：（1）换相重叠角γ。此值与电路形式、工作电流大小、触发角大小有关。即根据α=π-β，设β=γ，则：（2）晶闸管关断时间tq所对应的电角度δ。折算后的电角度约4度～5度；（3）安全裕量角θ′。考虑到脉冲调整时不

5、对称、电网波动、畸变与温度等影响，还必须留一个安全裕量角，一般取θ′为10度左右。综上所述，最小逆变角为：为了可靠防止β进入βmin区内，在要求较高的场合，可在触发电路中加一套保护线路，使β在减小时不能进入βmin区内，或在βmin处设置产生附加安全脉冲的装置，万一当工作脉冲进入βmin区内时，由安全脉冲在βmin处触发晶闸管，防止逆变失败。4.2.3有源逆变的应用一、应用之一——晶闸管串级调速串级调速的原理：转子电流表达式工程上为实现方便，次同步串级调速系统是用不可控整流器将转子电动势sE20整流为直流电动势，并与转子整流回路中串入的直流附加电动势进行合成，通过改变逆变角的大小，实现低同步

6、转速的电动运行。采用直流附加电动势的原因是：由于工程上获取与转子感应电势sE20反相位同频率且频率随转子频率变化的交流变频电源Ef比较困难，所以在次同步串级调速系统中采用整流器将转子电动势sE20整流为直流电动势，再与转子回路中串入的直流附加电动势进行比较。而可调直流附加电动势在工程上比较容易实现。晶闸管串级调速系统的基本构成如下图所示。系统中，直流附加电动势是由晶闸管有源逆变器UI产生的，改变逆变角就改变了逆变电势，相当于改变了直流附加电动势，即可实现串级调速。二、应用之二——两组晶闸管反并联时电动机的可逆运行下图为两组晶闸管反并联电路的框图。设P为正组，N为反组，电路有四种工作状态。（1

7、）正组整流上左图为正组整流工作状态。设P在控制角α作用下输出整流电压Udα，加于电动机M使其正转。当P组处于整流工作状态时，反组N不能也工作在整流状态，否则会使电流Id1不经过负载M，而只在两组晶闸管之间流通，这种电流称为环流，环流实质上是两组晶闸管电源之间的短路电流。因此，当正组整流时，反组应关断或处于待逆变状态。所谓待逆变，就是N组由逆变角β控制处于逆变状态但无逆变电流。要做到这一点，可使。这样，正组P的