1、3.7 整流電路的有源逆變工作狀態整流電路的有源逆變工作狀態 3.7.1 逆變的概念逆變的概念 3.7.2 三相橋整流電路的有源逆變工作狀態三相橋整流電路的有源逆變工作狀態 3.7.3 逆變失敗與最小逆變角的限制逆變失敗與最小逆變角的限制 3.7.1 逆變的概念逆變的概念1、什么是逆變？為什么要逆變？什么是逆變？為什么要逆變？ 逆變（逆變（invertion）：把直流電轉變成交流電的：把直流電轉變成交流電的過程。過程。 逆變電路：把直流電逆變成交流電的電路。逆變電路：把直流電逆變成交流電的電路。 當交流側和電網連結時，為當交流側和電網連結時，為有源逆變有源逆變電路。電路。 變流電路的交流側不與

2、電網聯接，而直接接變流電路的交流側不與電網聯接，而直接接到負載，即把直流電逆變為某一頻率或可調頻率到負載，即把直流電逆變為某一頻率或可調頻率的交流電供給負載，稱為的交流電供給負載，稱為無源逆變無源逆變。 對于對于可控整流電路可控整流電路，滿足一定條件就可工作于，滿足一定條件就可工作于有源逆變有源逆變，其電路形式未變，只是電路工作條件，其電路形式未變，只是電路工作條件轉變。既工作在整流狀態又工作在逆變狀態，稱轉變。既工作在整流狀態又工作在逆變狀態，稱為為變流電路變流電路。3.7.1 逆變的概念逆變的概念2、直流發電機、直流發電機電動機之間電能的流轉電動機之間電能的流轉圖圖3-46 直流發電機直流

3、發電機電動機之間電能的流轉電動機之間電能的流轉a）兩電動勢同極性）兩電動勢同極性EGEM直流發電機直流發電機電動機系統電能的流轉電動機系統電能的流轉 M作作電動運轉電動運轉，EGEM，電流，電流Id從從G流流向向M，電能由，電能由G流向流向M，轉變，轉變為為M軸上輸出軸上輸出的機械能的機械能。 回饋制動回饋制動狀態中，狀態中，M作發電運轉，作發電運轉，EMEG，電流反向，從電流反向，從M流向流向G， M軸上輸入的機械軸上輸入的機械能轉變為電能反送給能轉變為電能反送給G。 圖圖3-46 直流發電機直流發電機電動機之間電能的流轉電動機之間電能的流轉b）兩電動勢同極性）兩電動勢同極性EMEG 兩電動

4、勢兩電動勢順向串聯順向串聯，向電阻，向電阻R供電，供電，G和和M均輸出功率，均輸出功率，由于由于R一般都很小，實際上形成短路，在工作中必須嚴防一般都很小，實際上形成短路，在工作中必須嚴防這類事故發生。這類事故發生。 兩個電動勢兩個電動勢同極性相接同極性相接時，電流總是從電動勢高的流向時，電流總是從電動勢高的流向電動勢低的，由于回路電阻很小，即使很小的電動勢差值電動勢低的，由于回路電阻很小，即使很小的電動勢差值也能產生大的電流，使兩個電動勢之間交換很大的功率，也能產生大的電流，使兩個電動勢之間交換很大的功率，這對分析有源逆變電路是十分有用的。這對分析有源逆變電路是十分有用的。 圖圖3-46 直流

5、發電機直流發電機電動機之間電能的流轉電動機之間電能的流轉c）兩電動勢反極性，形成短路）兩電動勢反極性，形成短路3.7.1 逆變的概念逆變的概念EMuuua)b)u10udu20u10aOOw wtIdidUdEM10ud2010OOIdidUd /2，使，使Ud為負值。為負值。 兩者必須同時具備才能實現有源逆變。兩者必須同時具備才能實現有源逆變。不能產生有源逆變的電路：不能產生有源逆變的電路： 半控橋或有續流二極管的電路半控橋或有續流二極管的電路，因其整流電壓，因其整流電壓ud不能出現負值，也不允許直流側出現負極性的電不能出現負值，也不允許直流側出現負極性的電動勢，故不能實現有源逆變，欲實現有

6、源逆變，動勢，故不能實現有源逆變，欲實現有源逆變，只能采用只能采用全控電路全控電路。3.7.2 三相橋整流電路的有源逆變工作狀三相橋整流電路的有源逆變工作狀態態uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udwtOwtOb =4b =3b =6b =4b =3b =6wt1wt3wt2圖圖3-48 三相橋式整流電路工作于有源逆變狀態時的電壓波形三相橋式整流電路工作于有源逆變狀態時的電壓波形 逆變角逆變角 通常把通常把a a /2時的控制角用時的控制角用 -a a=b

7、 b表示，表示，b b稱為逆變角稱為逆變角。 b b的大小自的大小自b b=0的起始點向的起始點向左方左方計量。計量。 三相橋式電路工作于有源逆變狀態，不同逆變角時的輸出電壓波形及晶閘三相橋式電路工作于有源逆變狀態，不同逆變角時的輸出電壓波形及晶閘管兩端電壓波形如圖管兩端電壓波形如圖3-48所示。所示。 3.7.2 三相橋整流電路的有源逆變工作狀三相橋整流電路的有源逆變工作狀態態IIIddVT577. 03REUIMdd基本的數量關系基本的數量關系 三相橋式電路的輸出電壓三相橋式電路的輸出電壓Ud=-2.34U2cosb b=-1.35U2lLcosb b輸出直流電流的平均值輸出直流電流的平均

8、值 流過晶閘管的電流有效值流過晶閘管的電流有效值從交流電源送到直流側負載的有功功率為從交流電源送到直流側負載的有功功率為變壓器二次側線電流的有效值變壓器二次側線電流的有效值 當逆變工作時，由于當逆變工作時，由于EM為負值，故為負值，故Pd一般為負值一般為負值，表示功率由直流電，表示功率由直流電源輸送到交流電源。源輸送到交流電源。 (3-105)(3-106)(3-107)(3-108)IEIRPdMdd2IIIIddVT816. 032223.7.3 逆變失敗與最小逆變角的限制逆變失敗與最小逆變角的限制逆變運行時，逆變運行時，一旦發生換相失敗，一旦發生換相失敗，外接的直流電外接的直流電源就會通

9、過晶閘管電路形成短路，源就會通過晶閘管電路形成短路，或者使變流器或者使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變成順向串聯，的輸出平均電壓和直流電動勢變成順向串聯，由由于逆變電路的內阻很小，形成很大的短路電流，于逆變電路的內阻很小，形成很大的短路電流，這種情況稱為這種情況稱為逆變失敗逆變失敗，或稱為，或稱為逆變顛覆逆變顛覆。逆變失敗的原因逆變失敗的原因 1）觸發電路觸發電路工作不可靠，不能適時、準工作不可靠，不能適時、準確地給各晶閘管分配脈沖，如脈沖丟失、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。脈沖延時等，致使晶閘管不能正常換相。 2）晶閘管晶閘管發生故障，該斷時不斷，

10、或該發生故障，該斷時不斷，或該通時不通。通時不通。 3）交流電源交流電源缺相或突然消失。缺相或突然消失。 4）換相的換相的裕量角裕量角不足，引起換相失敗。不足，引起換相失敗。3.7.3 逆變失敗與最小逆變角的限制逆變失敗與最小逆變角的限制udOOidwtwtuaubucuaubpbgb giVT1iVTiVT3iVTiVT322考慮變壓器漏抗引起重疊角考慮變壓器漏抗引起重疊角對對逆變電路換相的影響逆變電路換相的影響 以以VT3和和VT1的換相過程來分析，的換相過程來分析，在在b bg g時，經過換相過程后，時，經過換相過程后，a相電相電壓壓ua仍高于仍高于c相電壓相電壓uc，所以換相結，所以換

11、相結束時，能使束時，能使VT3承受反壓而承受反壓而關斷關斷。 當當b bg g時，換相尚未結束，電路時，換相尚未結束，電路的工作狀態到達自然換相點的工作狀態到達自然換相點p點之后，點之后，uc將高于將高于ua，晶閘管，晶閘管VT1承受反壓而承受反壓而重新重新關斷關斷，使得應該關斷的，使得應該關斷的VT3不能不能關斷卻繼續關斷卻繼續導通導通，且，且c相電壓隨著時相電壓隨著時間的推遲愈來愈高，電動勢間的推遲愈來愈高，電動勢順向串順向串聯聯導致逆變失敗。導致逆變失敗。 為了防止逆變失敗，不僅逆變為了防止逆變失敗，不僅逆變角角b b不能等于零，而且不能太小，必不能等于零，而且不能太小，必須限制在某一允

12、許的須限制在某一允許的最小角度最小角度內。內。 圖圖3-49 交流側電抗對逆交流側電抗對逆變換相過程的影響變換相過程的影響 3.7.3 逆變失敗與最小逆變角的限制逆變失敗與最小逆變角的限制udOOidw wtw wtuaubucuaubpb bg gb b g giVT1iVTiVT3iVTiVT322圖圖3-49 交流側電抗對逆變換相過程的影響交流側電抗對逆變換相過程的影響 udOOidw wtw wtubucuaubucpb bg gb b g giVT2iVTiVT1iVTiVT133圖圖3-49 交流側電抗對逆變換相過程的影響交流側電抗對逆變換相過程的影響 ua3.7.3 逆變失敗與最

13、小逆變角的限制逆變失敗與最小逆變角的限制mUXIBdgsin21cos2mUXIBdgaasin2)cos(cos2確定最小逆變角確定最小逆變角b bmin的依據的依據 逆變時允許采用的逆變時允許采用的最小逆變角最小逆變角b b應等于：應等于： 為晶閘管的關斷時間為晶閘管的關斷時間tq折合的電角度折合的電角度,約約4 5 g g為換相重疊角，為換相重疊角，可查閱相關手冊，也可根據表可查閱相關手冊，也可根據表3-2計算，即：計算，即： 根據逆變工作時根據逆變工作時a a= -b b，并設并設b b=g g，上式可改寫成：，上式可改寫成： 為安全裕量角為安全裕量角，主要針對脈沖不對稱程度（一般可達

14、，主要針對脈沖不對稱程度（一般可達5 ），約），約取為取為10 。設計逆變電路時，必須保證設計逆變電路時，必須保證 ，因此常在觸發電路，因此常在觸發電路中附加一保護環節，保證觸發脈沖不進入小于中附加一保護環節，保證觸發脈沖不進入小于b bmin的區域內。的區域內。 minbbmingb(3-109)(3-110)(3-111)27三相全控橋變流器，反電動勢阻感負載，三相全控橋變流器，反電動勢阻感負載，R R=1=1，L L=，U U2 2=220V=220V，L LB B=1mH=1mH，當當E EM M=-400V=-400V，=60 時求時求U Ud d、I Id d與與的值，此時送回電網

15、的有的值，此時送回電網的有功功率是多少？功功率是多少？解：解：由題意可列出如下由題意可列出如下3個等式：個等式： U Ud d2.342.34U U2 2cos(-cos(-) )U Ud d U Ud d-3-3X XB BI Idd I Id d（U Ud dE EM M）R R 三式聯立求解，得：三式聯立求解，得： U Ud d？I Id d？ 由下式可計算換流重疊角：由下式可計算換流重疊角： ？ 送回電網的有功功率為：送回電網的有功功率為：IEIRPdMdd22828單相全控橋，反電動勢阻感負載，單相全控橋，反電動勢阻感負載，R R=1=1，L L=，U U2 2=100V=100V，L LB B