4有源逆变电路

1第4章有源逆变电路4.1有源逆变电路的基本概念4.2常用的有源逆变电路4.3逆变失败的原因及防止对策本章小结2有源逆变电路——交流侧与电网连接。直流电变换成交流电返送回交流电网无源逆变电路——交流侧直接与负载相连。直流电变换成交流电直接供给负载既可工作在整流状态又可工作在逆变状态的电路，称为变流电路（变流器）。1.什么是逆变？逆变——把直流电转变成交流电。一、基本概念4.1有源逆变电路的基本概念2.有源逆变和无源逆变3一、基本概念学习时应注意：两种不同工作状态的转化条件。两种不同工作状态电能的传递方向。在变流电路中整流和逆变、交流和直流相互联系着，并在一定的条件下可以相互转化。故有源逆变电路的工作原理、分析方法、工作特点和参量计算上与整流电路密切相关。4.1有源逆变电路的基本概念4REEIMG电能：直流发电机直流电动机1）EG与EM同极性相连，当EGEM时回路中电流I为：REEIGM电能：直流电动机直流发电机2）EG与EM同极性相连，当EMEG时回路中电流I为：3）EG与EM反极性相连（顺向串联）回路中电流I为：REEIMG短路——不允许二、直流发电机-电动机系统电能的流转-++--++--++-4.1有源逆变电路的基本概念5结论：二、直流发电机-电动机系统电能的流转（1）两电源同极性相连时，电流的方向总是从电动势高的电源流向电动势低的电源。由于电路总电阻很小，即使很小的电势差，亦可在两个电源间产生足够大的能量交换。（3）两电源反极性相连（顺向串联）时，将形成电源间短路故障，应予避免。（2）电流从电源的正极流出者，该电源输出电功率；电流从电源的正极流入者，该电源吸收电功率。4.1有源逆变电路的基本概念6以晶闸管可控整流电路供电的直流电动机带动卷扬机为例，分析重物提升与下放两种工作情况。α90°，Ud=Ud0cosα，当UdE时，电流Id为：dddREUI1）重物提升，变流器工作在整流状态电功率：交流电网直流电动机2）重物下放，变流器工作在逆变状态α90°，当EUd时，电流Id为：dddRUEI电功率：直流电动机交流电网三、有源逆变的基本工作原理4.1有源逆变电路的基本概念7四、实现有源逆变的条件思考：哪些整流电路能工作于有源逆变状态？4.1有源逆变电路的基本概念（1）变流器的直流侧必须要外接一个能提供逆变能量的直流电动势E，其极性须和晶闸管导通方向一致，其数值要大于变流器直流侧平均电压Ud，即EUd。——外部条件（2）变流器必须工作在α90°的区域，使Ud的极性与整流时相反，即Ud0。——内部条件8半控桥或有续流二极管的电路，不能实现有源逆变。要实现有源逆变，必须采用全控电路。四、实现有源逆变的条件4.1有源逆变电路的基本概念9第4章有源逆变电路4.1有源逆变电路的基本概念4.2常用的有源逆变电路4.3逆变失败的原因及防止对策本章小结104.2常用的有源逆变电路一、单相全控桥式有源逆变电路1.工作原理+_+u1u2ud+__RVT1VT2VT3VT4TRMELid+_2π2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4uααπθ1）α90°，工作在整流状态RE-UIdd=当UdE时，电流Id为：交流电网直流电动机功率UdE11一、单相全控桥式有源逆变电路1.工作原理+_+u1u2ud+__RVT1VT2VT3VT4TRMELid+_2π2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtiVT2,3iVT1,4uπ2）α90°，工作在逆变状态RU-EIdd当EUd时Idα1,42,31,4θIdIdIdIdUdE直流电动机功率交流电网+--+4.2常用的有源逆变电路12β一、单相全控桥式有源逆变电路1.工作原理+_+u1u2ud+__RVT1VT2VT3VT4TRMELid+_2π2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtiVT2,3iVT1,4uπ2）α90°，工作在逆变状态Idα1,42,31,4θIdIdIdIdUdE+--+逆变角β——逆变工作状态下的控制角。规定：α+β=180°（或β=180°-α）4.2常用的有源逆变电路13β一、单相全控桥式有源逆变电路2.基本参数关系+_+u1u2ud+__RVT1VT2VT3VT4TRMELid+_2π2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtiVT2,3iVT1,4uπIdα1,42,31,4θIdIdIdIdUdE+--+RU-EIdd=IdT=dI21Ud=0.9U2cosα=-0.9U2cosβ（0°≤β≤90°）RE-UIdd（或）4.2常用的有源逆变电路14α=60ºu2uAuCuBwt1Owt二、三相半波有源逆变电路OwtuT1（以α=60º为例）wtOuｇwtOiT1１2323１V1V3V2V1V2V3uABuACTRVT1ABCVT3VT2RId_UdN+LME+_1.工作原理1）α90°，工作在整流状态RE-UIdd=当UdE时，电流Id为：交流电网直流电动机功率UdE4.2常用的有源逆变电路15α=120ºTRVT1ABCVT3VT2RId_UdN+LME+_u2uAuCuBwt1OwtOwtuT1V1V3V2（以α=120º为例）wtOuｇwtOiT1１2323１V1V2V3uABuAC1.工作原理2）α90°，工作在逆变状态直流电动机交流电网功率UdE+-+-4.2常用的有源逆变电路二、三相半波有源逆变电路RU-EIdd当|E||Ud|时，电流Id为：16α=120ºβ=60ºu2uAuCuBwt1OwtOwtuT1V1V3V2wtOuｇwtOiT1１2323１V1V2V3uABuACTRVT1ABCVT3VT2RId_UdN+LME+_1.工作原理2）α90°，工作在逆变状态UdE+-+-以逆变角β分析：β角起算点——相电压负半周交点计量方法——自β起算点起向左方计量4.2常用的有源逆变电路二、三相半波有源逆变电路（以α=120º为例）两种工作状态波形比较动画演示172.参数计算ddTI31IIT=dI31=0.577Id=I2从交流电源送到直流侧的有功功率为P=Pd=RId2+EId当逆变工作时，由于E0，故Pd0，即表示交流电网吸收功率。RE-UIdd=（0°≤β≤90°）Ud=1.17U2Φcosα=-1.17U2ΦcosβTRVT1ABCVT3VT2RId_UdN+LME+_RU-EIdd=或二、三相半波有源逆变电路4.2常用的有源逆变电路181.工作波形uA1TRVT1uC1uB1ABCVT3VT2+_UdVT6VT4VT5LME+_4.2常用的有源逆变电路三、三相桥式有源逆变电路uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcudwtOb=p4b=p3b=p6wt1wt3wt2192.参数计算Ud=2.34U2cosα=-2.34U2cosβ（0°≤β≤90°）RE-UIddIdT=dI31IT=dI31=0.577Id从交流电源送到直流侧的有功功率为P=Id2R+EId0交流电网吸收功率。网侧视在功率为S=3U2I2功率因数为cosφ=P/SI2=0.816Id三、三相桥式有源逆变电路4.2常用的有源逆变电路20第4章有源逆变电路4.1有源逆变电路的基本概念4.2常用的有源逆变电路4.3逆变失败的原因及防止对策本章小结21一、什么是逆变失败逆变工作状态下，若由于某种原因造成晶闸管换相失败，使变流器直流侧平均电压Ud与直流电动势E形成顺向串联，结果在回路中产生很大的短路电流，这种现象称为逆变失败，也称为逆变颠覆。4.3逆变失败的原因及防止对策正常时逆变失败时221）触发电路工作不可靠。触发电路不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相。（见ug2丢失时的逆变失败波形图）2）晶闸管出现故障。晶闸管该断时不断，或该通时不通。（见VT3误导通时的逆变失败波形图）3）交流电源失常。交流电源突然断电或缺相。4）换相时间不足（即逆变角β过小）。（见βγ时的逆变失败波形图）二、逆变失败的原因4.3逆变失败的原因及防止对策23（1）正确选择晶闸管的参数，保证其安全可靠工作。（2）保证正常供电。（3）采取必要的可靠的保护措施。（4）限制最小逆变角。三、防止逆变失败的措施4.3逆变失败的原因及防止对策24四、最小逆变角βmin的限制逆变时允许采用的最小逆变角bmin应等于bmin=d+g+θ′δ——晶闸管的关断时间tq折合的电角度γ——换相重叠角θ′——安全裕量角tq大的可达200~300ms，折算到电角度约4~5。一般15º~20º。主要针对脉冲不对称程度（可达5）。一般为10左右。故，工程实践中一般取bmin=30º~35º要求正常工作时必须满足β≥βmin。4.3逆变失败的原因及防止对策25第4章有源逆变电路4.1有源逆变电路的基本概念4.2常用的有源逆变电路4.3逆变失败的原因及防止对策本章小结