电力电子技术 第十三次课

第三章晶闸管有源逆变电路3-2晶闸管直流可逆拖动的工作原理很多生产机械要求电动机能正反向运行即可逆拖动.改变直流电动机转向(T)的两种方法:改变励磁电压极性(IF)改变电枢电压极性(IA)一.由晶闸管桥路供电,用接触器控制直流电动机的正反转用接触器来改变电枢电流的方向,实现电动机的正反转KM1闭合时,KM2断开,正转;KM1断开时,KM2闭合,反转;1)工作原理:2)从正转快速过渡到反转的工作原理:1)KM1闭合,KM2断开,调节α,使α90º,变流器工作于整流状态,电机正转.2)为了快速制动,在KM1还处于闭合时,调节α,使α90º,在电抗器中感应电势的作用下,电路处于有源逆变状态,电抗器中的能量逆变为交流能量返送给电网.3)当Id=0时,断开KM1,使KM2闭合,在电动机反电势E的作用下,电路仍然工作于有源逆变状态,电机工作于发电制动的状态.随着n下降,E也降低,为了产生最大的制动转矩,调节逆变角β,使Ud也相应下降,因此,电机转速迅速下降为0.4)调节α,使α90º,变流器工作于整流状态,电机反转.采用接触器的可逆电路设备简单在动作频繁,电流较大的场合,接触器电弧严重,维修麻烦只适用于对快速性要求不高,容量不大的场合说明:二.采用两组变流桥的可逆电路卷扬机在重物上升时,电机正转,电枢产生拖动转矩;重物下降时,自动产生拖动转矩,使电机反转.（即不需要电流改变方向去产生反转的转矩）直流电机拖动其它形式的负载时,若通过改变电枢中电流的方向来实现电机正反转,由于一组变流桥中只能有一种电流流向,故需要两组变流桥来实现电机正反转.应用举例:两组晶闸管反并联可逆线路三相半波三相桥式当正组变流桥工作时,电机正转;反组变流桥工作时,电机反转.在任何时间,只允许一组变流桥工作,另一桥路封锁,这样才不会产生环流(不流经电动机的两组变流桥之间的电流)逻辑无环流可逆电路的工作原理:反并联可逆系统四象限运行图上页的图绘出了电动机四象限运行时两组变流器（简称正组桥、反组桥）的工作情况第1象限：正转，电动机作电动运行，正组桥工作在整流状态，pp/2，EMUda(下标中有表示整流，p表示正组）第2象限，正转，电动机作发电运行，反组桥工作在逆变状态，bNp/2（Np/2），EMUdb(下标中有b表示逆变，N表示反组）第3象限，反转，电动机作电动运行，反组桥工作在整流状态，Np/2，EMUda第4象限，反转，电动机作发电运行，正组桥工作在逆变状态，bPp/2（Pp/2），EMUdb工作过程分析:电动机正转:1)将正组触发脉冲后移,使α90º,在E作用下正组晶闸管本应关断,但因Id迅速减小,在电抗器中感应电势(下正上负)的作用下,电路进入有源逆变状态,将Ld中能量返送给电网——本桥逆变(第一象限)电动机从正转到反转:正组投入触发脉冲,且α90º,反组封锁,电机工作于正向电动运行状态.2)当Id=0后,封锁正组,调节反组的α90º,工作于有源逆变状态,电机发电制动,n下降,E也降低,调节逆变角β,使Ud也相应下降,电机转速迅速下降为0,电机中的能量返送给电网——他桥逆变(第二象限)3)当n=0后,调节反组的α90º,使反组工作于整流状态,电机反转.(第三象限)介绍:有源逆变的应用高压直流输电有源逆变的应用（续）绕线式异步电动机晶闸管串级调速图5.32交流绕线转子异步电动机调速系统)(02nnKEp/632EVDbpcos2321VVBbpppcos23)(63632102VnnKEVVDBbcos3210KVnn绕线型转子异步电动机：转子绕组的三相交流电经三相不控整流桥输出，其直流电压平均值：令三相全控桥工作在有源逆变状态，则不计换流电压损失：则得电动机运行时的转速：3.4整流电路的谐波和功率因数·随着电力电子技术的发展，其应用日益广泛，由此带来的谐波(harmonics)和无功(reactivepower)问题日益严重，引起了关注。无功的危害：导致设备容量增加。使设备和线路的损耗增加。线路压降增大，冲击性负载使电压剧烈波动。谐波的危害：降低设备的效率。影响用电设备的正常工作。引起电网局部的谐振，使谐波放大，加剧危害。导致继电保护和自动装置的误动作。对通信系统造成干扰。1）谐波对于非正弦波电压，满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数：n次谐波电流含有率以HRIn（HarmonicRatioforIn）表示%1001IIHRInn正弦波电压可表示为：)sin(2)(utUtu基波（fundamental）——频率与工频相同的分量谐波——频率为基波频率大于1整数倍的分量谐波次数——谐波频率和基波频率的整数比2）功率因数正弦电路中的情况电路的有功功率就是其平均功率：pp20cos)(21UItuidP视在功率为电压、电流有效值的乘积，即S=UI无功功率定义为：Q=UIsin功率因数l定义为有功功率P和视在功率S的比值：SPl此时无功功率Q与有功功率P、视在功率S之间有如下关系：222QPS功率因数是由电压和电流的相位差决定的：l=cos非正弦电路中的情况有功功率、视在功率、功率因数的定义均和正弦电路相同，功率因数仍由式定义。不考虑电压畸变，研究电压为正弦波、电流为非正弦波的情况有很大的实际意义。SPl非正弦电路的有功功率：P=UI1cos1功率因数为：11111coscoscoslIIUIUISP基波因数——=I1/I，即基波电流有效值和总电流有效值之比位移因数（基波功率因数）——cos1功率因数由基波电流相移和电流波形畸变这两个因素共同决定的。1)单相桥式全控整流电路忽略换相过程和电流脉动，带阻感负载，直流电感L为足够大（电流i2的波形见图2-6）i2Otd21,3,5,1,3,5,411(sinsin3sin5)3541sin2sinnnniItttIntIntnppdd（2-72）变压器二次侧电流谐波分析：pnIInd22n=1,3,5,…（2-73）•电流中仅含奇次谐波。•各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。•电流基波和各次谐波有效值为：基波电流有效值为（2-74）i2的有效值I=Id，结合式（2-74）可得基波因数为（2-75）电流基波与电压的相位差就等于控制角，故位移因数为（2-76）所以，功率因数为d122IIppII12209.pllcos9.0cos22cos111IIlcoscos11（2-77）功率因数计算2）三相桥式全控整流电路图2-23三相桥式全控整流电路带阻感负载a=30时的波形阻感负载，忽略换相过程和电流脉动，直流电感L为足够大。以=30为例，此时，电流为正负半周各120的方波，其有效值与直流电流的关系为：d32II（2-78）tud1=30°ud2uduabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥtOOtOtOidiat1uaubucd32II（2-78）变压器二次侧电流谐波分析：电流基波和各次谐波有效值分别为,3,2,1,16,66dd1kknInIIInpp（2-80）电流中仅含6k1（k为正整数）次谐波。各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。功率因数计算基波因数：955.031pII（2-81）位移因数仍为：lcoscos11（2-82）功率因数为：10.955cosll（2-83）波形畸变，电流波形中的高次谐波电流都是无功电流位移因数使电压与基波电流的相位差变大，在负载电流一定时，交流输入的视在功率近似不变，而输出有功功率随整流电压的降低而减小变流电路功率因数低的原因:提高变流电路功率因数的方法:小控制角运行采用两组变流器串联供电增加整流相数设置补偿电容