1、晶闸管有源逆变电路优选晶闸管有源逆变电路第一节第一节 有源逆变的工作原理有源逆变的工作原理 一、有源逆变的工作原理一、有源逆变的工作原理 逆变逆变（invertion）把把直流电转变成交流电，直流电转变成交流电，为整流的逆过为整流的逆过程。程。逆变电路逆变电路把直流电逆变成交流电的电路；把直流电逆变成交流电的电路；有源逆变电路有源逆变电路交流侧和电网连结，即电网为负载。交流侧和电网连结，即电网为负载。应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级调应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级调 速以及高压直流输电等；速以及高压直流输电等；对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆
2、对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其电路形式未变，只是电路工作条件转变。变，其电路形式未变，只是电路工作条件转变。既可工既可工作在整流状态又可工作在逆变状态，称为变流电路（作在整流状态又可工作在逆变状态，称为变流电路（converter）。）。无源逆变电路无源逆变电路变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到普通负载，将在第七章介绍。到普通负载，将在第七章介绍。直流发电机直流发电机电动机系统电能的流转电动机系统电能的流转 图图a M电动运转，电动运转，EGEM，电流，电流Id从从G流向流向M，M吸收电功率，相当于反吸收电功率，相当于反电势负载
3、。电势负载。图图b 回馈制动状态，回馈制动状态，M作发电运转，此时，作发电运转，此时，EMEG，电流反向，从，电流反向，从M流流向向G，M输出电功率，输出电功率，G则吸收电功率，则吸收电功率，M轴上输入的机械能转变为电轴上输入的机械能转变为电能反送给能反送给G。图图c 注意：注意：两电动势顺向串联，向电阻两电动势顺向串联，向电阻R供电，供电，G和和M均输出功率，由均输出功率，由于于R 一般都很小，实际上形成短路，在工作中属发生事故。一般都很小，实际上形成短路，在工作中属发生事故。c)b)a)MGMGMGEGEMIdREGEMIdREGEMIdR a）两电动势同极性）两电动势同极性EG EM b
4、）两电动势同极性）两电动势同极性EM EG c）两电动势反极性，形成短路）两电动势反极性，形成短路c)b)a)MGMGMGEGEMIdREGEMIdREGEMIdRa）两电动势同极性）两电动势同极性EG EM b）两电动势同极性）两电动势同极性EM EG c）两电动势反极性，形成短路）两电动势反极性，形成短路电动机电动运行电动机电动运行电能由发电机电能由发电机 流向电动机流向电动机电动机回馈制动电动机回馈制动电能由电动机电能由电动机 回流发电机回流发电机短路短路（应避免）（应避免）两个电势源同极性相连接时，两个电势源同极性相连接时，电流的流向：高电势电流的流向：高电势低电势低电势电能的流向：是
5、电能的流向：是随着随着E或或I方向的改变方向的改变 而改变。而改变。使用单相双半波电路（单相全波）代替上述发电机使用单相双半波电路（单相全波）代替上述发电机G。图图3.1a M电动运行，全波电路工作在整流状态，电动运行，全波电路工作在整流状态，在在0/2间，间，Ud为正值，并且只有当为正值，并且只有当Ud EM，才能输出，才能输出Id。交流电网输出电。交流电网输出电功率，电动机输入电功率。功率，电动机输入电功率。图图3.1b M回馈制动，由于晶闸管的单向导电性，回馈制动，由于晶闸管的单向导电性，Id方向不变，方向不变，欲改变电能的输送方向，只能改变欲改变电能的输送方向，只能改变EM极性。为了防
6、止两电动极性。为了防止两电动势顺向串联，势顺向串联，Ud极性也必须反过来，即极性也必须反过来，即Ud应为负值，且应为负值，且|EM|Ud|，才能把电能从直流侧送到交流侧。，才能把电能从直流侧送到交流侧。电能（注意不是电流）的流向与整流时相反电能（注意不是电流）的流向与整流时相反,M输出电功率输出电功率,电电网吸收电功率。网吸收电功率。Ud可通过改变可通过改变 来进行调节，逆变状态时来进行调节，逆变状态时Ud为负值，为负值，在在/2 间。间。交流电网输出电功率，电动机输入电功率。有源逆变电路交流侧和电网连结，即电网为负载。由上图可知电路工作在逆变时的直流电压可由积分求得有源逆变状态时各电量的计算
7、：对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其电路形式未变，只是电路工作条件转变。晶闸管两端电压UT波形主要承受的是正向电压，承受反向电压的时间与角相对应。（二）三相全控桥有源逆变电路当逆变工作时，由于EM为负值，故Pd一般为负值，表示功率由直流电源输送到交流电源。速以及高压直流输电等；交流电网输出电功率，电动机输入电功率。Id=（Ud-EM)/RUd可通过改变来进行调节，逆变状态时Ud为负值，三、逆变失败与逆变角的限制两个电势源同极性相连接时，34U2cos =-1.逆变时允许采用的最小逆变角 应等于电能（注意不是电流）的流向与整流时相反,M输出电功率,电网吸收电功率。基本上为 反向
8、电压。6右下角的波形中可清楚地看到），该通的晶闸管（VT2）反而关断，而应关断的晶闸管（VT1)继续导通。图3-1 单相全波电路的整流和逆变a)b)R+-电能M102u10u20udidLVT1VT2u10udu20u10OOwtwtIdidUdEMEM电能MR+-102udidLVT1VT2u10udu20u10OOwtwtIdidUd90900 0，c o s c o s 计算不方计算不方便，所以引入逆变角便，所以引入逆变角，令，令=180=1800 0-，故，故注意：注意：逆变角逆变角和控制角和控制角的计量方向相反，其大小的计量方向相反，其大小自自=0的起始点向左方计量。的起始点向左方计
9、量。实现有源实现有源逆变的条件：逆变的条件：1）外部条件：有直流电动势，其极性和晶闸管导通）外部条件：有直流电动势，其极性和晶闸管导通 方向一致，其绝对值大于变流器直流侧平均电压。方向一致，其绝对值大于变流器直流侧平均电压。2）内部条件：晶闸管的控制角）内部条件：晶闸管的控制角 /2，使使Ud为为 负值。负值。3）充分条件：要有足够大的电感，以保证有源逆变连）充分条件：要有足够大的电感，以保证有源逆变连 续进行。续进行。半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压ud不能出不能出现负值（最小为零），也不允许直流侧出现负极性的现负值（最小为零），也不允许直流侧
10、出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变。电动势，故不能实现有源逆变。逆变电路把直流电逆变成交流电的电路；图a M电动运转，EGEM，电流Id从G流向M，M吸收电功率，相当于反电势负载。下图为三相半波电动机负载电路，电动机电动势E的极性符合有源逆变条件，当 d 且EG（二）三相全控桥有源逆变电路半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压ud不能出现负值（最小为零），也不允许直流侧出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变。三相半波逆变电路，晶闸管在阻断串级调速主电路如图所示，逆变电压Ud为引入转子电路的反电动势，改变逆变角即可改变反电动势大小，达到改变转速的目的。注意：触发脉冲必须严格按次序发出。图3
11、-1 单相全波电路的整流和逆变基本上为 反向电压。34U2cos =-1.图3-1 单相全波电路的整流和逆变速以及高压直流输电等；逆变时允许采用的最小逆变角 应等于1b M回馈制动，由于晶闸管的单向导电性，Id方向不变，欲改变电能的输送方向，只能改变EM极性。触发脉冲必须严格按次序发出。逆变失败（逆变颠覆）指逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大短路电流，造成器件和变压器损坏。（3）交流电源缺相或突然消失；逆变时允许采用的最小逆变角 应等于对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其电路形式未变，只是电路工作
12、条件转变。二、常用晶闸管有源逆变电路二、常用晶闸管有源逆变电路（一）三相半波有源逆变电路（一）三相半波有源逆变电路下图为三相半波电动机负载电路，电动机电动势下图为三相半波电动机负载电路，电动机电动势E E的极性符合有源逆变条件，当的极性符合有源逆变条件，当d d且且90 时，换相结束时，晶时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。闸管能承受反压而关断。如果如果 d 且EG图c 注意：两电动势顺向串联，向电阻R供电，G和M均输出功率，由于R 一般都很小，实际上形成短路，在工作中属发生事故。34U2cos =-1.三相桥式逆变电路对脉冲的要求：（4）换相的裕量角不足，引起换相失败。串级调速主电路如图
13、所示，逆变电压Ud为引入转子电路的反电动势，改变逆变角即可改变反电动势大小，达到改变转速的目的。下图为三相半波电动机负载电路，电动机电动势E的极性符合有源逆变条件，当 d 且 /2，使Ud为举例如下：某装置整流电压为220V，整流电流800A，整流变压器容量为240kVA，短路电压比Uk%为5%的三相线路，其值约为1520。在/2 间。这样会使得Ud的波形中正部分大于负部分，从而使得Ud和EM顺向串联，最终导致逆变失败。电流的流向：高电势低电势输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，即交流电网输出电功率，电动机输入电功率。c）两电动势反极性，形成短路34U2cos =-1.交流电网输出电功率，电
14、动机输入电功率。1a M电动运行，全波电路工作在整流状态，在0/2间，Ud为正值，并且只有当Ud EM，才能输出Id。逆变时允许采用的最小逆变角 应等于一、绕线转子异步电动机晶闸管串级调速a）两电动势同极性EG EM6右下角的波形中可清楚地看到），该通的晶闸管（VT2）反而关断，而应关断的晶闸管（VT1)继续导通。a）两电动势同极性EG EM:晶闸管的关断时间tq折合的电角度，tq大的可达200300ms，折算到电角度约45；34U2cos =-1.无源逆变电路变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到普通负载，将在第七章介绍。对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，其电路形式未变，只
15、是电路工作条件转变。:晶闸管的关断时间tq折合的电角度，tq大的可达200300ms，折算到电角度约45；3）充分条件：要有足够大的电感，以保证有源逆变连三、逆变失败与逆变角的限制1）外部条件：有直流电动势，其极性和晶闸管导通三相半波逆变电路，晶闸管在阻断三相桥式逆变电路对脉冲的要求：晶闸管两端电压UT波形主要承受的是正向电压，承受反向电压的时间与角相对应。交流电网输出电功率，电动机输入电功率。34U2cos =-1.图3-1 单相全波电路的整流和逆变（2）晶闸管发生故障，该通时不通,而不该导通的通了；使用单相双半波电路（单相全波）代替上述发电机G。第三节 绕线转子异步电动机串级调速与高压直流
16、输电式中 E20转子开路线电动势（n=0）；基本上为 反向电压。速以及高压直流输电等；一、有源逆变的工作原理逆变失败（逆变颠覆）指逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大短路电流，造成器件和变压器损坏。使用单相双半波电路（单相全波）代替上述发电机G。无源逆变电路变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到普通负载，将在第七章介绍。:晶闸管的关断时间tq折合的电角度，tq大的可达200300ms，折算到电角度约45；第三节 绕线转子异步电动机串级调速与高压直流输电c）两电动势反极性，形成短路举例如下：某装置整流电压为220V
17、，整流电流800A，整流变压器容量为240kVA，短路电压比Uk%为5%的三相线路，其值约为1520。（二）三相全控桥有源逆变电路1）外部条件：有直流电动势，其极性和晶闸管导通输出电压Ud波形主要出现在负半周；当逆变工作时，由于EM为负值，故Pd一般为负值，表示功率由直流电源输送到交流电源。图a M电动运转，EGEM，电流Id从G流向M，M吸收电功率，相当于反电势负载。（2）晶闸管发生故障，该通时不通,而不该导通的通了；min=+1）外部条件：有直流电动势，其极性和晶闸管导通续进行。6右下角的波形中可清楚地看到），该通的晶闸管（VT2）反而关断，而应关断的晶闸管（VT1)继续导通。Ud可通过改
18、变来进行调节，逆变状态时Ud为负值，下图为三相半波电动机负载电路，电动机电动势E的极性符合有源逆变条件，当 d 且EM直流发电机电动机系统电能的流转二、采用两组变流桥的可逆电路1）外部条件：有直流电动势，其极性和晶闸管导通速以及高压直流输电等；逆变失败（逆变颠覆）指逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大短路电流，造成器件和变压器损坏。34U2cos =-1.在/2 间。举例如下：某装置整流电压为220V，整流电流800A，整流变压器容量为240kVA，短路电压比Uk%为5%的三相线路，其值约为1520。电能的流向：是
19、随着E或I方向的改变图c 注意：两电动势顺向串联，向电阻R供电，G和M均输出功率，由于R 一般都很小，实际上形成短路，在工作中属发生事故。下图为三相半波电动机负载电路，电动机电动势E的极性符合有源逆变条件，当 d 且EG由上图可知电路工作在逆变时的直流电压可由积分求得b）两电动势同极性EM EG串级调速主电路如图所示，逆变电压Ud为引入转子电路的反电动势，改变逆变角即可改变反电动势大小，达到改变转速的目的。c）两电动势反极性，形成短路速以及高压直流输电等；1）外部条件：有直流电动势，其极性和晶闸管导通（2）晶闸管发生故障，该通时不通,而不该导通的通了；时主要承受正向电压。逆变电路把直流电逆变成
20、交流电的电路；触发脉冲必须严格按次序发出。反转时由组桥供电，采用反并联供电可使直流电动机在四个象限内运行。触发脉冲必须严格按次序发出。逆变电路把直流电逆变成交流电的电路；:晶闸管的关断时间tq折合的电角度，tq大的可达200300ms，折算到电角度约45；:晶闸管的关断时间tq折合的电角度，tq大的可达200300ms，折算到电角度约45；b）两电动势同极性EM EG直流发电机电动机系统电能的流转反转时由组桥供电，采用反并联供电可使直流电动机在四个象限内运行。输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，即第三节第三节 绕线转子异步电动机串级调速与高压直流输电绕线转子异步电动机串级调速与高压直流输电一、绕线转子异步电动机晶闸管串级调速一、绕线转子异步电动机晶闸管串级调速串级调速主电路如图所示，逆变电压串级调速主电路如图所示，逆变电压U Udd为引入转子电路的为引入转子电路的反电动势，改变逆变角反电动势，改变逆变角 即可改变反电动势大小，达到改变转速即可改变反电动势大小，达到改变转速的目的。的目的。U Ud d是转子整流后的直流电压，其值为是转子整流后的直流电压，其值为式中式中 E E2020转子开路线电动势（转子开路线电动势（n=0n=0）；）；S S 电动机转差率。电动机转差率。
