1、2023-4-281第2章 换流理论与特性方程逆变逆变有源逆变电路有源逆变电路交流侧和电网连结交流侧和电网连结无源逆变电路无源逆变电路变流电路的交流侧直接接到负变流电路的交流侧直接接到负载载2023-4-282一、无源逆一、无源逆变变1.1.工作原理工作原理tuoiot1t2负载S1S2S3S4iouoUd逆变的条件：逆变的条件：1.要有直流电源要有直流电源Ud 2.要有开关组要有开关组S1、S2、S3、S42023-4-2832.2.电压型逆变电路电压型逆变电路电压型逆变电路：直流侧是电压源。电压型逆变电路：直流侧是电压源。电压型逆变电路的特点电压型逆变电路的特点 直流侧为直流侧为电压源电压
2、源或并联或并联大电容大电容，直流侧电压基本无脉动。，直流侧电压基本无脉动。由于直流电压源的由于直流电压源的钳位作用钳位作用，输出电压为，输出电压为矩形波矩形波，输出电流因，输出电流因负载阻抗不同而不同。负载阻抗不同而不同。2023-4-2843.3.电流型逆变电路电流型逆变电路电流型电流型逆变电路：直流侧是电流源逆变电路：直流侧是电流源电流型逆变电路主要特点电流型逆变电路主要特点 直流侧串直流侧串大电感大电感，电流基本，电流基本无脉动，相当于电流源。无脉动，相当于电流源。交流输出电流为交流输出电流为矩形波矩形波，与，与负载阻抗角无关，输出电压波形负载阻抗角无关，输出电压波形和相位因负载不同而不
3、同。和相位因负载不同而不同。2023-4-285二、有源逆二、有源逆变变a a=30=30wuduabuacubcubaucaucbuabuacOtV1/V6V1/V6导通导通u uacac00当当V1V1触发角为触发角为3030度度,当当V1触发瞬间触发瞬间电感电感L L被充电被充电uac uL 0负载电压负载电压u ud d=u=uacac00-2023-4-286二、有源逆二、有源逆变变a a=150=150wuduabuacubcubaucaucbuabuacOt当当V1V1触发瞬间，触发瞬间，u uV1V100，V1/V6V1/V6导通导通负载电压负载电压u ud d=u=uacac
4、00当当V1V1触发角为触发角为150150度度,当当V1触发瞬间触发瞬间u uacac0 uac 0-2023-4-287-2023-4-288-a90a90整流器整流器逆变器逆变器2023-4-289+-+-条件条件1条件条件1条件条件3有源逆变运行要求存在如下三个条件：有源逆变运行要求存在如下三个条件：一个反极性的直流电源以提供连续的单向一个反极性的直流电源以提供连续的单向(即通过开关器即通过开关器件从阳极流向阴极件从阳极流向阴极)电流；电流；一个提供触发延迟超过一个提供触发延迟超过9090的全控整流（的全控整流（U Ud d00）电路。）电路。一个提供换相电压一个提供换相电压(换相短路
5、电流换相短路电流)的有源交流系统；的有源交流系统；2023-4-2810E1E2(c)RI+-+-整流器整流器整流器整流器a 90a 90注意：注意：电源的顺向串联将造成短路，输出功率全部被电源的顺向串联将造成短路，输出功率全部被直流线路的电阻吸收，这种情况在直流系统中是直流线路的电阻吸收，这种情况在直流系统中是不允许不允许出现。因此，出现。因此，HVDCHVDC的两端换流站在潮流发转过程中应进的两端换流站在潮流发转过程中应进行及时通信。行及时通信。2023-4-2811逆变器的换相过程逆变器的换相过程a a=30wuduabuacubcubaucaucbuabuacOta a=150wudu
6、abuacubcubaucaucbuabuacOt2023-4-2812不同逆变角时的输出电压波形及晶闸管两端电压波形不同逆变角时的输出电压波形及晶闸管两端电压波形图2-46 三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udwtOwtOb=p4b=p3b=p6b=p4b=p3b=p6wt1wt3wt22023-4-2813直流侧电压波形直流侧电压波形2023-4-2814i1i2i3i4i5i6i1-i4i3iaibic
7、-i6i5-i2晶闸管电流和交流侧电流波晶闸管电流和交流侧电流波形形2023-4-2815有源逆变状态时各电量的计算：有源逆变状态时各电量的计算：)3cos35.1(3)cos(35.13cos35.1dldldldILUILUILUVpwbpwbppwa 单桥逆变器因电路结构如同整流器，阀触发角方式也一样，因此其单桥逆变器因电路结构如同整流器，阀触发角方式也一样，因此其交直流侧电压电流波形、数值大小一样。交直流侧电压电流波形、数值大小一样。逆变器电压公式用逆变器电压公式用角来表示，则：角来表示，则：dldILUVpwb3cos35.1负号表示方向负号表示方向2023-4-2816dldILU
8、Upwb3cos35.12023-4-2817有源逆变状态时各电量的计算：有源逆变状态时各电量的计算：REUId222.34cos1.35cosdLUUUbbddVTIII577.03ddVTIIII816.032222023-4-2818三、逆变器交直流数量关系表达式三、逆变器交直流数量关系表达式 1.1.若不考虑换相重叠现象，则若不考虑换相重叠现象，则acos0ddVV 2.2.若考虑换相重叠现象，则若考虑换相重叠现象，则)cos(cos2)cos(cos2coscos0000aaaaddddddVVVVVV 可见，从整流器转向逆变的转折点所对应的触发角有下式确定可见，从整流器转向逆变的转
9、折点所对应的触发角有下式确定0)cos(cos20addVV2)(pappa 可见，叠弧现象的影响是转折点可见，叠弧现象的影响是转折点 变成变成a290整流器与逆变器的转折点整流器与逆变器的转折点2023-4-2819三、逆变器交直流数量关系表达式三、逆变器交直流数量关系表达式 1.1.若不考虑换相重叠现象，则若不考虑换相重叠现象，则acos0ddUU 2.2.若考虑换相重叠现象，则若考虑换相重叠现象，则)cos(cos2)cos(cos2coscos0000aaaaddddddUUUUUU 可见，从整流器转向逆变的转折点所对应的触发角有下式确定可见，从整流器转向逆变的转折点所对应的触发角有下
10、式确定0)cos(cos20addVV2)(pappa 可见，叠弧现象的影响是转折点可见，叠弧现象的影响是转折点 变成变成a290整流器与逆变器的转折点整流器与逆变器的转折点a转折点为转折点为902023-4-2820为描述整流器工作方式，为描述整流器工作方式，我们用了以下几个角度：我们用了以下几个角度：触发延迟角；触发延迟角；叠弧角；叠弧角；熄弧延迟角熄弧延迟角 。换流的几个角度换流的几个角度以晶闸管以晶闸管3 3为例：为例：触发角从触发角从b b相电压在三相电压中开始相电压在三相电压中开始最大开算算起最大开算算起从其换相电压从其换相电压uba为零时刻算起为零时刻算起2023-4-2821w
11、uduabuacubcubaucaucbuabuacOta电压最高wt=30b电压最高wt=150c电压最高wt=270c电压最低wt=90a电压最低wt=210b电压最高wt=330自然换向点，是各相晶闸管能导通的最早时刻，将自然换向点，是各相晶闸管能导通的最早时刻，将其作为晶闸管控制角的起点其作为晶闸管控制角的起点2023-4-2822触发延迟角；触发延迟角；叠弧角；叠弧角；熄弧延迟角熄弧延迟角 。换流的几个角度换流的几个角度以晶闸管以晶闸管3 3为例：为例：2023-4-2823 与整流器类似，逆变器的工作方式也可用同样定义的与整流器类似，逆变器的工作方式也可用同样定义的和和来描述。但来
12、描述。但是与整流器不同的是，逆变器的是与整流器不同的是，逆变器的和和值在值在9090至至180180之间。在实际应用之间。在实际应用中，通常用中，通常用触发超前角触发超前角和和熄弧超前角熄弧超前角来描述逆变器的性能。来描述逆变器的性能。1）触发角）触发角 定义同整流器定义同整流器逆变器的几种角度逆变器的几种角度2）触发超前角）触发超前角3）熄弧超前角）熄弧超前角落后于自然换相点落后于自然换相点180处到晶闸管门极获得触发信号处到晶闸管门极获得触发信号处对应的电角度，处对应的电角度，规定从阀关断到阀上阳极电压持续为负的时间所对应的规定从阀关断到阀上阳极电压持续为负的时间所对应的电角度。电角度。2
13、023-4-28241201201201202023-4-2825)cos(21coscos21)cos()cos(2coscos2cos000000bpbpaaddcddddddddUIRUUUUVVVV）（）（）（)cos(cos20addVV)cos(cos00dcddcddIRUIRUU若逆变器电压公式用若逆变器电压公式用角来表示，则：角来表示，则：dcddIRUUcos0逆变等效电路逆变等效电路2023-4-2826逆变器的等效电路图（逆变器的等效电路图（V Vd d为正）为正）dldILUUpw3cos35.12023-4-2827逆变器的等效电路图（逆变器的等效电路图（V Vd
14、d为正）为正）dldILUUpw3cos35.1dldILUUpwb3cos35.12023-4-2828n逆变失败逆变失败n逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管逆变时，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。成顺向串联，形成很大短路电流。n逆变失败的原因逆变失败的原因n触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分触发电路工作不可靠，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，致使晶闸管不能正配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能
15、正常换相。常换相。n晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。n交流电源缺相或突然消失。交流电源缺相或突然消失。n换相的裕度角不足，引起换相失败。换相的裕度角不足，引起换相失败。逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制2023-4-28291.1.逆变失败产生的原因逆变失败产生的原因（1 1）触发电路工作不可靠）触发电路工作不可靠 逆变失败的原因及最小逆变角的限制逆变失败的原因及最小逆变角的限制脉冲丢失脉冲丢失触发脉冲延迟触发脉冲延迟2023-4-2830（2 2）晶闸管发生故障）晶闸管发生故障 由于各种原因造成由于各种原因造成晶闸管故障，
16、从而使晶闸管故障，从而使晶闸管应该阻断时不晶闸管应该阻断时不能阻断，应该导通时能阻断，应该导通时不能导通，造成逆变不能导通，造成逆变失败，如图失败，如图2023-4-2831（3 3）交流电源发生异常）交流电源发生异常 在逆变工作状态时，如果交流电源突然停电、缺相或电在逆变工作状态时，如果交流电源突然停电、缺相或电源电压降低，由于直流电动势源电压降低，由于直流电动势E的存在，晶闸管仍可导通的存在，晶闸管仍可导通，此时电路的交流侧由于失去了同直流电动势极性相反的，此时电路的交流侧由于失去了同直流电动势极性相反的交流电压，因此直流电动势将通过晶闸管使电路短路。交流电压，因此直流电动势将通过晶闸管使
17、电路短路。2023-4-2832图2-47 交流侧电抗对逆变换相过程的影响udOOidwtwtuaubucuaubpbb iVT1iVTiVT3iVTiVT322如果如果b b b 时，换相结束时，晶闸时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。管能承受反压而关断。（4 4）换相裕量不足）换相裕量不足2023-4-2833逆变时允许采用的最小逆变逆变时允许采用的最小逆变角角b b 应等于应等于 b bmin=+q q 晶闸管的关断时间晶闸管的关断时间tq折合的电角度折合的电角度 换相重叠角换相重叠角q q安全裕量角安全裕量角tq大的可达大的可达200300ms，折算到电角度约折算到电角度约4 5。随直流平均电流和换相电抗的增加而增大。随直流平均电流和换相电抗的增加而增大。主要针对主要针对脉冲不对称程度（一般可达脉冲不对称程度（一般可达5）。）。值约取为值约取为10。最小逆变角最小逆变角minmin的确定的确定最小逆变角最小逆变角minmin一般取一般取303035352023-4-2834谢谢大家！谢谢大家！
