汽車電力電子及電力驅(qū)動(dòng)-6

1、有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-0 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-1 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（invertioninvertion）把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，整流的逆過把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，整流的逆過 程。程。 v 實(shí)例：電力機(jī)車再生制動(dòng)行駛，機(jī)車的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽此蛯?shí)例：電力機(jī)車再生制動(dòng)行駛，機(jī)車的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽此?到交流電網(wǎng)中去。到交流電網(wǎng)中去。 逆變電路逆變電路把直流電逆變成交流電的電路。把直流電逆變成交流電的電路。 v 有源逆變電路有源逆變電路交流側(cè)和電網(wǎng)連結(jié)。交流側(cè)和電網(wǎng)連結(jié)。 應(yīng)用：直流可逆調(diào)速應(yīng)

2、用：直流可逆調(diào)速 系統(tǒng)、交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速以及高壓直流輸電等。系統(tǒng)、交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速以及高壓直流輸電等。 v 無源逆變電路無源逆變電路變流電路的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而直接接到負(fù)載。變流電路的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而直接接到負(fù)載。 對(duì)于可控整流電路，滿足一定條件就可工作于有源逆變，對(duì)于可控整流電路，滿足一定條件就可工作于有源逆變， 其電路形式未變，只是電路工作條件轉(zhuǎn)變。既可工作在整其電路形式未變，只是電路工作條件轉(zhuǎn)變。既可工作在整 流狀態(tài)又可工作在逆變狀態(tài)的電路又稱為變流電路。流狀態(tài)又可工作在逆變狀態(tài)的電路又稱為變流電路。 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

3、4-2 一、一、 1 1、直流發(fā)電機(jī)、直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電能的流轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電能的流轉(zhuǎn) 圖a M電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，EGEM，電流Id從G流向M，M吸收 電功率。 圖b 回饋制動(dòng)狀態(tài)，M作發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)，EMEG， 電流反向，從M流向G。故M輸出電功率，G則吸收電功 率，M軸上輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊此徒oG。 圖c 兩電動(dòng)勢(shì)順向串聯(lián)，向電阻R 供電，G和M均輸 出功率，由于R 一般都很小，實(shí)際上形成短路，在工作 中必須嚴(yán)防這類事故發(fā)生。 c) b)a) MGMGMG E G E M I d R E G E M I d R E G E M I d R 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-

4、3 2、變流電路變流電路 電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電能的流轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電能的流轉(zhuǎn) 用單相全波電路代替上述發(fā)電機(jī)用單相全波電路代替上述發(fā)電機(jī) a) b) 圖2-45 R + - 電能 M 1 0 2 u10 u20 ud id L VT1 VT2 u10udu20u10 O Ot t Id id UdEM EM 電能 M R + - 1 0 2 ud id L VT1 VT2 u10 ud u20u10 O Ot t Id id Ud E EM M，才能輸出 ，才能輸出I Id d。 交流交流 電網(wǎng)電網(wǎng) 輸出輸出 電功電功 率率 電動(dòng)機(jī)輸入電動(dòng)機(jī)輸入 電功率電功率 電電 動(dòng)動(dòng) 機(jī)機(jī) 輸輸 出出 電電 功功 率

5、率 交流電網(wǎng)輸交流電網(wǎng)輸 入電功率入電功率 圖圖b M回饋制動(dòng)，由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，回饋制?dòng)，由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，Id方向不變，欲改變電能的輸送方向，方向不變，欲改變電能的輸送方向， 只能改變只能改變EM極性。為了防止兩電動(dòng)勢(shì)順向串聯(lián)，極性。為了防止兩電動(dòng)勢(shì)順向串聯(lián)，Ud極性也必須反過來，即極性也必須反過來，即Ud應(yīng)為應(yīng)為 負(fù)值，且負(fù)值，且|EM | |Ud |，才能把電能從直流側(cè)送到交流側(cè)，才能把電能從直流側(cè)送到交流側(cè),實(shí)現(xiàn)逆變。實(shí)現(xiàn)逆變。 U Ud d可通過改變可通過改變 來進(jìn)行調(diào)節(jié)，逆變狀態(tài)時(shí)來進(jìn)行調(diào)節(jié)，逆變狀態(tài)時(shí)U Ud d為負(fù)值，為負(fù)值， 逆變時(shí)逆變時(shí) 在在 /2 /2 之之

6、間。間。 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-4 3 3、實(shí)現(xiàn)有源、實(shí)現(xiàn)有源逆變的條件逆變的條件 從上述分析中，可以歸納出要實(shí)現(xiàn)有源逆變，從上述分析中，可以歸納出要實(shí)現(xiàn)有源逆變， 必須滿足下列條件：必須滿足下列條件： （1 1）有直流電動(dòng)勢(shì)，其極性和晶閘管導(dǎo)通方向一）有直流電動(dòng)勢(shì)，其極性和晶閘管導(dǎo)通方向一 致，其值大于變流器直流側(cè)平均電壓。致，其值大于變流器直流側(cè)平均電壓。 （2 2）晶閘管的控制角）晶閘管的控制角 /2/2，使使U Ud d為負(fù)值。為負(fù)值。 半控橋或輸出端有續(xù)流二極管的電路，因其半控橋或輸出端有續(xù)流二極管的電路，因其 整流電壓整流電壓u ud d不能出現(xiàn)負(fù)值，

7、也不允許直流側(cè)出不能出現(xiàn)負(fù)值，也不允許直流側(cè)出 現(xiàn)負(fù)極性的電動(dòng)勢(shì)，故不能實(shí)現(xiàn)有源逆變。現(xiàn)負(fù)極性的電動(dòng)勢(shì)，故不能實(shí)現(xiàn)有源逆變。 欲實(shí)現(xiàn)有源逆變，只能采用全控電路。欲實(shí)現(xiàn)有源逆變，只能采用全控電路。 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-5 4、改變電樞電勢(shì)改變電樞電勢(shì) E 極性的方法極性的方法 （1）某些機(jī)械能隨著工況的不同自動(dòng)改變）某些機(jī)械能隨著工況的不同自動(dòng)改變E的的 極性極性 （如直流卷揚(yáng)機(jī)）。（如直流卷揚(yáng)機(jī)）。 （2）改變勵(lì)磁電流方向。改變勵(lì)磁電流方向。 （3）反接電樞回路。反接電樞回路。 在可逆拖動(dòng)系統(tǒng)中，通常采用兩套變流器在可逆拖動(dòng)系統(tǒng)中，通常采用兩套變流器 相互切換。

8、相互切換。 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-6 5、逆變角、逆變角 為了方便，電路進(jìn)入逆變狀態(tài)時(shí)，通常用逆為了方便，電路進(jìn)入逆變狀態(tài)時(shí)，通常用逆 變角變角 （或稱引前觸發(fā)角）（或稱引前觸發(fā)角）表示相控角度。表示相控角度。 規(guī)定：規(guī)定： 角計(jì)算的起始點(diǎn)為控制角角計(jì)算的起始點(diǎn)為控制角 = 處，處， 計(jì)算方法為：自計(jì)算方法為：自 = （ = 0 ）的起始點(diǎn)）的起始點(diǎn) 向左方計(jì)量。向左方計(jì)量。 、 的關(guān)系：的關(guān)系： = 或或 = 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-7 二、二、單相橋式有源逆變電路單相橋式有源逆變電路 1、變流器工作于、變流器工作于整流狀態(tài)（整流狀態(tài)

9、（ 0 2 ） Ud 0 , E 0，Ud E，M工作于電動(dòng)狀態(tài)工作于電動(dòng)狀態(tài) 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-8 2、變流器工作于、變流器工作于逆變狀態(tài)（逆變狀態(tài)（ 2 ） 電動(dòng)機(jī)工作于發(fā)電狀態(tài)，由于電動(dòng)機(jī)工作于發(fā)電狀態(tài)，由于Id方向不能改變，方向不能改變， 因而要求：因而要求： E 0 （反極性），（反極性），Ud 0 （反極（反極 性）性）且且 Ud E 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-9 3、單相橋式電路逆變電壓的計(jì)算、單相橋式電路逆變電壓的計(jì)算 變流器直流側(cè)電壓計(jì)算公式變流器直流側(cè)電壓計(jì)算公式 考慮換相重疊角考慮換相重疊角 其它的電量，如負(fù)載電

10、流平均值、晶閘管電流平均值其它的電量，如負(fù)載電流平均值、晶閘管電流平均值 和有效值，變壓器的容量計(jì)算等，均可按照整流電路和有效值，變壓器的容量計(jì)算等，均可按照整流電路 的計(jì)算原則進(jìn)行的計(jì)算原則進(jìn)行 。 cosU9 . 0 cos0.9UU 2 2d d B I x 2 cosU9 . 0U 2d 2 2 2 coscos( U Ix ) dB 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-10 4.14.1 有源逆變電路的工作原理（概念）有源逆變電路的工作原理（概念） 4.34.3 有源逆變的應(yīng)用有源逆變的應(yīng)用 4.44.4 整流電路的諧波和功率因數(shù)整流電路的諧波和功率因數(shù) 4.64.6

11、 變流電路的功率因數(shù)及改善方法變流電路的功率因數(shù)及改善方法 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-11 一、一、 三相半波有源逆變電路三相半波有源逆變電路 1、變流器工作于、變流器工作于整流狀態(tài)（整流狀態(tài)（ 0 2 ） Ud 0 , E 0， Ud E， M工作于電動(dòng)狀態(tài)工作于電動(dòng)狀態(tài) 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-12 2、變流器工作于、變流器工作于逆變狀態(tài)（逆變狀態(tài)（ 2 ） 電動(dòng)機(jī)工作于發(fā)電狀態(tài)，由于電動(dòng)機(jī)工作于發(fā)電狀態(tài)，由于Id方向不能改變，因而要求：方向不能改變，因而要求： Ud 0 （反極性）（反極性） , E 0 （反極性）（反極性） Ud E

12、 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-13 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-14 3、三相半波電路逆變電壓的計(jì)算、三相半波電路逆變電壓的計(jì)算 變流器直流側(cè)電壓計(jì)算公式變流器直流側(cè)電壓計(jì)算公式 考慮換相重疊角考慮換相重疊角 其它的電量，如負(fù)載電流平均值、晶閘管電流平均值和其它的電量，如負(fù)載電流平均值、晶閘管電流平均值和 有效值，變壓器的容量計(jì)算等，均可按照整流電路的計(jì)有效值，變壓器的容量計(jì)算等，均可按照整流電路的計(jì) 算原則進(jìn)行算原則進(jìn)行 。 cosU17. 1 cos U1.17U 2 2d d B I x 2 3 cosU17. 1U 2d 2 6 2 co

13、scos( U Ix ) dB 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-15 1、變流器工作于、變流器工作于逆變狀態(tài)（逆變狀態(tài)（ 2 ） Ud 0 , E 0 Ud E 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-16 2、三相橋式電路逆變電壓的計(jì)算、三相橋式電路逆變電壓的計(jì)算 變流器直流側(cè)電壓計(jì)算公式變流器直流側(cè)電壓計(jì)算公式 考慮換相重疊角考慮換相重疊角 其它的電量，如負(fù)載電流平均值、晶閘管電流平均值其它的電量，如負(fù)載電流平均值、晶閘管電流平均值 和有效值，變壓器的容量計(jì)算等，均可按照整流電路和有效值，變壓器的容量計(jì)算等，均可按照整流電路 的計(jì)算原則進(jìn)行的計(jì)算原則進(jìn)行 。

14、 cosU34. 2 cos2.34UU 2 2d d B I x 3 cosU34. 2U 2d 2 6 2 coscos( U Ix ) dB 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-17 1、定義：、定義： 逆變運(yùn)行時(shí)，一旦發(fā)生換相失敗，使整流逆變運(yùn)行時(shí)，一旦發(fā)生換相失敗，使整流 電路由逆變工作狀態(tài)進(jìn)入整流工作狀態(tài)，電路由逆變工作狀態(tài)進(jìn)入整流工作狀態(tài)， Ud又重新又重新變成正值變成正值，使輸出平均電壓和直，使輸出平均電壓和直 流電勢(shì)變成流電勢(shì)變成順向串聯(lián)順向串聯(lián)，外接的直流電源通，外接的直流電源通 過過SCR電路形成短路，這種情況稱為電路形成短路，這種情況稱為逆變逆變 失敗失

15、敗，或稱為，或稱為逆變顛覆逆變顛覆。 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-18 （1）觸發(fā)脈沖丟失）觸發(fā)脈沖丟失 T2的觸發(fā)脈的觸發(fā)脈 沖沖Ug2丟失丟失 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-19 （2）觸發(fā)脈沖延遲）觸發(fā)脈沖延遲 T2的觸發(fā)脈的觸發(fā)脈 沖沖Ug2延遲延遲 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-20 （3）晶閘管發(fā)生故障）晶閘管發(fā)生故障（指晶閘管失去阻斷能力（指晶閘管失去阻斷能力 或失去導(dǎo)通能力）或失去導(dǎo)通能力） T3失去阻斷失去阻斷 能力能力 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-21 （4）換相的裕量角不足）換相的

16、裕量角不足 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-22 （5）交流電源發(fā)生異?，F(xiàn)象，如）交流電源發(fā)生異?，F(xiàn)象，如 交流電源突然斷電交流電源突然斷電 交流電源電壓太低交流電源電壓太低 交流電源缺相交流電源缺相 不論什么原因，逆變失敗的后果都是造成電流不論什么原因，逆變失敗的后果都是造成電流 急劇上升！急劇上升！ 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-23 （1）預(yù)防措施）預(yù)防措施 采用可靠的觸發(fā)電路；采用可靠的觸發(fā)電路； 選用可靠的選用可靠的SCR，防止誤導(dǎo)通；防止誤導(dǎo)通； 逆變角逆變角 不能太小，必須限制在某一允許不能太小，必須限制在某一允許 的最小角度內(nèi)。的最小角

17、度內(nèi)。 （2）保護(hù)措施保護(hù)措施：裝裝快速熔斷器或快速開關(guān)；快速熔斷器或快速開關(guān)； 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-24 （1）最小逆變角）最小逆變角 min = + + : SCR的關(guān)斷時(shí)間的關(guān)斷時(shí)間 tq 折合的電角度，折合的電角度， 叫恢復(fù)阻斷角，叫恢復(fù)阻斷角， = tq : 換相重疊角（約為換相重疊角（約為15 20 ） : 安全裕量角（一般取安全裕量角（一般取10 ） tq約為約為200300 s，折算成電角度，折算成電角度約約4 5 最小最小角一般可取角一般可取30 35 。 角越大，逆變?cè)娇煽?，但功率因?shù)越低！角越大，逆變?cè)娇煽浚β室驍?shù)越低！ 有源逆變 20

18、21-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-25 三相全控橋式整流電路接阻感反電勢(shì)負(fù)載。已知整流變?nèi)嗳貥蚴秸麟娐方幼韪蟹措妱?shì)負(fù)載。已知整流變 壓器副邊線電壓壓器副邊線電壓 UAB=220V，交流側(cè)電感，交流側(cè)電感LB=0.5mH， R=2，E= -290V， =150，=100 ，Ld足夠大，足夠大， 求直流端電壓、電流和交流電源的功率因數(shù)求直流端電壓、電流和交流電源的功率因數(shù)KP。 解：交流側(cè)電抗為解：交流側(cè)電抗為 輸出直流平均電壓為輸出直流平均電壓為 輸出電壓又可表示為輸出電壓又可表示為 所以所以 )(157. 0105 . 0100 3 BB Lx d B AB ddd I x U UU

19、U 2 6 150cos35. 1 cos 0 ERIU dd )(5 .259290226.15 )(26.15 15. 02 2 .257290 2 6 150cos35. 1 ) 2 6 (150cos35. 1 VERIU A x R UE I x RIUE dd B AB d B dAB 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-26 負(fù)載側(cè)的功率為負(fù)載側(cè)的功率為 負(fù)載功率為負(fù)值，表明負(fù)載側(cè)實(shí)際是供出電能回饋到電負(fù)載功率為負(fù)值，表明負(fù)載側(cè)實(shí)際是供出電能回饋到電 網(wǎng)的。網(wǎng)的。 Pd又可解為又可解為 所以交流電源的功率因數(shù)為所以交流電源的功率因數(shù)為 )(396026.155 .

20、259WIUP ddd )(396026.155 .259 26.15)29. 22 .257()cos( 0 W IUUIUP dddddd 83. 0 77.4744 3960 22026.15 3 2 3 3960 S P K d P 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-27 三相半波整流電路如圖例三相半波整流電路如圖例4.2所示，已知電動(dòng)機(jī)處于穩(wěn)定所示，已知電動(dòng)機(jī)處于穩(wěn)定 的發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，濾波電抗的發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，濾波電抗Xd足夠大，輸出電流連續(xù)足夠大，輸出電流連續(xù) 而平直，電樞回路總電阻而平直，電樞回路總電阻Ra0.5 ，電機(jī)端壓，電機(jī)端壓Ua 220V，變壓器副邊相電

21、壓，變壓器副邊相電壓U2220V，交流側(cè)換流電抗，交流側(cè)換流電抗 XB0.21 。試完成下列要求：。試完成下列要求： 1闡明圖中整流器輸出電壓闡明圖中整流器輸出電壓U Ud d和電和電 動(dòng)機(jī)端電壓動(dòng)機(jī)端電壓U Ua a的極性；的極性； 2 2闡明變流器控制角的調(diào)節(jié)范圍；闡明變流器控制角的調(diào)節(jié)范圍； 3 3如何調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)強(qiáng)度？如何調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)強(qiáng)度？ 4 4當(dāng)制動(dòng)電流當(dāng)制動(dòng)電流I Ia a103A103A時(shí)，系統(tǒng)向時(shí)，系統(tǒng)向 交流電網(wǎng)回饋的功率有多大？此時(shí)變交流電網(wǎng)回饋的功率有多大？此時(shí)變 流器的逆變角為多少？流器的逆變角為多少？ 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-28

22、 解：解： 1. 由于電機(jī)處于穩(wěn)定的再生制動(dòng)狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)向交由于電機(jī)處于穩(wěn)定的再生制動(dòng)狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)向交 流電網(wǎng)回饋電能流電網(wǎng)回饋電能 ，且晶閘管不能逆向?qū)娏?，?jù)此，且晶閘管不能逆向?qū)娏鳎瑩?jù)此 可以確定整流器輸出電壓可以確定整流器輸出電壓Ud和電動(dòng)機(jī)端電壓和電動(dòng)機(jī)端電壓Ua的極性的極性 為下為下“+”上上“-”。 2. 逆變工作時(shí)控制角的理論范圍是逆變工作時(shí)控制角的理論范圍是 ，為，為 防止逆變顛覆，控制角防止逆變顛覆，控制角 有最大值的限制，即逆變有最大值的限制，即逆變 角有最小值角有最小值 限制。限制。 受換流電流、交流側(cè)換相電抗受換流電流、交流側(cè)換相電抗 及元件關(guān)斷時(shí)間的影響，應(yīng)具

23、體情況具體分析。根據(jù)及元件關(guān)斷時(shí)間的影響，應(yīng)具體情況具體分析。根據(jù) 一些典型系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，一些典型系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)， 大約在大約在350左右。因此逆左右。因此逆 變工作時(shí)控制角的范圍大致是變工作時(shí)控制角的范圍大致是 。 3. 通過調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié) 角來調(diào)節(jié)制動(dòng)強(qiáng)度，當(dāng)角來調(diào)節(jié)制動(dòng)強(qiáng)度，當(dāng) 較大時(shí)，變流較大時(shí)，變流 器輸出逆變電壓較小，制動(dòng)電流大，制動(dòng)力就強(qiáng)，反器輸出逆變電壓較小，制動(dòng)電流大，制動(dòng)力就強(qiáng)，反 之亦然。之亦然。 18090 max min min min 。 15090 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-29 解：解：4 VRIUU aaad 5 .1685 . 01

24、03220 kWIUP add 36.171035 .168 VI x UU a B d 5 .168 2 3 cos17. 1 2 Ba xIU, 2 1 .52 負(fù)號(hào)說明電網(wǎng)吸收電功率負(fù)號(hào)說明電網(wǎng)吸收電功率 代入代入 得得 ： 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-30 4.14.1 有源逆變電路的工作原理有源逆變電路的工作原理 4.24.2 三相有源逆變電路三相有源逆變電路 4.44.4 整流電路的諧波和功率因數(shù)整流電路的諧波和功率因數(shù) 4.64.6 變流電路的功率因數(shù)及改善方法變流電路的功率因數(shù)及改善方法 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-31 高壓直流

25、輸電高壓直流輸電 兩組晶閘管變流器的交流側(cè)分別與兩組晶閘管變流器的交流側(cè)分別與 兩個(gè)交流系統(tǒng)兩個(gè)交流系統(tǒng)u u1 1、u u2 2連接，變流器連接，變流器 的直流側(cè)相互關(guān)聯(lián)。的直流側(cè)相互關(guān)聯(lián)。 通過分別控制兩個(gè)變流器的工作狀態(tài)，通過分別控制兩個(gè)變流器的工作狀態(tài)， 就可控制功率的流向。就可控制功率的流向。 在送電端，變流器工作于整流工況，在送電端，變流器工作于整流工況， 在受電端變流器工作于逆變工況。在受電端變流器工作于逆變工況。 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-32 繞線式異步電動(dòng)機(jī)晶繞線式異步電動(dòng)機(jī)晶 閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng) 轉(zhuǎn)子在不同的轉(zhuǎn)速下感應(yīng)出轉(zhuǎn)差頻轉(zhuǎn)子在

26、不同的轉(zhuǎn)速下感應(yīng)出轉(zhuǎn)差頻 率的電壓，經(jīng)一組不控的三相橋式率的電壓，經(jīng)一組不控的三相橋式 變流器變成直流電壓，變流器變成直流電壓， 此電壓再經(jīng)一組全控橋式變流器實(shí)此電壓再經(jīng)一組全控橋式變流器實(shí) 現(xiàn)有源逆變，把電能（轉(zhuǎn)差功率）現(xiàn)有源逆變，把電能（轉(zhuǎn)差功率） 饋送回電網(wǎng)中去，饋送回電網(wǎng)中去， 改變逆變角的大小，即可改變饋送回改變逆變角的大小，即可改變饋送回 電網(wǎng)電能的多少，從而達(dá)到改變電機(jī)電網(wǎng)電能的多少，從而達(dá)到改變電機(jī) 轉(zhuǎn)速的目的。轉(zhuǎn)速的目的。 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-33 直流可逆電力拖動(dòng)直流可逆電力拖動(dòng) 系統(tǒng)系統(tǒng) 第一象限，變流器第一象限，變流器的控制角的控制角 1

27、900，Ud1E，整流狀態(tài)，整流狀態(tài)， 電機(jī)正轉(zhuǎn)電動(dòng)運(yùn)行；電機(jī)正轉(zhuǎn)電動(dòng)運(yùn)行； 第二象限，變流器第二象限，變流器的控制角的控制角 900，Ud E，有源逆變狀態(tài)，有源逆變狀態(tài)， 電機(jī)正轉(zhuǎn)發(fā)電制動(dòng)機(jī)運(yùn)行；電機(jī)正轉(zhuǎn)發(fā)電制動(dòng)機(jī)運(yùn)行； 第三象限，變流器第三象限，變流器的控制角的控制角 900， Ud E，整流狀態(tài)，電，整流狀態(tài)，電 機(jī)反轉(zhuǎn)電動(dòng)運(yùn)行；機(jī)反轉(zhuǎn)電動(dòng)運(yùn)行； 第四象限，變流器第四象限，變流器的控制角的控制角 1 900，Ud1E，有源逆變狀態(tài)，有源逆變狀態(tài)， 電機(jī)反轉(zhuǎn)發(fā)電制動(dòng)運(yùn)行。電機(jī)反轉(zhuǎn)發(fā)電制動(dòng)運(yùn)行。 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-34 4.14.1 有源逆變電路的工作原理

28、（概念）有源逆變電路的工作原理（概念） 4.24.2 三相有源逆變電路三相有源逆變電路 4.34.3 有源逆變的應(yīng)用有源逆變的應(yīng)用 4.64.6 變流電路的功率因數(shù)及改善方法變流電路的功率因數(shù)及改善方法 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-35 任何周期性波形都可以分解為任何周期性波形都可以分解為直流分量直流分量、正弦正弦 波基波分量波基波分量和一系列頻率為基波整數(shù)倍的和一系列頻率為基波整數(shù)倍的諧波諧波 分量分量。 整流電路的諧波包括：整流電路的諧波包括： 變流器變流器直流側(cè)直流側(cè)諧波諧波 交流交流電源側(cè)電源側(cè)諧波諧波 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-36

29、在（在（ m m） 傅立葉級(jí)數(shù)分析傅立葉級(jí)數(shù)分析 ud 以以2 m為周期為周期 tUudcos2 2 mkn ndd tnbUucos ) 2 cos() 2 (coscos m n tn m tntn 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-37 因此因此 在整流輸出電壓中，諧波級(jí)次在整流輸出電壓中，諧波級(jí)次 n 一定是脈波數(shù)一定是脈波數(shù) m 的整數(shù)倍。的整數(shù)倍。 根據(jù)根據(jù)傅立葉級(jí)數(shù)分析傅立葉級(jí)數(shù)分析 結(jié)果結(jié)果 mkn m mn ttdntU m b coscos2 / 1 2 mkn dd tn n k Uu cos 1 cos2 1 2 0 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)

30、電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-38 兩相半波電路（兩相半波電路（m=2） 三相半波電路三相半波電路（m=3） . 75 6cos2 53 4cos2 31 2cos2 1 2 sin 2 2 2 ttt Uud . 108 9cos2 75 6cos2 42 3cos2 1 3 sin 3 2 2 ttt Uud 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-39 三相橋式電路三相橋式電路（m=6） 脈波數(shù)（相數(shù)）的增加使諧波中最低次諧波的脈波數(shù)（相數(shù)）的增加使諧波中最低次諧波的 頻率增加，同時(shí)其幅值迅速減少。頻率增加，同時(shí)其幅值迅速減少。 增加整流器的脈波數(shù)增加整流器的脈波數(shù) m ，對(duì)減少直流側(cè)諧

31、波、對(duì)減少直流側(cè)諧波、 改善輸出波形質(zhì)量有重要的作用。改善輸出波形質(zhì)量有重要的作用。 . 1917 18cos2 1311 12cos2 75 6cos2 1 6 sin 6 2 2 ttt Uud 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-40 空載直流電壓的空載直流電壓的 n 次諧波的有效值次諧波的有效值 整流器輸出直流電壓中的諧波分量，將隨延整流器輸出直流電壓中的諧波分量，將隨延 遲角遲角 的增大而顯著上升。的增大而顯著上升。 222 0 2 )( sincos 1 2 nU n U dnd 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-41 對(duì)于理想的對(duì)于理想的 m 脈

32、波整流器，則在交流側(cè)只有下脈波整流器，則在交流側(cè)只有下 列級(jí)次的諧波電流：列級(jí)次的諧波電流： = mk 1 每個(gè)諧波電流分量的幅值為基波電流的每個(gè)諧波電流分量的幅值為基波電流的 1 / ， 即諧波電流分量的大小與其頻率成反比。即諧波電流分量的大小與其頻率成反比。 實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)需要比較精確的檢測(cè)變流器交實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)需要比較精確的檢測(cè)變流器交 流側(cè)諧波電流時(shí)，必需同時(shí)考慮到脈波數(shù)流側(cè)諧波電流時(shí)，必需同時(shí)考慮到脈波數(shù) m、 延遲角延遲角 和重迭角和重迭角 三個(gè)參數(shù)的影響。三個(gè)參數(shù)的影響。 有源逆變 2021-8-1 云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院4-42 4.14.1 有源逆變電路的工作原理（概念）有源逆變電路的工作原理（概念） 4.24.2 三相有源逆變電路三相有源逆變電路 4.34.3 有源逆變的應(yīng)用有源逆變的應(yīng)用 4.44.4 整流電路的諧波和功率因