[工學(xué)]電力電子技術(shù)的應(yīng)用ppt課件

1、第第1010章章 電力電子技術(shù)運(yùn)用電力電子技術(shù)運(yùn)用10.1 晶閘管直流電動機(jī)系統(tǒng)晶閘管直流電動機(jī)系統(tǒng)10.1 晶閘管直流電動機(jī)系統(tǒng)晶閘管直流電動機(jī)系統(tǒng)引言引言晶閘管直流電動機(jī)系統(tǒng)晶閘管直流電動機(jī)系統(tǒng)晶閘管可控整流安晶閘管可控整流安裝帶直流電動機(jī)負(fù)載組成的系統(tǒng)。裝帶直流電動機(jī)負(fù)載組成的系統(tǒng)。是電力拖動系統(tǒng)中主要的一種。是電力拖動系統(tǒng)中主要的一種。是可控整流安裝的主要用途之一。是可控整流安裝的主要用途之一。 對該系統(tǒng)的研討包括兩個方面：其一是在帶電動機(jī)負(fù)載時整流電路的任務(wù)情況。其二是由整流電路供電時電動機(jī)的任務(wù)情況。本節(jié)主要從第二個方面進(jìn)展分析。10.1.1 任務(wù)于整流形狀時任務(wù)于整流形狀時整流電

2、路接反電動勢負(fù)載時，負(fù)載電流斷續(xù)，對整流電路和電動機(jī)的任務(wù)都很不利。圖10-1 三相半波帶電動機(jī)負(fù)載且加平波電抗器時的電壓電流波形通常在電樞回路串聯(lián)一平波電抗器，保證整流電流在較大范圍內(nèi)延續(xù)，如圖10-1。udOidwtuaubucaudOiaibicicwtEUdidR10.1.1 任務(wù)于整流形狀時任務(wù)于整流形狀時 此時，整流電路直流電壓的平衡方程為 10-1 式中， 。 為電動機(jī)的反電動勢 負(fù)載平均電流Id所引起的各種電壓降，包括： 變壓器的電阻壓降 電樞電阻壓降 由重疊角引起的電壓降 晶閘管本身的管壓降，它根本上是一恒值。 系統(tǒng)的兩種任務(wù)形狀：電流延續(xù)任務(wù)形狀 電流斷續(xù)任務(wù)形狀UIREU

3、dMd23BMBXRRRMEdIRBdRIMdRI)2(3dBIXU10.1.1 任務(wù)于整流形狀時任務(wù)于整流形狀時 轉(zhuǎn)速與電流的機(jī)械特性關(guān)系式為 1) 電流延續(xù)時電動機(jī)的機(jī)械特性電流延續(xù)時電動機(jī)的機(jī)械特性 在電機(jī)學(xué)中，知直流電動機(jī)的反電動勢為nCEeM10-2可根據(jù)整流電路電壓平衡方程式10-112，得UIRUEdMacos17. 1210-3edeCUIRCUnacos17. 1210-4圖10-2 三相半波電流延續(xù)時以電流表示的電動機(jī)機(jī)械特性 其機(jī)械特性是一組平行的直線，其斜率由于內(nèi)阻不一定一樣而稍有差別。 調(diào)理a 角，即可調(diào)理電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。Ona1a2a3a3a2a1Id(RB+RM+

4、)IdCe3XB210.1.1 任務(wù)于整流形狀時任務(wù)于整流形狀時2) 電流斷續(xù)時電動機(jī)的機(jī)械特性電流斷續(xù)時電動機(jī)的機(jī)械特性當(dāng)負(fù)載減小時，平波電抗器中的電感儲能減小，致使當(dāng)負(fù)載減小時，平波電抗器中的電感儲能減小，致使電流不再延續(xù)，此時其機(jī)械特性也就呈現(xiàn)出非線性。電流不再延續(xù)，此時其機(jī)械特性也就呈現(xiàn)出非線性。 電動機(jī)的實(shí)踐空載反電動勢都是 。 時為： 。 主電路電感足夠大，可以只思索電流延續(xù)段，完全按線性處置。 當(dāng)?shù)退佥p載時，可改用另一段較陡的特性來近似處置，等效電阻要大一個數(shù)量級。60a22U60a)3cos(22aU 當(dāng)Id減小至某一定值Id min以后，電流變?yōu)閿嗬m(xù)，這個 是不存在的，真正的

5、理想空載點(diǎn)遠(yuǎn)大于此值。0E 圖10-3 電流斷續(xù)時電動勢的特性曲線斷續(xù)區(qū)特性的近似直線斷續(xù)區(qū)延續(xù)區(qū)EE0E0OIdminId(0.585U2)( U2)210.1.1 任務(wù)于整流形狀時任務(wù)于整流形狀時電流斷續(xù)時電動機(jī)機(jī)械特性電流斷續(xù)時電動機(jī)機(jī)械特性的特點(diǎn)：的特點(diǎn)：圖10-4 電流斷續(xù)時電動勢的特性曲線 電流斷續(xù)時理想空載轉(zhuǎn)速抬高。 機(jī)械特性變軟，即負(fù)載電流變化很小也可引起很大的轉(zhuǎn)速變化。 隨著a 的添加，進(jìn)入斷續(xù)區(qū)的電流值加大。斷續(xù)區(qū)特性的近似直線斷續(xù)區(qū)延續(xù)區(qū)EE0E0OIdminId(0.585 U2)( U2)2Oa3a2a1Id分界限斷續(xù)區(qū)延續(xù)區(qū)a5a4E0E圖10-5 思索電流斷續(xù)時不

6、同a 時反電動勢的特性曲線 1 a 2 a 3 a 46010.1.2 任務(wù)于有源逆變形狀時任務(wù)于有源逆變形狀時1) 電流延續(xù)時電動機(jī)的機(jī)械特性電流延續(xù)時電動機(jī)的機(jī)械特性電流延續(xù)時的機(jī)械特性由 決議的。 逆變時由于 ， 反接，得 由于EM=Cen，可求得電動機(jī)的機(jī)械特性方程式RIEUdMdcos0ddUUME)cos(0RIUEddM10-5)cos(10RIUCndde10-6)圖10-6 電動機(jī)在四象限中的機(jī)械特性正組變流器反組變流器na3a2a1Ida42341a = =2a = =23214a2a3a4a1a1= 1;a 1=1a2= 2;a 2=2a 增大方向 增大方向a 增大方向

7、增大方向10.1.2 任務(wù)于有源逆變形狀時任務(wù)于有源逆變形狀時2) 電流斷續(xù)時電動機(jī)的機(jī)械特性電流斷續(xù)時電動機(jī)的機(jī)械特性 可沿用整流時電流斷續(xù)的機(jī)械特性表達(dá)式，把 代入式10-7、式10-8和式10-9，便可得EM、n與Id的表達(dá)式。三相半波電路為例：atantan21)67sin()67sin(cos2ccMeeUE(10-7)tantan2)67sin()67sin(cos2cceeMeeCUCEn(10-8)2)67cos()67cos(cos22322nUCZUIed(10-9)10.1.2 任務(wù)于有源逆變形狀時任務(wù)于有源逆變形狀時 逆變電流斷續(xù)時電動機(jī)的機(jī)械特性，與整流時非常類似：圖

8、10-7 電動機(jī)在四象限中的機(jī)械特性 理想空載轉(zhuǎn)速上翹很多，機(jī)械特性變軟，且呈現(xiàn)非線性。 逆變形狀的機(jī)械特性是整流形狀的延續(xù)。 縱觀控制角 變化時，機(jī)械特性得變化。a第1、4象限中和第3、2象限中的特性是分別屬于兩組變流器的，它們輸出整流電壓的極性彼此相反，故分別標(biāo)以正組和反組變流器。正組變流器反組變流器na3a2a1Ida42341a = =2a = =23214a2a3a4a1a1= 1;a 1=1a2= 2;a 2=2a 增大方向 增大方向a 增大方向 增大方向10.1.3 直流可逆電力拖動系統(tǒng)直流可逆電力拖動系統(tǒng)圖10-8 兩組變流器的反并聯(lián)可逆線路圖10-53a與b是兩組反并聯(lián)的可逆

9、電路 a三相半波有環(huán)流接線 b三相全控橋無環(huán)流接線 c對應(yīng)電動機(jī)四象限運(yùn)轉(zhuǎn)時兩組變流器任務(wù)情況10.1.3 直流可逆電力拖動系統(tǒng)直流可逆電力拖動系統(tǒng)兩套變流安裝反并聯(lián)銜接的可逆電路的相關(guān)概兩套變流安裝反并聯(lián)銜接的可逆電路的相關(guān)概念和結(jié)論：念和結(jié)論： 環(huán)流是指只在兩組變流器之間流動而不經(jīng)過負(fù)載的電流。環(huán)流是指只在兩組變流器之間流動而不經(jīng)過負(fù)載的電流。 正向運(yùn)轉(zhuǎn)時由正組變流器供電；反向運(yùn)轉(zhuǎn)時，那么由反組正向運(yùn)轉(zhuǎn)時由正組變流器供電；反向運(yùn)轉(zhuǎn)時，那么由反組變流器供電。變流器供電。 根據(jù)對環(huán)流的處置方法，反并聯(lián)可逆電路又可分為不同的根據(jù)對環(huán)流的處置方法，反并聯(lián)可逆電路又可分為不同的控制方案，如配合控制有

10、環(huán)流控制方案，如配合控制有環(huán)流 、可控環(huán)流、邏、可控環(huán)流、邏輯控制無環(huán)流和錯位控制無環(huán)流等。輯控制無環(huán)流和錯位控制無環(huán)流等。 電動機(jī)都可四象限運(yùn)轉(zhuǎn)。電動機(jī)都可四象限運(yùn)轉(zhuǎn)。 可根據(jù)電動機(jī)所需運(yùn)轉(zhuǎn)形狀來決議哪一組變流器任務(wù)及其可根據(jù)電動機(jī)所需運(yùn)轉(zhuǎn)形狀來決議哪一組變流器任務(wù)及其任務(wù)形狀：整流或逆變。任務(wù)形狀：整流或逆變。a10.1.3 直流可逆電力拖動系統(tǒng)直流可逆電力拖動系統(tǒng)直流可逆拖動系統(tǒng)，除能方便地實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)外，還能實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的回饋制動。電動機(jī)反向過程分析：電動機(jī)反向過程分析：a a 配合控制的有環(huán)流可逆系統(tǒng)配合控制的有環(huán)流可逆系統(tǒng)對正、反兩組變流器同時輸入觸發(fā)脈沖，并嚴(yán)厲對正、反兩組變流器同時

11、輸入觸發(fā)脈沖，并嚴(yán)厲保證保證a a 的配合控制關(guān)系的配合控制關(guān)系 。假設(shè)正組為整流，反組為逆變，即有假設(shè)正組為整流，反組為逆變，即有a P N a P N ，UdaPUdNUdaPUdN，且極性相抵，兩組變流器之間沒有，且極性相抵，兩組變流器之間沒有直流環(huán)流。直流環(huán)流。但兩組變流器的輸出電壓瞬時值不等，會產(chǎn)生脈但兩組變流器的輸出電壓瞬時值不等，會產(chǎn)生脈動環(huán)流。動環(huán)流。串入環(huán)流電抗器串入環(huán)流電抗器LCLC限制環(huán)流。限制環(huán)流。10.1.3 直流可逆電力拖動系統(tǒng)直流可逆電力拖動系統(tǒng)邏輯無環(huán)流可逆系統(tǒng)邏輯無環(huán)流可逆系統(tǒng)工程上運(yùn)用較廣泛，不需設(shè)置環(huán)流電抗器。工程上運(yùn)用較廣泛，不需設(shè)置環(huán)流電抗器。只需一組

12、橋投入任務(wù)另一組關(guān)斷，兩組橋只需一組橋投入任務(wù)另一組關(guān)斷，兩組橋之間不存在環(huán)流。之間不存在環(huán)流。兩組橋之間的切換過程：兩組橋之間的切換過程：首先應(yīng)使已導(dǎo)通橋的晶閘管斷流，要妥當(dāng)處置使主回路電流變?yōu)榱?，使原?dǎo)通晶閘管恢復(fù)阻斷才干。隨后再開通原封鎖著的晶閘管，使其觸發(fā)導(dǎo)通。 這種無環(huán)流可逆系統(tǒng)中，變流器之間的切換過程由邏輯單元控制，稱為邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng)。直流可逆電力拖動系統(tǒng)，將在后繼課“電力拖動自動控制系統(tǒng)中進(jìn)一步分析討論。定義定義 以交流直流電動機(jī)為動力拖動各種消費(fèi)機(jī)械的系統(tǒng)我們稱之為交流直流以交流直流電動機(jī)為動力拖動各種消費(fèi)機(jī)械的系統(tǒng)我們稱之為交流直流 電氣傳動系統(tǒng)，也稱交流直流電氣拖動系統(tǒng)

13、電氣傳動系統(tǒng)，也稱交流直流電氣拖動系統(tǒng)構(gòu)成構(gòu)成中間傳動機(jī)構(gòu)交流電源輸入終端機(jī)械交流電機(jī)直流調(diào)速安裝直流輸出皮帶輪、齒輪箱等風(fēng)機(jī)、泵等直流電機(jī)交流調(diào)速安裝交流輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)變頻器10.2.1交直交變頻電路交直交變頻電路 當(dāng)負(fù)載為電動機(jī)時，通常要求間接交流變流電路具有再生反響電力的才干，要求輸出電壓的大小和頻率可調(diào)，此時該電路又名交直交變頻電路。 不能再生反響電力的電壓型間接交流變流電路的整流部分不能再生反響電力的電壓型間接交流變流電路的整流部分采用的是不可控整流，它只能由電源向直流電路保送功率，采用的是不可控整流，它只能由電源向直流電路保送功率，而不能反響電力。圖中逆變電路的能量是可以雙向流動的，

14、而不能反響電力。圖中逆變電路的能量是可以雙向流動的，假設(shè)負(fù)載能量反響到中間直流電路，將導(dǎo)致電容電壓升高，假設(shè)負(fù)載能量反響到中間直流電路，將導(dǎo)致電容電壓升高，稱為泵升電壓。稱為泵升電壓。1電壓型間接交流 變流電路圖10-7 不能再生反響的電壓型間接交流變流電路10.2.1交直交變頻電路交直交變頻電路 使電路具備再生反響電力的才干的方法 ：l 帶有泵升電壓限制電路的電壓型間接交流變流電路。l 當(dāng)泵升電壓超越一定數(shù)值時，使V0導(dǎo)通，把從負(fù)載反響的能量耗費(fèi)在R0上。圖108 帶有泵升電壓限制電路的電壓型間接交流變流電路l 利用可控變流器實(shí)現(xiàn)再生反響的電壓型間接交流變流電路。l 當(dāng)負(fù)載回饋能量時，可控變

15、流器任務(wù)于有源逆變形狀，將電能反響回電網(wǎng)。圖109 利用可控變流器實(shí)現(xiàn)再生反響的電壓型間接交流變流電路10.2.1交直交變頻電路交直交變頻電路l 整流和逆變均為整流和逆變均為PWM控制的控制的電壓型間接交流變流電路。電壓型間接交流變流電路。l 整流和逆變電路的構(gòu)整流和逆變電路的構(gòu)成完全一樣，均采用成完全一樣，均采用PWM控控制，能量可雙向流動。輸入制，能量可雙向流動。輸入輸出電流均為正弦波，輸入輸出電流均為正弦波，輸入功率因數(shù)高，且可實(shí)現(xiàn)電動功率因數(shù)高，且可實(shí)現(xiàn)電動機(jī)四象限運(yùn)轉(zhuǎn)。機(jī)四象限運(yùn)轉(zhuǎn)。圖810 整流和逆變均為PWM控制的電壓型間接交流變流電路10.2.1交直交變頻電路交直交變頻電路2電

16、流型間接交流變流電路l 整流電路為不可控的二極管整流時，電路不能將負(fù)載側(cè)的能量反響到電源側(cè)。 圖10- 不能再生反響電力的電流型間接交流變流電路圖10-11 采用可控整流的電流型間接交流變流電路l 為使電路具備再生反響電力的才干，可采用：l 整流電路采用晶閘管可控整流電路。l 負(fù)載回饋能量時，可控變流器任務(wù)于有源逆變形狀，使中間直流電壓反極性。10.2.1交直交變頻電路交直交變頻電路 整流和逆變均為PWM控制的電流型間接交流變流電路 經(jīng)過對整流電路的PWM控制使輸入電流為正弦并使輸入功率因數(shù)為1。圖10-13 整流和逆變均為PWM控制的電流型間接交流變流電路圖10-12 電流型交-直-交PWM

17、變頻電路 實(shí)現(xiàn)再生反響的電路圖 負(fù)載為三相異步電動機(jī)，適用于較大容量的場所。10.2.1交直交變頻電路交直交變頻電路l 晶閘管直流電動機(jī)傳動系統(tǒng)存在一些固有的缺陷：l (1) 受運(yùn)用環(huán)境條件制約；l (2) 需求定期維護(hù)；l (3) 最高速度和容量受限制等。l 交流調(diào)速傳動系統(tǒng)除了抑制直流調(diào)速傳動系統(tǒng)的缺陷外還具有：l (1) 交流電動機(jī)構(gòu)造簡單，可靠性高；l (2) 節(jié)能；l (3) 高精度，快速呼應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。10.2.2 交流電動機(jī)變頻調(diào)速控制方式交流電動機(jī)變頻調(diào)速控制方式l 采用變頻調(diào)速方式時，無論電機(jī)轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率的耗費(fèi)根本不變，系統(tǒng)效率是各種交流調(diào)速方式中最高的，具有顯著的節(jié)能效果

18、，是交流調(diào)速傳動運(yùn)用最多的一種方式。l 籠型異步電動機(jī)的定子頻率控制方式有：l (1) 恒壓頻比(U/f)控制；l (2) 轉(zhuǎn)差頻率控制；l (3) 矢量控制；l (4) 直接轉(zhuǎn)矩控制等。10.2.2 交流電動機(jī)變頻調(diào)速控制方式交流電動機(jī)變頻調(diào)速控制方式1恒壓頻比控制為防止電動機(jī)因頻率變化導(dǎo)致磁飽和而呵斥勵磁電流增大,引起功率因數(shù)和效率的降低，需對變頻器的電壓和頻率的比率進(jìn)展控制，使該比率堅(jiān)持恒定，即恒壓頻比控制，以維持氣隙磁通為額定值。恒壓頻比控制是比較簡單，被廣泛采用的控制方式。該方式被用于轉(zhuǎn)速開環(huán)的交流調(diào)速系統(tǒng)，適用于消費(fèi)機(jī)械對調(diào)速系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能要求不高的場所。10.2.2 交流電動

19、機(jī)變頻調(diào)速控制方式交流電動機(jī)變頻調(diào)速控制方式轉(zhuǎn)速給定既作為調(diào)理加減速的頻率f 指令值，同時經(jīng)過適當(dāng)分壓，作為定子電壓U1的指令值。該比例決議了U/f比值，可以保證壓頻比為恒定。在給定信號之后設(shè)置的給定積分器，將階躍給定信號轉(zhuǎn)換為按設(shè)定斜率逐漸變化的斜坡信號ugt，從而使電動機(jī)的電壓和轉(zhuǎn)速都平緩地升高或降低，防止產(chǎn)生沖擊。圖10-14 采用恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖10.2.2 交流電動機(jī)變頻調(diào)速控制方式交流電動機(jī)變頻調(diào)速控制方式 給定積分器輸出的極性代表電機(jī)轉(zhuǎn)向，幅值代表輸出電壓、頻率。絕對值變換器輸出ugt的絕對值uabs，電壓頻率控制環(huán)節(jié)根據(jù)uabs及ugt的極性得出電壓及頻率的指令信

20、號，經(jīng)PWM生成環(huán)節(jié)構(gòu)成控制逆變器的PWM信號，再經(jīng)驅(qū)動電路控制變頻器中IGBT的通斷，使變頻器輸出所需頻率、相序和大小的交流電壓，從而控制交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。圖10-14 采用恒壓頻比控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖10.2.2 交流電動機(jī)變頻調(diào)速控制方式交流電動機(jī)變頻調(diào)速控制方式2轉(zhuǎn)差頻率控制在穩(wěn)態(tài)情況下，當(dāng)穩(wěn)態(tài)氣隙磁通恒定時，異步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩近似與轉(zhuǎn)差角頻率成正比。因此，控制ws就相當(dāng)于控制轉(zhuǎn)矩。采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)的轉(zhuǎn)差頻率控制，使定子頻率w 1 = wr + ws ，那么w 1隨實(shí)踐轉(zhuǎn)速wr添加或減小，得到平滑而穩(wěn)定的調(diào)速，保證了較高的調(diào)速范圍。轉(zhuǎn)差頻率控制方式可到達(dá)較好的靜態(tài)性能，但這種方法是基于

21、穩(wěn)態(tài)模型的，得不到理想的動態(tài)性能。10.2.2 交流電動機(jī)變頻調(diào)速控制方式交流電動機(jī)變頻調(diào)速控制方式3矢量控制異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型是高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法無法到達(dá)理想的動態(tài)性能。矢量控制方式基于異步電機(jī)的按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的動態(tài)模型，將定子電流分解為勵磁分量和與此垂直的轉(zhuǎn)矩分量，參照直流調(diào)速系統(tǒng)的控制方法，分別獨(dú)立地對兩個電流分量進(jìn)展控制，類似直流調(diào)速系統(tǒng)中的雙閉環(huán)控制方式?？刂葡到y(tǒng)較為復(fù)雜，但可獲得與直流電機(jī)調(diào)速相當(dāng)?shù)目刂菩阅堋?0.2.2 交流電動機(jī)變頻調(diào)速控制方式交流電動機(jī)變頻調(diào)速控制方式4直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制方法同樣是基于動態(tài)模型的，其控制閉環(huán)中的內(nèi)環(huán)，直接采用

22、了轉(zhuǎn)矩反響，并采用砰砰控制，可以得到轉(zhuǎn)矩的快速動態(tài)呼應(yīng)。并且控制相對要簡單許多。 CVCF電源主要用作不延續(xù)電源(UPS) 。 UPS -Uninterruptible Power Supplies UPS是指當(dāng)交流輸入電源習(xí)慣稱為市電發(fā)生異?；驍嚯姇r，還能繼續(xù)向負(fù)載供電，并能保證供電質(zhì)量，使負(fù)載供電不受影響的安裝。 UPS廣泛運(yùn)用于各種對交流供電可靠性和供電質(zhì)量要求高的場所。1UPS根本任務(wù)原理:圖10-15 UPS根本構(gòu)造原理圖 市電正常時，由市電供電，市電經(jīng)整流器整流為直流，再逆變?yōu)?0Hz恒頻恒壓的交流電向負(fù)載供電。同時，整流器輸出給蓄電池充電，保證蓄電池的電量充足。 此時負(fù)載可得到的

23、高質(zhì)量的交流電壓，具有穩(wěn)壓、穩(wěn)頻性能，也稱為穩(wěn)壓穩(wěn)頻電源。 市電異常乃至停電時，蓄電池的直流電經(jīng)逆變器變換為恒頻恒壓交流電繼續(xù)向負(fù)載供電，供電時間取決于蓄電池容量的大小。圖10-17 具有旁路電源系統(tǒng)的UPS 添加旁路電源系統(tǒng)，可使負(fù)載供電可靠性進(jìn)一步提高。圖10-16 用柴油發(fā)電機(jī)作為后備電源的UPS 為了保證長時間不延續(xù)供電，可采用柴油發(fā)電機(jī)簡稱油機(jī)作為后備電源。2UPS主電路構(gòu)造圖10-18 小容量UPS主電路 小容量的UPS，整流部分運(yùn)用二極管整流器和直流斬波器(PFC)，可獲得較高的交流輸入功率因數(shù)，逆變器部分運(yùn)用IGBT并采用PWM控制，可獲得良好的控制性能。圖10-19 大功率U

24、PS主電路 大容量UPS主電路。采用PWM控制的逆變器開關(guān)頻率較低，經(jīng)過多重化結(jié)合降低輸出電壓中的諧波分量。 假設(shè)間接直流變流電路輸入端的直流電源是由交流電網(wǎng)整流得來，所構(gòu)成的交直交直電路，通常被稱為開關(guān)電源。 由于開關(guān)電源采用了任務(wù)頻率較高的交流環(huán)節(jié)，變壓器和濾波器都大大減小，體積和分量都遠(yuǎn)小于相控整流電源，此外，任務(wù)頻率的提高還有利于控制性能的提高。10.6.1 高壓直流輸電高壓直流輸電 HVDC系統(tǒng)的主要元件如下圖，以雙極系統(tǒng)為例，其它構(gòu)造的元件與該圖所示根本類同。10.6.1 高壓直流輸電高壓直流輸電晶閘管換流閥晶閘管換流閥并聯(lián)電容器組并聯(lián)電容器組10.6.1 高壓直流輸電高壓直流輸電

25、 換流器 它們完成交直流和直一交流轉(zhuǎn)換，由閥橋和有抽頭切換器的變壓器構(gòu)成 。10.6.1 高壓直流輸電高壓直流輸電 直流平波電抗器 這些大電抗器具有高達(dá)1H 的電感，在每個換流站與每極串聯(lián)。10.6.1 高壓直流輸電高壓直流輸電 諧波濾波器 換流器在交流和直流兩側(cè)均產(chǎn)生諧波電壓調(diào)和波電流。 10.6.1 高壓直流輸電高壓直流輸電 無功功率支持 換流器內(nèi)部要吸收無功功率，穩(wěn)態(tài)條件下，所耗費(fèi)的無功功率是傳輸功率的50 左右。10.6.1 高壓直流輸電高壓直流輸電 接地極10.6.1 高壓直流輸電高壓直流輸電 直流輸電線 可以是架空線，也可以是電纜。除了導(dǎo)體數(shù)和間距的要求有差別外，直流線路與交流線路

26、非常類似。10.6.1 高壓直流輸電高壓直流輸電 交流斷路器 為了排除變壓器缺點(diǎn)和使直流聯(lián)絡(luò)線停運(yùn)，在交流側(cè)裝有斷路器，它們不是用來排除直流缺點(diǎn)的，由于直流缺點(diǎn)可以經(jīng)過換流器的控制更快地去除。10.6.1 高壓直流輸電高壓直流輸電 直流系統(tǒng)的電流和功率10.6.1.1 直流輸電系統(tǒng)的分類直流輸電系統(tǒng)的分類 由于目前各種類型的直流斷路器都還處于研制階段，致使直流輸電系統(tǒng)還不能像交流系一致樣構(gòu)成各種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)， 目前直流輸電大多是兩端供電系統(tǒng)。 該系統(tǒng)常見的接線類型有： 10.6.1.1 直流輸電系統(tǒng)的分類直流輸電系統(tǒng)的分類 單極線路方式 是用一根架空導(dǎo)線或電纜線，以大地或海水作為前往線路組成的直

27、流輸電系統(tǒng) 10.6.1.1 直流輸電系統(tǒng)的分類直流輸電系統(tǒng)的分類 2)雙極線路方式 雙極線路方式有兩根不同極性即正、負(fù)極的導(dǎo)線，可具有大地回路或中性線回路。 雙極兩線中性點(diǎn)兩端接地方式 雙極兩線中性點(diǎn)單端接地方式10.6.1.1 直流輸電系統(tǒng)的分類直流輸電系統(tǒng)的分類 雙極中性線方式 將雙極兩端的中性點(diǎn)用導(dǎo)線銜接起來，就構(gòu)成雙極中性線方式 。這種方式由于添加了一根導(dǎo)線在經(jīng)濟(jì)上將添加一定的投資 10.6.1.1 直流輸電系統(tǒng)的分類直流輸電系統(tǒng)的分類 D “背靠背( back-to-back 換流方式 沒有直流輸電線路，而將整流站和逆變站建在一同的直流系統(tǒng)稱為“背靠背換流站。 這種方式適用于不同額

28、定頻率或者一樣額定頻率非同步運(yùn)轉(zhuǎn)的交流系統(tǒng)之間的互聯(lián)。 由于沒有直流輸電線路，所以直流系統(tǒng)可選用較低的額定電壓。這樣，整個直流系統(tǒng)的絕緣費(fèi)用可降低。 目前世界各國已建筑和預(yù)備投建的“背靠背直流工程較多，其主要用途是系統(tǒng)的增容時限制短路容量，從而不致改換大量的電氣設(shè)備。 10.6.2 無功功率控制無功功率控制什么叫無功？什么叫無功？電源能量與感性負(fù)載線圈中磁場能量或容性負(fù)電源能量與感性負(fù)載線圈中磁場能量或容性負(fù)載電容中的電場能量之間進(jìn)展著可逆的能量交載電容中的電場能量之間進(jìn)展著可逆的能量交換而占有的電網(wǎng)容量叫無功，無功功率換而占有的電網(wǎng)容量叫無功，無功功率 表達(dá)表達(dá)式如下：式如下： 式中無功量式

29、中無功量 的單位為的單位為VarVar乏，線電壓乏，線電壓的單位為的單位為V V伏，視在電流伏，視在電流I I單位為單位為A A安。安。sinUIQ QQ10.6.2 無功功率控制無功功率控制無功及分類無功及分類 1 1、感性無功：電流矢量滯后電壓矢量、感性無功：電流矢量滯后電壓矢量9090度，度，如：電動機(jī)、變壓器線圈、晶閘管變流設(shè)備等；如：電動機(jī)、變壓器線圈、晶閘管變流設(shè)備等；2 2、容性無功：電流矢量超前電壓矢量、容性無功：電流矢量超前電壓矢量9090度，度，如：電容器、電纜輸配電線路、電力電子超前控如：電容器、電纜輸配電線路、電力電子超前控制設(shè)備等；制設(shè)備等；3 3、基波無功：與電源頻

30、率相等的無功；、基波無功：與電源頻率相等的無功；4 4、諧波無功：與電源頻率不相等的無功。、諧波無功：與電源頻率不相等的無功。10.6.2 無功功率控制無功功率控制什么是無功補(bǔ)償？ 10.6.2 無功功率控制無功功率控制10.6.2 無功功率控制無功功率控制6- 601)晶閘管投切電容Thyristor SwitchedCapacitorTSC圖10-35 TSC根本原理圖a) 根本單元單相簡圖 b) 分組投切單相簡圖10.6.2 無功功率控制無功功率控制作用對無功功率控制，可提高功率因數(shù)，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，改善供電質(zhì)量。性能優(yōu)于機(jī)械開關(guān)投切的電容器。構(gòu)造和原理晶閘管反并聯(lián)后串入交流電路。實(shí)踐常用三相，可三角形結(jié)合，也可星形結(jié)合。6- 61 晶閘管的投切 選擇晶閘管投入時辰的原那么：該時辰交流電源電壓和電容器預(yù)充電電壓相等，這樣電容器電壓不會產(chǎn)生躍變，就不會產(chǎn)生沖擊電流。 理想情況下，希望電容器預(yù)充電電壓為電源電壓峰值，這時電源電壓的變化率為零，電容投入過程不但沒有沖擊電流，電流也沒有階躍變化。12ttttusiCuCVT1VT2ttuVT1uusiCuCCVT1VT2VT1圖圖10-36 TSC10-36 TSC理想投切時辰原理闡明理想投切時