有源逆變電路

1、3.7 3.7 整流電路的有源逆變工作狀態(tài)整流電路的有源逆變工作狀態(tài) 3.7.1 3.7.1 逆變的概念逆變的概念3.7.2 3.7.2 三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)3.7.3 3.7.3 逆變失敗與最小逆變角的限制逆變失敗與最小逆變角的限制逆變逆變把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，整流的逆過程整流的逆過程。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。有源逆變電路有源逆變電路交流側(cè)和電網(wǎng)連接。交流側(cè)和電網(wǎng)連接。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)連接，變流電路的交流側(cè)不與電網(wǎng)連接， 而接到負(fù)載。而接到負(fù)載。3

2、.7.1 3.7.1 逆變的概念逆變的概念 1.1.什么是逆變？為什么要逆變？什么是逆變？為什么要逆變？ 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。既工變，其電路形式未變，只是電路工作條件轉(zhuǎn)變。既工作在整流狀態(tài)又工作在逆變狀態(tài)，稱為作在整流狀態(tài)又工作在逆變狀態(tài)，稱為變流電路變流電路。2.2.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) GMdEEIRMGdEEIRGGdPE IMMdPE I2RdPI R3. 3. 逆變產(chǎn)生的條件逆變產(chǎn)生的條件 圖圖2-45 2-45 單相全波電路的整流

3、和逆變單相全波電路的整流和逆變 重物提升，變流器工作于整流狀態(tài)重物提升，變流器工作于整流狀態(tài) 重物下放，變流器工作于逆變狀態(tài)重物下放，變流器工作于逆變狀態(tài)dMdUEIRMddEUIR 外部條件：外部條件： 內(nèi)部條件：內(nèi)部條件：產(chǎn)生逆變的條件：產(chǎn)生逆變的條件： 有有直流電動(dòng)勢(shì)直流電動(dòng)勢(shì)，其極性和晶閘管導(dǎo)通方向一致，其極性和晶閘管導(dǎo)通方向一致，其值其值大于大于變流器直流側(cè)平均電壓。變流器直流側(cè)平均電壓。 要求晶閘管電路的控制角要求晶閘管電路的控制角a ap p/2 ，使，使Ud為負(fù)值為負(fù)值。0a a p p /2 整流整流狀態(tài)狀態(tài) a a = p p /2 中間狀態(tài)中間狀態(tài) p p / /2 a

4、a R；控制角；控制角 =2/3p p 。求不考慮換相過程影響和考慮換相過程影響時(shí)，變流求不考慮換相過程影響和考慮換相過程影響時(shí)，變流電路直流側(cè)平均電壓電路直流側(cè)平均電壓Ud、Id和回饋電網(wǎng)的平均功率；和回饋電網(wǎng)的平均功率；并求出電路換相重疊角并求出電路換相重疊角g g 。 解：解：1.1.不考慮換相過程影響不考慮換相過程影響 22.34cos128.7dUUVa 128.720071.31dMdUEIAR 9.18ddPU IkW 2. 2. 考慮換相過程影響考慮換相過程影響 0.314BBXL30.3BXXRp22.34cosdXdUUR Ia22.34cosXdMdUR IEIRa 22

5、.34cos54.85MdXUEIARRa3. 3. 換相重疊角換相重疊角g g 22coscos6BdX IUaag=8.89g2145.16 54.857.962dMdddPI RE IU IkW 22.34cos145.16dXdUUR Ia 10.1 10.1 晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 10.1.1 10.1.1 工作于整流狀態(tài)時(shí)工作于整流狀態(tài)時(shí)10.1.2 10.1.2 工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)10.1.3 10.1.3 直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)對(duì)該系統(tǒng)的研究包括兩個(gè)方面：對(duì)該系統(tǒng)的研究包括兩個(gè)方面： 其一是在帶電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)整流電路的工

6、作情況。其一是在帶電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)整流電路的工作情況。 其二是由整流電路供電時(shí)電動(dòng)機(jī)的工作情況。其二是由整流電路供電時(shí)電動(dòng)機(jī)的工作情況。10.1.1 10.1.1 工作于整流狀態(tài)時(shí)工作于整流狀態(tài)時(shí) dMdUEI RU32BBMXRRRp1.1.電流連續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性電流連續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 MeEC neenCKdMdUEI RU21.17cosdUUa21.17coseMdC nEUR IUa21.17cosdeeR IUUnCCa22.34cosdeeR IUUnCCa三相半波三相半波 三相橋三相橋其機(jī)械特性是一組其機(jī)械特性是一組平行的直線平行的直線，其斜率由于內(nèi)阻，其斜率由于內(nèi)阻 不一

7、定相同而稍有差異。不一定相同而稍有差異。調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)a a 角，即可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。角，即可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。2.2.電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 理想空載轉(zhuǎn)速理想空載轉(zhuǎn)速nO O高高特點(diǎn)：特點(diǎn)： 機(jī)械特性變軟機(jī)械特性變軟a a60實(shí)際空載反電動(dòng)勢(shì)實(shí)際空載反電動(dòng)勢(shì)22Ua a60時(shí)為：時(shí)為：22cos3Uap隨著隨著a a 的增加，進(jìn)入斷續(xù)區(qū)的電流值加大。的增加，進(jìn)入斷續(xù)區(qū)的電流值加大。2min1.46dULI三相半波三相半波 三相橋三相橋2min0.693dULIIdmin：電動(dòng)機(jī)額電流的：電動(dòng)機(jī)額電流的5%10%10.1.2 10.1.2 工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)工作于有

8、源逆變狀態(tài)時(shí) 1.1.電流連續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性電流連續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 dMdUEI R0cosMddEUI Rb MeEC n01cosddenUI RCb 2.2.電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 圖圖2-52 電動(dòng)機(jī)在四象限中的機(jī)械特性電動(dòng)機(jī)在四象限中的機(jī)械特性10.1.3 10.1.3 直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng) 三相橋式反并聯(lián)可逆電路三相橋式反并聯(lián)可逆電路 電路的工作情況電路的工作情況 N P 電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行 第第1 1象限象限，正轉(zhuǎn)、電動(dòng)運(yùn)行、正組橋工作在整流狀態(tài)，正轉(zhuǎn)、電動(dòng)運(yùn)行、正組橋工作在整流狀態(tài) a a Pp p/2 EMU

9、da a 第第2 2象限象限，正轉(zhuǎn)、發(fā)電運(yùn)行、反組橋工作在逆變狀態(tài)，正轉(zhuǎn)、發(fā)電運(yùn)行、反組橋工作在逆變狀態(tài) b bNp p/2 EMUdb b 電動(dòng)機(jī)反向運(yùn)行電動(dòng)機(jī)反向運(yùn)行 第第3 3象限象限，反轉(zhuǎn)、電動(dòng)運(yùn)行、反組橋工作在整流狀態(tài)，反轉(zhuǎn)、電動(dòng)運(yùn)行、反組橋工作在整流狀態(tài) a a Np p/2第第4 4象限象限，反轉(zhuǎn)、發(fā)電運(yùn)行、正組橋工作在逆變狀態(tài)，反轉(zhuǎn)、發(fā)電運(yùn)行、正組橋工作在逆變狀態(tài) EMUda aEMUdb bb bpp p/ /2 三相橋式反并聯(lián)可逆電路的環(huán)流三相橋式反并聯(lián)可逆電路的環(huán)流 邏輯無環(huán)流可逆電路邏輯無環(huán)流可逆電路 有環(huán)流反并聯(lián)可逆電路有環(huán)流反并聯(lián)可逆電路 錯(cuò)位無環(huán)流可逆電路錯(cuò)位無環(huán)

10、流可逆電路 直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)，將在后繼課直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)，將在后繼課“運(yùn)動(dòng)控制運(yùn)動(dòng)控制”中進(jìn)一步分析討論。中進(jìn)一步分析討論。3.8 3.8 相控電路的驅(qū)動(dòng)控制相控電路的驅(qū)動(dòng)控制 ( (晶閘管觸發(fā)電路晶閘管觸發(fā)電路) ) 3.8.1 3.8.1 同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路3.8.2 3.8.2 集成集成 觸發(fā)器觸發(fā)器3.8.3 3.8.3 觸發(fā)電路的定相觸發(fā)電路的定相單結(jié)管移相觸發(fā)電路單結(jié)管移相觸發(fā)電路 阻容移相觸發(fā)電路阻容移相觸發(fā)電路 同步信號(hào)為正弦波的觸發(fā)電路同步信號(hào)為正弦波的觸發(fā)電路 同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路 集成觸發(fā)器與數(shù)字觸

11、發(fā)器集成觸發(fā)器與數(shù)字觸發(fā)器 3.8.1 3.8.1 同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路 三個(gè)基本環(huán)節(jié)：三個(gè)基本環(huán)節(jié)：脈沖的形成與放大、鋸齒波的形成脈沖的形成與放大、鋸齒波的形成 和脈沖移相、同步環(huán)節(jié)。和脈沖移相、同步環(huán)節(jié)。此外，還有強(qiáng)觸發(fā)和雙窄此外，還有強(qiáng)觸發(fā)和雙窄 脈沖形成環(huán)節(jié)。脈沖形成環(huán)節(jié)。輸出可為輸出可為雙窄雙窄脈沖（適用于有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通脈沖（適用于有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通的電路），也可為的電路），也可為單窄單窄脈沖。脈沖。1.1.脈沖形成與放大脈沖形成與放大 V7、V8：脈沖脈沖放大環(huán)節(jié)放大環(huán)節(jié) V4、V5：脈沖形成環(huán)節(jié)：脈沖形成環(huán)節(jié)V4導(dǎo)通，輸出觸導(dǎo)通，輸出觸發(fā)脈

12、沖發(fā)脈沖 V5截至持續(xù)時(shí)間截至持續(xù)時(shí)間為脈沖寬度為脈沖寬度 R11C3電路由電路由V1、V2、V3和和C2等元件組成等元件組成 V1、VS、RP2和和R3為一恒流源電路為一恒流源電路2.2.鋸齒波形成和脈沖移相環(huán)節(jié)鋸齒波形成和脈沖移相環(huán)節(jié) 311111bcccuuidtCI dtI tCC 鋸齒波形成環(huán)節(jié)鋸齒波形成環(huán)節(jié) V2截至持續(xù)時(shí)間為鋸齒波寬度截至持續(xù)時(shí)間為鋸齒波寬度 V2開關(guān)的頻率就是鋸齒波的頻率開關(guān)的頻率就是鋸齒波的頻率 V4基極電位：鋸齒波電壓基極電位：鋸齒波電壓ue3 控制電壓控制電壓uco 直流偏移電壓直流偏移電壓up 脈沖移相環(huán)節(jié)脈沖移相環(huán)節(jié) 783678heRRuuRRR67

13、867ppRRuuRRR68768cocoRRuuRRRUco為正值，為正值，M點(diǎn)向前移。點(diǎn)向前移。 Uco為負(fù)值，為負(fù)值，M點(diǎn)向后移。點(diǎn)向后移。 0cou4bhpuuu4bhpcouuuuUp：控制電壓：控制電壓uco=0=0時(shí)，時(shí)， 脈沖的初始相位。脈沖的初始相位。 同步同步要求觸發(fā)脈沖的頻率與主電路電源的頻率要求觸發(fā)脈沖的頻率與主電路電源的頻率 相同且相位關(guān)系確定。相同且相位關(guān)系確定。3. 3. 同步環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié) V2開關(guān)的頻率就是開關(guān)的頻率就是鋸齒波的頻率鋸齒波的頻率由同步變壓由同步變壓器所接的交流電壓決定。器所接的交流電壓決定。鋸齒波是由開關(guān)鋸齒波是由開關(guān)V2管來控制的。管來控制的。

14、V2由導(dǎo)通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波由導(dǎo)通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波鋸齒波起點(diǎn)鋸齒波起點(diǎn)基本就是同步電壓由正變負(fù)的過零點(diǎn)?；揪褪峭诫妷河烧冐?fù)的過零點(diǎn)。V2截止?fàn)顟B(tài)持續(xù)的時(shí)間就是截止?fàn)顟B(tài)持續(xù)的時(shí)間就是鋸齒波的寬度鋸齒波的寬度取決取決于充電時(shí)間常數(shù)于充電時(shí)間常數(shù)R1C1。5.5.雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)雙窄脈沖形成環(huán)節(jié) 4.4.強(qiáng)觸發(fā)環(huán)節(jié)強(qiáng)觸發(fā)環(huán)節(jié) VT6VT1VT2 內(nèi)雙脈沖電路內(nèi)雙脈沖電路V5、V6構(gòu)成構(gòu)成“或或”門門只要只要V5、V6有一個(gè)截止，都會(huì)使有一個(gè)截止，都會(huì)使V7、V8導(dǎo)通，導(dǎo)通， 有脈沖輸出。有脈沖輸出。第一個(gè)脈沖由本相觸發(fā)單元的第一個(gè)脈沖由本相觸發(fā)單元的uco對(duì)應(yīng)的控制角對(duì)應(yīng)的控制角a a產(chǎn)

15、生。產(chǎn)生。當(dāng)當(dāng)V5、V6都導(dǎo)通時(shí)，都導(dǎo)通時(shí)，V7、V8都截止，沒有脈沖輸出。都截止，沒有脈沖輸出。隔隔6060 的第二個(gè)脈沖是由滯后的第二個(gè)脈沖是由滯后6060 相位的后一相觸相位的后一相觸 發(fā)單元產(chǎn)生（通過發(fā)單元產(chǎn)生（通過V6）。）。 3.8.3 3.8.3 觸發(fā)電路的定相觸發(fā)電路的定相 觸發(fā)電路應(yīng)保證每個(gè)晶閘管觸發(fā)脈沖與施加于晶閘觸發(fā)電路應(yīng)保證每個(gè)晶閘管觸發(fā)脈沖與施加于晶閘管的交流電壓保持固定、正確的相位關(guān)系。管的交流電壓保持固定、正確的相位關(guān)系。2.2.措施：措施： 同步變壓器原邊接入為主電路供電的電網(wǎng)，同步變壓器原邊接入為主電路供電的電網(wǎng)， 保證頻率一致。保證頻率一致。 觸發(fā)電路定相的

16、關(guān)鍵是確定同步信號(hào)與晶閘觸發(fā)電路定相的關(guān)鍵是確定同步信號(hào)與晶閘 管陽(yáng)極電壓的關(guān)系。管陽(yáng)極電壓的關(guān)系。1.1.觸發(fā)電路的定相觸發(fā)電路的定相鋸齒波中點(diǎn)：鋸齒波中點(diǎn)：30090a3000a 210au301800同步同步3.8.2 3.8.2 集成觸發(fā)器集成觸發(fā)器可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便?？煽啃愿撸夹g(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便。晶閘管觸發(fā)電路的集成化已逐漸普及，已逐步取代分晶閘管觸發(fā)電路的集成化已逐漸普及，已逐步取代分立式電路。立式電路。模擬與數(shù)字觸發(fā)電路模擬與數(shù)字觸發(fā)電路模擬觸發(fā)電路優(yōu)點(diǎn)：模擬觸發(fā)電路優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：易受電網(wǎng)電壓影響，

17、觸發(fā)脈沖不對(duì)稱度較高，易受電網(wǎng)電壓影響，觸發(fā)脈沖不對(duì)稱度較高， 可達(dá)可達(dá)3 3 4 4 ，精度低。，精度低。數(shù)字觸發(fā)電路：數(shù)字觸發(fā)電路：脈沖對(duì)稱度很好，如基于脈沖對(duì)稱度很好，如基于8 8位單片位單片 機(jī)的數(shù)字觸發(fā)器精度可達(dá)機(jī)的數(shù)字觸發(fā)器精度可達(dá)0.70.7 1.51.5 。1. 1. 可控整流電路，可控整流電路，重點(diǎn)掌握：電力電子電路作為分重點(diǎn)掌握：電力電子電路作為分段線性電路進(jìn)行分析的基本思想；單相全控橋式段線性電路進(jìn)行分析的基本思想；單相全控橋式整流電路、三相半波可控整流及三相全控橋式整整流電路、三相半波可控整流及三相全控橋式整流電路的原理分析與計(jì)算、波形分析，各種負(fù)載流電路的原理分析與計(jì)

18、算、波形分析，各種負(fù)載對(duì)整流電路工作情況的影響。對(duì)整流電路工作情況的影響。本章小結(jié)本章小結(jié)2. 2. 與整流電路相關(guān)的一些問題，包括：與整流電路相關(guān)的一些問題，包括：(1)(1)變壓器漏抗對(duì)整流電路的影響，變壓器漏抗對(duì)整流電路的影響，重點(diǎn)建立換相重點(diǎn)建立換相 壓降、重疊角等概念，并掌握相關(guān)的計(jì)算，熟壓降、重疊角等概念，并掌握相關(guān)的計(jì)算，熟 悉漏抗對(duì)整流電路工作情況的影響。悉漏抗對(duì)整流電路工作情況的影響。(2)(2)整流電路的諧波和功率因數(shù)分析，重點(diǎn)掌握諧整流電路的諧波和功率因數(shù)分析，重點(diǎn)掌握諧 波的概念、各種整流電路產(chǎn)生諧波情況的定性波的概念、各種整流電路產(chǎn)生諧波情況的定性 分析，功率因數(shù)分析

19、的特點(diǎn)、各種整流電路的分析，功率因數(shù)分析的特點(diǎn)、各種整流電路的 功率因數(shù)分析。功率因數(shù)分析。3. 3. 大功率可控整流電路的接線形式及特點(diǎn)，大功率可控整流電路的接線形式及特點(diǎn)，熟悉熟悉雙反星形可控整流電路的工作情況，雙反星形可控整流電路的工作情況，建立整流建立整流電路多重化的概念。電路多重化的概念。4. 4. 可控整流電路的有源逆變工作狀態(tài)，可控整流電路的有源逆變工作狀態(tài)，重點(diǎn)掌握重點(diǎn)掌握產(chǎn)生有源逆變的條件、三相可控整流電路有源產(chǎn)生有源逆變的條件、三相可控整流電路有源逆變工作狀態(tài)的分析計(jì)算、逆變失敗及最小逆逆變工作狀態(tài)的分析計(jì)算、逆變失敗及最小逆變角的限制等。變角的限制等。5. 5. 晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的工作情況，晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的工作情況，重點(diǎn)掌握重點(diǎn)掌握各種狀態(tài)時(shí)系統(tǒng)的特性，包括變流器的特性和各種狀態(tài)時(shí)系統(tǒng)的特性，包括變流器的特性和電機(jī)的機(jī)械特性等，電機(jī)的機(jī)械特性等，了解可逆電力拖動(dòng)