晶閘管有源逆變電路

第三章晶閘管有源逆變電路第一節(jié)有源逆變的工作原理

第二節(jié)晶閘管直流可逆拖動(dòng)的工作原理第三節(jié)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級調(diào)速與高壓直流輸電第四節(jié)晶閘管裝置的功率因數(shù)、諧波與對電網(wǎng)的影響

第一節(jié)有源逆變的工作原理

一、有源逆變的工作原理

逆變（invertion）——把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，為整流的逆過程。逆變電路——把直流電逆變成交流電的電路；有源逆變電路——交流側(cè)和電網(wǎng)連結(jié)，即電網(wǎng)為負(fù)載。應(yīng)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)串級調(diào)速以及高壓直流輸電等；對于可控整流電路，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。既可工作在整流狀態(tài)又可工作在逆變狀態(tài)，稱為變流電路（converter）。無源逆變電路——變流電路的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而直接接到普通負(fù)載，將在第七章介紹。直流發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電能的流轉(zhuǎn)

圖aM電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，EG>EM，電流Id從G流向M，M吸收電功率，相當(dāng)于反電勢負(fù)載。圖b回饋制動(dòng)狀態(tài)，M作發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)，EM>EG，電流反向，從M流向G，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注意：兩電動(dòng)勢順向串聯(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，在工作中屬發(fā)生事故。

a）兩電動(dòng)勢同極性EG

>EM

b）兩電動(dòng)勢同極性EM>EG

c）兩電動(dòng)勢反極性，形成短路a）兩電動(dòng)勢同極性EG

>EM

b）兩電動(dòng)勢同極性EM

>EG

c）兩電動(dòng)勢反極性，形成短路電動(dòng)機(jī)電動(dòng)運(yùn)行電能由發(fā)電機(jī)流向電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng)電能由電動(dòng)機(jī)回流發(fā)電機(jī)短路（應(yīng)避免）兩個(gè)電勢源同極性相連接時(shí)，電流的流向：高電勢→低電勢電能的流向：是隨著E或I方向的改變而改變。使用單相雙半波電路（單相全波）代替上述發(fā)電機(jī)G。圖3.1aM電動(dòng)運(yùn)行，全波電路工作在整流狀態(tài)，

在0~π/2間，Ud為正值，并且只有當(dāng)Ud

>EM，才能輸出Id

。交流電網(wǎng)輸出電功率，電動(dòng)機(jī)輸入電功率。圖3.1bM回饋制動(dòng)，由于晶閘管的單向?qū)щ娦裕琁d方向不變，欲改變電能的輸送方向，只能改變EM極性。為了防止兩電動(dòng)勢順向串聯(lián)，Ud極性也必須反過來，即Ud應(yīng)為負(fù)值，且|EM|>|Ud

|，才能把電能從直流側(cè)送到交流側(cè)。

電能（注意不是電流）的流向與整流時(shí)相反,M輸出電功率,電網(wǎng)吸收電功率。Ud可通過改變來進(jìn)行調(diào)節(jié)，逆變狀態(tài)時(shí)Ud為負(fù)值，

在π/2~π

間。圖3-1單相全波電路的整流和逆變

a)b)R+-電能M102u10u20udidLVT1VT2u10udu20u10aOOwtwtIdidUd>EMEM電能MR+-102udidLVT1VT2u10udu20u10OOwtwtIdidUd<EMaEMiVT1iVT2iVT1iVT2iVT1iVT2iVT2id=iVT+iVT12id=iVT+iVT12iVT1iVT2iVT1由上圖可知電路工作在逆變時(shí)的直流電壓可由積分求得

公式與整流時(shí)一樣，由于逆變運(yùn)行時(shí)α>900，cosα計(jì)算不方便，所以引入逆變角β，令α=1800-β，故注意：逆變角β和控制角α的計(jì)量方向相反，其大小自β=0的起始點(diǎn)向左方計(jì)量。實(shí)現(xiàn)有源逆變的條件：

1）外部條件：有直流電動(dòng)勢，其極性和晶閘管導(dǎo)通方向一致，其絕對值大于變流器直流側(cè)平均電壓。

2）內(nèi)部條件：晶閘管的控制角

>π

/2，使Ud為負(fù)值。

3）充分條件：要有足夠大的電感，以保證有源逆變連續(xù)進(jìn)行。

半控橋或有續(xù)流二極管的電路，因其整流電壓ud不能出現(xiàn)負(fù)值（最小為零），也不允許直流側(cè)出現(xiàn)負(fù)極性的電動(dòng)勢，故不能實(shí)現(xiàn)有源逆變。

二、常用晶閘管有源逆變電路（一）三相半波有源逆變電路下圖為三相半波電動(dòng)機(jī)負(fù)載電路，電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢E的極性符合有源逆變條件，當(dāng)∣Ｅ∣>∣Ｕd∣且β<900時(shí)，可實(shí)現(xiàn)有源逆變。變流器直流電壓為VT1的VT1的abcNiaibicIdUdLdE三相半波有源逆變電路

結(jié)論：

⒈三相半波逆變電路，負(fù)載端的電壓基本上為反向電壓。⒉三相半波逆變電路，晶閘管在阻斷時(shí)主要承受正向電壓。ug00u20u2L0u2L0id0iT0i201315β=60°逆變電路的波形特點(diǎn)：1.輸出電壓Ud波形主要出現(xiàn)在負(fù)半周；2.晶閘管兩端電壓UT波形主要承受的是正向電壓，承受反向電壓的時(shí)間與β角相對應(yīng)。注意：觸發(fā)脈沖必須嚴(yán)格按次序發(fā)出?！铴?0°β=0°VUWTnLiuidVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1M-+（二）三相全控橋有源逆變電路ωtωtωtωtωtωtωtωtug00u20u2L0u2L0id0iT0i20135661232544α=0°β=0°三相橋式逆變電路對脈沖的要求：1.必須是雙窄脈沖或?qū)捗}沖；2.觸發(fā)脈沖必須嚴(yán)格按次序發(fā)出?！飯D3.5

三相橋式整流電路工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)的電壓波形有源逆變狀態(tài)時(shí)各電量的計(jì)算：

Ud=-2.34U2cosβ=-1.35U2Lcosβ

輸出直流電流的平均值亦可用整流的公式，即Id=（Ud-EM)/R每個(gè)晶閘管導(dǎo)通2π/3，故流過晶閘管的電流有效值為（忽略直流電流id的脈動(dòng)）

從交流電源送到直流側(cè)負(fù)載的有功功率為:

Pd=UdId=RId2+EMId

當(dāng)逆變工作時(shí)，由于EM為負(fù)值，故Pd一般為負(fù)值，表示功率由直流電源輸送到交流電源。在三相橋式電路中，變壓器二次側(cè)線電流的有效值為：逆變失敗（逆變顛覆）——指逆變時(shí)，一旦換相失敗，外接直流電源就會通過晶閘管電路短路，或使變流器的輸出平均電壓和直流電動(dòng)勢變成順向串聯(lián)，形成很大短路電流，造成器件和變壓器損壞。

1.逆變失敗的原因（1）觸發(fā)電路工作不可靠，不能適時(shí)、準(zhǔn)確地給各晶閘管分配脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時(shí)等，致使晶閘管不能正常換相；（2）晶閘管發(fā)生故障，該通時(shí)不通,而不該導(dǎo)通的通了；（3）交流電源缺相或突然消失；（4）換相的裕量角不足，引起換相失敗?！锶⒛孀兪∨c逆變角的限制換相重疊角的影響：當(dāng)β>γ

時(shí)，換相結(jié)束時(shí)，晶閘管能承受反壓而關(guān)斷。如果β<γ

（從圖3.6右下角的波形中可清楚地看到），該通的晶閘管（VT2）反而關(guān)斷，而應(yīng)關(guān)斷的晶閘管（VT1)繼續(xù)導(dǎo)通。這樣會使得Ud的波形中正部分大于負(fù)部分，從而使得Ud和EM順向串聯(lián)，最終導(dǎo)致逆變失敗。

圖3.6

交流側(cè)電抗對逆變換相過程的影響2.確定最小逆變角βmin的依據(jù)逆變時(shí)允許采用的最小逆變角β應(yīng)等于βmin=δ+γ+θ′δ:晶閘管的關(guān)斷時(shí)間tq折合的電角度，tq大的可達(dá)200~300ms，折算到電角度約4~5；

γ：換相重疊角，隨Id和XB的增加而增大；舉例如下：某裝置整流電壓為220V，整流電流800A，整流變壓器容量為240kVA，短路電壓比Uk%為5%的三相線路，其γ值約為15~20。

θ′：為安全裕量角，（一般可達(dá)5）值約取為10。

一般取βmin=30°→35°★

一、由晶閘管橋路供電、用接觸器控制直流電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)第二節(jié)晶閘管直流可逆拖動(dòng)的工作原理二、采用兩組變流橋的可逆電路最常用的是反并聯(lián)電路。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)磁場方向不變時(shí)，正轉(zhuǎn)時(shí)由Ⅰ組橋供電；反轉(zhuǎn)時(shí)由Ⅱ組橋供電，采用反并聯(lián)供電可使直流電動(dòng)機(jī)在四個(gè)象限內(nèi)運(yùn)行。第三節(jié)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級調(diào)速與高壓直流輸電

一、繞線轉(zhuǎn)子異步電