Chap2.5逆變工作原理+逆變

第2章?lián)Q流理論與特性方程逆變①有源逆變電路——交流側(cè)和電網(wǎng)連結(jié)②無源逆變電路——變流電路的交流側(cè)直接接到負(fù)載2023/2/61一、無源逆變1.工作原理tuoiot1t2負(fù)載S1S2S3S4iouoUd逆變的條件：

1.要有直流電源Ud2.要有開關(guān)組S1、S2、S3、S42023/2/622.電壓型逆變電路電壓型逆變電路：直流側(cè)是電壓源。■電壓型逆變電路的特點

◆直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓基本無脈動。

◆由于直流電壓源的鉗位作用，輸出電壓為矩形波，輸出電流因負(fù)載阻抗不同而不同。2023/2/633.電流型逆變電路電流型逆變電路：直流側(cè)是電流源■電流型逆變電路主要特點◆直流側(cè)串大電感，電流基本無脈動，相當(dāng)于電流源。

◆交流輸出電流為矩形波，與負(fù)載阻抗角無關(guān)，輸出電壓波形和相位因負(fù)載不同而不同。2023/2/64二、有源逆變a=30°wuduabuacubcubaucaucbuabuacOtV1/V6導(dǎo)通uac>0當(dāng)V1觸發(fā)角為30度,當(dāng)V1觸發(fā)瞬間電感L被充電uac>uL>0負(fù)載電壓ud=uac>0＋-2023/2/65二、有源逆變a=150°wuduabuacubcubaucaucbuabuacOt當(dāng)V1觸發(fā)瞬間，uV1>0，V1/V6導(dǎo)通負(fù)載電壓ud=uac<0當(dāng)V1觸發(fā)角為150度,當(dāng)V1觸發(fā)瞬間uac<0電感L放電uL

>

uac>0＋-2023/2/66＋-＋-＋-2023/2/67＋-＋-a>90°a<90°整流器逆變器2023/2/68+-+-條件1條件1條件3有源逆變運行要求存在如下三個條件：①一個反極性的直流電源以提供連續(xù)的單向(即通過開關(guān)器件從陽極流向陰極)電流；②一個提供觸發(fā)延遲超過90°的全控整流（Ud<0）電路。③一個提供換相電壓(換相短路電流)的有源交流系統(tǒng)；2023/2/69E1E2(c)RI+-+-整流器整流器a<90°a<90°注意：電源的順向串聯(lián)將造成短路，輸出功率全部被直流線路的電阻吸收，這種情況在直流系統(tǒng)中是不允許出現(xiàn)。因此，HVDC的兩端換流站在潮流發(fā)轉(zhuǎn)過程中應(yīng)進(jìn)行及時通信。2023/2/610逆變器的換相過程a=30°wuduabuacubcubaucaucbuabuacOta=150°wuduabuacubcubaucaucbuabuacOt2023/2/611不同逆變角時的輸出電壓波形及晶閘管兩端電壓波形圖2-46

三相橋式整流電路工作于有源逆變狀態(tài)時的電壓波形uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udwtOwtOb=p4b=p3b=p6b=p4b=p3b=p6wt1wt3wt22023/2/612直流側(cè)電壓波形2023/2/613i1i2i3i4i5i6i1-i4i3iaibic-i6i5-i2晶閘管電流和交流側(cè)電流波形2023/2/614有源逆變狀態(tài)時各電量的計算：單橋逆變器因電路結(jié)構(gòu)如同整流器，閥觸發(fā)角方式也一樣，因此其交直流側(cè)電壓電流波形、數(shù)值大小一樣。逆變器電壓公式用β角來表示，則：負(fù)號表示方向2023/2/6152023/2/616有源逆變狀態(tài)時各電量的計算：2023/2/617三、逆變器交直流數(shù)量關(guān)系表達(dá)式

1.若不考慮換相重疊現(xiàn)象，則

2.若考慮換相重疊現(xiàn)象，則可見，從整流器轉(zhuǎn)向逆變的轉(zhuǎn)折點所對應(yīng)的觸發(fā)角有下式確定可見，疊弧現(xiàn)象的影響是轉(zhuǎn)折點變成整流器與逆變器的轉(zhuǎn)折點2023/2/618三、逆變器交直流數(shù)量關(guān)系表達(dá)式

1.若不考慮換相重疊現(xiàn)象，則

2.若考慮換相重疊現(xiàn)象，則可見，從整流器轉(zhuǎn)向逆變的轉(zhuǎn)折點所對應(yīng)的觸發(fā)角有下式確定可見，疊弧現(xiàn)象的影響是轉(zhuǎn)折點變成整流器與逆變器的轉(zhuǎn)折點a轉(zhuǎn)折點為902023/2/619為描述整流器工作方式，我們用了以下幾個角度：α＝觸發(fā)延遲角；μ＝疊弧角；δ＝熄弧延遲角＝α＋μ。

換流的幾個角度以晶閘管3為例：①觸發(fā)角從b相電壓在三相電壓中開始最大開算算起②從其換相電壓uba為零時刻算起2023/2/620wuduabuacubcubaucaucbuabuacOta電壓最高wt=30°b電壓最高wt=150°c電壓最高wt=270°c電壓最低wt=90°a電壓最低wt=210°b電壓最高wt=330°自然換向點，是各相晶閘管能導(dǎo)通的最早時刻，將其作為晶閘管控制角的起點2023/2/621α＝觸發(fā)延遲角；μ＝疊弧角；δ＝熄弧延遲角＝α＋μ。

換流的幾個角度以晶閘管3為例：

2023/2/622與整流器類似，逆變器的工作方式也可用同樣定義的α和δ來描述。但是與整流器不同的是，逆變器的α和δ值在90°至180°之間。在實際應(yīng)用中，通常用觸發(fā)超前角β和熄弧超前角γ來描述逆變器的性能。1）觸發(fā)角α

定義同整流器逆變器的幾種角度2）觸發(fā)超前角β3）熄弧超前角γ落后于自然換相點180°處到晶閘管門極獲得觸發(fā)信號處對應(yīng)的電角度，β＝π－α規(guī)定從閥關(guān)斷到閥上陽極電壓持續(xù)為負(fù)的時間所對應(yīng)的電角度。γ＝π－δ＝β－μ2023/2/623120o120o120o120o2023/2/624若逆變器電壓公式用γ角來表示，則：逆變等效電路2023/2/625逆變器的等效電路圖（Vd為正）

2023/2/626逆變器的等效電路圖（Vd為正）

2023/2/627逆變失敗逆變時，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勢變成順向串聯(lián)，形成很大短路電流。逆變失敗的原因觸發(fā)電路工作不可靠，不能適時、準(zhǔn)確地給各晶閘管分配脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時等，致使晶閘管不能正常換相。晶閘管發(fā)生故障，該斷時不斷，或該通時不通。交流電源缺相或突然消失。換相的裕度角不足，引起換相失敗。逆變失敗與最小逆變角的限制2023/2/6281.逆變失敗產(chǎn)生的原因

（1）觸發(fā)電路工作不可靠逆變失敗的原因及最小逆變角的限制脈沖丟失觸發(fā)脈沖延遲2023/2/629（2）晶閘管發(fā)生故障由于各種原因造成晶閘管故障，從而使晶閘管應(yīng)該阻斷時不能阻斷，應(yīng)該導(dǎo)通時不能導(dǎo)通，造成逆變失敗，如圖2023/2/630（3）交流電源發(fā)生異常在逆變工作狀態(tài)時，如果交流電源突然停電、缺相或電源電壓降低，由于直流電動勢E的存在，晶閘管仍可導(dǎo)通，此時電路的交流側(cè)由于失去了同直流電動勢極性相反的交流電壓，因此直流電動勢將通過晶閘管使電路短路。2023/2/631圖2-47交流側(cè)電抗對逆變換相過程的影響udOOidwtwtuaubucuaubpbgb<gagbb>giVT1iVTiVT3iVTiVT322如果b<μ

時（從圖右下角的波形中可清楚地看到），該通的晶閘管（VT1）會關(guān)斷，而應(yīng)關(guān)斷的晶閘管（VT3)不能關(guān)斷，最終導(dǎo)致逆變失敗。當(dāng)b>μ

時，換相結(jié)束時，晶閘管能承受反壓而關(guān)斷。（4）換相裕量不足2023/2/632逆變時允許采用的最小逆變角b應(yīng)等于

bmin=d+g+q′

d——晶閘管的關(guān)斷時間tq