电力电子技术课件有源逆变.ppt

电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路同极性相连同极性相连;EGEM;同极性相连同极性相连;EMEG;反极性相连反极性相连电动电动运行运行发电发电运行运行短路短路电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路逆变和整流的区别：控制角逆变和整流的区别：控制角 不同不同 0 p p/2时，电路工作在时，电路工作在整流整流状态。状态。p p/2 p p时，电路工作在时，电路工作在逆变逆变状态。状态。单相桥式全控整流电路带阻感性负载，当工作在单相桥式全控整流电路带阻感性负载，当工作在0 p p/2时，是时，是否在一个周期内都处于整流状态？否在一个周期内都处于整流状态？电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路讨论：讨论：以下电路哪些可以实现有源逆变？为什么？以下电路哪些可以实现有源逆变？为什么？半半控控桥桥或或有有续续流流二二极极管管的的电电路路，因因其其整整流流电电压压u ud d不不能能出出现现负负值值，也也不不允许直流侧出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变。允许直流侧出现负极性的电动势，故不能实现有源逆变。电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路Ud、E EM均为均为负值负值E EM为负值，为负值，P Pd d 故为故为负值，表示功率由负值，表示功率由直流侧送交流电源直流侧送交流电源电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路短路，或，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联顺向串联，形成很大，形成很大短路短路电流电流。整流整流：逆变逆变：电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路提示：哪些地方会用到有源逆变呢？提示：哪些地方会用到有源逆变呢？绕线转子异步电动机的晶闸管串级调速绕线转子异步电动机的晶闸管串级调速高压直流输电高压直流输电晶闸管直流电动机可逆拖动系统晶闸管直流电动机可逆拖动系统电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路晶闸管直流电动机系统晶闸管直流电动机系统晶闸管可控整流装置带直流电动机负晶闸管可控整流装置带直流电动机负载组成的系统。载组成的系统。是电力拖动系统中主要的一种。是电力拖动系统中主要的一种。是可控整流装置的主要用途之一。是可控整流装置的主要用途之一。对该系统的研究包括两个方面：对该系统的研究包括两个方面：其一是在带电动机负载时整流电路的工作情况。其一是在带电动机负载时整流电路的工作情况。其二是由整流电路供电时电动机的工作情况。本节主要从第其二是由整流电路供电时电动机的工作情况。本节主要从第二个方面进行分析。二个方面进行分析。电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路直流电动机的四象限运行？直流电动机的四象限运行？有些场合要求电力拖动系统能够提供正、反向运行并能实现快速有些场合要求电力拖动系统能够提供正、反向运行并能实现快速制动，具有上述功能的系统，由于其机械特性分别位于四个象限，制动，具有上述功能的系统，由于其机械特性分别位于四个象限，故称具有四象限的电力拖动系统。故称具有四象限的电力拖动系统。他励直流电动机改变转向的方法？他励直流电动机改变转向的方法？电枢反接电枢反接励磁绕组反接励磁绕组反接他励直流电动机的制动方法？他励直流电动机的制动方法？能耗制动能耗制动反接制动反接制动回馈制动回馈制动电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路指能够控制电动机正反转的自动控制系统。指能够控制电动机正反转的自动控制系统。很多生产设备如起重提升设备、电梯、轧钢机轧辊等均要很多生产设备如起重提升设备、电梯、轧钢机轧辊等均要求电动机能够正反双向运转，这就是可逆拖动问题。求电动机能够正反双向运转，这就是可逆拖动问题。利用变流装置供电的直流可逆拖动系统，除了能方便地实现正反利用变流装置供电的直流可逆拖动系统，除了能方便地实现正反转外，还能实现回馈制动。转外，还能实现回馈制动。对于直流他励电动机来说，改变电枢两端电压的极性或改变励磁绕对于直流他励电动机来说，改变电枢两端电压的极性或改变励磁绕组两端电压的极性均可改变其运转方向，这可根据应用场合和设备组两端电压的极性均可改变其运转方向，这可根据应用场合和设备容量的不同要求加以选用。容量的不同要求加以选用。按照所用晶闸管变流装置组数的不同，一般又可通过两种方法实按照所用晶闸管变流装置组数的不同，一般又可通过两种方法实现电动机的正反转控制：现电动机的正反转控制：1）一种是采用一组晶闸管变流器给电动机供电、用接触器控制电）一种是采用一组晶闸管变流器给电动机供电、用接触器控制电枢电压极性的电路；枢电压极性的电路；2）另一种是采用两组晶闸管变流器反极性连接组成的可逆电路。）另一种是采用两组晶闸管变流器反极性连接组成的可逆电路。2.8.1 2.8.1 直流可逆拖动系统直流可逆拖动系统电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路用一个控制电压用一个控制电压Uc控制控制I、两组变流桥两组变流桥的控制角，使它们同步的向相反的方向变的控制角，使它们同步的向相反的方向变化化。（1）开始时，）开始时，I=90，电动机转速，电动机转速为零。为零。（2）I90，I组进入组进入整流整流状态，交流电源供能，电动机状态，交流电源供能，电动机正转电动运行正转电动运行90（且（且I=），此时），此时组桥虽可以有输出电压组桥虽可以有输出电压Ud，但因不满足，但因不满足|EM|Ud|而没有逆变电流，称这种状态为而没有逆变电流，称这种状态为待逆变状态待逆变状态。=工作制触发脉冲的具体实施如下：工作制触发脉冲的具体实施如下：电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路（3）正转到反转：使）正转到反转：使I和和同时增大分别进入逆变和整流区同时增大分别进入逆变和整流区本组逆变：本组逆变：I90（即即I90）Id=0反组待整流：反组待整流：90（即即90）反组逆变（正转）反组逆变（正转）:90（即即90）且使且使|EM|Ud|正组待整流：正组待整流：I=90电感储能回送电网，电动机正转电动运行。电感储能回送电网，电动机正转电动运行。机械能回送电网，电动机回馈制动。机械能回送电网，电动机回馈制动。电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路（4）反转运行：）反转运行：=90n=0,EM=0,90，组进入组进入整流整流状态，交流电源供能，电动机状态，交流电源供能，电动机反转电动运行反转电动运行I90，因不满足，因不满足|EM|Ud|而没有逆变电流，而没有逆变电流，待逆变状态待逆变状态。电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路 =配合控制的有环流可逆系统配合控制的有环流可逆系统对正、反两组变流器同时输入触发脉冲，并严格保证对正、反两组变流器同时输入触发脉冲，并严格保证=的配合的配合控制关系控制关系 。假设正组为整流，反组为逆变，即有假设正组为整流，反组为逆变，即有=，U Ud d=U Ud d，且极性且极性相抵，两组变流器之间没有直流环流。相抵，两组变流器之间没有直流环流。但两组变流器的输出电压瞬时值不等，会产生但两组变流器的输出电压瞬时值不等，会产生脉动环流脉动环流。串入串入环流电抗器环流电抗器L LC C限制环流。限制环流。特点：快速性好，但需加环流电抗器，适合于中小容量的系统。特点：快速性好，但需加环流电抗器，适合于中小容量的系统。电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路逻辑控制无环流可逆电路就是利用逻辑单元来控制变流器之间的切换过逻辑控制无环流可逆电路就是利用逻辑单元来控制变流器之间的切换过程，使电路在任何时间内只允许两组桥路中的一组桥路工作而另一组桥程，使电路在任何时间内只允许两组桥路中的一组桥路工作而另一组桥路处于阻断状态，这样在任何瞬间都不会出现两组变流桥同时导通的情路处于阻断状态，这样在任何瞬间都不会出现两组变流桥同时导通的情况，也就不会产生环流。况，也就不会产生环流。工程上使用较广泛，不需设置环流电抗器。工程上使用较广泛，不需设置环流电抗器。只有一组桥投入工作（另一组关断），两组桥之间不存在环流。只有一组桥投入工作（另一组关断），两组桥之间不存在环流。电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路两组桥之间的切换过程：两组桥之间的切换过程：电动机正转电动机正转：给组变流桥加触发：给组变流桥加触发脉冲，脉冲，90，为整流状态；，为整流状态；组组桥封锁阻断。电动机为桥封锁阻断。电动机为“正转电动正转电动”运行，工作在第一象限。运行，工作在第一象限。电动机由正转到反转电动机由正转到反转：触发脉冲后移到触发脉冲后移到90，电抗器，电抗器Ld中的一部分储能经中的一部分储能经I组桥逆变反送回电组桥逆变反送回电网网Id=0I组桥封锁组桥封锁 延时延时310ms 组加触发脉冲，且使组加触发脉冲，且使90，进入有源逆变状态进入有源逆变状态=90，n=090则则组桥进入整流状态，电动机开组桥进入整流状态，电动机开始反转，进入第三象限的始反转，进入第三象限的“反转电动反转电动”运运行状态。行状态。电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路特点：可省去环流电抗器，没有附加的环流损耗。特点：可省去环流电抗器，没有附加的环流损耗。由于延时造成了电流换向死区，影响过渡过程的快速性。由于延时造成了电流换向死区，影响过渡过程的快速性。首先应使已导通桥的晶闸管断流，要妥当处理使主回路电流变为零，首先应使已导通桥的晶闸管断流，要妥当处理使主回路电流变为零，使原导通晶闸管恢复阻断能力。使原导通晶闸管恢复阻断能力。随后再开通原封锁着的晶闸管，使其触发导通。随后再开通原封锁着的晶闸管，使其触发导通。这种无环流可逆系统中，变流器之间的切换过程由逻辑单元控制，这种无环流可逆系统中，变流器之间的切换过程由逻辑单元控制，故称为故称为逻辑控制无环流逻辑控制无环流系统。系统。此系统，将在后继课此系统，将在后继课“电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统”中进一步分析讨论。中进一步分析讨论。逻辑无环流系统逻辑无环流系统电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路2.8.2.8.2 2 工作于整流状态时工作于整流状态时的的机械特性机械特性整整流流电电路路接接反反电电动动势势负负载载时时，负负载载电电流流断断续续，对对整整流流电电路路和和电动机的工作都很不利电动机的工作都很不利。通通常常在在电电枢枢回回路路串串联联一一平平波波电电抗抗器器，保保证证整整流流电电流流在在较较大大范范围内连续。围内连续。udOidwtuaubucaudOiaibicicwtEUdidR电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路其机械特性是一组其机械特性是一组平行的直线平行的直线，其斜率由于内阻不一定相同而稍有差异。，其斜率由于内阻不一定相同而稍有差异。调节调节a角，即可调节电动机的转速。角，即可调节电动机的转速。当负载减小时，平波电抗器中的电感储能减小，致使电流不再连续，此当负载减小时，平波电抗器中的电感储能减小，致使电流不再连续，此时其机械特性也就呈现出非线性。时其机械特性也就呈现出非线性。电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路2.8.2.8.3 3 工作于有源逆变状态时工作于有源逆变状态时的的机械特性机械特性电流连续时的机械特性由 决定的。逆变时由于 ，反接，得 因为EM=Cen，可求得电动机的机械特性方程式正组变流器反组变流器na3a2a1Ida4b2b3b4b1a=b=p2a=b=p2b3b2b1b4a2a3a4a1a1=b 1;a 1=b1a2=b 2;a 2=b2a 增大方向b 增大方向a 增大方向b 增大方向电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路逆变电流断续时电动机的机械特性，与整流时十分相似：逆变电流断续时电动机的机械特性，与整流时十分相似：理理想想空空载载转转速速上上翘翘很很多多，机机械械特特性变软，且呈现性变软，且呈现非线性非线性。逆逆变变状状态态的的机机械械特特性性是是整整流流状状态态的的延续延续。第第1 1、4 4象限中和第象限中和第3 3、2 2象限中的特性是分别象限中的特性是分别属于两组变流器的，它们输出整流电压的极属于两组变流器的，它们输出整流电压的极性彼此相反，故分别标以性彼此相反，故分别标以正组正组和和反组反组变流器。变流器。正组变流器反组变流器na3a2a1Ida4b2b3b4b1a=b=p2a=b=p2b3b2b1b4a2a3a4a1a1=b 1;a 1=b1a2=b 2;a 2=b2a 增大方向b 增大方向a 增大方向b 增大方向电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路为了分析直流电动机可逆系统的运转状态及其与变流器工作状态之间为了分析直流电动机可逆系统的运转状态及其与变流器工作状态之间的关系，这里首先介绍一下电动机的四象限运行图。四象限运行图是的关系，这里首先介绍一下电动机的四象限运行图。四象限运行图是根据直流电动机的转矩根据直流电动机的转矩(或电流或电流)与转速之间的关系，在平面四个象限上与转速之间的关系，在平面四个象限上作出的表示电动机运行状态的图。图所示即为反并联可逆系统作出的表示电动机运行状态的图。图所示即为反并联可逆系统的四象限运行图。从图中可以看出，第一和第三象限内电动机的转速的四象限运行图。从图中可以看出，第一和第三象限内电动机的转速与转矩同号，电动机在第一和第三象限分别运行在与转矩同号，电动机在第一和第三象限分别运行在“正转电动正转电动”和和“反转电动反转电动”状态，第二和第四象限内电动机的转速与转矩异号，电动状态，第二和第四象限内电动机的转速与转矩异号，电动机分别运行在机分别运行在“正转发电正转发电”和和“反转发电反转发电”状态。电动机究竟能在几状态。电动机究竟能在几个象限上运行，这与其控制方式和电路结构有关。如果电动机在四个个象限上运行，这与其控制方式和电路结构有关。如果电动机在四个象限上都能运行，则说明电动机的控制系统功能较强。象限上都能运行，则说明电动机的控制系统功能较强。电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路高高压压直直流流输输电电电力电子技术电力电子技术电力电子技术电力电子技术有有 源源 逆逆 变变 电电 路路绕线异步电动机串级调速绕线异步电动机串级调速