有源逆变电路-PPT.pptx

有源逆变电路4、1 逆变得概念1)什什么么就就是是逆逆变变？为为什什么么要要逆逆变变？逆变(Invertion)把直流电转变成交流电,整流得逆过程。逆变电路把直流电逆变成交流电得电路。有源逆变电路交流侧与电网连结。应用:直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级调速以及高压直流输电等。无源逆变电路变流电路得交流侧不与电网联接,而直接接到负载,将在第8章介绍。对于可控整流电路,满足一定条件就可工作于有源逆变,其电路形式未变,只就是电路工作条件转变。既工作在整流状态又工作在逆变状态,称为变流电路变流电路。4、1 逆变得概念2)直流发电机直流发电机电动机系统电能得流转电动机系统电能得流转图4-1 直流发电机电动机之间电能得流转a)两电动势同极性EG EM b)两电动势同极性EM EG c)两电动势反极性,形成短路电路过程分析。两个电动势同极性相接时,电流总就是从电动势高得流向低得,回路电阻小,可在两个电动势间交换很大得功率。4、1 逆变得概念3)逆变产生得条件逆变产生得条件单相全波电路代替上述发电机图4-2 单相全波电路得整流与逆变交流电网输出电功率电动机输出电功率a)b)u10udu20u10OOwtwtIdidUdEMu10udu20u10OOwtwtIdidUd/2，使Ud为负值。半控桥或有续流二极管得电路,因其整流电压ud不能出现负值,也不允许直流侧出现负极性得电动势,故不能实现有源逆变。欲实现有源逆变,只能采用全控电路。4、2 三相有源逆变电路逆变与整流得区别逆变与整流得区别:控制角 不同0 p p/2时,电路工作在整流状态。p p/2 p p/2时得控制角用p-p-=b b表示,b b 称为逆变角逆变角。逆变角b b与控制角 得计量方向相反,其大小自b=0得起始点向左方计量。4、2 三相有源逆变电路三相桥式电路工作于有源逆变状态,不同逆变角时得输出电压波形及晶闸管两端电压波形如图4-3所示。图4-3三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时得电压波形uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udwtOwtOb=p4b=p3b=p6b=p4b=p3b=p6wt1wt3wt24、2 三相有源逆变电路有源逆变状态时各电量得计算:输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，即（4-1）每个晶闸管导通2p p/3，故流过晶闸管的电流有效值为：（4-2）从交流电源送到直流侧负载的有功功率为：（4-3）当逆变工作时,由于EM为负值,故Pd一般为负值,表示功率由直流电源输送到交流电源。（4-4）在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流的有效值为：4、3 逆变失败与最小逆变角得限制逆变失败逆变失败(逆变颠覆)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,或使变流器得输出平均电压与直流电动势变成顺顺向串联向串联,形成很大短路电流短路电流。触发电路工作不可靠,不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲,如脉冲丢失、脉冲延时等,致使晶闸管不能正常换相。晶闸管发生故障,该断时不断,或该通时不通。交流电源缺相或突然消失。换相得裕量角不足,引起换相失败。1)逆变失败得原因逆变失败得原因4、3 逆变失败与最小逆变角得限制换相重叠角得影响:图4-4 交流侧电抗对逆变换相过程得影响当b g 时,换相结束时,晶闸管能承受反压而关断。如果b g 时(从图4-4右下角得波形中可清楚地看到),该通得晶闸管(VT2)会关断,而应关断得晶闸管(VT1)不能关断,最终导致逆变失败。udOOidwtwtuaubucuaubpbgb giVT1iVTiVT3iVTiVT3224、3 逆变失败与最小逆变角得限制2)确定最小逆变角确定最小逆变角b bmin得依据得依据逆变时允许采用得最小逆变角b b 应等于b bmin=d d+g g+q q (4-5)d d 晶闸管得关断时间tq折合得电角度g g 换相重叠角q q安全裕量角tq大得可达200300ms,折算到电角度约45。随直流平均电流与换相电抗得增加而增大。主要针对脉冲不对称程度(一般可达5)。值约取为10。12大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流4、3 逆变失败与最小逆变角得限制g g 换相重叠角得确定:1)查阅有关手册 举例如下:整流电压整流电流变压器容量短路电压比Uk%g g220V800A240kV。A5%15202)参照整流时g g 得计算方法（4-6）（4-7）根据逆变工作时，并设，上式可改写成4、3 逆变失败与最小逆变角得限制（4-8）逆变时要求b bmin g g，故这样,b bmin一般取3035。换相重叠角g g 与I Id与XB有关,电路参数确定后,g g 就有定值4、4 逆变工作状态时得直流电动机机械特性1)电流连续时电动机得机械特性电流连续时电动机得机械特性电流连续时得机械特性由决定得。逆变时由于,反接,得因为EM=Cen,可求得电动机得机械特性方程式(4-9)(4-10)图4-5 电动机在四象限中得机械特性正组变流器反组变流器n321Id4b2b3b4b1=b=p2=b=p2b3b2b1b423411=b 1;1=b12=b 2;2=b2 增大方向b 增大方向 增大方向b 增大方向4、4 逆变工作状态时得直流电动机机械特性2)电流断续时电动机得机械特性电流断续时电动机得机械特性可沿用整流时电流断续得机械特性表达式,把代入式,便可得EM、n与Id得表达式。三相半波电路为例:(4-11)(4-12)(4-13)4、4 逆变工作状态时得直流电动机机械特性逆变电流断续时电动机得机械特性,与整流时十分相似:图4-5 电动机在四象限中得机械特性理想空载转速上翘很多，机械特性变软，且呈现非线性。逆变状态的机械特性是整流状态的延续。纵观控制角变化时，机械特性得变化。第1、4象限中与第3、2象限中得特性就是分别属于两组变流器得,她们输出整流电压得极性彼此相反,故分别标以正组与反组变流器。正组变流器反组变流器n321Id4b2b3b4b1=b=p2=b=p2b3b2b1b423411=b 1;1=b12=b 2;2=b2 增大方向b 增大方向 增大方向b 增大方向4、5 直流可逆电力拖动系统图4-6 两组变流器得反并联可逆线路图4-6a与b就是两组反并联得可逆电路a三相半波有环流接线b三相全控桥无环流接线c对应电动机四象限运行时两组变流器工作情况4、5 直流可逆电力拖动系统两套变流装置反并联两套变流装置反并联连接得可逆电路得相关概念与结论:环流环流是指只在两组变流器之间流动而不经过负载的电流。正向运行时由正组变流器供电；反向运行时，则由反组变流器供电。根据对环流的处理方法，反并联可逆电路又可分为不同的控制方案，如配合控制有环流（）、可控环流、逻辑控制无环流和错位控制无环流等。电动机都可四象限运行四象限运行。可根据电动机所需运转状态来决定哪一组变流器工作及其工作状态：整流或逆变。4、5 直流可逆电力拖动系统直流可逆拖动系统,除能方便地实现正反转外,还能实现电动机得回馈制动。电动机反向过程分析电动机反向过程分析:详见P79=b=b配合控制得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a=b b 得配合控制关系。假设正组为整流,反组为逆变,即有a P=b=b N N,Uda aP=Udb bN,且极性相抵,两组变流器之间没有直流环流。但两组变流器得输出电压瞬时值不等,会产生脉动环流。串入环流电抗器LC限制环流。4、5 直流可逆电力拖动系统第1象限:正转电动运行,此时1组工作于整流状态,由12,2组工作于逆变 状态,且Ud1=Ud2,但由于二极管得单相导电性,2组桥没有电流流过。工作在待逆变状态。同样,由于Ud1与Ud2得瞬时值不相等,所以有交流得环流在两者间流动。必需加上环流电抗器Lc加以限制。12,即1 24、5 直流可逆电力拖动系统第2象限:正转制动运行。当需要正转制动(刹车)时,将1增大但Ud1=Ud2,此时2组立刻工作于逆变状态。由二极管得单相导电性,1组桥没有电流流过。工作在待整流状态。4、5 直流可逆电力拖动系统第 3象 限:将 2调 节 至 900,Ud2变为上负下正,由12 Ud1变为上负下正,由于二极管得单相导电性,2组桥有电流流过。工作在整流状态,1组桥没有电流流过。工作在待逆变状态。此时电机反转,E电压为上负下正。4、5 直流可逆电力拖动系统第4象限:反转制动运行,与第二象限类似,当将2增大但保持Ud1=Ud2此时1组工作于逆变状态,由于二极管得单相导电性,2组桥没有电流流过。工作在待整流状态。图4-7 两组变流器得反并联可逆线路等效图n4、5 直流可逆电力拖动系统逻辑无环流可逆系统逻辑无环流可逆系统工程上使用较广泛,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。两组桥之间得切换两组桥之间得切换过程:首先应使已导通桥得晶闸管断流,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。随后再开通原封锁着得晶闸管,使其触发导通。这种无环流可逆系统中,变流器之间得切换过程由逻辑单元控制,称为逻辑控制无环流逻辑控制无环流系统。直流可逆电力拖动系统,将在后继课“电力拖动自动控制系统”中进一步分析讨论。4、6 变流装置得功能指标主要性能指标 变流装置得效率 电压调整率 功率因素4、6 变流装置得功能指标晶闸管装置得功率因数及其改善晶闸管装置得功率因数及其改善晶闸管装置得功率因数及其改善晶闸管装置得功率因数及其改善、晶闸管装置得功率因数、晶闸管装置得功率因数、晶闸管装置得功率因数、晶闸管装置得功率因数单相全桥为0、9三相桥式电路为0、955位移系数畸变系数4、6 变流装置得功能指标晶闸管装置得功率因数及其改善晶闸管装置得功率因数及其改善晶闸管装置得功率因数及其改善晶闸管装置得功率因数及其改善、采用得改善功率因数得方法、采用得改善功率因数得方法、采用得改善功率因数得方法、采用得改善功率因数得方法v小控制角运行小控制角运行小控制角运行小控制角运行v采用两组变流器得串联供电采用两组变流器得串联供电采用两组变流器得串联供电采用两组变流器得串联供电v增加整流相数增加整流相数增加整流相数增加整流相数v设置补偿电容设置补偿电容设置补偿电容设置补偿电容因为功率因数与畸变系数与位移系数有因为功率因数与畸变系数与位移系数有因为功率因数与畸变系数与位移系数有因为功率因数与畸变系数与位移系数有关关关关,所以要采用下列措施改善功率因数所以要采用下列措施改善功率因数所以要采用下列措施改善功率因数所以要采用下列措施改善功率因数:4、6 变流装置得功能指标二、晶闸管装置对电网得影响二、晶闸管装置对电网得影响二、晶闸管装置对电网得影响二、晶闸管装置对电网得影响变流装置可能会对电网造成什么影响？变流装置可能会对电网造成什么影响？变流装置可能会对电网造成什么影响？变流装置可能会对电网造成什么影响？qq引起谐振引起谐振引起谐振引起谐振,造成热损坏、振动、闪烁等事故。造成热损坏、振动、闪烁等事故。造成热损坏、振动、闪烁等事故。造成热损坏、振动、闪烁等事故。qq对通信线路产生杂音对通信线路产生杂音对通信线路产生杂音对通信线路产生杂音qq对变压器铁心产生噪音对变压器铁心产生噪音对变压器铁心产生噪音对变压器铁心产生噪音,损耗增加损耗增加损耗增加损耗增加qq使电机产生脉动转矩使电机产生脉动转矩使电机产生脉动转矩使电机产生脉动转矩,损耗增加损耗增加损耗增加损耗增加qq影响电压与电流得相位差影响电压与电流得相位差影响电压与电流得相位差影响电压与电流得相位差,测量精确度下降测量精确度下降测量精确度下降测量精确度下降qq导致计算机误动作导致计算机误动作导致计算机误动作导致计算机误动作如如:三相全控桥式电路变压器电流波形三相全控桥式电路变压器电流波形4、6 变流装置得功能指标4、6 变流装置得功能指标为减小对电网得影响为减小对电网得影响,晶闸管得电流波晶闸管得电流波形应为什么形状？形应为什么形状？具体具体具体具体措施措施措施措施:qq小控制角运行小控制角运行小控制角运行小控制角运行qq三相电路尽量采用桥式电路三相电路尽量采用桥式电路三相电路尽量采用桥式电路三相电路尽量采用桥式电路qq变流变压器采用变流变压器采用变流变压器采用变流变压器采用/或或或或Y/DY/D联接联接联接联接qq增加整流相数增加整流相数增加整流相数增加整流相数qq采用谐波滤波器采用谐波滤波器采用谐波滤波器采用谐波滤波器抑制谐波得滤波器抑制谐波得滤波器抑制谐波得滤波器抑制谐波得滤波器4、6 变流装置得功能指标4、7 变流装置得触发电路4 4、7 7、1 1 同步信号为锯齿波得触发电路同步信号为锯齿波得触发电路同步信号为锯齿波得触发电路同步信号为锯齿波得触发电路4 4、7 7、2 2 同步信号为锯齿波得触发电路同步信号为锯齿波得触发电路同步信号为锯齿波得触发电路同步信号为锯齿波得触发电路4 4、7 7、3 3 集成触发器集成触发器集成触发器集成触发器4 4、7 7、3 3 触发电路得定相触发电路得定相触发电路得定相触发电路得定相4、7 变流装置得触发电路引言触发电路触发电路:晶闸管可控整流电路,通过控制触发角 得大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小。触发电路得驱动控制触发电路得驱动控制为保证触发电路正常工作,很重要得就是应保证按触发角 得大小在正确得时刻向电路中得晶闸管施加有效得触发脉冲。大、中功率得变流器广泛应用得就是晶体管触发电路,其中以同步信号为锯齿波得触发电路应用最多。4、7、1 同步信号为锯齿波得触发电路输出可为双窄脉冲(适用于有两个晶闸管同时导通得电路),也可为单窄脉冲。三个基本环节:脉冲得形成与放大、锯齿波得形成与脉冲移相、同步环节。此外,还有强触发与双窄脉冲形成环节。图4-8 同步信号为锯齿波得触发电路4、7、1 同步信号为锯齿波得触发电路1)脉冲形成环节脉冲形成环节V4、V5 脉冲形成V7、V8 脉冲放大控制电压uco加在V4基极上图4-8 同步信号为锯齿波得触发电路脉冲前沿由V4导通时刻确定,脉冲宽度与反向充电回路时间常数R11C3有关。电路得触发脉冲由脉冲变压器TP二次侧输出,其一次绕组接在V8集电极电路中。4、7、1 同步信号为锯齿波得触发电路2)锯齿波得形成与脉冲移相环节锯齿波得形成与脉冲移相环节锯齿波电压形成得方案较多,如采用自举式电路、恒流源电路等;本电路采用恒流源电路。恒流源电路方案恒流源电路方案,由V1、V2、V3与C2等元件组成 V1、VS、RP2与R3为一恒流源电路图4-8 同步信号为锯齿波得触发电路4、7、1 同步信号为锯齿波得触发电路3)同步环节同步环节同同步步要求触发脉冲得频率与主电路电源得频率相同且相位关系确定。锯齿波就是由开关V2管来控制得。V2开关得频率就就是锯锯齿齿波波得得频频率率由同步变压器所接得交流电压决定。V2由导通变截止期间产生锯齿波锯锯齿齿波波起起点点基本就就是同步电压由正变负得过零点。V2截止状态持续得时间就就是锯锯齿齿波波得得宽宽度度取决于充电时间常数R1C1。4、7、1 同步信号为锯齿波得触发电路4)双窄脉冲形成环节双窄脉冲形成环节 内双脉冲电路 V5、V6构成“或”门当V5、V6都导通时,V7、V8都截止,没有脉冲输出。只要V5、V6有一个截止,都会使V7、V8导通,有脉冲输出。第一个脉冲由本相触发单元得uco对应得控制角 产生。隔60 得第二个脉冲就是由滞后60 相位得后一相触发单元产生(通过通过V6)。三相桥式全控整流电路得情况(自学)图示为正弦波触发电路原理图,适用于三相全控桥。V1起综合信号与放大作用。脉宽形成环节与功放由V2组成得单稳态电路、V3与脉冲变压器TP组成。V1关断时,C4极性左正右负,V2饱与导通,V3截止。V1导通瞬间,C4上电压不能突变,所以V2截止,V3导通输出脉冲。4、7、2 同步信号为正弦波得触发电路正弦波同步信号得形成与移相控制:使用u 与u来限制 min 与 min,us为正弦波同步信号,uco为控制电压。使用这四个电压来进行同步与移相。注意,为了防止干扰。u、u与us在输入时都经过RC滤波。该滤波器得移相角一般为600。4、7、2 同步信号为正弦波得触发电路图示为正弦波触发电路原理图,适用于三相全控桥。V1起综合信号与放大作用。脉宽形成环节与功放由V2组成得单稳态电路、V3与脉冲变压器TP组成。V1关断时,C4极性左正右负,V2饱与导通,V3截止。V1导通瞬间,C4上电压不能突变,所以V2截止,V3导通输出脉冲。4、7、2 同步信号为正弦波得触发电路正弦波同步信号得形成与移相控制:先不考虑u 与u得作用。对于电感性负载,当UCO=0时,要求输出电压Ud=0,即此时输出得控制脉冲对准900得位置,即要求US得负到正得过零点在900处。根据此要求,选择滞后Uu1200作为同步电压US,再由RC自动产生滞后600,选择滞后Ua600得电压作为同步变压器二次得US。(为什么不直接选UV,原因就是为了抗干扰)改变UCO,可以改变输出脉冲得相位,当UCO0时 900,当UCO900。4、7、2 同步信号为正弦波得触发电路4、7、3 集成触发器可靠性高,技术性能好,体积小,功耗低,调试方便。晶闸管触发电路得集成化已逐渐普及,已逐步取代分立式电路。KJ004 与分立元件得锯齿波移相触发电路相似,分为同步、锯齿波形成、移相、脉冲形成、脉冲分选及脉冲放大几个环节。图4-9 KJ004电路原理图4、7、3 集成触发器完整得三相全控桥触发电路完整得三相全控桥触发电路 3个KJ004集成块与1个KJ041集成块,可形成六路双脉冲,再由六个晶体管进行脉冲放大即可。图4-9 三相全控桥整流电路得集成触发电路