电力电子 第五章 AC-DC变换器(整流和有源逆变电路)3

电力电子技术Power Electronic Technology杨淑英 合肥工业大学电气与自动化工程学院

第5章 AC-DC变换器基本内容1 2 3

概述 不控整流电路 相控整流电路 相控有源逆变电路

45 6

PWM整流电路 同步整流电路

5.4 相控有源逆变电路 逆变(invertion)——把直流电转变成交流电， 整流的逆过程 实例：电力机车下坡行驶，机车的位能转变 为电能，反送到交流电网中去

逆变电路——把直流电逆变成交流电的电路

5.4 相控有源逆变电路 根据逆变输出交流电能去向的不同,逆变电路可 以分为： 有源逆变电路——交流侧和电网连接 无源逆变——变流电路的交流侧不与电网联接， 而直接接到负载 对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于 逆变，其电路形式未变，只是电路工作条件转 变。 既可工作在整流状态又可以工作在逆变状态的 电路，称为变流电路(Converter)

5.4.1 相控有源逆变原理及实现条件直流发电机—电动机系统电能的流转Id G EG R EM ∑ a) 电动 M G EG R EM ∑ b) 回馈制动 Id EG M G R∑ EM c) 反接制动 M Id

两个电动势(电源)同极性相连，电流总是从电动势高的流向电 动势低的。电流大小决定于两电动势之差和回路电阻。如果回路 电阻很小，即使两电动势差不大，也可以产生足够大的电流，使 两电动势间交换功率。

5.4.1 相控有源逆变原理及实现条件 逆变产生的条件1 u10 0 u20 VT2 2 ud iVT u20 VT1 iVT L1

1 id R + M EM ud Ud>EM u10 0

ud 电能

2

2

u10

u10

O id=iVT +iVT1

t

O id

id O

2

iVT2

id=iV

iVT

1

iVT

2

iVT

Id

i

1

t

O

a)

5.4.1 相控有源逆变原理及实现条件 逆变产生的条件晶闸管的单相 导电性，使得 电流不能反向ud 1 u10 0 u20 VT2 2 iVT u20 VT1 iVT L1

ud 电能

id

R + M EM Ud>EM

2

u10

u10

如何实现能量回馈？O

tid=iVT +iVT1

为了实现逆变时的能量回馈， 只能电压Ud反向

id O

2

iVT

1

iVT

2

iVT

Id

1

t

a)

5.4.1 相控有源逆变原理及实现条件逆变产生的条件 为了实现逆变时的能量回馈， 只能电压Ud反向 为了防止电流过大，通常要求 电动机电动势的方向也反向 |EM|略大于|Ud|1 u10 u20 VT2 2 + iVT2

VT1 iVT ud

L1

id

R + M EM -

如果仅仅整流器电压反向是否 可行?

5.4.1 相控有源逆变原理及实现条件逆变产生的条件归纳逆变条件：

1 0

怎样才能得到-UdVT1 L u10 u20 VT2 iVT1

1 0

VT1 iVT VT2

L1

晶闸管阳极 + 电能 M E 2 1)要有直流电动势，其极性与晶闸管 i 大部分位于 u u u u 导通方向一致，其值应大于变流电路 电源负半周， U >E 直流侧的平均电压； 如何导通？M VT

ud

id

R

ud 电能

id

R M EM +

2 ud u10 u20

iVT

2

2

d

10

20

10

u10

d

M

O

t

O

id

2)晶闸管的控制角α i =i +i >π/2,Ud为负 id d VT

t Ud<EM iVT2

1

VT

2

id=iVT +iVT1

iVT O

1

iVT

2

iVT

Id

2

1

iVT

t

1

iVT

Id

2

O b) 图2-45

t

a)

5.4.1 相控有源逆变原理及实现条件VD i 1 VD1 idVT1 VT2

逆变产生的条件归纳逆变条件：

iVD2 u2 VD2 ud

L eL R

T

i2

id

a ud b R

u2

VD3

d)

1)要有直流电动势，其极性与晶闸管 导通方向一致，其值应大于变流电路 直流侧的平均电压； 2)晶闸管的控制角α >π/2,Ud为负

VT1

VT2

T

i2

a ud bVD3 VD4 VDR

u2

T

有续流二极管的单相半波整流电路和 单相桥式半控电路，能否工作在有源 逆变状态？

VD3负 载

u2

VT1 VT2

VD4

VD4

id L R

5.4.2 三相半波整流电路的有源逆变工作状态三相半波整流电路： U d U d 0 cos 1)Ud为负值

T

a b c

VT1 VT2 ud VT3L

2

2)需要一个反向电动势

idM EM

逆变角β :

u2

ua

ub

uc

U d U d 0 cos

0 t1

t

5.4.2 三相半波整流电路的有源逆变工作状态U d U d 0 cos U d U d 0 cos T a b c ud VT3 VT1 VT2L

120ou2 ua

30oub uc

idM EM

0 t1

t

靠电动势EM维持其导通

5.4.2 三相半波整流电路的有源逆变工作状态U d U d 0 cos U d U d 0 cos T a b c ud VT3 VT1 VT2L

150u2 ua

o

30oub uc

idM EM

0 t1

t

5.2.3 逆变失败与最小逆变角 逆变时若换相失败，使电路由逆变状态进入整流状态， 输出电压变成正值，使变流器的输出平均电压和直流电 动势变成顺向串联，外接直流电源就会通过晶闸管电路 短路，——逆变失败(逆变颠覆) 1. 逆变失败的原因 (1)触发电路不能适时、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 (2)晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通 (3)交流电源缺相或突然消失. (4)换相的裕量角不足，引起换相失败

5.2.3 逆变失败与最小逆变角a b c iVT1 2 3

LB VT1 LB VT2

L id ud M EM +

iVT

LB VT 3

iVT

o

u2

ua

ub

uc

ωt0

5.2.3 逆变失败与最小逆变角a b c iVT1 2 3

LB VT1 LB VT2

L id ud M EM +

逆变角再次减小

iVT

LB VT 3

iVT

o

u2

ua

ub

uc

ωt0

5.2.3 逆变失败与最小逆变角a b c iVT1 2 3

LB VT1 LB VT2

L id ud M EM +

iVT

LB VT 3

iVT

o ud ua ub uc ua ub

O

p

t t

id iVT O3

1

iVT3

最小逆变角的限制

iVT

iVT

2

iVT

1

5.2.3 逆变失败与最小逆变角2. 确定最小逆变角βmin的依据

– 逆变时允许采用的最小逆变角β应等于βmin=δ+γ+θ′ δ:晶闸管的关断时间tq 折合的电角度，随电流定额及是否快 速型而不同。tq大的可达200~300us,折算到电角度约4 ~ 5 ; γ:换相重叠角，随

直流平均电流和换相电抗的增加而增大。 可从整流电路中导出的公式求得： Id X B cos cos( ) 2U 2 sin m

5.2.3 逆变失败与最小逆变角cos cos( ) Id X B 2U 2 sin

m

a b c

iV T

1 2 3

iV T

LB VT 1 LB VT2 LB VT3

L id ud M EM +

考虑到： 若： cos 1 IdXB 2U 2 sin

iV T

o ud ua ub uc ua ub

O

p

t t

mid O iV T3

iV T1

iV T2

iV T3

iV T

1

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/lnhm.html