第3章直流-交流变换电路

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1、第第3章章 直流直流-交流变换电路交流变换电路w本章要点本章要点w有源逆变电路、有源逆变的条件、逆变失败与最有源逆变电路、有源逆变的条件、逆变失败与最小逆变角的限制；小逆变角的限制；w无源逆变电路、变频器概述；无源逆变电路、变频器概述；w交交-直直-交变频器、电压型和电流型变频器、变频交变频器、电压型和电流型变频器、变频器器180度和度和120度导电规则的原理与分析；度导电规则的原理与分析；wSPWM变频（电压正弦变频（电压正弦PWM、电流正弦、电流正弦PWM、磁通正弦磁通正弦PWM）的原理与分析。）的原理与分析。3.1 逆变的概念逆变的概念 逆变电路逆变电路把直流电逆变成交流电的电路。把直流

2、电逆变成交流电的电路。 按负载性质的不同，逆变分为有源逆变和无源逆变。按负载性质的不同，逆变分为有源逆变和无源逆变。 1）有源逆变）有源逆变可控整流电路工作在逆变状态，可控整流电路工作在逆变状态，把该电路的交流侧接到交流电源上，把直流电逆把该电路的交流侧接到交流电源上，把直流电逆变成与交流电源同频率的交流电返送到电源。变成与交流电源同频率的交流电返送到电源。 2）无源逆变或变频）无源逆变或变频可控整流电路的交流侧不可控整流电路的交流侧不与电源联接，而直接接到无源负载。与电源联接，而直接接到无源负载。 3.2 有源逆变电路有源逆变电路3.2.1 单相双半波有源逆变电路单相双半波有源逆变电路w1、

3、电路结构、电路结构 图图3-1 2、工作原理、工作原理w1）整流状态（）整流状态（090）w当当等于零时，输出电压瞬时值等于零时，输出电压瞬时值ud在整个周期内全在整个周期内全部为正；当部为正；当900时，时，ud在整个周期内有正有在整个周期内有正有负，但正面积总是大于负面积，故平均值负，但正面积总是大于负面积，故平均值Ud为正为正值，其极性是上正下负，如上图值，其极性是上正下负，如上图a。通常。通常Ud略大于略大于E，此时电流，此时电流Id从从Ud的正端流出，从的正端流出，从E的正端流进。的正端流进。电机电机M吸收电能，作电动运行，电路把从交流电吸收电能，作电动运行，电路把从交流电网吸收的电

4、能转变成直流电能输送给电动机，电网吸收的电能转变成直流电能输送给电动机，电路工作在整流状态，电机路工作在整流状态，电机M工作在电动状态工作在电动状态。 w2）逆变状态（）逆变状态（90180）w逆变是将电机吸收的直流电能转变成交流反馈回电网。逆变是将电机吸收的直流电能转变成交流反馈回电网。w由于晶闸管的单向导电性，负载电流由于晶闸管的单向导电性，负载电流Id不能改变方向，只有不能改变方向，只有将将E反向，即电机作发电运行才能回馈电能；为避免反向，即电机作发电运行才能回馈电能；为避免Ud与与E顺接，此时将顺接，此时将Ud的极性也反过来，如上图的极性也反过来，如上图b示。要使示。要使Ud反反向，向

5、，应该大于应该大于90。w当当在在90180间变动时，输出电压瞬时值间变动时，输出电压瞬时值ud在整个在整个周期内有正有负，但负面积大于正面积，故平均值周期内有正有负，但负面积大于正面积，故平均值Ud为负为负值，见上图值，见上图b所示。此时所示。此时E略大于略大于Ud，电流，电流Id的流向是从的流向是从E的的正端流出，从正端流出，从Ud的正端流入，逆变电路吸收从电机反送来的正端流入，逆变电路吸收从电机反送来的直流电能，并将其转变成交流电能反馈回电网，这就是的直流电能，并将其转变成交流电能反馈回电网，这就是该电路的有源逆变状态。该电路的有源逆变状态。 （a）=60的整流状态的整流状态 （b）=1

6、20的逆变状态的逆变状态单相双半波电路单相双半波电路=60的整流和的整流和=120的逆变时的仿真波形的逆变时的仿真波形w要使整流电路工作在逆变状态，须满足要使整流电路工作在逆变状态，须满足两个条件：两个条件：1）变流器的输出）变流器的输出Ud能够改变极性能够改变极性（内部条件）。（内部条件）。由于晶闸管的单向导电性，电流由于晶闸管的单向导电性，电流Id不能改变方向，不能改变方向，为实现有源逆变，须改变为实现有源逆变，须改变Ud的极性。即让变流器的极性。即让变流器的控制角的控制角90即可。即可。w2）须有外接的提供直流电能的电源）须有外接的提供直流电能的电源E。E也要能改也要能改变极性，且有变极

7、性，且有 （外部条件）。（外部条件）。w3、逆变角、逆变角w逆变时的控制角称为逆变角逆变时的控制角称为逆变角，规定以规定以=处作为处作为计量计量角的起点，大小由计量起点向左计算。满足角的起点，大小由计量起点向左计算。满足如下关系：如下关系： dUE 3.2.2 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制1、逆变失败、逆变失败w可控整流电路运行在逆变状态时，一旦发生换相可控整流电路运行在逆变状态时，一旦发生换相失败，电路又重新工作在整流状态，外接的直流失败，电路又重新工作在整流状态，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，使变流器的电源就会通过晶闸管电路形成短路，使变流器的输出平均电

8、压输出平均电压Ud和直流电动势和直流电动势E变成顺向串联，变成顺向串联，由于变流电路的内阻很小，将出现很大的短路电由于变流电路的内阻很小，将出现很大的短路电流流过晶闸管和负载，这种情况称为逆变失败，流流过晶闸管和负载，这种情况称为逆变失败，或称为逆变颠覆。或称为逆变颠覆。w造成逆变失败的原因造成逆变失败的原因：（1 1）触发电路工作不可靠触发电路工作不可靠。不能适时、准确地给各。不能适时、准确地给各晶闸管分配触发脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等。晶闸管分配触发脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等。（2）晶闸管发生故障晶闸管发生故障。器件失去阻断能力，或器件。器件失去阻断能力，或器件不能导通。不能导通。（3

9、）交流电源异常交流电源异常。在逆变工作时，电源发生缺相。在逆变工作时，电源发生缺相或突然消失而造成逆变失败。或突然消失而造成逆变失败。（4）换相裕量角不足，引起换相失败换相裕量角不足，引起换相失败。应考虑变压。应考虑变压器漏抗引起的换相重叠角、晶闸管关断时间等因器漏抗引起的换相重叠角、晶闸管关断时间等因素的影响。素的影响。 w交流侧电抗对逆变换相过程的影响图图3-2 2、最小逆变角最小逆变角确定的方法确定的方法 最小逆变角最小逆变角的大小要考虑以下因素：的大小要考虑以下因素： 1）换相重叠角换相重叠角。此值与电路形式、工作电流大小、触发角。此值与电路形式、工作电流大小、触发角大小有关。即大小有

10、关。即 根据根据= -，设，设 =，则则 ： 2）晶闸管关断时间）晶闸管关断时间 tq 所对应的电角度所对应的电角度。折算后的电角度。折算后的电角度约约4度度5度；度； mUXIsin2)cos(cos2BdmUXIsin21cos2Bd 3）安全裕量角）安全裕量角。考虑到脉冲调整时不对称、电网波。考虑到脉冲调整时不对称、电网波动、畸变与温度等影响，还必须留一个安全裕量角，一动、畸变与温度等影响，还必须留一个安全裕量角，一般取般取为为10度左右。度左右。w综上所述，最小逆变角为：综上所述，最小逆变角为：w w为了可靠防止为了可靠防止进入进入min区内，在要求较高的场合，可区内，在要求较高的场合

11、，可在触发电路中加一套保护线路，使在触发电路中加一套保护线路，使在减小时不能进入在减小时不能进入min区内，或在区内，或在min处设置产生附加安全脉冲的装置，处设置产生附加安全脉冲的装置，万一当工作脉冲进入万一当工作脉冲进入min区内时，由安全脉冲在区内时，由安全脉冲在min处处触发晶闸管，防止逆变失败。触发晶闸管，防止逆变失败。00min35303.2.3 有源逆变的应用有源逆变的应用两组晶闸管反并两组晶闸管反并联时电动机的可逆运行联时电动机的可逆运行w下图为两组晶闸管反并联电路的框图。设下图为两组晶闸管反并联电路的框图。设P为正组，为正组，N为反为反组，电路有四种工作状态。组，电路有四种工