晶閘管有源逆變電路演示文稿當前1頁，總共31頁。第一節有源逆變的工作原理

一、有源逆變的工作原理

逆變（invertion）——把直流電轉變成交流電，為整流的逆過程。逆變電路——把直流電逆變成交流電的電路；有源逆變電路——交流側和電網連結，即電網為負載。應用：直流可逆調速系統、交流繞線轉子異步電動機串級調速以及高壓直流輸電等；對于可控整流電路，滿足一定條件就可工作于有源逆變，其電路形式未變，只是電路工作條件轉變。既可工作在整流狀態又可工作在逆變狀態，稱為變流電路（converter）。無源逆變電路——變流電路的交流側不與電網聯接，而直接接到普通負載，將在第七章介紹。當前2頁，總共31頁。直流發電機—電動機系統電能的流轉

圖aM電動運轉，EG>EM，電流Id從G流向M，M吸收電功率，相當于反電勢負載。圖b回饋制動狀態，M作發電運轉，此時，EM>EG，電流反向，從M流向G，M輸出電功率，G則吸收電功率，M軸上輸入的機械能轉變為電能反送給G。圖c注意：兩電動勢順向串聯，向電阻R供電，G和M均輸出功率，由于R一般都很小，實際上形成短路，在工作中屬發生事故。a）兩電動勢同極性EG

>EM

b）兩電動勢同極性EM>EG

c）兩電動勢反極性，形成短路當前3頁，總共31頁。a）兩電動勢同極性EG

>EM

b）兩電動勢同極性EM

>EG

c）兩電動勢反極性，形成短路電動機電動運行電能由發電機流向電動機電動機回饋制動電能由電動機回流發電機短路（應避免）當前4頁，總共31頁。兩個電勢源同極性相連接時，電流的流向：高電勢→低電勢電能的流向：是隨著E或I方向的改變而改變。當前5頁，總共31頁。使用單相雙半波電路（單相全波）代替上述發電機G。圖3.1aM電動運行，全波電路工作在整流狀態，在0~π/2間，Ud為正值，并且只有當Ud>EM，才能輸出Id。交流電網輸出電功率，電動機輸入電功率。圖3.1bM回饋制動，由于晶閘管的單向導電性，Id方向不變，欲改變電能的輸送方向，只能改變EM極性。為了防止兩電動勢順向串聯，Ud極性也必須反過來，即Ud應為負值，且|EM|>|Ud|，才能把電能從直流側送到交流側。電能（注意不是電流）的流向與整流時相反,M輸出電功率,電網吸收電功率。Ud可通過改變來進行調節，逆變狀態時Ud為負值，

在π/2~π間。當前6頁，總共31頁。圖3-1單相全波電路的整流和逆變

a)b)R+-電能M102u10u20udidLVT1VT2u10udu20u10aOOwtwtIdidUd>EMEM電能MR+-102udidLVT1VT2u10udu20u10OOwtwtIdidUd<EMaEMiVT1iVT2iVT1iVT2iVT1iVT2iVT2id=iVT+iVT12id=iVT+iVT12iVT1iVT2iVT1當前7頁，總共31頁。由上圖可知電路工作在逆變時的直流電壓可由積分求得

公式與整流時一樣，由于逆變運行時α>900，cosα計算不方便，所以引入逆變角β，令α=1800-β，故注意：逆變角β和控制角α的計量方向相反，其大小自β=0的起始點向左方計量。當前8頁，總共31頁。實現有源逆變的條件：1）外部條件：有直流電動勢，其極性和晶閘管導通方向一致，其絕對值大于變流器直流側平均電壓。2）內部條件：晶閘管的控制角

>π/2，使Ud為負值。3）充分條件：要有足夠大的電感，以保證有源逆變連續進行。

半控橋或有續流二極管的電路，因其整流電壓ud不能出現負值（最小為零），也不允許直流側出現負極性的電動勢，故不能實現有源逆變。當前9頁，總共31頁。

二、常用晶閘管有源逆變電路（一）三相半波有源逆變電路下圖為三相半波電動機負載電路，電動機電動勢E的極性符合有源逆變條件，當∣Ｅ∣>∣Ｕd∣且β<900時，可實現有源逆變。變流器直流電壓為當前10頁，總共31頁。當前11頁，總共31頁。VT1的VT1的abcNiaibicIdUdLdE當前12頁，總共31頁。當前13頁，總共31頁。當前14頁，總共31頁。三相半波有源逆變電路

結論：

⒈三相半波逆變電路，負載端的電壓基本上為反向電壓。⒉三相半波逆變電路，晶閘管在阻斷時主要承受正向電壓。當前15頁，總共31頁。ug00u20u2L0u2L0id0iT0i201315β=60°逆變電路的波形特點：1.輸出電壓Ud波形主要出現在負半周；2.晶閘管兩端電壓UT波形主要承受的是正向電壓，承受反向電壓的時間與β角相對應。注意：觸發脈沖必須嚴格按次序發出。★α=0°β=0°當前16頁，總共31頁。VUWTnLiuidVT1VT3VT5VT4VT6VT2d2d1M-+（二）三相全控橋有源逆變電路當前17頁，總共31頁。ωtωtωtωtωtωtωtωtug00u20u2L0u2L0id0iT0i20135661232544α=0°β=0°三相橋式逆變電路對脈沖的要求：1.必須是雙窄脈沖或寬脈沖；2.觸發脈沖必須嚴格按次序發出。★當前18頁，總共31頁。當前19頁，總共31頁。圖3.5

三相橋式整流電路工作于有源逆變狀態時的電壓波形當前20頁，總共31頁。有源逆變狀態時各電量的計算：Ud=-2.34U2cosβ=-1.35U2Lcosβ輸出直流電流的平均值亦可用整流的公式，即Id=（Ud-EM)/R當前21頁，總共31頁。每個晶閘管導通2π/3，故流過晶閘管的電流有效值為（忽略直流電流id的脈動）

從交流電源送到直流側負載的有功功率為:Pd=UdId=RId2+EMId

當逆變工作時，由于EM為負值，故Pd一般為負值，表示功率由直流電源輸送到交流電源。在三相橋式電路中，變壓器二次側線電流的有效值為：當前22頁，總共31頁。逆變失敗（逆變顛覆）——指逆變時，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，形成很大短路電流，造成器件和變壓器損壞。1.逆變失敗的原因（1）觸發電路工作不可靠，不能適時、準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；（2）晶閘管發生故障，該通時不通,而不該導通的通了；（3）交流電源缺相或突然消失；（4）換相的裕量角不足，引起換相失敗。★三、逆變失敗與逆變角的限制當前23頁，總共31頁。換相重疊角的影響：當β>γ時，換相結束時，晶閘管能承受反壓而關斷。如果β<γ（從圖3.6右下角的波形中可清楚地看到），該通的晶閘管（VT2）反而關斷，而應關斷的晶閘管（VT1)繼續導通。這樣會使得Ud的波形中正部分大于負部分，從而使得Ud和EM順向串聯，最終導致逆變失敗。

圖3.6交流側電抗對逆變換相過程的影響當前24頁，總共31頁。2.確定最小逆變角βmin的依據逆變時允許采用的最小逆變角β應等于βmin=δ+γ+θ′δ:晶閘管的關斷時間tq折合的電角度，tq大的可達200~300ms，折算到電角度約4~5；γ：換相重疊角，隨Id和XB的增加而增大；舉例如下：某裝置整流電壓為220V，整流電流800A，整流變壓器容量為240kVA，短路電壓比Uk%為5%的三相線路，其γ值約為15~20。θ′：為安全裕量角，（一般可達5）值約取為10。

一般取βmin=30°→35°★當前25頁，總共31頁。

一、由晶閘管橋路供電、用接觸器控制直流電動機的正反轉第二節晶閘管直流可逆拖動的工作原理當前26頁，總共31頁。二、采用兩組變流橋的可逆電路最常用的是反并聯電路。

當電動機磁場方向不變時，正轉時由Ⅰ組橋供電；反轉時由Ⅱ組橋供電，采用反并聯供電可使直流電動機在四個象限內運行。當前27頁，總共31頁。當前28