电力电子技术 教学课件 作者 曾方 第4章有源逆变电路.pptVIP

第4章 有源逆变电路 逆 变 的 概 念 生产实际中，往往出现需要将直流电能变换为交流电能的情况。例如，应用晶闸管整流供电的电力机车，当机车下坡运行时，机车上的直流电机将由于机械能的作用作为直流发电机运行，此时就需要将直流电能变换为交流电能回送电网，以实现电机制动。这种对应于整流的逆向过程，定义为逆变。实现逆变的电路及装置称为逆变电路、逆变器。 逆 变 的 概 念 根据输出交流电能的去向，逆变器电路可分为有源逆变和无源逆变两大类。 如果将逆变器的交流侧接到交流电网上，把直流电逆变为同频率的交流电反送到电网上，称为有源逆变。它用于直流电动机的调速、绕线型异步电动机的串级调速、电力机车的下坡行驶、电梯和卷扬机的重物下放时、高压直流输电和太阳能发电等方面。 如果逆变器的交流侧不与交流电网连接，而是直接接到负载，即把直流电逆变为某一固定频率或可调频率的交流电供给负载，则称为无源逆变。它在交流电动机的变频调速、感应炉加热、不间断电源、开关电源等方面应用十分广泛，是电力电子技术应用的一个重要方向。 2.下放重物时，变流器工作于逆变状态(0°≤α ≤ 90°) * 本 章 学 习 内 容 4.1 有源逆变电路 4.2 三相逆变电路 4.3 逆变电路的应用 如何将交流电源变换成直流电源 ？ 简单！ 用前面学过的整流电路就行！ 这个吗？……. 那如何将直流电源变换成交流电源 ？ 4.1 有源逆变电路 4.1.1 认识整流与逆变的关系 同一电力元件主电路和控制电路既可用作整流又能用于逆变。不同的仅是控制角所在区间不一样。所以称此类电路为变流电路或变流器。 有源逆变电路和整流电路一样，种类很多，如果按相数来分，可分为单相、三相和多相整流电路； 电路结构： 4.1 有源逆变电路 4.1.1 认识整流与逆变的关系 能量传递： 整流时能量是交流电网发出经过电路转换成直流电供给负载，如图4.1(a)所示。而逆变时能量是直流电源（此电源或为电机或为直流电池）经过电路转换成交流电返回给电网或者给负载，如图4.1(b)所示。 4.1.2 有源逆变电路的工作过程 4.1 有源逆变电路 以卷扬机械为例，由单相全波整流电路供电给直流电动机为动力，分析提升和下放重物两种工作情况。 1.提升重物时，变流器工作于整流状态 (0°≤α ≤ 90° ) 4.1 有源逆变电路 4.1.2 有源逆变电路的工作过程 电动机M处于电动状态，提升重物。整流器输出功率，电动机吸收功率。输出平均电流Id为： 式(4-1)中E为电动机的反电动势，Rd为电机绕组电阻 如果减小α则Ud增大，Id瞬时随之增大，导致电动机电磁转矩增大而大于负载转矩，电机做加速运行，转速升高，提升速度加快。随着转速升高，E=CeФn增大，使Id随转速的升高而逐渐降底，当Id随减小至Ud增大前的数值时，电路达到平衡，电机结束加速过程，在较高的转速下匀速提升重物。反之α增大则电动机转速会下降。所以，改变控制角α可以方便地改变提升速度。 (4-1) 4.1 有源逆变电路 4.1.2 有源逆变电路的工作过程 下放重物时由于重力作用，重物的重力拖动电动机反转，使电动机处于发电状态。电机反转时其电动势E的极性也发生改变，上负下正，如图4.2(b)所示。如果整流电路的控制角α仍在0°～90°范围内变化，Ud的极性就不会变，这样就会和电动势E顺向串联形成短路。为了保证安全，要求Ud的极性必须反过来，即上负下正。因此，整流电路的控制角α必须在90°～180°范围内变化。此时，电流Id为： 4.1.2 有源逆变电路的工作过程 由于晶闸管的单向导电性，Id方向仍然应该是从整流电路流入电动机负载保持不变。如果逆变时|E||Ud |，则因晶闸管的单向导电性不能改变Id的方向而迫使Id=0，如果|E||Ud |，则Id将保持整流状态时的方向，使回路中有电流通过，只是此时是由电动机电动势E的正极流出，负极流入而构成回路的，所以电动机的电势|E|必须大于|Ud |逆变回路中才能有电流。此时晶闸管的阳极电位大部分处于交流电压的负半周期，但由于有外接直流电动势E的存在，使晶闸管仍然承受正向电压导通。电动势E的极性发生了改变但电流的方向不变，因此处于发电状态的电动机就发出功率，通过变流电路，将直流功率逆变成50HZ的交流电返送回电网，这就是有源逆变工作状态。 4.1.2 有源逆变电路的工作过程 从上述的分析可以归纳出要实现有源逆变有两个条件： ①外部条件：要有一个能提供能量的