第3章直流-交流变换电路选读.ppt

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第3章 直流-交流变换电路 本章要点 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; 无源逆变电路、变频器概述; 交-直-交变频器、电压型和电流型变频器、变频器180度和120度导电规则的原理与分析; SPWM变频(电压正弦PWM、电流正弦PWM、磁通正弦PWM)的原理与分析。 3.1 逆变的概念 逆变电路——把直流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。 1)有源逆变——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——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。 3.2 有源逆变电路 3.2.1 单相双半波有源逆变电路 1、电路结构 2、工作原理 1)整流状态(0≤α﹤90°) 当α等于零时,输出电压瞬时值ud在整个周期内全部为正;当90°α0时,ud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Ud为正值,其极性是上正下负,如上图a。通常Ud略大于E,此时电流Id从Ud的正端流出,从E的正端流进。电机M吸收电能,作电动运行,电路把从交流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M工作在电动状态。 2)逆变状态(90°﹤α≤180°) 逆变是将电机吸收的直流电能转变成交流反馈回电网。 由于晶闸管的单向导电性,负载电流Id不能改变方向,只有将E反向,即电机作发电运行才能回馈电能;为避免Ud与E顺接,此时将Ud的极性也反过来,如上图b示。要使Ud反向,α应该大于90°。 当α在90°﹤α≤180°间变动时,输出电压瞬时值ud在整个周期内有正有负,但负面积大于正面积,故平均值Ud为负值,见上图b所示。此时E略大于Ud,电流Id的流向是从E的正端流出,从Ud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,这就是该电路的有源逆变状态。 要使整流电路工作在逆变状态,须满足两个条件:1)变流器的输出Ud能够改变极性(内部条件)。由于晶闸管的单向导电性,电流Id不能改变方向,为实现有源逆变,须改变Ud的极性。即让变流器的控制角α>90°即可。 2)须有外接的提供直流电能的电源E。E也要能改变极性,且有 (外部条件)。 3、逆变角β 逆变时的控制角称为逆变角β,规定以α=π处作为计量β角的起点,大小由计量起点向左计算。满足如下关系: 3.2.2 逆变失败与最小逆变角的限制 1、逆变失败 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压Ud和直流电动势E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。 造成逆变失败的原因: (1)触发电路工作不可靠。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。 (2)晶闸管发生故障。器件失去阻断能力,或器件不能导通。 (3)交流电源异常。在逆变工作时,电源发生缺相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。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素的影响。 交流侧电抗对逆变换相过程的影响 2、最小逆变角β确定的方法 最小逆变角β的大小要考虑以下因素: 1)换相重叠角γ。此值与电路形式、工作电流大小、触发角大小有关。即 根据α= π-β,设 β=γ,则 : 2)晶闸管关断时间 tq 所对应的电角度δ。折算后的电角度约4度~5度; 3)安全裕量角θ′。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,一般取θ′为10度左右。 综上所述,最小逆变角为: 为了可靠防止β进入βmin区内,在要求较高的场合,可在触发电路中加一套保护线路,使β在减小时不能进入βmin区内,或在βmin处设置产生附加安全脉冲的装置,万一当工作脉冲进入βmin区内时,由安全脉冲在βmin处触发晶闸管,防止逆变失败。 3.2.3 有源逆变的应用——两组晶闸管反并联时电动机的可逆运行 下图为两组晶闸管反并联电路的框图。设P为正组,N为反组,电路有四种工作状态。 (1)正组整流 上左图为正组整流工作状态。设P在控制角α作用下输出整流电压Udα,加于电动机M使其正转。当P组处于整流工作状态时,反组N不能也工作在整流状态,否则会使电流Id1不经过负载M,而只在

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