第3章直流-交流变换电路选读.ppt

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