直流-交流变换电路.ppt

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1、第4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。4.1逆变的概念逆变电路是把直流电逆变成交流电的电路。按照负载性质的不同，逆变分为有源逆变和无源逆变。当可控整流电路工作在逆变状态时，如果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网上去，则称作有源逆变。如果可控整流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到无源

2、负载，则称为无源逆变或变频。4.2有源逆变电路4.2.1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°>α>0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

3、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，必须满足两个条件：1）变流器的输出Ud能够改变极性（内部条

4、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，必须改变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逆变状态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：4.2.2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

5、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

6、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。4.2.3有源逆变的应用一、应用之一——晶闸管串级调速串级调速的原理：转子电流表达式工程上为实现方便，次

7、同步串级调速系统是用不可控整流器将转子电动势sE20整流为直流电动势，并与转子整流回路中串入的直流附加电动势进行合成，通过改变逆变角的大小，实现低同步转速的电动运行。采用直流附加电动势的原因是：由于工程上获取与转子感应电势sE20反相位同频率且频率随转子频率变化的交流变频电源Ef比较困难，所以在次同步串级调速系统中采用整流器将转子电动势sE20整流为直流电动势，再与转子回路中串入的直流附加电动势进行比较。而可调直流附加电动势在工程上比较容易实现。晶闸管串级调速系统的基本构成如下图所示。系统中，直流附加电动势是由晶闸管有源逆变器UI产生的，改变逆变角就改变了逆变电势

8、，相当于改