直流-交流变换电路.ppt

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第第4章章直流直流-交流变换电路交流变换电路w本章要点本章要点w有源逆变电路、有源逆变的条件、逆变失败与最有源逆变电路、有源逆变的条件、逆变失败与最小逆变角的限制；小逆变角的限制；w无源逆变电路、变频器概述；无源逆变电路、变频器概述；w交交-直直-交变频器、电压型和电流型变频器、变频交变频器、电压型和电流型变频器、变频器器180度和度和120度导电规则的原理与分析；度导电规则的原理与分析；wSPWM变频（电压正弦变频（电压正弦PWM、电流正弦、电流正弦PWM、磁通正弦磁通正弦PWM）的原理与分析。

）的原理与分析。

4.1逆变的概念逆变的概念逆逆变变电电路路是是把把直直流流电电逆逆变变成成交交流流电电的的电电路路。

按按照照负负载载性性质质的的不不同同，逆逆变变分分为为有有源源逆逆变变和和无无源源逆逆变变。

当当可可控控整整流流电电路路工工作作在在逆逆变变状状态态时时，如如果果把把该该电电路路的的交交流流侧侧接接到到交交流流电电源源上上，把把直直流流电电逆逆变变成成与与交交流流电电源源同同频频率率的的交交流流电电返返送送到到电电网网上上去去，则则称称作作有有源源逆逆变变。

如如果果可可控控整整流流电电路路的的交交流流侧侧不不与与电电网网联联接接，而而直直接接接接到到无无源源负载，则称为无源逆变或变频。

负载，则称为无源逆变或变频。

4.2有源逆变电路有源逆变电路4.2.1单相双半波有源逆变电路单相双半波有源逆变电路w11、电路结构、电路结构2、工作原理、工作原理w1）整流状态（）整流状态（090）w当当等等于于零零时时，输输出出电电压压瞬瞬时时值值ud在在整整个个周周期期内内全全部部为为正正；当当900时时，ud在在整整个个周周期期内内有有正正有有负负，但但正正面面积积总总是是大大于于负负面面积积，故故平平均均值值Ud为为正正值值，其其极极性性是是上上正正下下负负，如如上上图图a。

通通常常Ud略略大大于于E，此此时时电电流流Id从从Ud的的正正端端流流出出，从从E的的正正端端流流进进。

电电机机M吸吸收收电电能能，作作电电动动运运行行，电电路路把把从从交交流流电电网网吸吸收收的的电电能能转转变变成成直直流流电电能能输输送送给给电电动动机机，电电路路工工作在整流状态，电机作在整流状态，电机M工作在电动状态工作在电动状态。

w2）逆变状态（）逆变状态（90180）w逆变是将电机吸收的直流电能转变成交流反馈回电网。

逆变是将电机吸收的直流电能转变成交流反馈回电网。

w由由于于晶晶闸闸管管的的单单向向导导电电性性，负负载载电电流流Id不不能能改改变变方方向向，只只有有将将E反反向向，即即电电机机作作发发电电运运行行才才能能回回馈馈电电能能；为为避避免免Ud与与E顺顺接接，此此时时将将Ud的的极极性性也也反反过过来来，如如上上图图b示示。

要要使使Ud反反向向，应该大于应该大于90。

w当当在在90180间间变变动动时时，输输出出电电压压瞬瞬时时值值ud在在整整个个周周期期内内有有正正有有负负，但但负负面面积积大大于于正正面面积积，故故平平均均值值Ud为为负负值值，见见上上图图b所所示示。

此此时时E略略大大于于Ud，电电流流Id的的流流向向是是从从E的的正正端端流流出出，从从Ud的的正正端端流流入入，逆逆变变电电路路吸吸收收从从电电机机反反送送来来的的直直流流电电能能，并并将将其其转转变变成成交交流流电电能能反反馈馈回回电电网网，这这就就是是该该电电路的有源逆变状态。

路的有源逆变状态。

w要使整流电路工作在逆变状态，必须满足两个条件：

要使整流电路工作在逆变状态，必须满足两个条件：

w1）变流器的输出）变流器的输出Ud能够改变极性（内部条件）。

由于晶闸能够改变极性（内部条件）。

由于晶闸管的单向导电性，电流管的单向导电性，电流Id不能改变方向，为实现有源逆变，不能改变方向，为实现有源逆变，必须改变必须改变Ud的极性。

即让变流器的控制角的极性。

即让变流器的控制角90即可。

即可。

w2）须有外接的提供直流电能的电源）须有外接的提供直流电能的电源E。

E也要能改变极性，也要能改变极性，且有且有（外部条件）。

（外部条件）。

w3、逆变角、逆变角w逆变状态时的控制角称为逆变角逆变状态时的控制角称为逆变角，规定以规定以=处作为计量处作为计量角的起点，大小由计量起点向左计算。

满足如下关系：

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逆变失败与最小逆变角的限制11、逆变失败、逆变失败w可可控控整整流流电电路路运运行行在在逆逆变变状状态态时时，一一旦旦发发生生换换相相失失败败，电电路路又又重重新新工工作作在在整整流流状状态态，外外接接的的直直流流电电源源就就会会通通过过晶晶闸闸管管电电路路形形成成短短路路，使使变变流流器器的的输输出出平平均均电电压压Ud和和直直流流电电动动势势E变变成成顺顺向向串串联联，由由于于变变流流电电路路的的内内阻阻很很小小，将将出出现现很很大大的的短短路路电电流流流流过过晶晶闸闸管管和和负负载载，这这种种情情况况称称为为逆逆变变失失败败，或称为逆变颠覆。

或称为逆变颠覆。

w造成逆变失败的原因：

造成逆变失败的原因：

（11）触触发发电电路路工工作作不不可可靠靠。

不不能能适适时时、准准确确地地给给各各晶晶闸闸管分配触发脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等管分配触发脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等。

（2）晶晶闸闸管管发发生生故故障障。

器器件件失失去去阻阻断断能能力力，或或器器件件不不能能导通。

导通。

（3）交交流流电电源源异异常常。

在在逆逆变变工工作作时时，电电源源发发生生缺缺相相或或突突然消失而造成逆变失败。

然消失而造成逆变失败。

（4）换换相相裕裕量量角角不不足足，引引起起换换相相失失败败。

应应考考虑虑变变压压器器漏漏抗引起的换相重叠角、抗引起的换相重叠角、晶闸管关断时间等因素的影响。

晶闸管关断时间等因素的影响。

w交流侧电抗对逆变换相过程的影响2、最小逆变角最小逆变角确定的方法确定的方法最小逆变角最小逆变角的大小要考虑以下因素：

的大小要考虑以下因素：

（1）换换相相重重叠叠角角。

此此值值与与电电路路形形式式、工工作作电电流流大大小小、触触发发角大小有关。

即角大小有关。

即根据根据=-，设，设=，则则：

（2）晶晶闸闸管管关关断断时时间间tq所所对对应应的的电电角角度度。

折折算算后后的的电电角角度度约约4度度5度；度；（3）安安全全裕裕量量角角。

考考虑虑到到脉脉冲冲调调整整时时不不对对称称、电电网网波波动动、畸畸变变与与温温度度等等影影响响，还还必必须须留留一一个个安安全全裕裕量量角角，一一般般取取为为10度左右。

度左右。

w综上所述，最小逆变角为：

综上所述，最小逆变角为：

ww为为了了可可靠靠防防止止进进入入min区区内内，在在要要求求较较高高的的场场合合，可可在在触触发发电电路路中中加加一一套套保保护护线线路路，使使在在减减小小时时不不能能进进入入min区区内内，或或在在min处处设设置置产产生生附附加加安安全全脉脉冲冲的的装装置置，万万一一当当工工作作脉脉冲冲进进入入min区区内内时时，由由安安全全脉脉冲冲在在min处处触触发发晶闸管，防止逆变失败。

晶闸管，防止逆变失败。

4.2.3有源逆变的应用有源逆变的应用w一、应用之一一、应用之一晶闸管串级调速晶闸管串级调速w串级调速的原理：

转子电流表达式ww工工程程上上为为实实现现方方便便，次次同同步步串串级级调调速速系系统统是是用用不不可可控控整整流流器器将将转转子子电电动动势势sE20整整流流为为直直流流电电动动势势，并并与与转转子子整整流流回回路路中中串串入入的的直直流流附附加加电电动动势势进进行行合合成成，通通过过改改变变逆逆变变角角的的大大小小，实实现现低低同同步步转转速速的的电电动动运运行行。

采采用用直直流流附附加加电电动动势势的的原原因因是是：

由由于于工工程程上上获获取取与与转转子子感感应应电电势势sE20反反相相位位同同频频率率且且频频率率随随转转子子频频率率变变化化的的交交流流变变频频电电源源Ef比比较较困困难难，所所以以在在次次同同步步串串级级调调速速系系统统中中采采用用整整流流器器将将转转子子电电动动势势sE20整整流流为为直直流流电电动动势势，再再与与转转子子回回路路中中串串入入的的直直流流附附加加电电动动势势进进行行比比较较。

而而可可调直流附加电动势在工程上比较容易实现。

调直流附加电动势在工程上比较容易实现。

w晶晶闸闸管管串串级级调调速速系系统统的的基基本本构构成成如如下下图图所所示示。

系系统统中中，直直流流附附加加电电动动势势是是由由晶晶闸闸管管有有源源逆逆变变器器UI产产生生的的，改改变变逆逆变变角角就就改改变变了了逆逆变变电电势势，相相当当于于改改变变了了直直流流附附加加电电动动势势，即即可可实实现现串级调速。

串级调速。

二二、应应用用之之二二两两组组晶晶闸闸管管反反并并联联时时电电动动机机的可逆运行的可逆运行w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。

w

（1）正组整流）正组整流w上上左左图图为为正正组组整整流流工工作作状状态态。

设设P在在控控制制角角作作用用下下输输出出整整流流电电压压Ud，加加于于电电动动机机M使使其其正正转转。

当当P组组处处于于整整流流工工作作状状态态时时，反反组组N不不能能也也工工作作在在整整流流状状态态，否否则则会会使使电电流流Id1不不经经过过负负载载M，而而只只在在两两组组晶晶闸闸管管之之间间流流通通，这这种种电电流流称称为为环环流流，环环流流实实质质上上是是两两组组晶晶闸闸管管电电源源之之间间的的短短路路电电流流。

因因此此，当当正正组组整整流流时时，反反组组应应关关断断或或处处于于待待逆逆变变状状态态。

所所谓谓待待逆逆变变，就就是是N组组由由逆逆变变角角控控制制处处于于逆逆变变状状态态但但无无逆逆变变电电流流。

要要做做到到这这一一点点，可可使使。

这这样样，正正组组P的的平平均均电电流流供供电电动动机机正正转转，反反组组N处处于于待待逆逆变变状状态态。

由由于于，故没有平均电流流过反组，不产生真正的逆变故没有平均电流流过反组，不产生真正的逆变。

w

（2）反组逆变）反组逆变w当当要要求求正正向向制制动动时时，流流过过电电动动机机M的的电电流流Id必必须须反反向向才才能能得得到到制制动动力力矩矩，由由于于晶晶闸闸管管的的单单向向导导电电性性，这这只只有有利利用用反反组组N的的逆逆变变。

为为此此，只只要要降降低低且且使使，则则N组组产产生生逆逆变变，流流过过电电流流Id2，电电机机电电流流Id反反向向，反反组组有有源逆变将电势能源逆变将电势能E通过反组通过反组N送回电网，实现回馈制动。

送回电网，实现回馈制动。

w（3）反组整流）反组整流wN组整流，使电动机反转，其过程与正组整流类似。

组整流，使电动机反转，其过程与正组整流类似。

w（4）正组逆变）正组逆变wP组逆变，产生反向制动转矩，其过程与组反逆变类似。

组逆变，产生反向制动转矩，其过程与组反逆变类似。

4.3无源逆变（变频）电路无源逆变（变频）电路4.3.1变频概述及变频器的种类变频概述及变频器的种类w将直流电能变换成交流电能供给无源负载的过程称为无逆将直流电能变换成交流电能供给无源负载的过程称为无逆变。

用于逆变的直流电能通常是由电网提供的交流电整流变。

用于逆变的直流电能通常是由电网提供的交流电整流得来的。

我们把得来的。

我们把“将电网提供的恒压恒频将电网提供的恒压恒频CVCF（ConstantVoltageConstantFrequency）交流电变换为变压变频交流电变换为变压变频VVVF（VariableVoltageVariableFrequency）交流电供给交流电供给负载负载”的过程称为变频，实现变频的装置叫变频器。

的过程称为变频，实现变频的装置叫变频器。

11、变频器的分类、变频器的分类2、静止型常规变频器及特点、静止型常规变频器及特点

（1）间接（交）间接（交-直直-交）变压变频装置交）变压变频装置