有源逆变概念及工作原理.docx

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有源逆变概念及工作原理

有源逆变之阿布丰王创作

时间：

二O二一年七月二十九日

一、单相有源逆变电路

逆变电路的分类                                      

   整流是把交流电变换成直流电供给负载,那么,能不能反过来,利用相控整流电路把直流电酿成交流电呢？

完全可以.我们把这种整流的逆过程称为逆变.在许多场所,同一套晶闸管或其它可控电力电子变流电路既可作逆变,这种装置称为变流装置或变流器.根据逆变输出交流电能去向的分歧,所有逆变电路又分为有源逆变和无源逆变两种.前者以电网为负载,即逆变输出的交流电能回送到电网,后者则以用电器为负载,如交流机电、电炉等.

变流器的两种工作状态                                

   用单相桥式可控整流电路能替代发机电给直流电念头供电,为使电流连续而平稳,在回路中串接年夜电感Ld称为平波电抗器.这样,一个由单相桥式可控整流电路供电的晶闸管－直流电念头系统就形成了.在正常情况下,它有两种工作状态,其电压电流波形分别示于图3－1、图3－2中.

1.变流器工作于整流状态（0

   在图3－1中,设变流器工作于整流状态.由单相全控整流电路的分析可知,年夜电感负载在整流状态时Ud＝0.9U2cosa,控制角的移相范围为0～90°,Ud为正值,P点电位高于N点电位,而且Ud应年夜于电念头的反电势E,才华使变流器输出电能供给电念头作机电运行.此时,电能由交流电网流向直流电源（即直流电念头M的反电势E）.

图3－1

2.变流器工作与逆变状态（p/2

   在图3－2中,设机电M作发机电运行（再生制动）,但由于晶闸管元件的单向导电性,回路内电流不能反向,欲改变电能的传送方向,只有改变机电输出电压的极性.在图3－2中,反电势E的极性已反了过来,为了实现电念头的再生制动运行,整流电路必需吸收电能反馈回电网,也就是说,整流电路直流侧电压平均值Ud也必需反过来,即Ud为负值,P点电位低于N点电位且机电电势E应年夜于Ud.此时电路内电能的流向与整流时相反,电念头输出电功率,为发机电工作状态,电位则作为负载吸收电功率,实现了有源逆变.为了防止过电流,应满足E约即是Ud,在恒定励磁下,E取决于电念头的转速,而Ud则由调节控制角a来实现.

图3－2

实现有源逆变的条件                                 

   由上述有源逆变工作状态的原理分析可知,实现有源逆变必需同时满足两个基本条件：

其一,外部条件,要有一个能提供逆变能量的直流电源.其二,内部条件,变流器在控制角a>p/2的范围内工作,使变流器输出的平均电压Ud的极性与整流状态时相反,年夜小应和直流电势配合,完成反馈直流电能回交流电网的功能.

   从上面的分析可以看出,整流和逆变、交流和直流在晶闸管变流器中互相联系着,并在一定条件下可互相转换,同一个变流器,既可以作整流器,又可以作逆变器,其关键是内部和外部的条件.

   不难分析,半控桥式电路或具有续流二极管的电路,因为不成能输出负电压,变流器不能实现有源逆变,而且也不允许直流侧呈现反极性的直流电势.

二、三相有源逆变电路

三相半波逆变电路                                    

1.工作原理

   图3－3为三相半波机电负载电路,负载回路接有年夜电感,电流连续.当a在0～p/2范围内变更时,平均值Ud总为正值,且Ud应略年夜于E.此时电流id从Ud正端流出,从E的正端流入,机电作为电念头运行,吸收电能,这就是三相半波电路的整流工作状态.

图3－3

   对逆变状态（p/2

图3－4

   变流器输出电压必需如图3－4（b）中粗黑线所示.当a在p/2～p范围内变更时,输出平均值Ud为负,其极性是上负下正,此时电念头的电势E应稍年夜于Ud.主电路内的电流Id方向没有变,可是它从E的正极流出,到Ud的正端流入,所以电能倒送.

2.逆变角b及逆变电压的计算

   三相半波电路在整流和逆变范围内,只要电流连续,每个晶闸管的导通角都是2p/3,故不论控制角a为何值,直流侧输出电压的平均值和a的关系都为

   为分析和计算方便起见,电路进入逆变状态时,通经常使用逆变角b暗示.规定b角计算的起始点为控制角a＝p处,计算方法为自a＝p（b＝0）的起始点向左方计算,因此控制角和逆变角的关系是a＋b＝p,或b＝p－a.

三相桥式全控有源逆变电路                          

1.逆变电路波形分析

   图3－5（a）为三相有源逆变电路.根据以前的分析,在区间0

图3－5

2.逆变电路电量计算

   考虑变压器漏抗时,逆变器输出电压为

   在三相逆变电路中,其它的电量,如电流平均值、晶闸管电流的平均值和有效值、变压器的容量计算等,均可依照整流电流的计算原则进行.

三、逆变失败的原因

逆变失败的界说                                    

   逆变运行时,一旦发生换相失败,使整流电路由逆变工作状态进入整流工作状态,Ud又重新酿成正值,使输出平均电压和直流电势酿成顺向串连,外接的直流电源通过晶闸管电路形成短路,这种情况称为逆变失败,或称为逆变倾覆,这是一种事故状态,应当防止.

逆变失败的原因                                    

   造成逆变失败的原因很多,年夜致可归纳为四类,今以三相半波逆变电路为例,加以说明.

1.触发电路工作不成靠

   触发电路不能适时地,准确地给各晶闸管分配脉冲,如脉冲丧失,脉冲延迟等,致使晶闸管工作失常.如图3－6所示,当a相晶闸管T1导通到wt1时刻,正常情况时ug2触发T2管,电流换到b相,如果在wt1时刻,触发脉冲ug2遗漏,T1管不受反压而关不竭,a相晶闸管T1将继续导通到正半周,使电源瞬时电压与直流电势顺向串连,形成短路.

图3-6

   图3－7标明脉冲延迟的情况,ug2延迟到wt2时刻才呈现,此时a相电压ua已年夜于b相电压ub,晶闸管T2接受反向电压,不能被触发导通,晶闸管T1也不能关断,相当于ug2遗漏,形成短路.

图3-7

2.晶闸管发生故障

   在应该阻断期间,元件失去阻断能力；或在应该导通时刻,元件不能导通,如图3－8所示.在wt1时刻之前,由于T3接受的正向电压即是E和uc之和,特别是当逆变角较小时,这一正向电压较高,若T3的断态重复峰值电压裕量缺乏,则达到wt1时刻,本该由T1换相到T2,但此时T3已导通,T2因接受反压而无法导通,造成逆变失败.

图3-8

3.换相的裕量角缺乏

   存在重叠角或给逆变工作带来晦气的后果,如以T1和T2的换相过程来分析,当逆变电路工作在b>g时,经过换相过程后,b相电压ub仍高于a相电压ua,所以换相结束时,能使T1接受反压而关断.如果换相的裕量角缺乏,即当b

图3-9

4.交流电源发生异常现象

   在逆变运行时,可能呈现交流电源突然断电,缺相或电压过高等现象.如果在逆变工作时,交流电源发生缺相或突然消失,由于直流电势E的存在,晶闸管仍可触发导通,此时变流器的交流侧由于失去了同直流电势极性相反的交流电压,因此直流电势将经过晶闸管电路而被短路.

最小逆变角简直定                             

   由上可见,为了保证逆变电路的正常工作,必需选用可靠的触发器,正确选择晶闸管的参数,而且采用需要的办法,减少电路中du/dt和di/dt的影响,以免发生误导通.为了防止意外事故,与整流电路一样,电路中一般应装有快速熔断器或快速开关,以资呵护.另外,为了防止发生逆变倾覆,逆变角b不能太小,必需限制在某一允许的最小角度内.

   逆变时允许采纳的最小逆变角b应为

β＝δ＋γ＋θ'

式中

d---晶闸管的关断时间tq折合的电角度,称恢复阻断角,d＝tq；

g---换相重叠角；

q'---平安裕量角.

⏹电流跟踪PWM（CFPWM,CurrentFollowPWM）的控制方法是：

在原来主回路的基础上,采纳电流闭环控制,使实际电流快速跟随给定值,在稳态时,尽可能使实际电流接近正弦波形,这就能比电压控制的SPWM获得更好的性能

时间：

二O二一年七月二十九日