直流-交流變換電路.ppt

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1、第4章直流-交流變換電路本章要點(diǎn)有源逆變電路、有源逆變的條件、逆變失敗與最小逆變角的限制；無(wú)源逆變電路、變頻器概述；交-直-交變頻器、電壓型和電流型變頻器、變頻器180度和120度導(dǎo)電規(guī)則的原理與分析；SPWM變頻（電壓正弦PWM、電流正弦PWM、磁通正弦PWM）的原理與分析。4.1逆變的概念逆變電路是把直流電逆變成交流電的電路。按照負(fù)載性質(zhì)的不同，逆變分為有源逆變和無(wú)源逆變。當(dāng)可控整流電路工作在逆變狀態(tài)時(shí)，如果把該電路的交流側(cè)接到交流電源上，把直流電逆變成與交流電源同頻率的交流電返送到電網(wǎng)上去，則稱作有源逆變。如果可控整流電路的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而直接接到無(wú)源

2、負(fù)載，則稱為無(wú)源逆變或變頻。4.2有源逆變電路4.2.1單相雙半波有源逆變電路1、電路結(jié)構(gòu)2、工作原理1）整流狀態(tài)（0≤α﹤90°）當(dāng)α等于零時(shí)，輸出電壓瞬時(shí)值ud在整個(gè)周期內(nèi)全部為正；當(dāng)90°>α>0時(shí)，ud在整個(gè)周期內(nèi)有正有負(fù)，但正面積總是大于負(fù)面積，故平均值Ud為正值，其極性是上正下負(fù)，如上圖a。通常Ud略大于E，此時(shí)電流Id從Ud的正端流出，從E的正端流進(jìn)。電機(jī)M吸收電能，作電動(dòng)運(yùn)行，電路把從交流電網(wǎng)吸收的電能轉(zhuǎn)變成直流電能輸送給電動(dòng)機(jī)，電路工作在整流狀態(tài)，電機(jī)M工作在電動(dòng)狀態(tài)。2）逆變狀態(tài)（90°﹤α≤180°）逆變是將電機(jī)吸收的直流電能轉(zhuǎn)變成交流反饋回

3、電網(wǎng)。由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，?fù)載電流Id不能改變方向，只有將E反向，即電機(jī)作發(fā)電運(yùn)行才能回饋電能；為避免Ud與E順接，此時(shí)將Ud的極性也反過(guò)來(lái)，如上圖b示。要使Ud反向，α應(yīng)該大于90°。當(dāng)α在90°﹤α≤180°間變動(dòng)時(shí)，輸出電壓瞬時(shí)值ud在整個(gè)周期內(nèi)有正有負(fù)，但負(fù)面積大于正面積，故平均值Ud為負(fù)值，見(jiàn)上圖b所示。此時(shí)E略大于Ud，電流Id的流向是從E的正端流出，從Ud的正端流入，逆變電路吸收從電機(jī)反送來(lái)的直流電能，并將其轉(zhuǎn)變成交流電能反饋回電網(wǎng)，這就是該電路的有源逆變狀態(tài)。要使整流電路工作在逆變狀態(tài)，必須滿足兩個(gè)條件：1）變流器的輸出Ud能夠改變極性（內(nèi)部條

4、件）。由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，電流Id不能改變方向，為實(shí)現(xiàn)有源逆變，必須改變Ud的極性。即讓變流器的控制角α＞90°即可。2）須有外接的提供直流電能的電源E。E也要能改變極性，且有（外部條件）。3、逆變角β逆變狀態(tài)時(shí)的控制角稱為逆變角β，規(guī)定以α=π處作為計(jì)量β角的起點(diǎn)，大小由計(jì)量起點(diǎn)向左計(jì)算。滿足如下關(guān)系：4.2.2逆變失敗與最小逆變角的限制1、逆變失敗可控整流電路運(yùn)行在逆變狀態(tài)時(shí)，一旦發(fā)生換相失敗，電路又重新工作在整流狀態(tài)，外接的直流電源就會(huì)通過(guò)晶閘管電路形成短路，使變流器的輸出平均電壓Ud和直流電動(dòng)勢(shì)E變成順向串聯(lián)，由于變流電路的內(nèi)阻很小，將出現(xiàn)很大的短路電

5、流流過(guò)晶閘管和負(fù)載，這種情況稱為逆變失敗，或稱為逆變顛覆。造成逆變失敗的原因：（1）觸發(fā)電路工作不可靠。不能適時(shí)、準(zhǔn)確地給各晶閘管分配觸發(fā)脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時(shí)等。（2）晶閘管發(fā)生故障。器件失去阻斷能力，或器件不能導(dǎo)通。（3）交流電源異常。在逆變工作時(shí)，電源發(fā)生缺相或突然消失而造成逆變失敗。（4）換相裕量角不足，引起換相失敗。應(yīng)考慮變壓器漏抗引起的換相重疊角、晶閘管關(guān)斷時(shí)間等因素的影響。交流側(cè)電抗對(duì)逆變換相過(guò)程的影響2、最小逆變角β確定的方法最小逆變角β的大小要考慮以下因素：（1）換相重疊角γ。此值與電路形式、工作電流大小、觸發(fā)角大小有關(guān)。即根據(jù)α=π-β，設(shè)

6、β=γ，則：（2）晶閘管關(guān)斷時(shí)間tq所對(duì)應(yīng)的電角度δ。折算后的電角度約4度～5度；（3）安全裕量角θ′。考慮到脈沖調(diào)整時(shí)不對(duì)稱、電網(wǎng)波動(dòng)、畸變與溫度等影響，還必須留一個(gè)安全裕量角，一般取θ′為10度左右。綜上所述，最小逆變角為：為了可靠防止β進(jìn)入βmin區(qū)內(nèi)，在要求較高的場(chǎng)合，可在觸發(fā)電路中加一套保護(hù)線路，使β在減小時(shí)不能進(jìn)入βmin區(qū)內(nèi)，或在βmin處設(shè)置產(chǎn)生附加安全脈沖的裝置，萬(wàn)一當(dāng)工作脈沖進(jìn)入βmin區(qū)內(nèi)時(shí)，由安全脈沖在βmin處觸發(fā)晶閘管，防止逆變失敗。4.2.3有源逆變的應(yīng)用一、應(yīng)用之一——晶閘管串級(jí)調(diào)速串級(jí)調(diào)速的原理：轉(zhuǎn)子電流表達(dá)式工程上為實(shí)現(xiàn)方便，次

7、同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)是用不可控整流器將轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)sE20整流為直流電動(dòng)勢(shì)，并與轉(zhuǎn)子整流回路中串入的直流附加電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行合成，通過(guò)改變逆變角的大小，實(shí)現(xiàn)低同步轉(zhuǎn)速的電動(dòng)運(yùn)行。采用直流附加電動(dòng)勢(shì)的原因是：由于工程上獲取與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)sE20反相位同頻率且頻率隨轉(zhuǎn)子頻率變化的交流變頻電源Ef比較困難，所以在次同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中采用整流器將轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)sE20整流為直流電動(dòng)勢(shì)，再與轉(zhuǎn)子回路中串入的直流附加電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行比較。而可調(diào)直流附加電動(dòng)勢(shì)在工程上比較容易實(shí)現(xiàn)。晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的基本構(gòu)成如下圖所示。系統(tǒng)中，直流附加電動(dòng)勢(shì)是由晶閘管有源逆變器UI產(chǎn)生的，改變逆變角就改變了逆變電勢(shì)

8、，相當(dāng)于改