1、有源逆变一、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变为交流电呢？完全可以。我们把这种整流的逆过程称为逆变。在许多场合，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不同，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，如交流电机、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电机给直流电动机供电，为使电流连续而平稳，在回路中串接大电感 Ld 称为平波电抗器。这样，一个由单相桥式可控整
2、流电路供电的晶闸管直流电动机系统就形成了。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 31、图 32 中。1.变流器工作于整流状态（0 /2）在图 31 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，大电感负载在整流状态时 Ud0.9U 2cos，控制角的移相范围为 090 ，U d为正值，P 点电位高于 N 点电位，并且 Ud应大于电动机的反电势 E，才能使变流器输出电能供给电动机作电机运行。此时，电能由交流电网流向直流电源（即直流电动机 M 的反电势 E）。图 312.变流器工作与逆变状态（ /2 ）在图 32 中，设电机 M 作发电机运行（再生制动），但由于晶闸
3、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，只有改变电机输出电压的极性。在图 32 中，反电势 E 的极性已反了过来，为了实现电动机的再生制动运行，整流电路必须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也必须反过来，即 Ud为负值，P 点电位低于 N 点电位且电机电势 E 应大于 Ud。此时电路内电能的流向与整流时相反，电动机输出电功率，为发电机工作状态，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 约等于 Ud，在恒定励磁下，E 取决于电动机的转速，而 Ud则由调节控制角 来实现。图 32实现有源逆变的条件 由上述有源逆变工作状态的
4、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 /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，大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，因为不可能输出负电压，变流器不能实现有源逆变，而且也不允许直流侧出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
5、1.工作原理图 33 为三相半波电机负载电路，负载回路接有大电感，电流连续。当 在 0/2 范围内变动时，平均值 Ud总为正值，且 Ud应略大于 E。此时电流id从 Ud正端流出，从 E 的正端流入，电机作为电动机运行，吸收电能，这就是三相半波电路的整流工作状态。图 33对于逆变状态（ /2 ），选取和整流状态相对应的条件进行分析，假设此时电动机反电势的极性已反接（如图 34(a)所示）。因为有了持续的直流电势和极大的电感 Ld，主电路电流始终连续。图 34变流器输出电压必须如图 34(b)中粗黑线所示。当 在 /2 范围内变动时，输出平均值 Ud为负，其极性是上负下正，此时电动机的电势 E
6、应稍大于Ud。主电路内的电流 Id方向没有变，但是它从 E 的正极流出，到 Ud的正端流入，所以电能倒送。2.逆变角 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 2/3，故不论控制角 为何值，直流侧输出电压的平均值和 的关系都为为分析和计算方便起见，电路进入逆变状态时，通常用逆变角 表示。规定 角计算的起始点为控制角 处，计算方法为自 （0）的起始点向左方计算，因此控制角和逆变角的关系是 ，或 。三相桥式全控有源逆变电路 1.逆变电路波形分析图 35(a)为三相有源逆变电路。根据以前的分析，在区间 0 /2，电路工作于整流状态；/2 时，U d 0；在
7、 /2 时，电路工作于有源逆变状态。图 35(bd)表示 5/6 时的典型工作情况下电路中各点的波形。图 352.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，均可按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定义 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，U d又重新变成正值，使输出平均电压和直流电势变成顺向串联，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，或称为逆变颠覆，这是一种事故状态，应当避免。逆变失败的原因 造成逆变失败的原因很多，大
8、致可归纳为四类，今以三相半波逆变电路为例，加以说明。1.触发电路工作不可靠触发电路不能适时地，准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失，脉冲延迟等，致使晶闸管工作失常。如图 36 所示，当 a 相晶闸管 T1导通到 t1时刻，正常情况时 ug2触发 T2管，电流换到 b 相，如果在 t1时刻，触发脉冲 ug2遗漏，T 1管不受反压而关不断，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联，形成短路。图 3-6图 37 表明脉冲延迟的情况，u g2延迟到 t2时刻才出现，此时 a 相电压ua已大于 b 相电压 ub，晶闸管 T2承受反向电压，不能被触发导通，晶闸管 T1也不能关
9、断，相当于 ug2遗漏，形成短路。图 3-72.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 38 所示。在 t1时刻之前，由于 T3承受的正向电压等于 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不足，则到达 t1时刻，本该由 T1换相到 T2，但此时 T3已导通，T 2因承受反压而无法导通，造成逆变失败。图 3-83.换相的裕量角不足存在重叠角或给逆变工作带来不利的后果，如以 T1和 T2的换相过程来分析，当逆变电路工作在 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
10、T1 承受反压而关断。如果换相的裕量角不足，即当 时，从图 39 的波形中可以看出，当换相尚未结束时，电路的工作状态到达P 点之后，a 相电压 ua将高于 b 相电压 ub，晶闸管 T2则将承受反向电压而重新关断，而应该关断的 T1却还承受正电压而继续导通，且 a 相电压随着时间的推迟愈来愈高，致使逆变失败。图 3-94.交流电源发生异常现象在逆变运行时，可能出现交流电源突然断电，缺相或电压过低等现象。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。最小逆变角的确定 由上可见，为了保证逆变电路的正常工作，必须选用可靠的触发器，正确选择晶闸管的参数，并且采取必要的措施，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，以资保护。另外，为了防止发生逆变颠覆，逆变角 不能太小，必须限制在某一允许的最小角度内。逆变时允许采用的最小逆变角 应为 式中 - 晶闸管的关断时间 tq折合的电角度，称恢复阻断角，t q； - 换相重叠角； - 安全裕量角。
