1、第三章 晶闸管有源逆变电路,一、有源逆变的工作原理,（一）重物提升，变流器工作于整流状态,大电感负截时，整流电压Ud=0.9U2cos，电路状态与波形。Ud与E的箭头方向为规定正方向，两端正负号表示实际正负端。提升重物时电路输出功率，电动机工作在电动状态，电流d为,如减小晶闸管的控制角，则Ud增大瞬时引起d增大，电动机产生的电磁转矩亦增大，导致转速升高提升加快。随着转速升高电动机反电,动势e n亦增大，使电流d恢复到原来值，此时电动机稳定运行在较高转速。反之增大则电动机转速减小。所以改变可以方便地改变提升速度。,（二）重物下放，变流器工作于逆变状态,在整流状态，电流d由直流电压Ud产生，整流电
2、压Ud的波形必须是正面积大于负面积。当重物下放时，电动机转速反向，产生的电动势E亦反向，对d来说反电动势变成正电动势。当控制角大于900时，尽管Ud波形,中出现负面积大于正面积Ud变为负值，但由于E的作用，晶闸管仍能承受正压而导通。为了维持电流d流通，E在数值上必须大于反向的Ud值，电路状态与波形如下图所示，电流值,由上图可知电路工作在逆变时的直流电压可由积分求得,公式与整流时一样，由于逆变运行时900，c o s 计算不方便，所以引入逆变角，令=1800-，故,逆变角为时的触发脉冲位置可从=1800 （）时刻前移（左移）角来确定。,二、常用晶闸管有源逆变电路,（一）三相半波有源逆变电路,下图
3、为三相半波电动机负载电路，电动机电动势E的极性符合有源逆变条件，当d且900时，可实现有源逆变。变流器直流电压为,（二）三相全控桥有源逆变电路,三相全控桥逆变电路与整流时一样分析，300（1500）时的u d电压波形，共阴极组管子触发换流时，由低阳极电压换到高阳极电压，所以在相电压波形中电压上跳；共阳极组管子触发换流时，由阴极,电位高的管子换到阴极电位低的管子，电压波形下跳，u d电压波形如阴影线所示。管子电压波形与三相半波有源逆变电路相同。,三、逆变失败与逆变角的限制,晶闸管变流电路工作在整流状态时，如果晶闸管损坏、触发脉冲丢失或快速熔断器烧断时，其后果至多是出现缺相，直流输出电压减小。,但
4、在逆变状态如发生上述情况，事情要严重得多。现以三相半波电路为例，见下图，当A相晶闸管1导通到t4时，在正常情况下g2触发,2管换到B相导通。现由于g2丢失或2管损坏或B相快速熔断器烧断或B相缺相供电等原因，2管无法导通，1管不受反压无法关,断，使1管沿着A相电压波形继续导通到正半周，如图中剖面线所示，使电源瞬时电压与顺极性串联，出现很大的短路电流流过晶闸管与负载，这称为逆变失败或逆变颠覆。,另一种经常导致逆变失败的原因是逆变电路工作时逆变角太小。由于存在换相重叠角，当时，如上图放大部分，在t1时刻触发2管换相，由于角太小，在过t2时刻（对应=00）换流还未结束，,此时A相电压u A已大于B相电
5、压u B，使1管仍承受正压而继续导通，2管导通短时间后又受反压关断，相当于g2脉冲丢失，而造成逆变失败。,一、由晶闸管桥路供电、用接触器控制直流电动机的正反转,当晶闸管桥路工作在整流状态，接触器KM1触点闭合时电动机正转；KM1断开KM2闭合时则电动机反转。当电动机从正转到反转时，为了实现快速制动与反转、缩短过渡过程时间以及限制过大的反接制动电,流，可将桥路触发脉冲移到900，即工作在逆变状态。在初始阶段KM1尚未断开，在电抗器中的感应电动势作用下，电路进入有源逆变状态，将电抗器中的能量逆变为交流能量返送电网。,二、采用两组变流桥的可逆电路,常用的反并联电路。,反并联可逆电路常用的有：逻辑无环
6、流、有环流以及错位无环流三种工作方式，现分别叙述如下：,（一）逻辑控制无环流可逆电路的基本原理,当电动机磁场方向不变时，正转时由组桥供电；反转时由组桥供电，采用反并联供电可使直流电动机在四个象限内运行。,电动机正转：第一象限工作，组桥投入触发脉冲，900，组桥封锁阻断，组桥处于整流状态，电动机正向运转。,（二）有环流反并联可逆电路的基本原理,在实际运行中如能严格保持=，两组反并联的变流器之间是不会产生直流环流的。但是由于两组变流器的直流输出端瞬时电压值u d I与u d不相等，因此会出现瞬时电压差称为均衡电压u c亦称环流电压，在u c作用下,产生不流经负载的环流电流，为限制环流电流必须串接均
7、衡电抗器LC。在可逆系统中通常限制最大环流为额定电流的5%10%。,（三）错位无环流可逆电路的基本原理,有环流系统必须配置均衡电抗器，增加了设备费用与损耗，为了不用均衡电抗器又能避免逻辑无环流系统切换控制复杂的缺点，出现一种错位无环流系统。逻辑无环流不产生环流的原因是工作时封锁一,一组变流器的触发脉冲，而错位无环流是二组变流器都输入触发脉冲，只是适当错开彼此间触发脉冲的位置，使不工作的那一组晶闸管在受到脉冲时，阳极电压恰好为负值，使之不能导通，从而消除环流。,一、绕线转子异步电动机晶闸管串级调速,串级调速主电路如图所示，逆变电压Ud为引入转子电路的反电动势，改变逆变角即可改变反电动势大小，达到
8、改变转速的目的。Ud是转子整流后的直流电压，其值为,式中 E20转子开路线电动势（n=0）； S 电动机转差率。,当电动机转速稳定，忽略直流回路电阻时，则整流电压d与逆变电压U d 大小相等、方向相反。当逆变变压器TI二次线电压为U21时，则:,斩波式逆变器串级调速原理框图如图中a所示。,二、高压直流输电,高压直流输电在跨越江河、海峡和大容量远距离的电缆输电、联系两个不同频率（50HZ与60HZ）的交流电网、同频率两个相邻交流电网的非同步并联等方面发挥重要作用，它能减少输电线中的能量损耗、提高输电效益以及增加电网稳定性和操作方便。,一、晶闸管装置的功率因数,变流装置的功率因数定义为交流侧有功功
9、率与视在功率之比，现以带大电感负载的单相桥式全控变流电路为例，不考虑变压器漏抗，其交流侧电压u1与电流i1的波形如下图所示，变流装置的视在功率为S1=U1I1,I1为交流电流有效值。,二、提高变流电路功率因数的常用方法,（一）小控制角运行,（二）采用两组变流器串联供电,对于大容量且电压较高的装置，可采用两组桥式电路串联供电。,（三）增加整流相数,（四）设置补偿电容,（五）用不可控整流配合直流斩波调压来替代相控整流,（六）相控整流中采用全控器件实现强迫换相,三、相控晶闸管装置谐波对电网的影响,相控整流装置的输入电流通常是非正弦的，以常用的三相桥式相控整流电路为例，大电感负载时，交流电流为正负对称
10、的1200矩形波，含,有5、7、11、次高次谐波，这些谐波电流在电网回路引起阻抗压降，因而使电网电压也含有高次谐波，造成电网电压的畸变。因此相控,晶闸管装置实际上可看成一个高次谐波源。随着晶闸管装置的大量使用，装置容量的日益增大，造成电网波形的畸变愈来愈严重，影响与之并联的所有用电设备。,为了减小谐波电压对电网的影响，从装置本身考虑，电阻负载时应尽量运行于小状态，三相整流时应采用桥式电路而不采用三相半波以消除偶次谐波，整流变压器采用不同接法，使电网电流形成阶梯状以更接近正弦。,下图为装置外接谐波滤波器，对于脉宽为1200的正负矩形电流，主要谐波是5、7、11次，外接5、7、11次谐波滤波电路，使装置产生的谐波不流经电网。,下图为静止无功补偿原理，采用无功补偿后，可瞬时检测负载的无功功率变化，由反并联晶闸管移相触发作为快速开关器件，随时进行无功功率补偿。,
