电力电子技术Power Electronic Technology杨淑英 合肥工业大学电气与自动化工程学院
第5章 AC-DC变换器基本内容1 2 3
概述 不控整流电路 相控整流电路 相控有源逆变电路
45 6
PWM整流电路 同步整流电路
5.4 相控有源逆变电路 逆变(invertion)——把直流电转变成交流电， 整流的逆过程 实例：电力机车下坡行驶，机车的位能转变 为电能，反送到交流电网中去
逆变电路——把直流电逆变成交流电的电路
5.4 相控有源逆变电路 根据逆变输出交流电能去向的不同,逆变电路可 以分为： 有源逆变电路——交流侧和电网连接 无源逆变——变流电路的交流侧不与电网联接， 而直接接到负载 对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于 逆变，其电路形式未变，只是电路工作条件转 变。 既可工作在整流状态又可以工作在逆变状态的 电路，称为变流电路(Converter)
5.4.1 相控有源逆变原理及实现条件直流发电机—电动机系统电能的流转Id G EG R EM ∑ a) 电动 M G EG R EM ∑ b) 回馈制动 Id EG M G R∑ EM c) 反接制动 M Id
两个电动势(电源)同极性相连，电流总是从电动势高的流向电 动势低的。电流大小决定于两电动势之差和回路电阻。如果回路 电阻很小，即使两电动势差不大，也可以产生足够大的电流，使 两电动势间交换功率。
5.4.1 相控有源逆变原理及实现条件 逆变产生的条件1 u10 0 u20 VT2 2 ud iVT u20 VT1 iVT L1
1 id R + M EM ud Ud>EM u10 0
ud 电能
2
2
u10
u10
O id=iVT +iVT1
t
O id
id O
2
iVT2
id=iV
iVT
1
iVT
2
iVT
Id
i
1
t
O
a)
5.4.1 相控有源逆变原理及实现条件 逆变产生的条件晶闸管的单相 导电性，使得 电流不能反向ud 1 u10 0 u20 VT2 2 iVT u20 VT1 iVT L1
ud 电能
id
R + M EM Ud>EM
2
u10
u10
如何实现能量回馈？O
tid=iVT +iVT1
为了实现逆变时的能量回馈， 只能电压Ud反向
id O
2
iVT
1
iVT
2
iVT
Id
1
t
a)
5.4.1 相控有源逆变原理及实现条件逆变产生的条件 为了实现逆变时的能量回馈， 只能电压Ud反向 为了防止电流过大，通常要求 电动机电动势的方向也反向 |EM|略大于|Ud|1 u10 u20 VT2 2 + iVT2
VT1 iVT ud
L1
id
R + M EM -
如果仅仅整流器电压反向是否 可行?
5.4.1 相控有源逆变原理及实现条件逆变产生的条件归纳逆变条件：
1 0
怎样才能得到-UdVT1 L u10 u20 VT2 iVT1
1 0
VT1 iVT VT2
L1
晶闸管阳极 + 电能 M E 2 1)要有直流电动势，其极性与晶闸管 i 大部分位于 u u u u 导通方向一致，其值应大于变流电路 电源负半周， U >E 直流侧的平均电压； 如何导通？M VT
ud
id
R
ud 电能
id
R M EM +
2 ud u10 u20
iVT
2
2
d
10
20
10
u10
d
M
O
t
O
id
2)晶闸管的控制角α i =i +i >π/2,Ud为负 id d VT
t Ud<EM iVT2
1
VT
2
id=iVT +iVT1
iVT O
1
iVT
2
iVT
Id
2
1
iVT
t
1
iVT
Id
2
O b) 图2-45
t
a)
5.4.1 相控有源逆变原理及实现条件VD i 1 VD1 idVT1 VT2
逆变产生的条件归纳逆变条件：
iVD2 u2 VD2 ud
L eL R
T
i2
id
a ud b R
u2
VD3
d)
1)要有直流电动势，其极性与晶闸管 导通方向一致，其值应大于变流电路 直流侧的平均电压； 2)晶闸管的控制角α >π/2,Ud为负
VT1
VT2
T
i2
a ud bVD3 VD4 VDR
u2
T
有续流二极管的单相半波整流电路和 单相桥式半控电路，能否工作在有源 逆变状态？
VD3负 载
u2
VT1 VT2
VD4
VD4
id L R
5.4.2 三相半波整流电路的有源逆变工作状态三相半波整流电路： U d U d 0 cos 1)Ud为负值
T
a b c
VT1 VT2 ud VT3L
2
2)需要一个反向电动势
idM EM
逆变角β :
u2
ua
ub
uc
U d U d 0 cos
0 t1
t
5.4.2 三相半波整流电路的有源逆变工作状态U d U d 0 cos U d U d 0 cos T a b c ud VT3 VT1 VT2L
120ou2 ua
30oub uc
idM EM
0 t1
t
靠电动势EM维持其导通
5.4.2 三相半波整流电路的有源逆变工作状态U d U d 0 cos U d U d 0 cos T a b c ud VT3 VT1 VT2L
150u2 ua
o
30oub uc
idM EM
0 t1
t
5.2.3 逆变失败与最小逆变角 逆变时若换相失败，使电路由逆变状态进入整流状态， 输出电压变成正值，使变流器的输出平均电压和直流电 动势变成顺向串联，外接直流电源就会通过晶闸管电路 短路，——逆变失败(逆变颠覆) 1. 逆变失败的原因 (1)触发电路不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲， 如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相 (2)晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通 (3)交流电源缺相或突然消失. (4)换相的裕量角不足，引起换相失败
5.2.3 逆变失败与最小逆变角a b c iVT1 2 3
LB VT1 LB VT2
L id ud M EM +
iVT
LB VT 3
iVT
o
u2
ua
ub
uc
ωt0
5.2.3 逆变失败与最小逆变角a b c iVT1 2 3
LB VT1 LB VT2
L id ud M EM +
逆变角再次减小
iVT
LB VT 3
iVT
o
u2
ua
ub
uc
ωt0
5.2.3 逆变失败与最小逆变角a b c iVT1 2 3
LB VT1 LB VT2
L id ud M EM +
iVT
LB VT 3
iVT
o ud ua ub uc ua ub
O
p
t t
id iVT O3
1
iVT3
最小逆变角的限制
iVT
iVT
2
iVT
1
5.2.3 逆变失败与最小逆变角2. 确定最小逆变角βmin的依据
– 逆变时允许采用的最小逆变角β应等于βmin=δ+γ+θ′ δ:晶闸管的关断时间tq 折合的电角度，随电流定额及是否快 速型而不同。tq大的可达200~300us,折算到电角度约4 ~ 5 ; γ:换相重叠角，随
直流平均电流和换相电抗的增加而增大。 可从整流电路中导出的公式求得： Id X B cos cos( ) 2U 2 sin m
5.2.3 逆变失败与最小逆变角cos cos( ) Id X B 2U 2 sin
m
a b c
iV T
1 2 3
iV T
LB VT 1 LB VT2 LB VT3
L id ud M EM +
考虑到： 若： cos 1 IdXB 2U 2 sin
iV T
o ud ua ub uc ua ub
O
p
t t
mid O iV T3
iV T1
iV T2
iV T3
iV T
1
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