第四章：有源逆变
合集下载
第4章 有源逆变电路
图4-2 全波电路的整流和逆变
（a）α=45°；β=45°
因Ra阻值很小，其电压也很小，因此Ud≈E。电流Id从Ud 的正端流出，从电动机反电动势E的正端流人，故由交流电源经 变流器输出电功率，直流电动机吸收电功率并将其转换为轴上的 机械功率以提升重物。如在提升运行中突然使晶闸管的控制角α 减小，则Ud增大，瞬时引起电流Id增大，电动机产生的电磁转矩 也增大，因电动机轴上重物产生的阻转矩不变，所以电动机转速 升高，提升加快。随着转速的升高，电动机的反电动势E=Ceφn 也增大，使Id恢复到原来的数值，此时电动机稳定运行在较高转 速。反之α增大，电动机转速减小所以改变晶闸管的控制角.可 以很方便地对电动机进行无级调速，从而改变提升的速度。 • 当α增大到某值如α3值，如图4一3所示，如此时电动机转矩 M1恰好与负载转矩相等，则电动机稳定在n=0处a点。如图4一3中 曲线①，这相当干整流器供电给电阻和电感，仍运行在整流状态。 如α再增大到90°，如图4-3中曲线②，则电动机转矩小于负载 转矩，于是在重物作用下电动机反转，E改变方向，E使Id增加， 最后稳定在b点，此时电动机运行在能耗制动状态，向整流器输 出的平均功率为零。
图4-6 有源逆变环流失败波形
• 二、最小逆变角的确定及限制 • 根据上述各种逆变失败原因的分析，可以总结出这样一条规 律:为了保证逆变能正常工作，除了选用可靠的触发器不丢失脉 冲外，同时对触发脉冲的最小逆变角β min，必须要有严格的限 制。 • 〔一)最小逆变角β min的确定 • 要保证在电压换相点之前完成换相，触发脉冲必须有超前的 电角度，即最小逆变角β min 应根据下面的因素来考虑。
•
公式与整流时一样。由于逆变运行时α>90°，cosα计算不 太方便，于是引入逆变角β，令α=π-β，用电度表表示时为 α=180°-β，所以
第四章有源逆变讲解
• 在可逆拖动系统中，通常采用两套变流器 相互切换。
2021/4/13
北京交通大学电气工程学院
4-7
有源逆变
5、逆变角 ➢为了方便，电路进入逆变状态时，通常用逆 变角 （或称引前触发角）表示相控角度。 ➢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 向左方计量。 ➢ 、 的关系： = － 或 ＋ =
有源逆变
第 4 章 有源逆变与相 控变流器特性
2021/4/13
北京交通大学电气工程学院
4-0
概述
有源逆变
• 什么是逆变？为什么要逆变？
➢ 逆变（invertion）——把直流电转变成交流电，整流的逆过 程。
❖ 实例：电力机车再生制动行驶，机车的动能转变为电能，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。
2021/4/13
北京交通大学电气工程学院
4-11
本章内容
有源逆变
4.1 有源逆变电路的工作原理（概念）
4.2 三相有源逆变电路
4.3 有源逆变的应用 4.4 整流电路的谐波和功率因数 4.6 变流电路的功率因数及改善方法
2021/4/13
北京交通大学电气工程学院
4-12
有源逆变
4. 2 三相有源逆变电路
❖ 有源逆变电路——交流侧和电网连结。（本章介绍）
－ 应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级 调速以及高压直流输电等。
❖ 无源逆变电路——变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载。 （将在第6章介绍）
➢ 对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，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 态又可工作在逆变状态的电路又称为变流电路。
2021/4/13
北京交通大学电气工程学院
4-7
有源逆变
5、逆变角 ➢为了方便，电路进入逆变状态时，通常用逆 变角 （或称引前触发角）表示相控角度。 ➢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 向左方计量。 ➢ 、 的关系： = － 或 ＋ =
有源逆变
第 4 章 有源逆变与相 控变流器特性
2021/4/13
北京交通大学电气工程学院
4-0
概述
有源逆变
• 什么是逆变？为什么要逆变？
➢ 逆变（invertion）——把直流电转变成交流电，整流的逆过 程。
❖ 实例：电力机车再生制动行驶，机车的动能转变为电能，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。
2021/4/13
北京交通大学电气工程学院
4-11
本章内容
有源逆变
4.1 有源逆变电路的工作原理（概念）
4.2 三相有源逆变电路
4.3 有源逆变的应用 4.4 整流电路的谐波和功率因数 4.6 变流电路的功率因数及改善方法
2021/4/13
北京交通大学电气工程学院
4-12
有源逆变
4. 2 三相有源逆变电路
❖ 有源逆变电路——交流侧和电网连结。（本章介绍）
－ 应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级 调速以及高压直流输电等。
❖ 无源逆变电路——变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载。 （将在第6章介绍）
➢ 对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，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 态又可工作在逆变状态的电路又称为变流电路。
逆变电路
+ β = π，或 β = π－ α 。
三相半波逆变电路
u T V VT1 L VT2 d
W
VT3
ud
id
R
+
Ud
α=150º
U V W
Ud
EM
β=30º
id = iT1+iT2+iT3
Id
iT3 iT1 iT2 iT3
三相半 波逆变 电路及 其波形
关于逆变 电路各电 量的计算 归纳如下
Ud = －2.34U2COS β = －1.35 U2LCOS β
由于换相有一过 程，且换相期间的输 出电压是相邻两相的 平均值，故逆变电压 Ud要比不考虑漏抗 时更低（负的幅值更 大）。存在重叠角会 给逆变工作带来不利 后果，如以VT1和
VT2的换相过程 来分析。
以上分析以三相 桥式电路为例
有源逆变电路应用举例
一、直流可逆电力拖动系统
ＶＴ１ ＶＴ３ ＶＴ５
一组 Ｌ1
Id = [Ud－EM] / R∑
在逆变状态时，Ud和EM的极性都 与整流状态时相反，均为负值。
逆变角失败与最小逆变角的限制
逆变运行时，一旦发生逆变失败，外接直流电源就会通过 晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电 动势变成串接，由于逆变电路内阻很小，形成极大的短路电流， 这种情况称为逆变失败。或逆变颠覆。 一、逆变失败的原因
R∑ 两电动势反极性， 形成短路
控制发电机电动势的大小和极性， 可实现电动机四象限的运转状态。
两电动势同极性 EG＞EM
G —
M做电动运转，EG＞EM ，电流Id从G流 向M，Id的值为 Id
= [E －E ]/ R
G M
第四章 有源逆变电路
逆变状态和整流状态的区别：控制角 a 不同 0<a < /2 时，电路工作在整流状态
/2< a < 时，电路工作在逆变状态
第二节
三相有源逆变电路
2.逆变角的概念：
为实现逆变，需一反向的EM ，而Ud因a﹥π/2已自动变为负值，满足逆 变条件。因而可沿用整流的办法来处理逆变时有关波形与参数计算等 各项问题。 把 a >π /2时的控制角用π - a =β 表示，β称为逆变角。 整流状态：α＜π/2， 相应的β＞π/2；
第三节
结论：
逆变失败与最小逆变角的限制
1.β不能等于零。
2.β不能太小，必须限制在某一允许的最小角度内。
第三节
逆变失败与最小逆变角的限制
二、 确定最小逆变角βmin的依据
有源逆变时允许采用的最小逆变角 应等于
min=d +g+q′
d ——晶闸管的关断时间tq折合的电角度
tq大的可达200~300ms，折算到电角度约4~5。
极流入，该电源吸收电能。电源输出或吸收功率的大小由电势与电流
的乘积来决定。 （ EG ﹥ EM,整流； EG ﹤ EM ：逆变 ） (3) 两个电源反极性相连，如果电路的总电阻很小，将形成电源间 的短路， 应当避免发生这种情况。
第一节 逆变的概念
三、 有源逆变产生的条件
改变EM的极性； Ud极性也必须相反。 怎样使Ud方向相反？
有源逆变电路的控制电路在设计时，应充分考虑变压器漏电 感对晶闸管换流的影响以及晶闸管由导通到关断存在着关断
时间的影响，否则会由于逆变角β 太小造成换流失败，导致
逆变颠覆的发生。 以共阴极三相半波电路为例， 分析由于β 太小而对逆变电 路产生的影响。
有源逆变
1、逆变失败
（1）触发脉冲丢失引起的 逆变失败
（2）逆变电路工作时逆 变角太小引起失败与逆变角的限制
（1）逆变失败的原因： 晶闸管损坏、触发脉冲丢失、 1 快速熔断器烧坏 逆变电路工作时，逆变角太小 2 （2）最小逆变角的确定 0~250） 换相重叠角γ（ 15 1 2 晶闸管关断时间所对应的电度角δ0 安全余量角θa(100左右) 3 所以βmin≥ γ+δ0+θa≈300~350 4
1、无源逆变电路：将直流电能变为交流能输出 至负载。感应加热、电火花加工、列车照明高频电 子镇流器等,主要用于变频电路
2、有源逆变电路：将直流电能变为交流电能输出
给交流电网。直流电动机可逆调速、绕线转子感应 电动机的串级调速、高压直流输电 3、有源逆变器：完成有源逆变的装置称为有源 逆变器。
一、单相桥式可控整流反电动势负载电路 u
id
d
VT1
VT2
E M E
Ud
E
0
u2
Rd VT4 VT3 Rd
ug
id Id id Ld uL
E M
0
α 1.3 θ
2.4
ω t 1.3
ωt
Ud 1 ud uL
ud
E
0
VT1
VT2
u2
ud
VT3
Ud 1
Rd
ug
id
α θ
1.3 2.4
ωt
1.3
VT4
0
ωt
３－１ 有源逆变的工作原理
一、有源逆变的工作原理
１、重物提升，变流器 工作于整流状态
2、重物下放，变流器 工作于逆变状态
结论：有源逆变的条件
（1）外部条件：一定要有直流电源E，其极性必须与晶 闸管的导通（直流电流）方向一致，其值应稍大于变流器 直流侧的平均电压Ud。 （2）内部条件：变流器必须工作在α＞2 的区域内，使 Ud ＜ 0 。
电力电子技术第4章 晶闸管有源逆变电路
17
第三节
三相桥式逆变电路
三相桥式逆变电路必须采用三相全控桥。其主 电路的结构与三相全控桥式整流电路完全相同，它 相当于共阴极三相半波与共阳极三相半波逆变电路 的串联，其逆变工作原理的分析方法与三相半波逆 变电路基本相同。因其变压器不存在直流磁势，利 用率高；而且输出电压脉动较小，主回路所需电抗 器的电感量较三相半波小，故应用较广泛。
24
二、晶闸管出现故障 如果晶闸管参数选择不当，例如额定电压选择 裕量不足；或者晶闸管质量本身的问题，使晶闸管 在应该阻断的时候丧失了阻断能力，而应该导通的 时候却无法导通。读者不难从有关波形图上进行分 析，从而将会发现，由于晶闸管出现故障，也将导 致电路的逆变失败．
25
三、交流电源出现异常 从逆变电路电流公式 可看出当电路在有源逆变状态下，如果交流电 源突然断电，或者电源电压过低，上述公式中的 Ud 都将为零或减小，从而使电流 Id 增大以至发生 电路逆变失败
21
输出电流的有效值为 晶闸管流过电流平均值为 晶闸管流过电流有效值为
22
第四节
逆变失败原因分析及逆变角的限制
电路在逆变状态运行时，如果出现晶闸管换流 失败，则变流器输出电压与直流电压将顺向串联并 相互加强，由于回路电阻很小，必将产生很大的短 路电流，以致可能将晶闸管和变压器烧毁，上述事 故称之为逆变失败，或叫做逆变颠覆。 造成逆变失败的原因很多，大致可归纳为下列 几个方面：
18
一、逆变工作原理及波形分析 三相桥式逆变电路结构如图 4.6（a）所示。 如果变流器输出电压 Ud 与直流电机电势 ED的极 性如图所标示（均为上负下正），当电势 ED 略大 于平均电压 Ud，则回路中产生电流 Id 为
19
图 4.6 三相桥式有源逆变电路
第三节
三相桥式逆变电路
三相桥式逆变电路必须采用三相全控桥。其主 电路的结构与三相全控桥式整流电路完全相同，它 相当于共阴极三相半波与共阳极三相半波逆变电路 的串联，其逆变工作原理的分析方法与三相半波逆 变电路基本相同。因其变压器不存在直流磁势，利 用率高；而且输出电压脉动较小，主回路所需电抗 器的电感量较三相半波小，故应用较广泛。
24
二、晶闸管出现故障 如果晶闸管参数选择不当，例如额定电压选择 裕量不足；或者晶闸管质量本身的问题，使晶闸管 在应该阻断的时候丧失了阻断能力，而应该导通的 时候却无法导通。读者不难从有关波形图上进行分 析，从而将会发现，由于晶闸管出现故障，也将导 致电路的逆变失败．
25
三、交流电源出现异常 从逆变电路电流公式 可看出当电路在有源逆变状态下，如果交流电 源突然断电，或者电源电压过低，上述公式中的 Ud 都将为零或减小，从而使电流 Id 增大以至发生 电路逆变失败
21
输出电流的有效值为 晶闸管流过电流平均值为 晶闸管流过电流有效值为
22
第四节
逆变失败原因分析及逆变角的限制
电路在逆变状态运行时，如果出现晶闸管换流 失败，则变流器输出电压与直流电压将顺向串联并 相互加强，由于回路电阻很小，必将产生很大的短 路电流，以致可能将晶闸管和变压器烧毁，上述事 故称之为逆变失败，或叫做逆变颠覆。 造成逆变失败的原因很多，大致可归纳为下列 几个方面：
18
一、逆变工作原理及波形分析 三相桥式逆变电路结构如图 4.6（a）所示。 如果变流器输出电压 Ud 与直流电机电势 ED的极 性如图所标示（均为上负下正），当电势 ED 略大 于平均电压 Ud，则回路中产生电流 Id 为
19
图 4.6 三相桥式有源逆变电路
电力电子技术课件有源逆变
特点：快速性好，但需加环流电抗器，适合于中小容量的系统。
2021/4/30
2.逻辑无环流系统 逻辑控制无环流可逆电路就是利用逻辑单元来控制变流器之间的切换过 程，使电路在任何时间内只允许两组桥路中的一组桥路工作而另一组桥 路处于阻断状态，这样在任何瞬间都不会出现两组变流桥同时导通的情 况，也就不会产生环流。
2021/4/30
二. 电流断续时直流电动机的机械特性
1. 电动机的理想空载转速no升高
60
E o ' 1 .1U 2 7 c6 o s 0 0 .5U 8 2 5
no'
0.58U 52
Ce
u2 2U2＞＇ 0E E 2U2
no
2U2
Ce
(060 )
60 E2U 2sip 6 n ()
23..机随械 着特 α性的变增软大，进入断续区的临no界电C 2e流U 2值si增np6大()
2021/4/30
用转速与负载电流表示的机械特性为
n 1 .1 U C e 2 c 7o ( C R s e I d C U e) n o n
其机械特性是一组平行的直线，其斜率由于内阻不一定相同而稍有差异。 调节a 角，即可调节电动机的转速。 当负载减小时，平波电抗器中的电感储能减小，致使电流不再连续，此 时其机械特性也就呈现出非线性。
EMCen
Ri为整流电路的等效内阻
m
Ri 2pXTRT
电动机电枢回路的电压平衡方程式 U dE M R D Id
对于三相半波可控整流电路有 E M U d R D I d 1 . 1 U 2 c 7 U o R i I d R D I d s 1 . 1 U 2 c R 7 I d o U R 23 pXTR TR D称为电动机电枢回路总的等效电阻
2021/4/30
2.逻辑无环流系统 逻辑控制无环流可逆电路就是利用逻辑单元来控制变流器之间的切换过 程，使电路在任何时间内只允许两组桥路中的一组桥路工作而另一组桥 路处于阻断状态，这样在任何瞬间都不会出现两组变流桥同时导通的情 况，也就不会产生环流。
2021/4/30
二. 电流断续时直流电动机的机械特性
1. 电动机的理想空载转速no升高
60
E o ' 1 .1U 2 7 c6 o s 0 0 .5U 8 2 5
no'
0.58U 52
Ce
u2 2U2＞＇ 0E E 2U2
no
2U2
Ce
(060 )
60 E2U 2sip 6 n ()
23..机随械 着特 α性的变增软大，进入断续区的临no界电C 2e流U 2值si增np6大()
2021/4/30
用转速与负载电流表示的机械特性为
n 1 .1 U C e 2 c 7o ( C R s e I d C U e) n o n
其机械特性是一组平行的直线，其斜率由于内阻不一定相同而稍有差异。 调节a 角，即可调节电动机的转速。 当负载减小时，平波电抗器中的电感储能减小，致使电流不再连续，此 时其机械特性也就呈现出非线性。
EMCen
Ri为整流电路的等效内阻
m
Ri 2pXTRT
电动机电枢回路的电压平衡方程式 U dE M R D Id
对于三相半波可控整流电路有 E M U d R D I d 1 . 1 U 2 c 7 U o R i I d R D I d s 1 . 1 U 2 c R 7 I d o U R 23 pXTR TR D称为电动机电枢回路总的等效电阻
电力电子技术——有源逆变电路
当=60，Id=0时，设对应的反电动势为 E0 ，
其值为
E0 Ud 1.17U2 cos60 0.585U2
非线性特性
图4-10 电流断续时电动势的特性曲线
Goback
❖实际上，当Id减小至某一定值Idmin以后，电流变 为断续，真正的理想空载点远大于此值，因为
此时晶闸管触发导通时的相电压瞬时值为 2U2 。
❖考虑直流等效回路，左侧电源为脉动直流电压
ud波形，最大瞬时值为 2U 2 ，并且由于整流器
件的单向导电性，回路电流Id的方向是固定的，
只有当反电动势EM等于脉动直流电压ud的最大
峰值时，电流才能完全等于零，否则，只要EM
比ud的最大峰值略小一点，就总是存在断断续
续的电流脉冲。因此 2U2 才是实际的理想空载
no Ke
Goback
2. 电流断续时电动机的机械特性 • 由于整流电压是一个脉动的直流电压，当电动
机的负载减小时，平波电抗器中的电感储能减 小，致使电流不再连续，此时电动机的机械特 性也就呈现出非线性。
• 电流断续时电动机机械特性的第一个特点: 当 电流断续时，电动机的理想空载转速抬高。
❖由三相半波电路电流连续时反电动势表达式，
变化很小也可引起很大的转速变化。
❖ 设整流控制角一定，由于轻载时电流断续，各晶闸管 的导通角 120 ，此时ud波形将发生一定的变化，水 平直线E以下的部分作用时间将比电流连续时缩短，负 面积减小，平均面积Ud比电流连续时的计算值升高， 在电流连续的条件下得出的Ud计算公式不再适用。
整流波形
图4-11 考虑电流断续时不同时反电动势的特性曲线
➢整流输出电压ud是脉动的，可分为两部分：直 流分量Ud，和交流分量。交流电流分量的大小 主要取决于直流侧的回路电感，特别是平波电
其值为
E0 Ud 1.17U2 cos60 0.585U2
非线性特性
图4-10 电流断续时电动势的特性曲线
Goback
❖实际上，当Id减小至某一定值Idmin以后，电流变 为断续，真正的理想空载点远大于此值，因为
此时晶闸管触发导通时的相电压瞬时值为 2U2 。
❖考虑直流等效回路，左侧电源为脉动直流电压
ud波形，最大瞬时值为 2U 2 ，并且由于整流器
件的单向导电性，回路电流Id的方向是固定的，
只有当反电动势EM等于脉动直流电压ud的最大
峰值时，电流才能完全等于零，否则，只要EM
比ud的最大峰值略小一点，就总是存在断断续
续的电流脉冲。因此 2U2 才是实际的理想空载
no Ke
Goback
2. 电流断续时电动机的机械特性 • 由于整流电压是一个脉动的直流电压，当电动
机的负载减小时，平波电抗器中的电感储能减 小，致使电流不再连续，此时电动机的机械特 性也就呈现出非线性。
• 电流断续时电动机机械特性的第一个特点: 当 电流断续时，电动机的理想空载转速抬高。
❖由三相半波电路电流连续时反电动势表达式，
变化很小也可引起很大的转速变化。
❖ 设整流控制角一定，由于轻载时电流断续，各晶闸管 的导通角 120 ，此时ud波形将发生一定的变化，水 平直线E以下的部分作用时间将比电流连续时缩短，负 面积减小，平均面积Ud比电流连续时的计算值升高， 在电流连续的条件下得出的Ud计算公式不再适用。
整流波形
图4-11 考虑电流断续时不同时反电动势的特性曲线
➢整流输出电压ud是脉动的，可分为两部分：直 流分量Ud，和交流分量。交流电流分量的大小 主要取决于直流侧的回路电感，特别是平波电
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（2）保护措施：装快速熔断器或快速开关；
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-25
有源逆变
4、确定最小逆变角 min 的依据
（1）最小逆变角 min = + +
: SCR的关断时间 tq 折合的电角度， 叫恢复阻断角， = tq
: 换相重叠角（约为15~20 ）
: 安全裕量角（一般取10 ）
有源逆变
cos ()cos2xBId
6U2
• 其它的电量，如负载电流平均值、晶闸管电流平均值和 有效值，变压器的容量计算等，均可按照整流电路的计 算原则进行 。
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-16
有源逆变
二、三相桥式全控有源逆变电路
1、变流器工作于逆变状态（ 2 ）
Ud 0 , E 0 Ud E
❖ 有源逆变电路——交流侧和电网连结。（本章介绍）
－ 应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级 调速以及高压直流输电等。
❖ 无源逆变电路——变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载。 （将在第6章介绍）
➢ 对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，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 态又可工作在逆变状态的电路又称为变流电路。
u20
u10
O
id
id = iV T1+ iV T2
iV T2
iV T1
iV T2
O
t Ud<EM
Id t
电 动 机 输
a)单相全波电路的整流和逆变b)
出
图2-45
电
间图图只值，a能，b逆UMd改且U为电变Md变|可E回正动时ME通馈M|值运>极制过|U，性行在动改d。|并，，，变为π由才且全/了于能2U来波防晶d把～止>进电闸电Eπ两管能行M路之，电的从调工间动才单直节势作。向能流顺，导侧在输向电送逆整出串性到变流联I，交d状，。状I流dU方态侧态d极向,时实，性不现U也变d逆为必，变在负须欲。0反改值～过变，来电π，能/2即的之U输d功率送应方为向负，
有源逆变
第 4 章 有源逆变与相 控变流器特性
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-0
概述
有源逆变
• 什么是逆变？为什么要逆变？
➢ 逆变（invertion）——把直流电转变成交流电，整流的逆过 程。
❖ 实例：电力机车再生制动行驶，机车的动能转变为电能，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。
R6xB
20.15
15.26(A)
2
北京交通U大d学电Id气R工E程学1院5.26229025.95(V)
4-27
例 4-1（续）
有源逆变
负载侧的功率为 P d U d Id 2.5 5 1 9 .2 5 6 39 (W )60
负载功率为负值，表明负载侧实际是供出电能回馈到电 网的。
Pd又可解为 P d U d Id (U d 0co s U d)Id ( 2.2 5 2 7 .2) 9 1.2 56 2.5 1 9 .2 5 6 39 (W )60
有源逆变
2、逆变失败的原因（续）
（3）晶闸管发生故障（指晶闸管失去阻断能力 或失去导通能力）
T3失去阻断 能力
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-22
有源逆变
2、逆变失败的原因（续）
（4）换相的裕量角不足
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-23
有源逆变
2、逆变失败的原因（续）
xa ud
Ra
-
+
M ua
+
4-29
例 4-2（续）
有源逆变
解： 1. 由于电机处于稳定的再生制动状态，电动机向交 流电网回馈电能 ，且晶闸管不能逆向导通电流，据此 可以确定整流器输出电压Ud和电动机端电压Ua的极性 为下“+”上“-”。
• 在可逆拖动系统中，通常采用两套变流器 相互切换。
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-7
有源逆变
5、逆变角 ➢为了方便，电路进入逆变状态时，通常用逆 变角 （或称引前触发角）表示相控角度。 ➢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 向左方计量。 ➢ 、 的关系： = － 或 ＋ =
1
VT1
L
1
VT1
L
交流 电网 输出 电功
率
0 u10
iV T1
u20VT2
2
iV T2
ud
id R
电能
+
M EM -
ud u10
u20
u10
Ud>EM
O
t
id
id = iV T1+ iV T2
iV T1
iV T2
iV T1
Id
O
t
0
iVT1 ud
id R
VT2
电能
-
2
iV T2
M EM +
ud
u10
一、 三相半波有源逆变电路
1、变流器工作于整流状态（ 0 2 ）
Ud 0 , E 0， Ud E， M工作于电动状态
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-13
有源逆变
三相半波有源逆变电路（续）
2、变流器工作于逆变状态（ 2 ）
电动机工作于发电状态，由于Id方向不能改变，因而要求： Ud 0 （反极性） , E 0 （反极性）
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-10
有源逆变
3、单相桥式电路逆变电压的计算
➢ 变流器直流侧电压计算公式
Ud 0.9U2cos 0.9U2 cos
➢ 考虑换相重叠角
Ud0.9U2cos2xBId
cos ()cos2xBId
2U2
• 其它的电量，如负载电流平均值、晶闸管电流平均值 和有效值，变压器的容量计算等，均可按照整流电路 的计算原则进行 。
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-1
有源逆变
要求及重点
• 理解和掌握单相、三相有源逆变电路的工作原 理，有源逆变的应用和整流电路的功率因数及 其改善的方法。
• 重点：波形分析法，有源逆变的条件和有源逆 变失败的原因。
（可沿用整流的办法来处理逆变时有关波形与参数计算 等各项问题）。
2020/4/10
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-18
有源逆变
三、逆 变 失 败及最小逆变角的限制
1、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， Ud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SCR电路形成短路，这种情况称为逆变 失败，或称为逆变颠覆。
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-17
2、三相桥式电路逆变电压的计算 ➢变流器直流侧电压计算公式
有源逆变
Ud 2.34U2cos 2.34U2 cos
➢ 考虑换相重叠角
Ud2.3U 42cos3xBId
cos ()cos2xBId
6U2
• 其它的电量，如负载电流平均值、晶闸管电流平均值 和有效值，变压器的容量计算等，均可按照整流电路 的计算原则进行 。
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-5
有源逆变
3、实现有源逆变的条件
➢ 从上述分析中，可以归纳出要实现有源逆变， 必须满足下列条件：
（1）有直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一 致，其值大于变流器直流侧平均电压。
（2）晶闸管的控制角 >π/2，使Ud为负值。
➢ 半控桥或输出端有续流二极管的电路，因其
（5）交流电源发生异常现象，如 交流电源突然断电 交流电源电压太低 交流电源缺相
不论什么原因，逆变失败的后果都是造成电流 急剧上升！
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-24
有源逆变
3、避免逆变失败的措施
（1）预防措施 ➢采用可靠的触发电路； ➢选用可靠的SCR，防止误导通； ➢逆变角 不能太小，必须限制在某一允许 的最小角度内。
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-11
本章内容
有源逆变
4.1 有源逆变电路的工作原理（概念）
4.2 三相有源逆变电路
4.3 有源逆变的应用 4.4 整流电路的谐波和功率因数 4.6 变流电路的功率因数及改善方法
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-12
有源逆变
4. 2 三相有源逆变电路
Ud E
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-14
有源逆变
三相半波有源逆变电路（续）
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-15
3、三相半波电路逆变电压的计算
➢ 变流器直流侧电压计算公式
Ud 1.17U2cos 1.17U2cos
➢ 考虑换相重叠角
U d1.1U 72co s3 2x BId
一、有源逆变的概念
1、直流发电机—电动机系统电能的流转
➢电➢电功➢出图流率功a图图反。b率Mc向，电回，两由动馈电从于运制动MR转动流势，状一向顺E态般G向G，。都>串EM故很联M作，M小，发电输，向电流出实电运I电际d阻从转功上RG，率形流供此，成向电时G短M，则，，路G吸EM，和M收>吸在ME电收G工均功，输作
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-25
有源逆变
4、确定最小逆变角 min 的依据
（1）最小逆变角 min = + +
: SCR的关断时间 tq 折合的电角度， 叫恢复阻断角， = tq
: 换相重叠角（约为15~20 ）
: 安全裕量角（一般取10 ）
有源逆变
cos ()cos2xBId
6U2
• 其它的电量，如负载电流平均值、晶闸管电流平均值和 有效值，变压器的容量计算等，均可按照整流电路的计 算原则进行 。
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-16
有源逆变
二、三相桥式全控有源逆变电路
1、变流器工作于逆变状态（ 2 ）
Ud 0 , E 0 Ud E
❖ 有源逆变电路——交流侧和电网连结。（本章介绍）
－ 应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级 调速以及高压直流输电等。
❖ 无源逆变电路——变流电路的交流侧不与电网联接，而直接接到负载。 （将在第6章介绍）
➢ 对于可控整流电路，满足一定条件就可工作于有源逆变，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 态又可工作在逆变状态的电路又称为变流电路。
u20
u10
O
id
id = iV T1+ iV T2
iV T2
iV T1
iV T2
O
t Ud<EM
Id t
电 动 机 输
a)单相全波电路的整流和逆变b)
出
图2-45
电
间图图只值，a能，b逆UMd改且U为电变Md变|可E回正动时ME通馈M|值运>极制过|U，性行在动改d。|并，，，变为π由才且全/了于能2U来波防晶d把～止>进电闸电Eπ两管能行M路之，电的从调工间动才单直节势作。向能流顺，导侧在输向电送逆整出串性到变流联I，交d状，。状I流dU方态侧态d极向,时实，性不现U也变d逆为必，变在负须欲。0反改值～过变，来电π，能/2即的之U输d功率送应方为向负，
有源逆变
第 4 章 有源逆变与相 控变流器特性
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-0
概述
有源逆变
• 什么是逆变？为什么要逆变？
➢ 逆变（invertion）——把直流电转变成交流电，整流的逆过 程。
❖ 实例：电力机车再生制动行驶，机车的动能转变为电能，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。
R6xB
20.15
15.26(A)
2
北京交通U大d学电Id气R工E程学1院5.26229025.95(V)
4-27
例 4-1（续）
有源逆变
负载侧的功率为 P d U d Id 2.5 5 1 9 .2 5 6 39 (W )60
负载功率为负值，表明负载侧实际是供出电能回馈到电 网的。
Pd又可解为 P d U d Id (U d 0co s U d)Id ( 2.2 5 2 7 .2) 9 1.2 56 2.5 1 9 .2 5 6 39 (W )60
有源逆变
2、逆变失败的原因（续）
（3）晶闸管发生故障（指晶闸管失去阻断能力 或失去导通能力）
T3失去阻断 能力
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-22
有源逆变
2、逆变失败的原因（续）
（4）换相的裕量角不足
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-23
有源逆变
2、逆变失败的原因（续）
xa ud
Ra
-
+
M ua
+
4-29
例 4-2（续）
有源逆变
解： 1. 由于电机处于稳定的再生制动状态，电动机向交 流电网回馈电能 ，且晶闸管不能逆向导通电流，据此 可以确定整流器输出电压Ud和电动机端电压Ua的极性 为下“+”上“-”。
• 在可逆拖动系统中，通常采用两套变流器 相互切换。
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-7
有源逆变
5、逆变角 ➢为了方便，电路进入逆变状态时，通常用逆 变角 （或称引前触发角）表示相控角度。 ➢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 向左方计量。 ➢ 、 的关系： = － 或 ＋ =
1
VT1
L
1
VT1
L
交流 电网 输出 电功
率
0 u10
iV T1
u20VT2
2
iV T2
ud
id R
电能
+
M EM -
ud u10
u20
u10
Ud>EM
O
t
id
id = iV T1+ iV T2
iV T1
iV T2
iV T1
Id
O
t
0
iVT1 ud
id R
VT2
电能
-
2
iV T2
M EM +
ud
u10
一、 三相半波有源逆变电路
1、变流器工作于整流状态（ 0 2 ）
Ud 0 , E 0， Ud E， M工作于电动状态
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-13
有源逆变
三相半波有源逆变电路（续）
2、变流器工作于逆变状态（ 2 ）
电动机工作于发电状态，由于Id方向不能改变，因而要求： Ud 0 （反极性） , E 0 （反极性）
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-10
有源逆变
3、单相桥式电路逆变电压的计算
➢ 变流器直流侧电压计算公式
Ud 0.9U2cos 0.9U2 cos
➢ 考虑换相重叠角
Ud0.9U2cos2xBId
cos ()cos2xBId
2U2
• 其它的电量，如负载电流平均值、晶闸管电流平均值 和有效值，变压器的容量计算等，均可按照整流电路 的计算原则进行 。
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-1
有源逆变
要求及重点
• 理解和掌握单相、三相有源逆变电路的工作原 理，有源逆变的应用和整流电路的功率因数及 其改善的方法。
• 重点：波形分析法，有源逆变的条件和有源逆 变失败的原因。
（可沿用整流的办法来处理逆变时有关波形与参数计算 等各项问题）。
2020/4/10
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-18
有源逆变
三、逆 变 失 败及最小逆变角的限制
1、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， Ud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SCR电路形成短路，这种情况称为逆变 失败，或称为逆变颠覆。
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-17
2、三相桥式电路逆变电压的计算 ➢变流器直流侧电压计算公式
有源逆变
Ud 2.34U2cos 2.34U2 cos
➢ 考虑换相重叠角
Ud2.3U 42cos3xBId
cos ()cos2xBId
6U2
• 其它的电量，如负载电流平均值、晶闸管电流平均值 和有效值，变压器的容量计算等，均可按照整流电路 的计算原则进行 。
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-5
有源逆变
3、实现有源逆变的条件
➢ 从上述分析中，可以归纳出要实现有源逆变， 必须满足下列条件：
（1）有直流电动势，其极性和晶闸管导通方向一 致，其值大于变流器直流侧平均电压。
（2）晶闸管的控制角 >π/2，使Ud为负值。
➢ 半控桥或输出端有续流二极管的电路，因其
（5）交流电源发生异常现象，如 交流电源突然断电 交流电源电压太低 交流电源缺相
不论什么原因，逆变失败的后果都是造成电流 急剧上升！
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-24
有源逆变
3、避免逆变失败的措施
（1）预防措施 ➢采用可靠的触发电路； ➢选用可靠的SCR，防止误导通； ➢逆变角 不能太小，必须限制在某一允许 的最小角度内。
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-11
本章内容
有源逆变
4.1 有源逆变电路的工作原理（概念）
4.2 三相有源逆变电路
4.3 有源逆变的应用 4.4 整流电路的谐波和功率因数 4.6 变流电路的功率因数及改善方法
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-12
有源逆变
4. 2 三相有源逆变电路
Ud E
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-14
有源逆变
三相半波有源逆变电路（续）
2020/4/10
北京交通大学电气工程学院
4-15
3、三相半波电路逆变电压的计算
➢ 变流器直流侧电压计算公式
Ud 1.17U2cos 1.17U2cos
➢ 考虑换相重叠角
U d1.1U 72co s3 2x BId
一、有源逆变的概念
1、直流发电机—电动机系统电能的流转
➢电➢电功➢出图流率功a图图反。b率Mc向，电回，两由动馈电从于运制动MR转动流势，状一向顺E态般G向G，。都>串EM故很联M作，M小，发电输，向电流出实电运I电际d阻从转功上RG，率形流供此，成向电时G短M，则，，路G吸EM，和M收>吸在ME电收G工均功，输作