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有源逆变(远程)(1)..ppt

有源逆变(远程)(1).

中小学精品课件
2019-04-27 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《有源逆变(远程)(1).ppt》,可适用于综合领域

第三章有源逆变将直流电转变成交流电这种对应于整流的逆向过程称“逆变”。有源逆变则指的是将直流电转换成交流电后再将它反送回交流电网。这里的“源”即指交流电网。如晶闸管控制的电力机车交流电经可控整流后供电给直流电机。在正常运行时从交流电网供给功率来拖动机车当机车下坡时直流电机将作为发电机运行此时发出的直流电能用同一套晶闸管的控制转换成交流电反送回电网。又如正在运行的电动机要使它迅速停机也可让电动机作为发电机运行产生制动将电机动能转变成电能后反送回电网。有源逆变应用广泛是研究直流可逆调速系统的基础也是研究变速恒频电源必须具有的知识还用于其他方面。晶闸管有源逆变和可控整流电路常常采用一套电路既作整流又作逆变在一定条件下相互转化。因此必须注意在什么条件下是整流在什么条件下是逆变在什么条件下可以相互转化。第一节电能的流转两个直流电电源和相连的电路如图(a)所示。现分析其电能如何流转。设电流I从流向大小为式中R为回路总电阻。电源发出的功率为电源接收的功率为电阻消耗的功率。����a���图(b)的情况是两个电源极性都反过来同时则有电流方向不变但功率反送。����b���图(c)则为两个电源反极性相连的情况这时电流大小为相当于两个电源顺极性串联起来向电阻R供电。����c���此时两电源都输出功率电阻消耗的功率。如果R仅是回路电阻电流I将很大此时实际上形成了两个电源的短路。由以上分析可以得出几点结论:两各电源同极性相连电流总是从电势高的电源流向电势低的电源大小决定于两电势之差和回路电阻R。如R很小虽然两电势之差不大也可产生足够大的电流使两电源间交换很大的功率。电流从电源正极性端流出者为发出功率从正极性端流入者为吸收功率。两电源反极性相连时则形成短路工作中应严防发生。第二节三相半波逆变电路图示出了三相半波电路它既可作整流又可作逆变。为了便于分析问题设电路平波电感L足够大可认为电流为一水平线。忽略电源漏抗将直流电机电枢电阻和电感分别归算到主回路的电阻和电感中此时直流电机可看作是无内阻抗的理想电压源。下面从整流状态分析起具体说明电路工作在整流或逆变状态的条件看整流和逆变如何转变。一整流工作状态()每半周期开始以控制角每隔依次触发晶闸管。�M�����a���输出电压波形示于图(a)其平均值为正。���������(a)�������������电流应有方向由电路正极性流出流入电机电势的正极性。电机吸收功率作电动机运行整流电路则为输出电能。二中间状态()当增大控制角则电压波形与横坐标包围的正面积减小负面积加大平均值减小电动机转速减小。�M�����b����M�����b���直到时理想状态下如果忽略电阻R则输出电压波形的正负面积相等因而整流电路输出平均电压为零电动机反电势为零电路电流为零电机转速为零即电机将停转。���������(b)�������������三逆变工作状态从电路工作波形来分析由于此时输出电压波形负面积大于正面积电路有可能输出负平均电压(图(c))。�M������c���要实现逆变工作状态应满足条件:这是电路的内部条件>同时反极性这是外部条件。由于此时大于电流从电机的电势正极流出电机输出功率为发电工作状态电流流入电路现在的正极性然后到了交流电网即交流电源吸收功率实现了有源逆变。如图((c))=作例分析波形和电路工作过程。仍然每隔依次触发管。�M������c����M������c������������(c)�������������在时触发虽然此时=但在作用下仍然承受正向电压而导通此后电路输出负压。但由于因此仍导通且使电感L储能。当以后由于其绝对值大小开始大于电机电势绝对值因此电感L开始释放能量仍能使晶闸管承受正向电压而继续维持导通电流方向不变。时触发晶闸管因为此时所以导通b相通管承受反压而关断。晶闸管在换相时承受反向电压为两相电压之差即线电压这点与整流时一样。逆变时电流的大小为决定于电机转速可调节控制角改变其大小。为了防止过大电流可以调节通过控制来控制电流大小。三相半波电路在整流和逆变范围内如电感L足够大而使电流波形连续则每个晶闸管导通。故不管控制角为何值直流输出电压与角的关系从输出电压波形不难求出()此时。式()是一条余弦曲线。对于其它电路它们的输出电压与控制角的关系仍服从式()只是与电源电压有效值的比值不同见图()。����������������������������������������������������������������直流电机电势的极性必须改变才能完成有源逆变。对于不可能有负压输出的电路如桥式半控电路或有续流二极管的电路均不可能实现有源逆变。四晶闸管的电压波形图中分别画出了控制角为和时输出电压的波形和晶闸管两端的电压波形。��������������������������������������������������������������������������������������������������可见在整流状态晶闸管不导通时主要承受反向电压而在逆变工作时晶闸管未导通时主要承受正向电压。晶闸管承受的最大正向或最大反向电压均为线电压峰值。五逆变角为了分析和计算方便通常把逆变工作时的控制角用表示称“逆变角”。规定时=而=。逆变时在之间对应于在之间。全逆变时晶闸管也在自然换向点换相此时输出负压最大然后向左即以与控制角计量相反的方向计量逆变角大小。逆变状态输出电压平均值可写成()可见当=时输出电压平均值达到负最大值。六对触发电路的要求现在以和为例来说明整流和逆变两种工作状态对触发脉冲的不同要求。工作波形见图。对于整流状态一套触发脉冲电路可以同时供给三个晶闸管。对于逆变工作状态则只能依次触发晶闸管。如时见图(a)应换相到b相此时b相电压最高可以保证顺利换向。现在a相c相电压均低与之相连的晶闸管虽被供给触发脉冲但不会导通。���������a����������������������a�������������如时见图(b)由a相换流到b相此时只能触发因为此时再要像整流状态那样将触发脉冲同时供给三个晶闸管是不行的。���������a����������������������a�������������三相半波逆变电路接线比较简单所以元件也少但容量和动态响应均较桥式线路为差。第三节三相桥式逆变电路一三相桥式逆变电路工作原理三相桥式整流电路如果工作时满足实现有源逆变的两个条件就称为三相桥式逆变电路。三相桥式电路工作时晶闸管必须成对导通。每个晶闸管导通角为每隔换流一次元件仍按顺序依次导通。设晶闸管和已经导通时触发此时a相电压高于c相导通承受反压而关断直流侧输出且为负压。�M�����a�������������������电流从正极性流出经流入b相再由a相流出经回到负极电能从直流电源流向交流电源。时触发由于此时c相电压低于b相电压因此导通而关断和形成通路直流侧输出且有<。时触发使和形成通路输出。如此循环下去实现了有源逆变。在一个周期内输出电压脉动六次因而波形中最低次谐波为六倍基频电压的纹波因数较三相半波为小。��������������������������������������������������������������二电参数计算逆变电路的参数计算与整流相似。设电路内电流连续其输出负平均电压为()或()直流电流平均值为()其中变压器次级绕组电阻电路直流侧包括电机电枢电阻在内的总电阻。输出电压和电机电势的极性和整流时相反。式()中和均为负值。输出电流有效值I应等于()式中纹波电流有效值第n次谐波电流有效值。当把I理解为等效直流电流大小时不难得到流过每个晶闸管的有效电流和平均值电流分别为()()交流电源送到直流侧的有功功率为:逆变时为负值则一般也为负值表示功率从直流电源送到交流电源。从线路和工作波形可知三相桥式电路电流每周期内流通时间为为每个晶闸管导通角的两倍。因此变压器次级线电流有效值为()三相电源的视在功率功率因数仍为例三相桥式电路中工作于逆变状态设电流连续。计算:输出电流平均值输出电流有效值晶闸管电流有效值交流电源端功率因数解:由图可得则六次谐波电流有效值可得()六次谐波电流有效值已明显小于故忽略六次以上高次谐波分量由式()可求出电流有效值()晶闸管电流有效值()负号表示功率送给交流电源电路工作于逆变状态。故第四节逆变失败和控制角的限制在整流电路中如触发不可靠造成丢失脉冲其后果可能是某相无电压输出或全无输出造成停止供电。而在逆变电路中如触发不可靠将使换相失败形成交流与直流两电源的顺极性串联造成短路而使逆变失败称“逆变颠覆”。一逆变失败以三相半波为例图(a)表示当丢失触发脉冲时的工作波形。在时应有触发脉冲触发晶闸管使a相导通设此时触发脉冲丢失将继续导通直到后来输出电源电压正半周期时形成与电势的顺极性串联即短路。�M������c������������a�������������������图(b)是触发脉冲延迟出现的情况。在时应有触发脉冲触发使b相导通由于触发电路故障结果到时才触发此时a相电压已变得高于b相电压结果b相的将承受反压而不能导通而将继续导通a相继续输出直到出现正半波时形成与顺极性串联的短路。�������(b)�����������������二最小逆变角逆变时允许的最小逆变角为其中换相重叠角晶闸管关断时间折合成的电角度安全裕量角。在正常运行时应有可以估算大小。必须考虑裕量角因为有些因素不可能那么理想如触发脉冲给出的时间不可能很准确等。对于中小功率直流拖动系统可取则可取。在晶闸管的可逆直流拖动系统中对也限定有一般取。例题在三相半波可控整流电路中纯电阻负载R=Ω输入相电压U=V若A相触发脉冲丢失B、C相脉冲正常计算:⑴α=º时负载电压、电流的大小⑵α=º时负载电压与电流大小⑶在什么控制角范围内输出电压为脉冲正常时的?为什么?计算过程:例题三相桥式全控可逆电路输入相电压V电源变压器漏感折合到变压器副边为mH负载电流Id=A设负载电流连续计算:⑴变压器漏感上压降⑵只考虑换向重叠角γ影响情况下的最小逆变角βmin=?⑶在βmin情况下直流端输出直流电压的大小。计算过程

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