电力电子技术——有源逆变.ppt
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1、2.4 有源逆变电路,逆变将直流电转变成交流电,整流的逆过程。 有源逆变电路交流侧和电网联接。 无源逆变电路交流侧直接接到负载。 有源逆变电路应用: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。 既可工作在整流状态又可工作在逆变状态的变流装置,称为变流器。,2.4.1 有源逆变产生的条件,直流发电机电动机系统电能的流转 两个电动势同极性相接时,电流(功率)总是从电动势高的流向低的。 对于晶闸管整流电路,只能通过改变输出直流电压方向实现逆变。,a)两电动势同极性EG EM b)两电动势同极性EM EG c)两电动势反极性,形成短路,2.4.1 有源逆变产生的条件,相控整流电
2、路的逆变工作条件: 直流侧应有直流电动势,提供逆变能量,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。 晶闸管的控制角/2,Ud0 半控桥或有续流二极管的电路,不允许直流侧出现负极性的电动势,故不能实现有源逆变。欲实现有源逆变,只能采用全控电路。 必须有平波电抗器维持电流连续。,2.4.2 三相桥式有源逆变电路,逆变和整流的区别: 0 /2 时,电路工作在整流状态。 /2 时,电路工作在逆变状态 可沿用整流的波形分析方法与参数计算公式。 逆变超前角 =- 。 自起始点向左方计量。,2.4.2 三相桥式有源逆变电路,三相桥式电路工作于有源逆变状态,不同逆变角时的输出电压波形。,2.4
3、.2 三相桥式有源逆变电路,数量关系 输出电压 输出电流 有功功率 当逆变工作时,由于EM为负值,故Pd为负值,表示功率由直流电源输送到交流电源。,2.4.3 逆变失败与最小逆变角的限制,逆变失败(逆变颠覆) 逆变时,一旦换相失败,使变流器的输出平均电压成为正值,和直流电动势顺向串联,形成很大的短路电流。 逆变失败的原因 触发电路工作不可靠。 晶闸管发生故障。 交流电源异常。 换相的裕量角不足,引起换相失败。,2.4.3 逆变失败与最小逆变角的限制,三相半波电路逆变失败 VT3VT1 时,换相结束后,ucua, VT1承受反压而关断,VT3继续导通,换相失败。,2.4.3 逆变失败与最小逆变角
4、的限制,最小逆变角min确定的方法 min=+ 换相重叠角,随直流平均电流和换相电抗的增加而增大,一般小于20 。 晶闸管的关断时间tq折合的电角度,tq大的可达200300s,折算到电角度约45。 安全裕量角,主要考虑脉冲不对称程度、电网波动等,一般取10。 bmin一般取3035。,2.6.1 谐波和无功功率分析的基础,谐波 对于周期为T= 2/的非正弦电压u(t)满足狄里赫利条件,可分解为傅里叶级数,式中,n= 1,2,3,或,式中,cn 、jn 、an和bn的关系为,2.6.1 谐波和无功功率分析的基础,谐波,谐波 基波:在傅里叶级数中,频率与工频相同的分量。 谐波:频率为基波频率整数
5、倍(大于1 )的分量。 谐波次数:谐波频率和基波频率的整数比。 n次谐波电压含有率以HRUn(Harmonic Ratio for Un)表示 电压谐波总畸变率THDu(Total Harmonic distortion),2.6.1 谐波和无功功率分析的基础,谐波 n次谐波电流含有率以 HRIn(Harmonic Ratio for In)表示 电流谐波总畸变率 THDi(Total Harmonic distortion)定义为,2.6.1 谐波和无功功率分析的基础,2.6.1 谐波和无功功率分析的基础,功率因数正弦电路 有功功率:就是其平均功率 视在功率: S=UI 无功功率: Q=U
6、I sin 功率因数: 无功功率Q与有功功率P、视在功率S之间关系:,2.6.1 谐波和无功功率分析的基础,功率因数非正弦电路 公用电网中,通常电压的波形畸变很小,但电流波形的畸变可能很大,因此假定电压波形为正弦波,电流波形为非正弦波。 设基波电流有效值为 I1、基波电流与电压的相位差为1,有功功率为: 功率因数为 基波因数(畸变因数): = I1/I ;位移因数:cos1,2.6.3 整流电路交流侧谐波与无功分析,单相桥式全控整流电路 忽略换相过程和电流脉动,带阻感负载,直流电感L为足够大时变压器二次电流波形近似为理想方波。,单相桥式全控整流电路 谐波特点:电流中仅含奇次谐波,各次谐波有效值
7、与谐波次数成反比,且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。 n次电流谐波幅值: 基波电流有效值 基波因数为,n=1,3,5,2.6.3 整流电路交流侧谐波与无功分析,单相桥式全控整流电路 电流基波与电压的相位差等于 ,故位移因数为 功率因数为,2.6.3 整流电路交流侧谐波与无功分析,2.6.3 整流电路交流侧谐波与无功分析,三相桥式全控整流电路 阻感负载,忽略换相过程和电流脉动,直流电感L为足够大。 以 =30为例,交流侧电流波形为正负半周各120的方波。,三相桥式全控整流电路 电流基波和各次谐波有效值分别为 基波因数: 位移因数: 功率因数:,2.6.3 整流电路交流侧谐波与无功分析,2.6
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