21有源逆变概念及工作原理.pptx
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1、有源逆变电路机电工程系机电工程系 李春菊李春菊有源逆变电路有源逆变电路逆变的概念逆变的概念 有源逆变的工作原理有源逆变的工作原理三相半波逆变电路三相半波逆变电路 三相桥式逆变电路三相桥式逆变电路 逆变失败原因分析及逆变角的限制逆变失败原因分析及逆变角的限制 习题及思考题习题及思考题 2024/4/22 周一 4-3概概 述述什么是逆变?为什么要逆变?什么是逆变?为什么要逆变?逆变(逆变(invertioninvertion)把直流电转变成交流电,整流的逆过程。把直流电转变成交流电,整流的逆过程。v实实例例:电电力力机机车车再再生生制制动动行行驶驶,机机车车的的动动能能转转变变为为电电能能,反反
2、送送到到交交流流电电网网中中去。去。逆变电路逆变电路把直流电逆变成交流电的电路。把直流电逆变成交流电的电路。v有源逆变电路有源逆变电路交流侧和电网连结。交流侧和电网连结。应应用用:直直流流可可逆逆调调速速系系统统、交交流流绕绕线线转转子子异异步步电电动动机机串串级级调调速速以以及及高高压压直流输电等。直流输电等。v无源逆变电路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。变流电路的交流侧不与电网联接,而直接接到负载。对对于于可可控控整整流流电电路路,满满足足一一定定条条件件就就可可工工作作于于有有源源逆逆变变,其其电电路路形形式式未未变变,只只是是电电路路工工作作条条件件转转变变。
3、既既可可工工作作在在整整流流状状态态又又可可工工作作在在逆逆变变状状态态的电路又称为变流电路。的电路又称为变流电路。2024/4/22 周一 4-4理解和掌握单相、三相有源逆变电路的理解和掌握单相、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。的功率因数及其改善的方法。重点:波形分析法,有源逆变的条件和重点:波形分析法,有源逆变的条件和有源逆变失败的原因。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(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)。等各项问题)。要要 求求 及及 重重 点点1.
4、整流与逆整流与逆变的关系的关系 前前面面一一章章讨论的的是是把把交交流流电能能通通过晶晶闸管管变换为直直流流电能能并并供供给负载的的可可控控整整流流电路路。但但生生产实际中中,往往往往还会会出出现需需要要将将直直流流电能能变换为交交流流电能能的的情情况况。例例如如,应用用晶晶闸管管的的电力力机机车,当当机机车下下坡坡运运行行时,机机车上上的的直直流流电机机将将由由于于机机械械能能的的作作用用作作为直直流流发电机机运运行行,此此时就就需需要要将将直直流流电能能变换为交交流流电能能回回送送电网网,以以实现电机机制制动。又又如如,运运转中中的的直直流流电机机,要要实现快快速速制制动,较理理想想的的办
5、法法是是将将该直直流流电机机作作为直直流流发电机机运运行行,并并利利用用晶晶闸管管将将直直流流电能能变换为交交流流电能能回回送送电网网,从而从而实现直流直流电机的机的发电机制机制动。一、一、有源逆变电路的工作原理(有源逆变电路的工作原理(概念)概念)相相对于于整整流流而而言言,逆逆变是是它它的的逆逆过程程,一一般般习惯于于称称整整流流为顺变,则逆逆变的的含含义就就十十分分明明显了了。下下面面的的有有关关分分析析将将会会说明明,整整流流装装置置在在满足足一一定定条条件件下下可可以以作作为逆逆变装装置置应用用。即即同同一一套套电路路,既既可可以以工工作作在在整整流流状状态,也也可可以以工工作作在在
6、逆逆变状状态,这样的的电路路统称称为变流装置。流装置。变流流装装置置如如果果工工作作在在逆逆变状状态,其其交交流流侧接接在在交交流流电网网上上,电网网成成为负载,在在运运行行中中将将直直流流电能能变换为交交流流电能能并并回回送送到到电网网中中去去,这样的的逆逆变称称为“有有源源逆逆变”。如如果果逆逆变状状态下下的的变流流装装置置,其其交交流流侧接接至至交交流流负载,在在运运行行中中将将直直流流电能能变换为某某一一频率率或或可可调频率率的的交交流流电能能供供给负载,这样的的逆逆变则称称为“无源逆无源逆变”或或变频电路路。1.整流与逆整流与逆变的关系的关系图2-2 两个两个电源源间能量的能量的传送
7、送(a)同极性同极性连接接E1E2;(b)同极性同极性连接接E2E1;(c)反极性反极性连接接 2.2.电源电源间能量的变换关系间能量的变换关系一、一、有源逆变电路的工作原理(有源逆变电路的工作原理(概念)概念)图(a)表表示示直直流流电源源E1和和E2同同极极性性相相连。当当E1E2时,回回路路中中的的电流流为 式式中中R为回回路路的的总电阻阻。此此时电源源E1输出出电能能E1I,其其中中一一部部分分为R所所消消耗耗的的I2R,其其余余部部分分则为电源源E2所所吸吸收收的的E2I。注注意意上上述述情情况况中中,输出出电能能的的电源源其其电势方向与方向与电流方向一致,而吸收流方向一致,而吸收电
8、能的能的电源源则二者方向相反。二者方向相反。2.电源源间能量的能量的变换关系关系 在在(b)中中,两两个个电源源的的极极性性均均与与图中中相相反反,但但还是是属属于于两两个个电源源同同极极性性相相连的形式。如果的形式。如果电源源E2E1,则电流方向如流方向如图,回路中的,回路中的电流流 I 为此此时,电源源E2输出出电能,能,电源源E1吸收吸收电能能2.电源源间能量的能量的变换关系关系在在图(c)中,两个中,两个电源反极性相源反极性相连,则电路中的路中的电流流 I 为此此时电源源E1和和E2均均输出出电能能,输出出的的电能能全全部部消消耗耗在在电阻阻R上上。如如果果电阻阻值很很小小,则电路中的
9、路中的电流必然很大;若流必然很大;若R=0,则形成两个形成两个电源短路的情况。源短路的情况。2.电源源间能量的能量的变换关系关系 综上所述,上所述,可得出以下可得出以下结论:(1)两两电源源同同极极性性相相连,电流流总是是从从高高电势流流向向低低电势电源源,其其电流流的的大大小小取取决决于于两两个个电势之之差差与与回回路路总电阻阻的的比比值。如如果果回回路路电阻阻很很小小,则很很小小的的电势差差也也足足以以形形成成较大大的的电流流,两两电源源之之间发生生较大能量的交大能量的交换。(2)电流流从从电源源的的正正极极流流出出,该电源源输出出电能能;而而电流流从从电源源的的正正极极流流入入,该电源源
10、吸吸收收电能能。电源源输出出或或吸吸收收功功率率的的大大小小由由电势与与电流流的的乘乘积来来决决定定,若若电势或或者者电流流方方向向改改变,则电能能的的传送送方方向向也随之改也随之改变。(3)两两个个电源源反反极极性性相相连,如如果果电路路的的总电阻阻很很小小,将将形形成成电源源间的短路,的短路,应当避免当避免发生生这种情况。种情况。2.电源源间能量的能量的变换关系关系图 2-3 直流卷直流卷扬系系统(a)提升重物;提升重物;(b)放下重物放下重物 3.3.有源逆变电路的工作原理有源逆变电路的工作原理 一、一、有源逆变电路的工作原理(有源逆变电路的工作原理(概念)概念)3.1 整流工作状整流工
11、作状态(0/2)由由第第章章的的学学习已已知知,对于于单相相全全控控整整流流桥,当当控控制制角角在在0/2之之间的的某某个个对应角角度度触触发晶晶闸管管时,上上述述变流流电路路输出出的的直直流流平平均均电压为Ud=Udo cos,因因为此此时均均小小于于/2,故故Ud为正正值。在在该电压作作用用下下,直直流流电机机转动,卷卷扬机机将将重重物物提提升升起起来来,直直流流电机机转动产生生的的反反电势为ED,且且ED略略小小于于输出直流平均出直流平均电压Ud,此,此时电枢回路的枢回路的电流流为 3.有源逆有源逆变电路的工作原理路的工作原理 3.2 中中间状状态(=/2)当当卷卷扬机机将将重重物物提提
12、升升到到要要求求高高度度时,自自然然就就需需在在某某个个位位置置停停住住,这时只只要要将将控控制制角角调到到等等于于/2的的位位置置,变流流器器输出出电压波波形形中中,其其正正、负面面积相相等等,电压平平均均值Ud为零零,电动机机停停转(实际上上采采用用电磁磁抱抱闸断断电制制动),反反电势ED也也同同时为零零。此此时,虽然然Ud为零零,但但仍仍有有微微小小的的直直流流电流流存存在在。注注意意,此此时电路路处于于动态平平衡衡状状态,与与电路路切切断断、电动机机停停转具有本具有本质的不同。的不同。3.有源逆有源逆变电路的工作原理路的工作原理 3.3 有源逆有源逆变工作状工作状态(/2)上上述述卷卷
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