第四章有源逆变

有源逆变一、单相有源逆变电路逆变电路的分类整流是把交流电变换成直流电供应负载，则，能不能反过来，利用相控整流电路把直流电变为交流电呢？完全可以。

我们把这种整流的逆过程称为逆变。

在许多场合，同一套晶闸管或其它可控电力电子变流电路既可作逆变，这种装置称为变流装置或变流器。

根据逆变输出交流电能去向的不同，所有逆变电路又分为有源逆变和无源逆变两种。

前者以电网为负载，即逆变输出的交流电能回送到电网，后者则以用电器为负载，如交流电机、电炉等。

变流器的两种工作状态用单相桥式可控整流电路能替代发电机给直流电动机供电，为使电流连续而平稳，在回路中串接大电感Ld称为平波电抗器。

这样，一个由单相桥式可控整流电路供电的晶闸管－直流电动机系统就形成了。

在正常情况下，它有两种工作状态，其电压电流波形分别示于图3－1、图3－2中。

1.变流器工作于整流状态〔0<a<p /2〕在图3－1中，设变流器工作于整流状态。

由单相全控整流电路的分析可知，大电感负载在整流状态时U d＝0.9U2cosa，控制角的移相围为0～90 ° ，U d为正值，P点电位高于N点电位，并且U d应大于电动机的反电势E，才能使变流器输出电能供应电动机作电机运行。

此时，电能由交流电网流向直流电源〔即直流电动机M的反电势E〕。

图3－12.变流器工作与逆变状态〔p /2<a<p 〕在图3－2中，设电机M作发电机运行〔再生制动〕，但由于晶闸管元件的单向导电性，回路电流不能反向，欲改变电能的传送方向，只有改变电机输出电压的极性。

在图3－2中，反电势E的极性已反了过来，为了实现电动机的再生制动运行，整流电路必须吸收电能反应回电网，也就是说，整流电路直流侧电压平均值U d也必须反过来，即U d为负值，P点电位低于N点电位且电机电势E应大于U d。

此时电路电能的流向与整流时相反，电动机输出电功率，为发电机工作状态，电位则作为负载吸收电功率，实现了有源逆变。

第四章有源逆变电路习题与思考题解4-1．逆变电路必须具有什么条件才干进行逆变工作？解：逆变电路必须同步具有下述两个条件才干产生有源逆变：1 变流电路直流侧应具有能提供逆变能量旳直流电源电势E d，其极性应与晶闸管旳导电电流方向一致。

2. 变流电路输出旳直流平均电压U d旳极性必须为负（相对于整流时定义旳极性），以保证与直流电源电势E d构成同极性相连，且满足U d<E d。

4-2单相全控桥式逆变电路与单相桥式（二极管）整流电路有何差别？与否所有旳整流电路都可以用来作为逆变电路？解：单相全控桥式逆变电路是DC／AC变换电路，是单相全控桥式变流电路工作于逆变状态，其负载为反电动势负载，控制角为α>90°旳状况。

单相桥式（二极管）整流电路是AC／DC 变换电路，是单纯旳整流电路，相称于单相全控桥式变流电路工作于整流状态，控制角α=0°时旳状况。

不是所有旳整流电路都可以用来作为逆变电路。

例如，单相、三相半控桥式变流电路，带续流二极管旳变流电路都只能工作于整流状态，不能用来作为逆变电路。

4-3．逆变电路工作时为什么会产生短路事故？解：变流器工作在逆变状态时，如果因丢失脉冲、移相角超过范畴、甚至突发电源缺相或断相等状况时，均有也许发生换相失败，将使变流器输出旳直流电压U d进入正半周范畴，U d旳极性由负变正，与直流侧直流电源电势E d形成顺向串联，导致短路事故（因逆变电路旳内阻R很小）。

这种状况称为逆变失败。

或称为逆变颠覆。

4-4．为什么要限制逆变角旳最小值βmin？选择βmin值时应考虑哪些因素？解：为了避免逆变电路发生逆变失败，因此，必须限制逆变角旳最小值βmin。

最小逆变角βmin旳选用要考虑三个因素，即换相重叠角γ；晶闸管关断时间t off 相应旳电角度δ；安全裕量角θ0。

故有βmin ≥γ+δ+θ04-5．在图4-2（c ）中，当α>90°时,为什么必须E d >U d 才干正常逆变工作，E d 与U d 间旳差值由何因素决定。

第四章 有源逆变电路内容提要与目的要求1．了解逆变的概念，掌握逆变的条件。

2．掌握三相半波、三相全控桥式逆变电路的工作原理和波形分析。

3．掌握U d =f(β)的关系及有关参数计算。

4．掌握逆变失败的原因和最小逆变角βmin 限制。

5．了解有源逆变应用（有环流反并联可逆系统、无环流反并联可逆系统）。

第一节 逆变的概念一、整流与逆变1．整流 把交流电变成直流电的过程称为整流。

2．逆变 把直流电变成其他频率交流电的过程称为逆变。

3．逆变分类 有源逆变和无源逆变1）有源逆变 把直流电逆变成交流电反送电网，称为有源逆变。

2）无源逆变 把直流电逆变成交流电供给负载，称为无源逆变。

在实际应用中，有源逆变主要用于直流电动机的可逆调速，绕线式异步电动机的串级调速，高压直流输电等。

蓄电池、干电池、太阳能电池等都是直流电源，当需要这些电源向交流负载供电时，就需要无源逆变电路，无源逆变电路的应用非常广泛。

二、G-M 发电机电动机机组的能量转换功率的传递两个直流电源E 1和E 2可有三种相连的电路形式，如图3-1所示。

a) 两电源同极性相接 b) 两电源同极性另一接法 c) 两电源反极性相接图3-1 两直流电源间的功率传递图3-1a 两电源同极性相接，设E 1 ＞E 2 ，电流I 从E 1流向E 2 ，大小为RE E I 21-= (3-1) 式中R 为回路总电阻。

电源E 1发出的功率P 1=E 1I ，电源E 2吸取的功率P 2= E 2I ，电阻消耗的功率P R =（E 1－E 2）I = I 2R 。

图3-1b 是将两电源极性反过来，同时E 2 ＞E 1 ，则电流方向不变，但功率反送。

图3-1c 则为两电源反极性相连，这时电流大小为RE E I 21+= (3-2)相当于两个电源顺极性相接向电阻R供电，此时两电源都输出功率，P1=E1I，P2=E2I；电阻上消耗的功率P R =（E1+E2）I。

如果电阻R仅为回路电阻，数值很小，则会形成很大的电流I，实际上相当于两个电源间短路。