2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 12.7 有源逆变电路一. 什么是逆变？为什么要逆变？逆变把直流电转变成交流电，整流的逆向变化过程。为什么要逆变？驱动电力机车的直流电机直流电能 机械能电动机交流 直流整流要求 Ud EM电力电子技术第2章整流电路2.7.1 逆变的概念2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 2需要一个逆变电路把直流电逆变成交流电的电路。电力机车刹车或下坡行驶时，机车的机械能直流电能，反送到交流电网中去节能（效果显著）一. 什么是逆变？为什么要逆变？2.7.1 逆变的概念电力电子技术第2章整流电路 2.7 有源逆变电路2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 3二.逆变产生的条件电力机车刹车或下坡行驶时，直流电机作发电机运行由于晶闸管的单向导通特性，要求 EM 反极性两电动势顺向串联，向电阻RS供电，G和M均输出功率，由于RS一般都很小，实际上形成短路，在工作中必须严防这类事故发生。?但是：Id 与EM 方向关系如何？ 相同2.7.1 逆变的概念电力电子技术第2章整流电路 2.7 有源逆变电路2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 4Ud 为负！且 Ud p / 2，使Ud为负值。内部条件逆变产生的条件（P81）二.逆变产生的条件2.7.1 逆变的概念电力电子技术第2章整流电路 2.7 有源逆变电路2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 5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。变流电路既工作在整流状态又工作在逆变状态。表示变流装置、换流装置、换流器，二.逆变产生的条件2.7.1 逆变的概念电力电子技术第2章整流电路 2.7 有源逆变电路2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 6逆变角b：自a = p的点向左计量的角，动画2.7.2 三相有源逆变电路一. 三相半波电路工作于有源逆变状态电力电子技术第2章整流电路 2.7 有源逆变电路b =p-a把ap/2时的控制角用b表示。三相半波电路工作于有源逆变状态时波形如动画所示。2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 7动画电力电子技术第2章整流电路 2.7 有源逆变电路2.7.2 三相有源逆变电路二. 三相桥式电路工作于有源逆变状态uab uac ubc uba uca ucb uab uac ubc uba uca ucb uab uac ubc uba uca ucb uab uac ubcua ub uc ua ub uc ua ub uc ua ubu2udwtOwtOb = pi4b = pi3 b = pi6b = pi4b = pi3 b = pi6wt1 wt3wt2逆变和整流的区别：控制角不同0 g：换相重叠角的影响：2.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制电力电子技术第2章整流电路 2.7 有源逆变电路换相结束时，uvuu VT1能承受反压而关断。2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 11由于uuuv ，该通的晶闸管VT2会关断，而应关断的晶闸管VT1不能关断，最终导致逆变失败。电力电子技术第2章整流电路 2.7 有源逆变电路b p/2），EMUdb(下标中b表示逆变，N表示反组）一.直流可逆电力拖动系统电力电子技术第2章整流电路 2.8 晶闸管直流电动机系统2.8.3 有源逆变电路应用举例2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 21第3象限：反转，电动机作电动运行，反组桥工作在整流状态，aN p/2），EMUdb直流可逆拖动系统，除能方便地实现正反转外，还能实现电动机的回馈制动一.直流可逆电力拖动系统电力电子技术第2章整流电路 2.8 晶闸管直流电动机系统2.8.3 有源逆变电路应用举例2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 23二.交流串级调速三.高压直流输电电力电子技术第2章整流电路 2.8 晶闸管直流电动机系统2.8.3 有源逆变电路应用举例2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 24世界首个特高压直流工程2010年有望建成作者：南永哲来源:本报日期：2005-11-23http:/www.cinn.cn/show.asp?ClassID=83&id=21496南方电网有限公司日前透露，2010年，南方电网将完成世界上第一个800千伏特高压直流输电工程-云广特直流工程的建设。据悉，该工程的建设将以中方为主，实现特高压直流输电工程科研、系统研究、成套设计、工程设计和设备制造的自主化，设备国产化率将达到60%。据了解，云广800千伏直流输电工程是南方电网特高压输电网络规划方案在十一五的实施，是南方电网十一五云电送粤主要输电通道，主要输送云南小湾、金安桥水电站的电力到广东的负荷中心。工程可开发云南丰富的能源资源尤其是调节性能较好的大型水电向广东送电，是促进区域资源优化配置的需要，也是南方电网电源结构调整的需要，有利于促进南方电网电源结构的调整和优化，以及电网的经济运行。2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 251. 高压直流输电的基本原理两端供电系统（各种类型的断路器都还处于研制阶段，直流输电系统不能像交流系统一样构成各种复杂网络）电力电子技术第2章整流电路 2.8 晶闸管直流电动机系统2.8.3 有源逆变电路应用举例2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 262. 高压直流输电的优点输送相同功率时，直流输电线路造价低交流输电 直流输电三根输电导线 两根或一根输电导线省铜、绝缘子、钢材电缆绝缘耐电强度低电缆绝缘耐电强度高35kV交流电缆可当作220kV交流电缆线路有功损耗小，无功损耗为零分布电感、分布电容在交流电路中不断地充放电，引起附加损耗在直流电路中电压电流恒定，无附加损耗电力电子技术第2章整流电路 2.8 晶闸管直流电动机系统2.8.3 有源逆变电路应用举例2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 27输送电能的大小、方向便于控制；易于解决交流系统的稳定问题（“背靠背”换流方式）只输送有功功率，不输送无功功率丰水期时，向华东地区送电枯水期时，向长江上游送电电力电子技术第2章整流电路 2.8 晶闸管直流电动机系统2.8.3 有源逆变电路应用举例2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 28目前晶闸管制造水平：元件耐压：8000V电流：5000A已投运的单个晶闸管：元件耐压：5200V电流：4100A换流阀是多个元件的串并联，需均压、均流保护4。高压直流输电的缺点换流站设备昂贵换流变压器 占整个直流输电工程投资的25%换流阀 占整个直流输电工程投资的30%2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 29换流装置是一谐波源直流输电系统的交流侧、直流侧要分别装设交、直流滤波器（使投资增大）换流装置几乎无过载能力对直流系统运行不利以大地作回路的直流系统，运行时对沿途的金属构件、管道有腐蚀作用以大地作回路的直流系统，运行时对航海导航仪表有腐蚀作用电力电子技术第2章整流电路 2.8 晶闸管直流电动机系统2.8.3 有源逆变电路应用举例2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 30相控电路：通过控制触发角的大小即控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小晶闸管可控整流电路、采用晶闸管相控方式时的交流电力变换电路和交交变频电路相控电路的驱动控制:电力电子技术第2章整流电路2.9 相控电路的驱动控制保证按触发角的大小在正确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。以保证相控电路的正常工作。2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 312.9.1 同步信号为锯齿波的触发电路三个基本环节：脉冲的形成与放大、锯齿波的形成、脉冲移相、同步环节。此外，还有强触发和双窄脉冲形成环节。电力电子技术第2章整流电路 2.9相控电路的驱动控制应用最多。常用的还有正弦波同步电路2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 32脉冲形成脉冲放大同步电路 锯齿波形成电路恒流源充电电路+50V电源同步变压器V5、V6或门双脉冲形成改变a大小的控制电压输入P91电力电子技术第2章整流电路 2.9相控电路的驱动控制2.9.1 同步信号为锯齿波的触发电路2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 33v可靠性高，技术性能好，体积小，功耗低，调试方便v晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及，已逐步取代分立式电路目前国内常用的有KJ系列和KC系列，以KJ系列为例电力电子技术第2章整流电路 2.9相控电路的驱动控制2.9.2 集成触发器2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 34同步同步信号锯齿波形成 a移相脉冲形成脉冲分选脉冲放大改变a大小的控制电压KJ004 与分立元件的锯齿波移相触发电路相似2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 35三相全控桥整流电路的集成触发电路12只二极管构成6个或门，将6路单脉冲6路双脉冲六个晶体管进行脉冲放大1个KJ004输出2个相位相隔180的触发脉冲2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 36模拟与数字触发电路以上触发电路为模拟的，优点：结构简单、可靠，缺点：易受电网电压影响，触发脉冲不对称度较高，可达3 4 ，精度低数字触发电路：脉冲对称度很好，如基于8位单片机的数字触发器精度可达0.7 1.5 电力电子技术第2章整流电路 2.9相控电路的驱动控制2.9.2 集成触发器2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 37触发电路的定相触发电路应保证每个晶闸管触发脉冲与施加于晶闸管的交流电压保持固定、正确的相位关系措施：同步变压器原边接入为主电路供电的电网，保证频率一致触发电路定相的关键是确定同步信号与晶闸管阳极电压的关系电力电子技术第2章整流电路 2.9相控电路的驱动控制2.9.3 触发电路的定相2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 38v三相桥变流电路，采用锯齿波同步触发电路时的情况同步信号负半周的起点对应于锯齿波的起点，通常使锯齿波的上升段为240 ，上升段起始的30 和终了的30 线性度不好，舍去不用，使用中间的180 。锯齿波的中点与同步信号的300 位置对应使uco=0的触发角a 为90 。当a 90 时为逆变工作将a =90 确定为锯齿波的中点。于是a =90 与同步电压的300 对应。对于三相桥，a =90 对应于uu的120 的位置，则同步信号的180 与uu的0 对应，说明VT1的同步电压应滞后于uu 180 2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 39变压器接法：主电路整流变压器为 D,y11 联结，同步变压器为D,y5-11 联结电力电子技术第2章整流电路 2.9相控电路的驱动控制2.9.3 触发电路的定相2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 40表2-4 三相全控桥各晶闸管的同步电压晶闸管 VT1 VT2 VT3 VT4 VT5 VT6主电路电压+uu -uw +uv -uu +uw -uv同步电压 -usu +usw -usv +usu -usw +usv电力电子技术第2章整流电路 2.9相控电路的驱动控制2.9.3 触发电路的定相2008-5-14 上海电力学院电子技术教研室 41v为防止电网电压波形畸变对触发电路产生干扰，可对同步电压进行R-C滤波，当R-C滤波器滞后角为60 时，同步电压选取结果如表2