汽车电力电子及电力驱动-6方案课件.ppt
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1、2023/3/29,云南机电职业技术学院,4-0,有源逆变,2023/3/29,云南机电职业技术学院,4-1,概 述,什么是逆变?为什么要逆变?逆变(invertion)把直流电转变成交流电,整流的逆过程。实例:电力机车再生制动行驶,机车的动能转变为电能,反送到交流电网中去。逆变电路把直流电逆变成交流电的电路。有源逆变电路交流侧和电网连结。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。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。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。既可工作在整流状态又可工作在逆变状态的
2、电路又称为变流电路。,2023/3/29,云南机电职业技术学院,4-2,一、有源逆变的概念1、直流发电机电动机系统电能的流转,图a M电动运转,EGEM,电流Id从G流向M,M吸收电功率。,图b 回馈制动状态,M作发电运转,此时,EMEG,电流反向,从M流向G。故M输出电功率,G则吸收电功率,M轴上输入的机械能转变为电能反送给G。,4.1 有源逆变电路的工作原理(概念),2023/3/29,云南机电职业技术学院,4-3,2、变流电路 电动机系统电能的流转用单相全波电路代替上述发电机,单相全波电路的整流和逆变,Ud可通过改变来进行调节,逆变状态时Ud为负值,逆变时 在/2 之间。,2023/3/
3、29,云南机电职业技术学院,4-4,3、实现有源逆变的条件从上述分析中,可以归纳出要实现有源逆变,必须满足下列条件:(1)有直流电动势,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。(2)晶闸管的控制角/2,使Ud为负值。半控桥或输出端有续流二极管的电路,因其整流电压ud不能出现负值,也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。,2023/3/29,云南机电职业技术学院,4-5,4、改变电枢电势 E 极性的方法(1)某些机械能随着工况的不同自动改变E的 极性(如直流卷扬机)。(2)改变励磁电流方向。(3)反接电枢回路。在可逆拖动系统中,
4、通常采用两套变流器相互切换。,2023/3/29,云南机电职业技术学院,4-6,5、逆变角 为了方便,电路进入逆变状态时,通常用逆变角(或称引前触发角)表示相控角度。规定:角计算的起始点为控制角=处,计算方法为:自=(=0)的起始点向左方计量。、的关系:=或=,2023/3/29,云南机电职业技术学院,4-7,二、单相桥式有源逆变电路1、变流器工作于整流状态(0 2)Ud 0,E 0,Ud E,M工作于电动状态,2023/3/29,云南机电职业技术学院,4-8,2、变流器工作于逆变状态(2)电动机工作于发电状态,由于Id方向不能改变,因而要求:E 0(反极性),Ud 0(反极性)且Ud E,2
5、023/3/29,云南机电职业技术学院,4-9,3、单相桥式电路逆变电压的计算变流器直流侧电压计算公式考虑换相重叠角其它的电量,如负载电流平均值、晶闸管电流平均值和有效值,变压器的容量计算等,均可按照整流电路的计算原则进行。,2023/3/29,云南机电职业技术学院,4-10,本章内容,4.1 有源逆变电路的工作原理(概念)4.2 三相有源逆变电路4.3 有源逆变的应用4.4 整流电路的谐波和功率因数4.6 变流电路的功率因数及改善方法,2023/3/29,云南机电职业技术学院,4-11,4.2 三相有源逆变电路,一、三相半波有源逆变电路1、变流器工作于整流状态(0 2)Ud 0,E 0,Ud
6、 E,M工作于电动状态,2023/3/29,云南机电职业技术学院,4-12,三相半波有源逆变电路(续),2、变流器工作于逆变状态(2)电动机工作于发电状态,由于Id方向不能改变,因而要求:Ud 0(反极性),E 0(反极性)Ud E,2023/3/29,云南机电职业技术学院,4-13,三相半波有源逆变电路(续),2023/3/29,云南机电职业技术学院,4-14,3、三相半波电路逆变电压的计算变流器直流侧电压计算公式考虑换相重叠角其它的电量,如负载电流平均值、晶闸管电流平均值和有效值,变压器的容量计算等,均可按照整流电路的计算原则进行。,2023/3/29,云南机电职业技术学院,4-15,二、
7、三相桥式全控有源逆变电路,1、变流器工作于逆变状态(2)Ud 0,E 0 Ud E,2023/3/29,云南机电职业技术学院,4-16,2、三相桥式电路逆变电压的计算变流器直流侧电压计算公式考虑换相重叠角其它的电量,如负载电流平均值、晶闸管电流平均值和有效值,变压器的容量计算等,均可按照整流电路的计算原则进行。,2023/3/29,云南机电职业技术学院,4-17,三、逆 变 失 败及最小逆变角的限制,1、定义:逆变运行时,一旦发生换相失败,使整流电路由逆变工作状态进入整流工作状态,Ud又重新变成正值,使输出平均电压和直流电势变成顺向串联,外接的直流电源通过SCR电路形成短路,这种情况称为逆变失
8、败,或称为逆变颠覆。,2023/3/29,云南机电职业技术学院,4-18,2、逆变失败的原因,(1)触发脉冲丢失T2的触发脉冲Ug2丢失,2023/3/29,云南机电职业技术学院,4-19,2、逆变失败的原因(续),(2)触发脉冲延迟T2的触发脉冲Ug2延迟,2023/3/29,云南机电职业技术学院,4-20,2、逆变失败的原因(续),(3)晶闸管发生故障(指晶闸管失去阻断能力或失去导通能力)T3失去阻断能力,2023/3/29,云南机电职业技术学院,4-21,2、逆变失败的原因(续),(4)换相的裕量角不足,2023/3/29,云南机电职业技术学院,4-22,2、逆变失败的原因(续),(5)
9、交流电源发生异常现象,如 交流电源突然断电 交流电源电压太低 交流电源缺相 不论什么原因,逆变失败的后果都是造成电流急剧上升!,2023/3/29,云南机电职业技术学院,4-23,3、避免逆变失败的措施,(1)预防措施采用可靠的触发电路;选用可靠的SCR,防止误导通;逆变角 不能太小,必须限制在某一允许的最小角度内。(2)保护措施:装快速熔断器或快速开关;,2023/3/29,云南机电职业技术学院,4-24,4、确定最小逆变角 min 的依据,(1)最小逆变角 min=+:SCR的关断时间 tq 折合的电角度,叫恢复阻断角,=tq:换相重叠角(约为1520):安全裕量角(一般取10)tq约为2
10、00300s,折算成电角度约45最小角一般可取3035。角越大,逆变越可靠,但功率因数越低!,2023/3/29,云南机电职业技术学院,4-25,例 4-1,三相全控桥式整流电路接阻感反电势负载。已知整流变压器副边线电压 UAB=220V,交流侧电感LB=0.5mH,R=2,E=-290V,=150,=100,Ld足够大,求直流端电压、电流和交流电源的功率因数KP。解:交流侧电抗为 输出直流平均电压为 输出电压又可表示为 所以,2023/3/29,云南机电职业技术学院,4-26,例 4-1(续),负载侧的功率为负载功率为负值,表明负载侧实际是供出电能回馈到电网的。Pd又可解为 所以交流电源的功
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