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1、2023/3/5,1,第2章 换流理论与特性方程,逆变,有源逆变电路交流侧和电网连结,无源逆变电路变流电路的交流侧直接接到负载,2023/3/5,2,一、无源逆变,1.工作原理,逆变的条件：1.要有直流电源Ud 2.要有开关组S1、S2、S3、S4,2023/3/5,3,2.电压型逆变电路,电压型逆变电路：直流侧是电压源。,电压型逆变电路的特点 直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动。由于直流电压源的钳位作用，输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同。,2023/3/5,4,3.电流型逆变电路,电流型逆变电路：直流侧是电流源,电流型逆变电路主要特点 直流侧串大电感，电流基本无脉
2、动，相当于电流源。交流输出电流为矩形波，与负载阻抗角无关，输出电压波形和相位因负载不同而不同。,2023/3/5,5,二、有源逆变,V1/V6导通,uac0,当V1触发角为30度,当V1触发瞬间,电感L被充电uac uL 0,负载电压ud=uac0,2023/3/5,6,二、有源逆变,w,u,d,u,ab,u,ac,u,bc,u,ba,u,ca,u,cb,u,ab,u,ac,O,t,当V1触发瞬间，uV10，V1/V6导通,负载电压ud=uac0,当V1触发角为150度,当V1触发瞬间,uac0,电感L放电uL uac 0,2023/3/5,7,2023/3/5,8,a90,a90,整流器,逆
3、变器,2023/3/5,9,+,-,+,-,条件1,条件1,条件3,有源逆变运行要求存在如下三个条件：一个反极性的直流电源以提供连续的单向(即通过开关器件从阳极流向阴极)电流；一个提供触发延迟超过90的全控整流（Ud0）电路。一个提供换相电压(换相短路电流)的有源交流系统；,2023/3/5,10,+,-,+,-,整流器,整流器,a 90,a 90,注意：电源的顺向串联将造成短路，输出功率全部被直流线路的电阻吸收，这种情况在直流系统中是不允许出现。因此，HVDC的两端换流站在潮流发转过程中应进行及时通信。,2023/3/5,11,逆变器的换相过程,2023/3/5,12,不同逆变角时的输出电压
4、波形及晶闸管两端电压波形,图2-46 三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形,2023/3/5,13,直流侧电压波形,2023/3/5,14,晶闸管电流和交流侧电流波形,2023/3/5,15,有源逆变状态时各电量的计算：,单桥逆变器因电路结构如同整流器，阀触发角方式也一样，因此其交直流侧电压电流波形、数值大小一样。逆变器电压公式用角来表示，则：,负号表示方向,2023/3/5,16,2023/3/5,17,有源逆变状态时各电量的计算：,2023/3/5,18,三、逆变器交直流数量关系表达式,1.若不考虑换相重叠现象，则,2.若考虑换相重叠现象，则,可见，从整流器转向逆变的转折点所对应
5、的触发角有下式确定,可见，叠弧现象的影响是转折点 变成,整流器与逆变器的转折点,2023/3/5,19,三、逆变器交直流数量关系表达式,1.若不考虑换相重叠现象，则,2.若考虑换相重叠现象，则,可见，从整流器转向逆变的转折点所对应的触发角有下式确定,可见，叠弧现象的影响是转折点 变成,整流器与逆变器的转折点,a转折点为90,2023/3/5,20,为描述整流器工作方式，我们用了以下几个角度：触发延迟角；叠弧角；熄弧延迟角。,换流的几个角度,以晶闸管3为例：,触发角从b相电压在三相电压中开始最大开算算起,从其换相电压uba为零时刻算起,2023/3/5,21,a电压最高wt=30,b电压最高wt
6、=150,c电压最高wt=270,c电压最低wt=90,a电压最低wt=210,b电压最高wt=330,自然换向点，是各相晶闸管能导通的最早时刻，将其作为晶闸管控制角的起点,2023/3/5,22,触发延迟角；叠弧角；熄弧延迟角。,换流的几个角度,以晶闸管3为例：,2023/3/5,23,与整流器类似，逆变器的工作方式也可用同样定义的和来描述。但是与整流器不同的是，逆变器的和值在90至180之间。在实际应用中，通常用触发超前角和熄弧超前角来描述逆变器的性能。,1）触发角 定义同整流器,逆变器的几种角度,2）触发超前角,3）熄弧超前角,落后于自然换相点180处到晶闸管门极获得触发信号处对应的电角
7、度，,规定从阀关断到阀上阳极电压持续为负的时间所对应的电角度。,2023/3/5,24,120,120,120,120,2023/3/5,25,若逆变器电压公式用角来表示，则：,逆变等效电路,2023/3/5,26,逆变器的等效电路图（Vd为正）,2023/3/5,27,逆变器的等效电路图（Vd为正）,2023/3/5,28,逆变失败逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大短路电流。逆变失败的原因触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相。晶闸管发生故障，该断
8、时不断，或该通时不通。交流电源缺相或突然消失。换相的裕度角不足，引起换相失败。,逆变失败与最小逆变角的限制,2023/3/5,29,1.逆变失败产生的原因（1）触发电路工作不可靠,逆变失败的原因及最小逆变角的限制,脉冲丢失,触发脉冲延迟,2023/3/5,30,（2）晶闸管发生故障,由于各种原因造成晶闸管故障，从而使晶闸管应该阻断时不能阻断，应该导通时不能导通，造成逆变失败，如图,2023/3/5,31,（3）交流电源发生异常,在逆变工作状态时，如果交流电源突然停电、缺相或电源电压降低，由于直流电动势E的存在，晶闸管仍可导通，此时电路的交流侧由于失去了同直流电动势极性相反的交流电压，因此直流电
9、动势将通过晶闸管使电路短路。,2023/3/5,32,图2-47 交流侧电抗对逆变换相过程的影响,u,d,O,O,i,d,w,t,w,t,u,a,u,b,u,c,u,a,u,b,p,b,g,b,g,a,g,b,b,g,i,VT,1,i,VT,i,VT,3,i,VT,i,VT,3,2,2,如果b 时（从图右下角的波形中可清楚地看到），该通的晶闸管（VT1）会关断，而应关断的晶闸管（VT3)不能关断，最终导致逆变失败。,当b 时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。,（4）换相裕量不足,2023/3/5,33,逆变时允许采用的最小逆变角b 应等于 bmin=d+g+q,d 晶闸管的关断时间tq折合的电角度,换相重叠角,q安全裕量角,tq大的可达200300ms，折算到电角度约45。,随直流平均电流和换相电抗的增加而增大。,主要针对脉冲不对称程度（一般可达5）。值约取为10。,最小逆变角min的确定,最小逆变角min一般取3035,2023/3/5,34,谢谢大家！,
