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1、2.4 有源逆变电路逆变逆变将直流电转变成交流电，整流的逆过程。将直流电转变成交流电，整流的逆过程。有源逆变电路有源逆变电路交流侧和电网联接。交流侧和电网联接。无源逆变电路无源逆变电路交流侧直接接到负载。交流侧直接接到负载。有源逆变电路应用：直流可逆调速系统、交流绕线转子异有源逆变电路应用：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。步电动机串级调速以及高压直流输电等。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的变变流流装装置置，称称为为变流器。变流器。2.4.1 有源逆变产生的条件直流发电机直流发电机电动机系统电能的流转电动机系统电能的
2、流转两个电动势同极性相接时，电流（功率）总是从电动势高的流向低两个电动势同极性相接时，电流（功率）总是从电动势高的流向低的。的。对于晶闸管整流电路，只能通过改变输出直流电压方向实现逆变。对于晶闸管整流电路，只能通过改变输出直流电压方向实现逆变。a）两电动势同极性）两电动势同极性EG EM b）两电动势同极性）两电动势同极性EM EG c）两电动势反极性，形成短路）两电动势反极性，形成短路2.4.1 有源逆变产生的条件相控整流电路的逆变工作条件：相控整流电路的逆变工作条件：直直流流侧侧应应有有直直流流电电动动势势，提提供供逆逆变变能能量量，其其极极性性和和晶晶闸闸管管导导通方向一致，其值大于变流
3、器直流侧平均电压。通方向一致，其值大于变流器直流侧平均电压。晶闸管的控制角晶闸管的控制角/2，Ud0 半半控控桥桥或或有有续续流流二二极极管管的的电电路路，不不允允许许直直流流侧侧出出现现负负极极性性的的电电动动势势，故故不不能能实实现现有有源源逆逆变变。欲欲实实现现有有源源逆逆变变，只只能能采用采用全控全控电路。电路。必须有平波电抗器维持电流连续。必须有平波电抗器维持电流连续。2.4.2 三相桥式有源逆变电路逆变和整流的区别：逆变和整流的区别：0 /2 时，电路工作在时，电路工作在整流整流状态。状态。/2 时时，换换相相结结束束后后，ucua，VT3承承受受反反压压而而关断；关断；ua，VT
4、1承承受受反反压压而而关关断断，VT3继继续续导导通通，换相失败。换相失败。2.4.3 逆变失败与最小逆变角的限制最小逆变角最小逆变角min确定的方法确定的方法min=+换相重叠角，随直流平均电流和换相电抗的增加而增大，换相重叠角，随直流平均电流和换相电抗的增加而增大，一般小于一般小于20 。晶闸管的关断时间晶闸管的关断时间tq折合的电角度，折合的电角度，tq大的可达大的可达200300s，折算到电角度约，折算到电角度约4 5。安全裕量角，主要考虑脉冲不对称程度、电网波动等，安全裕量角，主要考虑脉冲不对称程度、电网波动等，一般取一般取10。b bmin一般取一般取30 35。2.6.1 谐波和
5、无功功率分析的基础1.1.谐波谐波l对于周期为对于周期为T=2/的非正弦电压的非正弦电压u(t)满足狄里赫利条件，满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数可分解为傅里叶级数式中式中 n=1,2,3,或或式中，式中，cn、j jn n 、an和和bn的关系为的关系为 2.6.1 谐波和无功功率分析的基础1.1.谐波谐波1.1.谐波谐波基波：基波：在傅里叶级数中，频率与工频相同的分量。在傅里叶级数中，频率与工频相同的分量。谐波谐波：频率为基波频率整数倍（大于：频率为基波频率整数倍（大于1）的分量。）的分量。谐波次数：谐波频率和基波频率的整数比。谐波次数：谐波频率和基波频率的整数比。n次谐波电压含有率以
6、次谐波电压含有率以HRUn（Harmonic Ratio for Un）表示）表示电压谐波总畸变率电压谐波总畸变率THDu（Total Harmonic distortion）2.6.1 谐波和无功功率分析的基础1.1.谐波谐波n次谐波电流含有率以次谐波电流含有率以 HRIn（Harmonic Ratio for In）表示）表示电流谐波总畸变率电流谐波总畸变率 THDi（Total Harmonic distortion）定义为）定义为2.6.1 谐波和无功功率分析的基础2.6.1 谐波和无功功率分析的基础2.2.功率因数功率因数功率因数功率因数正弦电路正弦电路正弦电路正弦电路有功功率：就是
7、其平均功率有功功率：就是其平均功率 视在功率：视在功率：S=UI无功功率：无功功率：Q=U I sin功率因数：功率因数：无功功率无功功率Q与有功功率与有功功率P、视在功率、视在功率S之间关系：之间关系：2.6.1 谐波和无功功率分析的基础2.2.功率因数功率因数功率因数功率因数非正弦电路非正弦电路非正弦电路非正弦电路公用电网中，通常电压的波形畸变很小，但电流波形的畸变可公用电网中，通常电压的波形畸变很小，但电流波形的畸变可能很大，因此假定电压波形为正弦波，电流波形为非正弦波。能很大，因此假定电压波形为正弦波，电流波形为非正弦波。设基波电流有效值为设基波电流有效值为 I1、基波电流与电压的相位
8、差为、基波电流与电压的相位差为1，有功，有功功率为：功率为：功率因数为功率因数为基波因数（畸变因数）基波因数（畸变因数）：=I1/I；位移因数：位移因数：cos12.6.3 整流电路交流侧谐波与无功分析1.单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路忽略换相过程和电流脉动，带忽略换相过程和电流脉动，带阻感负载，直流电感阻感负载，直流电感L为足够为足够大时变压器二次电流波形近似大时变压器二次电流波形近似为理想方波。为理想方波。1.单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路谐波特点：电流中仅含奇次谐波，各次谐波有效值与谐波谐波特点：电流中仅含奇次谐波，各次谐波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值
9、为谐波次数的倒数。次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。n次电流谐波幅值：次电流谐波幅值：基波电流有效值基波电流有效值基波因数为基波因数为n=1,3,5,2.6.3 整流电路交流侧谐波与无功分析1.单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路电流基波与电压的相位差等于电流基波与电压的相位差等于 ，故位移因数为故位移因数为功率因数为功率因数为2.6.3 整流电路交流侧谐波与无功分析2.6.3 整流电路交流侧谐波与无功分析2.三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路阻感负载，忽略换相过程和电阻感负载，忽略换相过程和电流脉动，直流电感流脉动，直流电感L为足够大。为足够大。以以 =30 为例，
10、交流侧电流波为例，交流侧电流波形为正负半周各形为正负半周各120 的方波。的方波。2.2.三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路电流基波和各次谐波有效值分别为电流基波和各次谐波有效值分别为基波因数：基波因数：位移因数：位移因数：功率因数：功率因数：2.6.3 整流电路交流侧谐波与无功分析2.6.4 整流电路直流测谐波分析整流电压、电流中的谐波有如下规律：整流电压、电流中的谐波有如下规律：m脉波整流电压脉波整流电压ud的谐波次数为的谐波次数为mk（k=1，2，3.）次，即）次，即m的倍的倍数次；整流电流的谐波由整流电压的谐波决定，也为数次；整流电流的谐波由整流电压的谐波决定，也为 mk次。次。
11、当当m一定时，随谐波次数增大，谐波幅值迅速减小，表明最低次一定时，随谐波次数增大，谐波幅值迅速减小，表明最低次（m次）谐波是最主要的，其它次数的谐波相对较少；当负载中次）谐波是最主要的，其它次数的谐波相对较少；当负载中有电感时，负载电流谐波幅值的减小更为迅速。有电感时，负载电流谐波幅值的减小更为迅速。m增加时，最低次谐波次数增大，且幅值迅速减小，电压纹波因增加时，最低次谐波次数增大，且幅值迅速减小，电压纹波因数迅速下降。数迅速下降。2.4.1 有源逆变产生的条件相控整流电路的逆变工作条件：相控整流电路的逆变工作条件：直直流流侧侧应应有有直直流流电电动动势势，提提供供逆逆变变能能量量，其其极极性
12、性和和晶晶闸闸管管导导通方向一致，其值大于变流器直流侧平均电压。通方向一致，其值大于变流器直流侧平均电压。晶闸管的控制角晶闸管的控制角/2，Ud0 半半控控桥桥或或有有续续流流二二极极管管的的电电路路，不不允允许许直直流流侧侧出出现现负负极极性性的的电电动动势势，故故不不能能实实现现有有源源逆逆变变。欲欲实实现现有有源源逆逆变变，只只能能采用采用全控全控电路。电路。必须有平波电抗器维持电流连续。必须有平波电抗器维持电流连续。2.4.2 三相桥式有源逆变电路逆变和整流的区别：逆变和整流的区别：0 /2 时，电路工作在时，电路工作在整流整流状态。状态。/2 时时，换换相相结结束束后后，ucua，V
13、T3承承受受反反压压而而关断；关断；ua，VT1承承受受反反压压而而关关断断，VT3继继续续导导通通，换相失败。换相失败。2.4.3 逆变失败与最小逆变角的限制最小逆变角最小逆变角min确定的方法确定的方法min=+换相重叠角，随直流平均电流和换相电抗的增加而增大，换相重叠角，随直流平均电流和换相电抗的增加而增大，一般小于一般小于20 。晶闸管的关断时间晶闸管的关断时间tq折合的电角度，折合的电角度，tq大的可达大的可达200300s，折算到电角度约，折算到电角度约4 5。安全裕量角，主要考虑脉冲不对称程度、电网波动等，安全裕量角，主要考虑脉冲不对称程度、电网波动等，一般取一般取10。b bm
14、in一般取一般取30 35。2.6.1 谐波和无功功率分析的基础1.1.谐波谐波l对于周期为对于周期为T=2/的非正弦电压的非正弦电压u(t)满足狄里赫利条件，满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数可分解为傅里叶级数式中式中 n=1,2,3,或或式中，式中，cn、j jn n 、an和和bn的关系为的关系为 2.6.1 谐波和无功功率分析的基础1.1.谐波谐波1.1.谐波谐波基波：基波：在傅里叶级数中，频率与工频相同的分量。在傅里叶级数中，频率与工频相同的分量。谐波谐波：频率为基波频率整数倍（大于：频率为基波频率整数倍（大于1）的分量。）的分量。谐波次数：谐波频率和基波频率的整数比。谐波次数：谐
15、波频率和基波频率的整数比。n次谐波电压含有率以次谐波电压含有率以HRUn（Harmonic Ratio for Un）表示）表示电压谐波总畸变率电压谐波总畸变率THDu（Total Harmonic distortion）2.6.1 谐波和无功功率分析的基础1.1.谐波谐波n次谐波电流含有率以次谐波电流含有率以 HRIn（Harmonic Ratio for In）表示）表示电流谐波总畸变率电流谐波总畸变率 THDi（Total Harmonic distortion）定义为）定义为2.6.1 谐波和无功功率分析的基础2.6.1 谐波和无功功率分析的基础2.2.功率因数功率因数功率因数功率因数
16、正弦电路正弦电路正弦电路正弦电路有功功率：就是其平均功率有功功率：就是其平均功率 视在功率：视在功率：S=UI无功功率：无功功率：Q=U I sin功率因数：功率因数：无功功率无功功率Q与有功功率与有功功率P、视在功率、视在功率S之间关系：之间关系：2.6.1 谐波和无功功率分析的基础2.2.功率因数功率因数功率因数功率因数非正弦电路非正弦电路非正弦电路非正弦电路公用电网中，通常电压的波形畸变很小，但电流波形的畸变可公用电网中，通常电压的波形畸变很小，但电流波形的畸变可能很大，因此假定电压波形为正弦波，电流波形为非正弦波。能很大，因此假定电压波形为正弦波，电流波形为非正弦波。设基波电流有效值为
17、设基波电流有效值为 I1、基波电流与电压的相位差为、基波电流与电压的相位差为1，有功，有功功率为：功率为：功率因数为功率因数为基波因数（畸变因数）基波因数（畸变因数）：=I1/I；位移因数：位移因数：cos12.6.3 整流电路交流侧谐波与无功分析1.单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路忽略换相过程和电流脉动，带忽略换相过程和电流脉动，带阻感负载，直流电感阻感负载，直流电感L为足够为足够大时变压器二次电流波形近似大时变压器二次电流波形近似为理想方波。为理想方波。1.单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路谐波特点：电流中仅含奇次谐波，各次谐波有效值与谐波谐波特点：电流中仅含奇次谐波，各次谐
18、波有效值与谐波次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。次数成反比，且与基波有效值的比值为谐波次数的倒数。n次电流谐波幅值：次电流谐波幅值：基波电流有效值基波电流有效值基波因数为基波因数为n=1,3,5,2.6.3 整流电路交流侧谐波与无功分析1.单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路电流基波与电压的相位差等于电流基波与电压的相位差等于 ，故位移因数为故位移因数为功率因数为功率因数为2.6.3 整流电路交流侧谐波与无功分析2.6.3 整流电路交流侧谐波与无功分析2.三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路阻感负载，忽略换相过程和电阻感负载，忽略换相过程和电流脉动，直流电感流脉动，直流
19、电感L为足够大。为足够大。以以 =30 为例，交流侧电流波为例，交流侧电流波形为正负半周各形为正负半周各120 的方波。的方波。2.2.三相桥式全控整流电路三相桥式全控整流电路电流基波和各次谐波有效值分别为电流基波和各次谐波有效值分别为基波因数：基波因数：位移因数：位移因数：功率因数：功率因数：2.6.3 整流电路交流侧谐波与无功分析2.6.4 整流电路直流测谐波分析整流电压、电流中的谐波有如下规律：整流电压、电流中的谐波有如下规律：m脉波整流电压脉波整流电压ud的谐波次数为的谐波次数为mk（k=1，2，3.）次，即）次，即m的倍的倍数次；整流电流的谐波由整流电压的谐波决定，也为数次；整流电流的谐波由整流电压的谐波决定，也为 mk次。次。当当m一定时，随谐波次数增大，谐波幅值迅速减小，表明最低次一定时，随谐波次数增大，谐波幅值迅速减小，表明最低次（m次）谐波是最主要的，其它次数的谐波相对较少；当负载中次）谐波是最主要的，其它次数的谐波相对较少；当负载中有电感时，负载电流谐波幅值的减小更为迅速。有电感时，负载电流谐波幅值的减小更为迅速。m增加时，最低次谐波次数增大，且幅值迅速减小，电压纹波因增加时，最低次谐波次数增大，且幅值迅速减小，电压纹波因数迅速下降。数迅速下降。