有源逆变的定义及特点

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：对于可控整流电路，只要满足一定条件便可工作于有源逆变状态，此时电路形式未作任何改变，只是工作条件发生变化。无源逆变将在后面讨论，本节只讨论有源逆变。电源间能量的流转关系在分析有源逆变电路的工作原理时，弄清电压之间能量的流转关系是非常重要的。整流与有源逆变的根本区别在于能量的传递方向不同。以上两个条件必须同时满足，直流电路才能工作在有源逆变状态。还应指出，并不是所有整流电路都可以工作在有源逆变状态。

（1）有源逆变的定义

前面讨论的是将交流电能通过晶闸管装置变换为直流电能供给负载的可控整流电路，但在生产实践中，常常有与整流过程相反的要求，即要求利用晶闸管电路将直流电变换为交流电。例如，晶闸管装置供电的电力机车，在机车下坡运行时，机车上的直流电动机将由于机械能的作用作为直流发电机运行，机车的位能转变为电能，回馈至交流电网，以实现电动机制动。又如，运转着的直流电动机，要让它迅速制动，也可让电动机作发电运行，把电动机的动能转变为电能送回电网。像这种把直流电转变为交流电的整流过程的逆过程，定义为逆变（Invertion）。把直流电能变成交流电能的电路称为逆变电路。同一套晶闸管装置，既可工作在整流状态，也可工作在逆变状态。

变流装置工作在逆变状态时，如果其交流侧接在交流电源上，即把直流电逆变为与电源同频率的交流电反送到电网中去，这样的逆变称为“有源逆变”。有源逆变常用于直流可逆调速系统、交流绕线转子异步电动机串级调速以及高压直流输电等方面。对于可控整流电路，只要满足一定条件便可工作于有源逆变状态，此时电路形式未作任何改变，只是工作条件发生变化。

如果变流装置的交流侧不是接到交流电网，而是接上负载，即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载，这样的逆变称为“无源逆变”。无源逆变将在后面讨论，本节只讨论有源逆变。

（2）电源间能量的流转关系

在分析有源逆变电路的工作原理时，弄清电压之间能量的流转关系是非常重要的。整流与有源逆变的根本区别在于能量的传递方向不同。以直流发电机-电动机系统为例说明电能之间的流转关系，如图2.39 所示。M 为电动机，G 为发电机，励磁回路未画出。控制发电机电动势的大小和极性，可实现电动机四象限的运转状态。

在图2.39（a）中，M 作电动机运行，EG > EM ，电流Id 从G 流向M，Id 的值为

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式中，RΣ 是主回路的电阻。由于Id 和EG 同方向，与EM 反方向，故G 输出电功率为EGId ，M吸收电功率为EMId。电能由G 流向M，转变为M 轴上输出的机械能，RΣ 上是热损耗。

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图2.39　直流发电机-电动机之间电能的流转

图2.39（b）是回馈制动状态，M 作发电机运行，此时，EM > EG ，电流反向，从M 流向G，Id的值为

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此时，Id 和EM 同方向，与EG 反方向，故M 输出电功率，G 吸收电功率，RΣ 上是热损耗，M 轴上输入的机械能转变为电能反送给G。

图2.39（c）中，两电动势顺向串联，向电阻RΣ 供电，G 和M 均输出功率，由于RΣ 一般都很小，实际形成短路，在工作中必须严防这类事故发生。

根据以上分析，可得出下面结论：(https://www.chuimin.cn)

①两个电动势同极性相接时，电流总是从电动势高的流向电动势低的，由于回路电阻很小，即使很小的电动势差值也能产生大的电流，使两个电动势之间交换很大的功率，这对分析有源逆变电路是十分有用的。

②电流从电源的正极流出者，该电源输出电能；而电流从电源的正极流入者，该电源吸收电能。

③两个电动势反极性联接时，若电路总电阻很小，会形成电源间短路，将损坏电路，这种情况应予避免。

（3）有源逆变产生的条件

以单相全波整流电路对直流电动机供电的系统为例分析有源逆变的工作原理，如图2.40所示。为使电流连续且平稳，在回路中串接大电感作为平波电抗器，并忽略变压器漏抗，认为晶闸管工作在理想状态。

图2.40（a）中，晶闸管装置工作在整流状态，0<α<π/2。对于单相全波可控整流电路，在0<α<π/2的任一时刻触发晶闸管导通，整流输出电压平均值为Ud=Ud0cos α。在Ud > EM 时，电枢回路电流为 pagenumber_ebook=102,pagenumber_book=95 ，变流器输出电能供给电动机，电动机运行在电动状态。电能由交流电网流向直流电动机。

图2.40（b）中，电动机作发电回馈制动运行，由于晶闸管的单向导电性，电路中Id 方向不变，欲改变电能的输送方向，只能改变EM 的极性。为了防止两电动势顺向串联，Ud 极性也必须反过来，即Ud 应为负值，且，才能把电能从直流侧送到交流侧，实现逆变。这时 pagenumber_ebook=102,pagenumber_book=95 电路中电能的流向与整流时相反，电动机输出电功率，电网吸收电功率。Ud 可通过改变α 来进行调节。逆变状态时，Ud 为负值，故逆变时α 在π/2～π 变化。