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　　随着电子技术，计算机技术和通信技术的发展，变电站综合自动 到了迅速发展，调度自动化及变电站综合自动化均需要高性能指标和 交流供电电源，不希望在运行中发生供电中断，否则将造成设备停止 中断等严重后果。 为防止站用电故障和全站停电，应使用逆变电源或不同断电源， 稳定、可靠的交流不间断电源，当交流电不正常或发生中断故障时， 载提供符合要求的交流电，从而保证负载能连续不断的正常工作。随 合自动化等使用交流电源的计算机设备日益增多，不间断电源已成为 不可少的电源配置。

　　第一节逆变的概念

　　·逆变及其用途 图5-1为全桥整流一逆变原理图。 该电路采用6只晶闸管元件， 相交流电整流为直流电，又能将直流电逆变为三相交流电输人电网。

　　整流是将交流电转变成直流电，而逆变是将直流电转变成交流: 于整流而言的逆变过程，称之为逆变。

　　装置工作在逆变状态时，如果把交流侧接到交流电源上，便可把直流电逆变为同频率的交流电反送到电网中去，这种就是有源逆变。电力系统中固定型铅酸蓄电池组的定期放电负载使用整流一逆变晶闸管装置时，可将蓄电池组放电的电能逆变送入交流电网中，属于有源逆变。

　　如果装置的交流电源侧不与电网相连接，而是直接接到负载上，把直流电源逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载，称为无源逆变。

　　整流一逆变将交流和直流在晶闸管交流装置中互相联系，整流逆变装置广泛应用于各个领域。上述电力系统中固定型铅酸蓄电池组的定期放电，可用逆变的方式将蓄电池组放电的电能逆变送入交流电网中去。

　　二、逆变原理

　　逆变与整流是相对的概念，两者的工作过程是相反的。把直流电能变为交流 站内 电能的变换原理如图5-2所示。

　　图5-2无源逆变原理

　　这是一个单相全控桥式电路，由4只晶闸管组成。当VR1、VR4导通时，负 载R上得到向右(实线箭头)方向的电流:当关断晶闸管VRI、VR4 而使VR2、 VR3导通时，负载R上流过相反方向(虚线箭头)的电流。如果按一定的规律交替接通、关断VR1、VR4及VR2、VR3,在负载R上可得到正、负按某频率交变的单相交流电。同理，利用三相全控桥式电路，可逆变出三项交流电。在这里主要是利用了晶闸管的可控制开关特性，实现了直流电源变换为交流电源的逆变过程。

　　三、逆变电源(UPS )的组成及分类

　　交流不间断电源UPS通常由整流器逆变器、蓄电池、静态开关等部分组成。

　　1.基本的UPS 基本UPS框图如图5-3所示。图中整流器将交流电变为直流电，然后分为两路:①直流作为DC/AC逆变器的工作电源，输出的交流供给负载 ；:②直流对蓄电池进行浮充电， 由于具有储能蓄电池，所以当交流电中断时， UPS能保证负载供电不中断。但是如果进变器发生故障， 则对负载的供电立即中断。显然，这种UPS的性能还不够完善。

　　2.具有静态开关的UPS

　　这是在上述基本UPS的基础上增加了具有静态开关的交流电切换开关构成的新系统。在正常情况下.仍由基本UPS经切换开关B端向负载供电，一旦逆变器发生故障，切换开关立即转接到A端，由交流电直接向负载供电。这样无论交流电发生故障或逆变器发生故障，UPS都可保证对负载连续供电。

　　转换开关可使用手动的机械开关，也可使用自动静态电子开关。开关的操作模式可选用优先A或B。优选A时，逆变器在备用状态正常时不带负载，也就是人们所说的“后备式UPS",这种工作方式适合交流电源供电质量比较稳定的场合;优选B时，逆变器常工作，对负载来说供电电源输出质量有保证，适合供电电源质量差的环境，即“在线式UPS”。

　　A模式可提高UPS电源效率，但输出交流没有稳压作用。B模式交流输出稳定，不受电网波动影响:缺点是由于逆变器常带载工作，UPS整机效率较低，相对而言故障率A模式有所增加。为提高B模式工况下供电的可靠性，可在旁路上串联一组同样的UPS作为后备电源，现在的电力专用UPS就是采用这种形式。

　　第二节三相半波有源逆变电路

　　逆变主回路中，负载为直流电机，回路具有平波电感L，下面分别讨论其从整流状态到逆变状态的情况，如图5-5所示。

　　一、电路的整流工作状态(0<a<π/2)

　　设a- 30°时触发各晶闸管，输出电压均为正， 平均电压自然为正值。因接有 平波电感，故负载电流连续(见图5-6、图5-7)。 DXYRI b DYR2 .0 时国 图5-5三相半波有源逆 变电路图 图5-6 三相半波有源逆变电路整流电流流向图 4 hi hi 。 图5-7三相半波有源逆 变电路整流输出波形图

　　对于a在0~π/2范围内的其他移相角，即使输出电压的瞬时值us有正也有负，但正面积总是大于负面积，输出电压的平均值Us也总为正且Us略大于ED. 此时电流I从Ua的正端流出，从Ep的正端流人。交流电网输出能量，电机吸收能量以电动状态运行。

　　二、电路的逆变工作状态(π/2<a<π) 设电机端电势E已反向，即下正上负(与前面整流时相反)，设β= 30"(a=150)。 ωt1时刻触发a相VR1,虽此时Ua=0，但VR1因受E的作用，仍满足导电条件而导通，负载上输出Ua相电压。

　　VRI被触发导通后，虽Ua已为负值，因ED的存在且|ED|>Ua.|，VR1 仍承受正压而导通。 VRI导电120后触发VR2导通，因此时Ub>Ua,故VRI承受反压关断，完成 VRI与VR2之间的换流，负载输出Ub,如此循环往复，电流流向图如图5-8所示。 电路输出电压的完整波形

　　因平波电感的作用，负载电流是连续的。当α在π/2 ～π范围内空化时， 期输出电压的随时值ud在整个周期内也是有正有负或全部为负，但是负电压面积总是大于正面积，故输出电压的平均值Ud为负值。 此时电机类电动势Eo大于Ud，主回路电流Id方向依旧，但它从Eo的正极流出，从Ud的正极流人，这时电机输出电能，以发电机状态运行，交流电网吸收电能，电路进人有源逆变状态。

　　因晶闸管VRI~VR3的交替导通工作完全与交流电网变化同步，从而可保证 能把直流电能变换为与交流电网电源同频率的交流电回馈电网。 在整流状态中，晶闸管在阻断时主要承受反向电压，而在逆变状态工作中 晶闸管阻断时主要承受正向电压。变流器中的晶闸管，无论在整流或是逆变状态 其阻断时承受的正向或反向电压峰值均应为线电压的峰值V  因平波电感的作用，负载电流是连续的。当α在π/2 ～π范围内空化时， 期输出电压的随时值ud在整个周期内也是有正有负或全部为负，但是负电压面积总是大于正面积，故输出电压的平均值Ud为负值。 此时电机类电动势Eo大于Ud，主回路电流Id方向依旧，但它从Eo的正极流出，从Ud的正极流人，这时电机输出电能，以发电机状态运行，交流电网吸 电能，电路进人有源逆变状态。 因晶闸管VRI~VR3的交替导通工作完全与交流电网变化同步，从而可保证 能把直流电能变换为与交流电网电源同频率的交流电回馈电网。 在整流状态中，晶闸管在阻断时主要承受反向电压，而在逆变状态工作中 晶闸管阻断时主要承受正向电压。变流器中的晶闸管，无论在整流或是逆变状态 其阻断时承受的正向或反向电压峰值均应为线电压的峰值6 ½U2，在选择晶闸管额定参数时应于注意。

　　逆变时，其输出电压平均值为 Ud=-1.17U2cosβ 输出电流平均值为 I=-U-E /R .

　　晶闸管电流平均值为        I=1/3Id

　　晶闸管电流有效值为        I=0577Id

　　变压器二次侧电流有效值为        I=0577Id

　　第三节三相桥式逆变电路

　　三相桥式逆变装置必须采用三相全控桥，其主电路结构与三相全控桥式整流电路完全相同，其逆变原理的分析方法也与三相半波逆变电路基本相同，在三相桥式逆变电路中，因三相变压器不存在直流磁动势，利用率高，而且输出电压脉动小，主回路所需电抗器的电感量较三相半波小，所以应用广泛。

　　设变流器输出电压Ud与直流电机电动势E的极性如图5-10所示，为上负下正且Ed略大于Ud.则回路电流Id为 (Ed+Ud)/ R ,Id的方向是从Ed的正极流出、Ud的正极流人。即电机向外输出能量，以发电状态运行;变流器则吸收能量，并以交流形式回馈电网。电路工作在有源逆变状态。

　　电动势Ed的极性由电机的运行状态决定，而变流器输出电压Ud的极性则取决于触发脉冲的控制角。欲得到上述有源逆变的运行状态，显然电机应以发电状态运行，而变流器晶闸管的触发控制角a应大于π/2，或逆变角β小于π/2。 有源逆变工作状态下，电路中输出电压的波形如图5-10所示。此时，晶闸管导通的大部分区域均为交流电的负电压，晶闸管在此期间由于Ed的作用仍承受极性为正的相电压，所以输出的平均电压就为负值。

　　三相桥式逆变电路一个周期中的输出电压由6个形状相同的波头组成，其形状随β的不同而不同。

　　该电路要求6个脉冲，两脉冲之间的间隔为π/3，分别按照1、2、3、4、5、 6的顺序依次触发，其脉冲宽度应大于π/3或采用“双窄脉冲”输出。

　　上述电路中，晶闸管阻断期间主要承受正向电压，而且最大值为线电压的峰值。由于三相桥式逆变电路相当于两组三相半波逆变电路的串联，故该电路输出平均电压应为三相半波逆变电路输出平均电压的两倍，即

　　U d= 2.34Ucosβ

　　输出电流平均值为

　　Id = (Ed-Ud)/R

　　晶闸管流过电流的平均值为

　　Iw= Id/3

　　晶闸管流过电流的有效值为

　　Ivt= Id/(3 ½)