隨著電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動(dòng) 到了迅速發(fā)展，調(diào)度自動(dòng)化及變電站綜合自動(dòng)化均需要高性能指標(biāo)和 交流供電電源，不希望在運(yùn)行中發(fā)生供電中斷，否則將造成設(shè)備停止 中斷等嚴(yán)重后果。 為防止站用電故障和全站停電，應(yīng)使用逆變電源或不同斷電源， 穩(wěn)定、可靠的交流不間斷電源，當(dāng)交流電不正?；虬l(fā)生中斷故障時(shí)， 載提供符合要求的交流電，從而保證負(fù)載能連續(xù)不斷的正常工作。隨 合自動(dòng)化等使用交流電源的計(jì)算機(jī)設(shè)備日益增多，不間斷電源已成為 不可少的電源配置。

　　第一節(jié)逆變的概念

　　·逆變及其用途 圖5-1為全橋整流一逆變?cè)韴D。 該電路采用6只晶閘管元件， 相交流電整流為直流電，又能將直流電逆變?yōu)槿嘟涣麟娸斎穗娋W(wǎng)。

　　整流是將交流電轉(zhuǎn)變成直流電，而逆變是將直流電轉(zhuǎn)變成交流: 于整流而言的逆變過程，稱之為逆變。

　　裝置工作在逆變狀態(tài)時(shí)，如果把交流側(cè)接到交流電源上，便可把直流電逆變?yōu)橥l率的交流電反送到電網(wǎng)中去，這種就是有源逆變。電力系統(tǒng)中固定型鉛酸蓄電池組的定期放電負(fù)載使用整流一逆變晶閘管裝置時(shí)，可將蓄電池組放電的電能逆變送入交流電網(wǎng)中，屬于有源逆變。

　　如果裝置的交流電源側(cè)不與電網(wǎng)相連接，而是直接接到負(fù)載上，把直流電源逆變?yōu)槟骋活l率或可調(diào)頻率的交流電供給負(fù)載，稱為無源逆變。

　　整流一逆變將交流和直流在晶閘管交流裝置中互相聯(lián)系，整流逆變裝置廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。上述電力系統(tǒng)中固定型鉛酸蓄電池組的定期放電，可用逆變的方式將蓄電池組放電的電能逆變送入交流電網(wǎng)中去。

　　二、逆變?cè)?/p>

　　逆變與整流是相對(duì)的概念，兩者的工作過程是相反的。把直流電能變?yōu)榻涣?站內(nèi) 電能的變換原理如圖5-2所示。

　　圖5-2無源逆變?cè)?/p>

　　這是一個(gè)單相全控橋式電路，由4只晶閘管組成。當(dāng)VR1、VR4導(dǎo)通時(shí)，負(fù) 載R上得到向右(實(shí)線箭頭)方向的電流:當(dāng)關(guān)斷晶閘管VRI、VR4 而使VR2、 VR3導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載R上流過相反方向(虛線箭頭)的電流。如果按一定的規(guī)律交替接通、關(guān)斷VR1、VR4及VR2、VR3,在負(fù)載R上可得到正、負(fù)按某頻率交變的單相交流電。同理，利用三相全控橋式電路，可逆變出三項(xiàng)交流電。在這里主要是利用了晶閘管的可控制開關(guān)特性，實(shí)現(xiàn)了直流電源變換為交流電源的逆變過程。

　　三、逆變電源(UPS )的組成及分類

　　交流不間斷電源UPS通常由整流器逆變器、蓄電池、靜態(tài)開關(guān)等部分組成。

　　1.基本的UPS 基本UPS框圖如圖5-3所示。圖中整流器將交流電變?yōu)橹绷麟姡缓蠓譃閮陕?①直流作為DC/AC逆變器的工作電源，輸出的交流供給負(fù)載 ；:②直流對(duì)蓄電池進(jìn)行浮充電， 由于具有儲(chǔ)能蓄電池，所以當(dāng)交流電中斷時(shí)， UPS能保證負(fù)載供電不中斷。但是如果進(jìn)變器發(fā)生故障， 則對(duì)負(fù)載的供電立即中斷。顯然，這種UPS的性能還不夠完善。

　　2.具有靜態(tài)開關(guān)的UPS

　　這是在上述基本UPS的基礎(chǔ)上增加了具有靜態(tài)開關(guān)的交流電切換開關(guān)構(gòu)成的新系統(tǒng)。在正常情況下.仍由基本UPS經(jīng)切換開關(guān)B端向負(fù)載供電，一旦逆變器發(fā)生故障，切換開關(guān)立即轉(zhuǎn)接到A端，由交流電直接向負(fù)載供電。這樣無論交流電發(fā)生故障或逆變器發(fā)生故障，UPS都可保證對(duì)負(fù)載連續(xù)供電。

　　轉(zhuǎn)換開關(guān)可使用手動(dòng)的機(jī)械開關(guān)，也可使用自動(dòng)靜態(tài)電子開關(guān)。開關(guān)的操作模式可選用優(yōu)先A或B。優(yōu)選A時(shí)，逆變器在備用狀態(tài)正常時(shí)不帶負(fù)載，也就是人們所說的“后備式UPS",這種工作方式適合交流電源供電質(zhì)量比較穩(wěn)定的場(chǎng)合;優(yōu)選B時(shí)，逆變器常工作，對(duì)負(fù)載來說供電電源輸出質(zhì)量有保證，適合供電電源質(zhì)量差的環(huán)境，即“在線式UPS”。

　　A模式可提高UPS電源效率，但輸出交流沒有穩(wěn)壓作用。B模式交流輸出穩(wěn)定，不受電網(wǎng)波動(dòng)影響:缺點(diǎn)是由于逆變器常帶載工作，UPS整機(jī)效率較低，相對(duì)而言故障率A模式有所增加。為提高B模式工況下供電的可靠性，可在旁路上串聯(lián)一組同樣的UPS作為后備電源，現(xiàn)在的電力專用UPS就是采用這種形式。

　　第二節(jié)三相半波有源逆變電路

　　逆變主回路中，負(fù)載為直流電機(jī)，回路具有平波電感L，下面分別討論其從整流狀態(tài)到逆變狀態(tài)的情況，如圖5-5所示。

　　一、電路的整流工作狀態(tài)(0<a<π/2)

　　設(shè)a- 30°時(shí)觸發(fā)各晶閘管，輸出電壓均為正， 平均電壓自然為正值。因接有 平波電感，故負(fù)載電流連續(xù)(見圖5-6、圖5-7)。 DXYRI b DYR2 .0 時(shí)國 圖5-5三相半波有源逆 變電路圖 圖5-6 三相半波有源逆變電路整流電流流向圖 4 hi hi 。 圖5-7三相半波有源逆 變電路整流輸出波形圖

　　對(duì)于a在0~π/2范圍內(nèi)的其他移相角，即使輸出電壓的瞬時(shí)值us有正也有負(fù)，但正面積總是大于負(fù)面積，輸出電壓的平均值Us也總為正且Us略大于ED. 此時(shí)電流I從Ua的正端流出，從Ep的正端流人。交流電網(wǎng)輸出能量，電機(jī)吸收能量以電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行。

　　二、電路的逆變工作狀態(tài)(π/2<a<π) 設(shè)電機(jī)端電勢(shì)E已反向，即下正上負(fù)(與前面整流時(shí)相反)，設(shè)β= 30"(a=150)。 ωt1時(shí)刻觸發(fā)a相VR1,雖此時(shí)Ua=0，但VR1因受E的作用，仍滿足導(dǎo)電條件而導(dǎo)通，負(fù)載上輸出Ua相電壓。

　　VRI被觸發(fā)導(dǎo)通后，雖Ua已為負(fù)值，因ED的存在且|ED|>Ua.|，VR1 仍承受正壓而導(dǎo)通。 VRI導(dǎo)電120后觸發(fā)VR2導(dǎo)通，因此時(shí)Ub>Ua,故VRI承受反壓關(guān)斷，完成 VRI與VR2之間的換流，負(fù)載輸出Ub,如此循環(huán)往復(fù)，電流流向圖如圖5-8所示。 電路輸出電壓的完整波形

　　因平波電感的作用，負(fù)載電流是連續(xù)的。當(dāng)α在π/2 ～π范圍內(nèi)空化時(shí)， 期輸出電壓的隨時(shí)值ud在整個(gè)周期內(nèi)也是有正有負(fù)或全部為負(fù)，但是負(fù)電壓面積總是大于正面積，故輸出電壓的平均值Ud為負(fù)值。 此時(shí)電機(jī)類電動(dòng)勢(shì)Eo大于Ud，主回路電流Id方向依舊，但它從Eo的正極流出，從Ud的正極流人，這時(shí)電機(jī)輸出電能，以發(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行，交流電網(wǎng)吸收電能，電路進(jìn)人有源逆變狀態(tài)。

　　因晶閘管VRI~VR3的交替導(dǎo)通工作完全與交流電網(wǎng)變化同步，從而可保證 能把直流電能變換為與交流電網(wǎng)電源同頻率的交流電回饋電網(wǎng)。 在整流狀態(tài)中，晶閘管在阻斷時(shí)主要承受反向電壓，而在逆變狀態(tài)工作中 晶閘管阻斷時(shí)主要承受正向電壓。變流器中的晶閘管，無論在整流或是逆變狀態(tài) 其阻斷時(shí)承受的正向或反向電壓峰值均應(yīng)為線電壓的峰值V  因平波電感的作用，負(fù)載電流是連續(xù)的。當(dāng)α在π/2 ～π范圍內(nèi)空化時(shí)， 期輸出電壓的隨時(shí)值ud在整個(gè)周期內(nèi)也是有正有負(fù)或全部為負(fù)，但是負(fù)電壓面積總是大于正面積，故輸出電壓的平均值Ud為負(fù)值。 此時(shí)電機(jī)類電動(dòng)勢(shì)Eo大于Ud，主回路電流Id方向依舊，但它從Eo的正極流出，從Ud的正極流人，這時(shí)電機(jī)輸出電能，以發(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行，交流電網(wǎng)吸 電能，電路進(jìn)人有源逆變狀態(tài)。 因晶閘管VRI~VR3的交替導(dǎo)通工作完全與交流電網(wǎng)變化同步，從而可保證 能把直流電能變換為與交流電網(wǎng)電源同頻率的交流電回饋電網(wǎng)。 在整流狀態(tài)中，晶閘管在阻斷時(shí)主要承受反向電壓，而在逆變狀態(tài)工作中 晶閘管阻斷時(shí)主要承受正向電壓。變流器中的晶閘管，無論在整流或是逆變狀態(tài) 其阻斷時(shí)承受的正向或反向電壓峰值均應(yīng)為線電壓的峰值6 ½U2，在選擇晶閘管額定參數(shù)時(shí)應(yīng)于注意。

　　逆變時(shí)，其輸出電壓平均值為 Ud=-1.17U2cosβ 輸出電流平均值為 I=-U-E /R .

　　晶閘管電流平均值為        I=1/3Id

　　晶閘管電流有效值為        I=0577Id

　　變壓器二次側(cè)電流有效值為        I=0577Id

　　第三節(jié)三相橋式逆變電路

　　三相橋式逆變裝置必須采用三相全控橋，其主電路結(jié)構(gòu)與三相全控橋式整流電路完全相同，其逆變?cè)淼姆治龇椒ㄒ才c三相半波逆變電路基本相同，在三相橋式逆變電路中，因三相變壓器不存在直流磁動(dòng)勢(shì)，利用率高，而且輸出電壓脈動(dòng)小，主回路所需電抗器的電感量較三相半波小，所以應(yīng)用廣泛。

　　設(shè)變流器輸出電壓Ud與直流電機(jī)電動(dòng)勢(shì)E的極性如圖5-10所示，為上負(fù)下正且Ed略大于Ud.則回路電流Id為 (Ed+Ud)/ R ,Id的方向是從Ed的正極流出、Ud的正極流人。即電機(jī)向外輸出能量，以發(fā)電狀態(tài)運(yùn)行;變流器則吸收能量，并以交流形式回饋電網(wǎng)。電路工作在有源逆變狀態(tài)。

　　電動(dòng)勢(shì)Ed的極性由電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)決定，而變流器輸出電壓Ud的極性則取決于觸發(fā)脈沖的控制角。欲得到上述有源逆變的運(yùn)行狀態(tài)，顯然電機(jī)應(yīng)以發(fā)電狀態(tài)運(yùn)行，而變流器晶閘管的觸發(fā)控制角a應(yīng)大于π/2，或逆變角β小于π/2。 有源逆變工作狀態(tài)下，電路中輸出電壓的波形如圖5-10所示。此時(shí)，晶閘管導(dǎo)通的大部分區(qū)域均為交流電的負(fù)電壓，晶閘管在此期間由于Ed的作用仍承受極性為正的相電壓，所以輸出的平均電壓就為負(fù)值。

　　三相橋式逆變電路一個(gè)周期中的輸出電壓由6個(gè)形狀相同的波頭組成，其形狀隨β的不同而不同。

　　該電路要求6個(gè)脈沖，兩脈沖之間的間隔為π/3，分別按照1、2、3、4、5、 6的順序依次觸發(fā)，其脈沖寬度應(yīng)大于π/3或采用“雙窄脈沖”輸出。

　　上述電路中，晶閘管阻斷期間主要承受正向電壓，而且最大值為線電壓的峰值。由于三相橋式逆變電路相當(dāng)于兩組三相半波逆變電路的串聯(lián)，故該電路輸出平均電壓應(yīng)為三相半波逆變電路輸出平均電壓的兩倍，即

　　U d= 2.34Ucosβ

　　輸出電流平均值為

　　Id = (Ed-Ud)/R

　　晶閘管流過電流的平均值為

　　Iw= Id/3

　　晶閘管流過電流的有效值為

　　Ivt= Id/(3 ½)