隨著電子技術，計算機技術和通信技術的發展，變電站綜合自動 到了迅速發展，調度自動化及變電站綜合自動化均需要高性能指標和 交流供電電源，不希望在運行中發生供電中斷，否則將造成設備停止 中斷等嚴重后果。 為防止站用電故障和全站停電，應使用逆變電源或不同斷電源， 穩定、可靠的交流不間斷電源，當交流電不正常或發生中斷故障時， 載提供符合要求的交流電，從而保證負載能連續不斷的正常工作。隨 合自動化等使用交流電源的計算機設備日益增多，不間斷電源已成為 不可少的電源配置。

　　第一節逆變的概念

　　·逆變及其用途 圖5-1為全橋整流一逆變原理圖。 該電路采用6只晶閘管元件， 相交流電整流為直流電，又能將直流電逆變為三相交流電輸人電網。

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

　　裝置工作在逆變狀態時，如果把交流側接到交流電源上，便可把直流電逆變為同頻率的交流電反送到電網中去，這種就是有源逆變。電力系統中固定型鉛酸蓄電池組的定期放電負載使用整流一逆變晶閘管裝置時，可將蓄電池組放電的電能逆變送入交流電網中，屬于有源逆變。

　　如果裝置的交流電源側不與電網相連接，而是直接接到負載上，把直流電源逆變為某一頻率或可調頻率的交流電供給負載，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系，整流逆變裝置廣泛應用于各個領域。上述電力系統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中去。

　　二、逆變原理

　　逆變與整流是相對的概念，兩者的工作過程是相反的。把直流電能變為交流 站內 電能的變換原理如圖5-2所示。

　　圖5-2無源逆變原理

　　這是一個單相全控橋式電路，由4只晶閘管組成。當VR1、VR4導通時，負 載R上得到向右(實線箭頭)方向的電流:當關斷晶閘管VRI、VR4 而使VR2、 VR3導通時，負載R上流過相反方向(虛線箭頭)的電流。如果按一定的規律交替接通、關斷VR1、VR4及VR2、VR3,在負載R上可得到正、負按某頻率交變的單相交流電。同理，利用三相全控橋式電路，可逆變出三項交流電。在這里主要是利用了晶閘管的可控制開關特性，實現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、靜態開關等部分組成。

　　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為直流電，然后分為兩路:①直流作為DC/AC逆變器的工作電源，輸出的交流供給負載 ；:②直流對蓄電池進行浮充電， 由于具有儲能蓄電池，所以當交流電中斷時， UPS能保證負載供電不中斷。但是如果進變器發生故障， 則對負載的供電立即中斷。顯然，這種UPS的性能還不夠完善。

　　2.具有靜態開關的UPS

　　這是在上述基本UPS的基礎上增加了具有靜態開關的交流電切換開關構成的新系統。在正常情況下.仍由基本UPS經切換開關B端向負載供電，一旦逆變器發生故障，切換開關立即轉接到A端，由交流電直接向負載供電。這樣無論交流電發生故障或逆變器發生故障，UPS都可保證對負載連續供電。

　　轉換開關可使用手動的機械開關，也可使用自動靜態電子開關。開關的操作模式可選用優先A或B。優選A時，逆變器在備用狀態正常時不帶負載，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量比較穩定的場合;優選B時，逆變器常工作，對負載來說供電電源輸出質量有保證，適合供電電源質量差的環境，即“在線式UPS”。

　　A模式可提高UPS電源效率，但輸出交流沒有穩壓作用。B模式交流輸出穩定，不受電網波動影響:缺點是由于逆變器常帶載工作，UPS整機效率較低，相對而言故障率A模式有所增加。為提高B模式工況下供電的可靠性，可在旁路上串聯一組同樣的UPS作為后備電源，現在的電力專用UPS就是采用這種形式。

　　第二節三相半波有源逆變電路

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

　　一、電路的整流工作狀態(0<a<π/2)

　　設a- 30°時觸發各晶閘管，輸出電壓均為正， 平均電壓自然為正值。因接有 平波電感，故負載電流連續(見圖5-6、圖5-7)。 DXYRI b DYR2 .0 時國 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

　　對于a在0~π/2范圍內的其他移相角，即使輸出電壓的瞬時值us有正也有負，但正面積總是大于負面積，輸出電壓的平均值Us也總為正且Us略大于ED. 此時電流I從Ua的正端流出，從Ep的正端流人。交流電網輸出能量，電機吸收能量以電動狀態運行。

　　二、電路的逆變工作狀態(π/2<a<π) 設電機端電勢E已反向，即下正上負(與前面整流時相反)，設β= 30"(a=150)。 ωt1時刻觸發a相VR1,雖此時Ua=0，但VR1因受E的作用，仍滿足導電條件而導通，負載上輸出Ua相電壓。

　　VRI被觸發導通后，雖Ua已為負值，因ED的存在且|ED|>Ua.|，VR1 仍承受正壓而導通。 VRI導電120后觸發VR2導通，因此時Ub>Ua,故VRI承受反壓關斷，完成 VRI與VR2之間的換流，負載輸出Ub,如此循環往復，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，負載電流是連續的。當α在π/2 ～π范圍內空化時， 期輸出電壓的隨時值ud在整個周期內也是有正有負或全部為負，但是負電壓面積總是大于正面積，故輸出電壓的平均值Ud為負值。 此時電機類電動勢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，這時電機輸出電能，以發電機狀態運行，交流電網吸收電能，電路進人有源逆變狀態。

　　因晶閘管VRI~VR3的交替導通工作完全與交流電網變化同步，從而可保證 能把直流電能變換為與交流電網電源同頻率的交流電回饋電網。 在整流狀態中，晶閘管在阻斷時主要承受反向電壓，而在逆變狀態工作中 晶閘管阻斷時主要承受正向電壓。變流器中的晶閘管，無論在整流或是逆變狀態 其阻斷時承受的正向或反向電壓峰值均應為線電壓的峰值V  因平波電感的作用，負載電流是連續的。當α在π/2 ～π范圍內空化時， 期輸出電壓的隨時值ud在整個周期內也是有正有負或全部為負，但是負電壓面積總是大于正面積，故輸出電壓的平均值Ud為負值。 此時電機類電動勢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，這時電機輸出電能，以發電機狀態運行，交流電網吸 電能，電路進人有源逆變狀態。 因晶閘管VRI~VR3的交替導通工作完全與交流電網變化同步，從而可保證 能把直流電能變換為與交流電網電源同頻率的交流電回饋電網。 在整流狀態中，晶閘管在阻斷時主要承受反向電壓，而在逆變狀態工作中 晶閘管阻斷時主要承受正向電壓。變流器中的晶閘管，無論在整流或是逆變狀態 其阻斷時承受的正向或反向電壓峰值均應為線電壓的峰值6 ½U2，在選擇晶閘管額定參數時應于注意。

　　逆變時，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

　　變壓器二次側電流有效值為        I=0577Id

　　第三節三相橋式逆變電路

　　三相橋式逆變裝置必須采用三相全控橋，其主電路結構與三相全控橋式整流電路完全相同，其逆變原理的分析方法也與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勢，利用率高，而且輸出電壓脈動小，主回路所需電抗器的電感量較三相半波小，所以應用廣泛。

　　設變流器輸出電壓Ud與直流電機電動勢E的極性如圖5-10所示，為上負下正且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。即電機向外輸出能量，以發電狀態運行;變流器則吸收能量，并以交流形式回饋電網。電路工作在有源逆變狀態。

　　電動勢Ed的極性由電機的運行狀態決定，而變流器輸出電壓Ud的極性則取決于觸發脈沖的控制角。欲得到上述有源逆變的運行狀態，顯然電機應以發電狀態運行，而變流器晶閘管的觸發控制角a應大于π/2，或逆變角β小于π/2。 有源逆變工作狀態下，電路中輸出電壓的波形如圖5-10所示。此時，晶閘管導通的大部分區域均為交流電的負電壓，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值。

　　三相橋式逆變電路一個周期中的輸出電壓由6個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，其脈沖寬度應大于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于兩組三相半波逆變電路的串聯，故該電路輸出平均電壓應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)