【正文】 6d UttuU ?? ?????c o 2U?第 3章 逆變電路及應(yīng)用 當(dāng)電路工作在逆變狀態(tài)時(shí)，根據(jù) α =π β ，得逆變時(shí)輸出電壓 Ud為 ??? c o )c o s ( 22 UUU d ????回路電流 Id的大小為 RUEI dd??第 3章 逆變電路及應(yīng)用 三相橋式逆變電路 三相橋式變流電路可分為三相半控橋和三相全控橋變流電路 。 由于三相半控橋變流電路不能實(shí)現(xiàn)逆變 ， 因此這一節(jié)我們主要介紹三相全控橋逆變電路 。 圖 3－ 8為三相全控橋逆變電路 。 該電路與三相全控橋整流電路相似 ， 由兩組組成 ， 一組為共陰極連接 （ VT VT VT5） ， 一組為共陽(yáng)極連接 （ VT VT VT6） ， 相當(dāng)于兩個(gè)三相半波電路 。 但相比三相半波逆變電路 ， 三相全控橋逆變電路提高了變壓器的利用率 ， 消除了變壓器的直流磁化問(wèn)題 。 下面我們來(lái)分析三相全控橋逆變電路的工作原理 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 圖 38 三相全控橋逆變電路 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 1． 工作原理 在圖 38所示的三相全控橋逆變電路中 ， 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì) E的極性及大小具備有源逆變實(shí)現(xiàn)的條件 ， 直流側(cè)串接足夠大的電抗器 Ld， 能維持電流的連續(xù) 。 三相全控橋逆變電路工作與整流時(shí)一樣 ， 為保證同一時(shí)刻上下兩組不同相的兩個(gè)管子同時(shí)導(dǎo)通 ， 逆變電路對(duì)觸發(fā)裝置的要求是加寬脈沖 （ 脈沖寬度大于 60176。 ） ， 或采用雙窄脈沖 （ 這是因?yàn)閷捗}沖對(duì)觸發(fā)裝置的功率要求比較高 ） 。 雙窄脈沖要求每隔 60176。 依次觸發(fā)兩個(gè)管子 ， 每個(gè)管子導(dǎo)通 120176。 ， 管子導(dǎo)通的順序?yàn)?VT1→VT 2→VT 3→VT 4→VT 5→V T6。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 如圖 39所示 ， 設(shè)在 ωt=ωt1之前 ， 電路已正常工作 ， 此時(shí)晶閘管 VT5和 VT6導(dǎo)通 ， 輸出電壓 ud=ucb。 當(dāng) ωt=ωt1時(shí) ， 給晶閘管VT1加觸發(fā)脈沖 ug1， 這時(shí) VT1的陽(yáng)極電壓高于 VT5管的陽(yáng)極電壓 ， 使得 VT1陽(yáng)極承受正向電壓而導(dǎo)通 ， VT5陽(yáng)極承受反向電壓而截止 ， 同時(shí)給 VT6加一個(gè)輔助脈沖 ug6′， 保證 VT VT6同時(shí)導(dǎo)通 ，輸出電壓 ud取決于線(xiàn)電壓 uab。 在 ωt1＜ ωt＜ ωt2期間 ， 雖然 uab＜ 0， 但由于外接電動(dòng)機(jī)電勢(shì) E的作用 ， 管子 VT1和 VT6兩端承受的電壓 uab+E+uL＞ 0， 所以 VT1 、 VT6能夠繼續(xù)導(dǎo)通； 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 Id的流通方向?yàn)閺?E的正端流出 ， 經(jīng) VT6流入 b相 ， 再由 a相流出 ， 經(jīng) VT1回到 E的負(fù)端 ， 則電動(dòng)機(jī)輸出功率 ， 交流電源吸收功率 。 當(dāng) VT1和 VT6導(dǎo)通 60176。 后 ， 即 ωt=ωt2時(shí) ， 給晶閘管 VT2加觸發(fā)脈沖 ug2， VT2管的陰極電位低于 VT6管的陰極電位 ， 所以VT2導(dǎo)通 、 VT6截止 ， 同時(shí)給 VT1加一個(gè)輔助脈沖 ， VT VT2同時(shí)導(dǎo)通 ， 輸出電壓 ud為線(xiàn)電壓 uac。 接下來(lái)依次觸發(fā)管子 VT VT VT VT6， 在觸發(fā)這幾個(gè)管子時(shí) ， 給前面導(dǎo)通的另一組管子加輔助脈沖 ， 得到的輸出電壓 ud依次取決于線(xiàn)電壓 ubc、 uba、 uca、 ucb。 輸出電壓波形如圖 39（ a） 所示 。 因?yàn)?6個(gè)管子輪流導(dǎo)通 ， 所串電抗器足夠大 ， 所以回路電流連續(xù) ， 波形近似為一條直線(xiàn) ， 如圖 39（ d） 所示 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 圖 39 三相橋式逆變電路輸出波形 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 晶閘管觸發(fā)順序?yàn)? VT 1 VT 2 VT 3 VT 4 VT 5 VT 6管子導(dǎo)通過(guò)程則如表 31所示 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 表 31 管子導(dǎo)通過(guò)程 導(dǎo)通晶閘管 直流側(cè)電壓du 導(dǎo)通角度 VT VT6 abu 60 176。 VT VT2 acu 60 176。 VT VT2 bcu 60 176。 VT VT4 bau 60 176。 VT VT4 cau 60 176。 VT VT6 cbu 60 176。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 2． 數(shù)量關(guān)系 根據(jù)負(fù)載端電壓波形 ud及導(dǎo)通規(guī)律 ， 對(duì)波形進(jìn)行積分可得 : ? ?ttUU d ??????? ds i n626232?????? c o o 22 UU ???（ 32） 回路電流為 RUEI dd??式中 ， R為回路等效電阻 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 3． 輸出電壓及晶閘管兩端電壓波形的繪制和分析 1) 輸出電壓 ud的波形一般采用線(xiàn)電壓波形 （ 描述比較方便 ） 。 首先找出自然換相點(diǎn)和逆變角 β 的起始點(diǎn) ， 從 β 的起始點(diǎn)向左數(shù) β 角處就是該線(xiàn)電壓開(kāi)始逆變時(shí)刻 ， 每個(gè)線(xiàn)電壓工作 60176。 ，一個(gè)周期有 6個(gè)波頭 。 圖 310列舉了幾種特殊 β 角度時(shí) ， 輸出的電壓波形 ud及晶閘管 VT1兩端承受的電壓波形 uT1。 晶閘管兩端電壓波形的分析同于整流電路 。 某一晶閘管兩端所能承受的電壓只與本組管子有關(guān)系 ， 同樣用三段來(lái)表示： 一段為本身導(dǎo)通段 ， 管壓降為零；另兩段為管子截止時(shí)的波形 ， 分別為該管子所在相和相鄰兩相之間的線(xiàn)電壓 。β 時(shí) ， 管子兩端的電壓波形也隨之改變 ， 但三段波形的表示形式不變 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 圖 310 三相全控橋式變流電路整流與逆變狀態(tài)下的波形 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 2) 當(dāng) α＝ β＝ 90176。 時(shí) ， 電路處于整流和逆變的中間狀態(tài) ， 此時(shí)輸出電壓 ud的波形正 、 負(fù)面積相等 ， 則 Ud＝ 0。 晶閘管兩端電壓波形也是正 、 負(fù)面積對(duì)稱(chēng)的波形 。 當(dāng) α90176。 （ β90176。 ） 時(shí) ， 電路工作于整流狀態(tài) ， 輸出電壓ud的波形正面積大于負(fù)面積 ， 晶閘管在阻斷狀態(tài)下主要承受反向電壓 。 當(dāng) α90176。 （ β９０ 176。 ） 時(shí) ， 電路工作于逆變狀態(tài) ， 輸出電壓 ud的波形負(fù)面積大于正面積 ， 晶閘管在阻斷狀態(tài)下主要承受正向電壓 。 這也是我們?cè)趯?shí)踐中測(cè)試波形時(shí)判斷故障的依據(jù) 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 逆變失敗與最小逆變角的限制 1． 逆變失敗的原因 以三相半波逆變電路為例 ， 取 β ＝ 30176。 。 正常情況下 ， 三相半波逆變電路輸出電壓波形如圖 311所示 。 如果出現(xiàn)下列幾種情況 ， 則可能造成逆變失敗 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 圖 311 三相半波逆變電路 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 1） 觸發(fā)電路工作不可靠 ① 脈沖丟失 （ 假設(shè) VT2的脈沖 ug2丟失 ） 。 如圖 312（ a） 所示的三相半波逆變電路 ， 正常情況下 VT1導(dǎo)通 ， 輸出端電壓取決于 a相電壓 。 在 ωt1時(shí)刻 ， 應(yīng)該給 VT2管子加脈沖 ug2， 但由于觸發(fā)電路的問(wèn)題使 ug2丟失 ， 則 VT2管子不能導(dǎo)通 ， 外接直流電勢(shì)源 E使 VT1陽(yáng)極承受正向電壓繼續(xù)導(dǎo)通 ， 直至 ua變正 ， 這時(shí)輸出電壓 ud與外接電源 E順向串聯(lián) ， 造成逆變失敗 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 ② 脈沖延遲 （ 設(shè) VT2的脈沖 ug2出現(xiàn)在 ωt2時(shí)刻 ） 。 如圖 3－ 12（ b） 所示 ， VT2管子所加脈沖時(shí)刻延遲到 ωt2時(shí)刻 ， 此時(shí)a相電壓 ua大于 b相電壓 ub， 使得晶閘管 VT2陽(yáng)極承受反向電壓而不能導(dǎo)通 ， 導(dǎo)通的晶閘管 VT1承受正向電壓繼續(xù)導(dǎo)通 ， 當(dāng)ua0時(shí) ， 輸出電壓 ud與外接電源 E順向串聯(lián) ， 造成逆變失敗 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 圖 312 三相半波電路逆變失敗波形分析 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 2） 如果晶閘管的制造質(zhì)量不高 ， 耐壓值達(dá)不到銘牌數(shù)據(jù)指標(biāo) ， 或者選擇參數(shù)時(shí)耐壓指標(biāo)選得過(guò)低 ， 則也會(huì)產(chǎn)生逆變失敗 。 如圖 313所示 ， a相晶閘管 VT1的耐壓值選得過(guò)低 ， 在 ωt3時(shí)刻之前 ，VT2正常導(dǎo)通 ， 到了 ωt3時(shí)刻 ， VT1耐壓值過(guò)低而造成誤導(dǎo)通 ，VT1的導(dǎo)通使得 VT2陽(yáng)極承受反向電壓而截止 ， 負(fù)載端電壓由 b相電壓換成 a相電壓 ， 此時(shí) ua0， 結(jié)果造成逆變失敗 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 圖 313 三相半波電路逆變失敗波形分析 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 3） 交流電源發(fā)生故障 （ 設(shè) b相缺相 ） 假設(shè)三相電源 b相缺相或突然消失 ， 由于直流電源 E的存在 ， VT2能正常導(dǎo)通 ， 而此時(shí)回路的電流 Id=E/R， 由于 R的阻值很小 ， 外接直流電源電勢(shì) E通過(guò)晶閘管而發(fā)生短路 ， 回路電流劇增 ， 造成逆變失敗 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 4） 在可控整流電路中 ， 我們提到由于變壓器漏抗的存在 ， 晶閘管換相時(shí)出現(xiàn)換相重疊角 。 在逆變電路中 ， γ的存在 ， 對(duì)逆變電路的運(yùn)行又有什么樣的影響呢 ？ 假設(shè) β＞ γ， 如圖 314所示 ， 在 ωt2時(shí)刻 ， VT1和 VT2換相過(guò)程結(jié)束 ， b相電壓高于 a相電壓 ， VT2管子繼續(xù)導(dǎo)通 ， VT1承受反向電壓而截止 ， 換相能正常進(jìn)行 。 假設(shè) β＜ γ， 如圖 314右半部分 ， 在 ωt4時(shí)刻 ，VT2和 VT3換相過(guò)程結(jié)束 ， 此時(shí) b相電壓高于 c相電壓 ， VT3因承受反向電壓而截止 ， 本該截止的 VT2承受正向電壓而繼續(xù)導(dǎo)通 ， 換相不能正常進(jìn)行 ， 出現(xiàn) ub0， 結(jié)果造成逆變失敗 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 圖 314 三相半波電路逆變失敗波形分析 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 2． 最小逆變角 β min的限制 通過(guò)對(duì)逆變失敗原因的分析 ， 我們知道 ， 為了防止逆變失敗 ， 除了選用可靠的觸發(fā)電路 、 高質(zhì)量的晶閘管及穩(wěn)定的電源外 ， 同時(shí)對(duì)最小逆變角 β min必須嚴(yán)格加以限制 。 在逆變技術(shù)的使用中 ， 一般規(guī)定最小逆變角 β min滿(mǎn)足下列式子： 39。m in ???? ???式中： δ ——晶閘管的關(guān)斷時(shí)間折合成的電角度 。 γ ——換相重疊角 。 θ ′ —— 安全裕量角 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 （ 1） 考慮晶閘管關(guān)斷時(shí)間 tq， 主要是為了保證本該關(guān)斷的管子完全恢復(fù)阻斷 。 tq一般需 200～ 300 μs， 折合后對(duì)應(yīng)的電角度δ為 5176。 左右 。 （ 2） 換相重疊角 γ的大小隨電路的形式 、 工作電流大小的不同而不同 ， 一般取 15176。 ～ 20176。 。 （ 3） 安全裕量角 θ′是十分必要的 ， 變流電路工作在逆變狀態(tài)時(shí) ， 由于種種原因會(huì)影響逆變角 。 例如 ， 在三相橋式逆變電路中 ， 觸發(fā)電路輸出六個(gè)脈沖 ， 它們的相位角間隔不可能完全相等 ， 有的比中心線(xiàn)偏前 ， 有的偏后 ， 這種脈沖的不對(duì)稱(chēng)程度一般可達(dá) 5176。 ， 偏后的脈沖就可能進(jìn)入 βmin范圍內(nèi) 。 因此 ， 需考慮一個(gè)安全裕量 ， θ′值約取 10176。 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 綜上所述 ， 最小逆變角為 ?????? 35~3039。m i n ????（ 33) 為了可靠防止 β 進(jìn)入 β min區(qū)內(nèi) ， 在要求較高的場(chǎng)合下 ， 可在觸發(fā)電路中加一套保護(hù)線(xiàn)路 ， 使 β 減小時(shí)移不到 β min區(qū)內(nèi) ， 或者在 β min處設(shè)置產(chǎn)生附加安全脈沖的裝置 ， 此脈沖不移動(dòng) ， 萬(wàn)一當(dāng)工作脈沖移入 β min區(qū)內(nèi)時(shí) ， 則安全脈沖保證在 β min處觸發(fā)晶閘管 ， 防止逆變失敗 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 必須指出 ， 在應(yīng)用晶閘管變流器的可逆直流拖動(dòng)系統(tǒng)中 ， 由于限制逆變角不得小于 βmin， 為此整流控制角也必須限制在不得小于 αmin的范圍內(nèi) ， 一般取 αmin≤βmin ， 應(yīng)保證系統(tǒng)由整流狀態(tài)轉(zhuǎn)換到逆變狀態(tài)工作時(shí) ， 調(diào)節(jié) β總可使變流器直流側(cè)輸出的最大逆變電壓和電機(jī)電樞電勢(shì)的最大值相平衡 。 αmin 、 βmin的確定既要滿(mǎn)足變流器工作的可靠性 ， 又要滿(mǎn)足變流裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性 。 如果把 αmin、 βmin選得過(guò)大 ， 就不能充分利用整流變壓器的容量 ， 同時(shí)也縮小了變流器的電壓調(diào)節(jié)范圍 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 1. 很 多生產(chǎn)