【正文】 晶閘管能承受的最大電壓為 26U第 3章 逆變電路及應(yīng)用 4） 由 ud波形可見 ， 三相半波電路在整流和逆變的全部工作過程中 ， 如果電流連續(xù) ， 則每個晶閘管在規(guī)定的周期內(nèi)的導(dǎo)通角都為 120176。 對波形進(jìn)行積分 ， 可得直流側(cè)輸出電壓平均值 Ud的大?。? ????????? c os3πs i n23)(ds i n2π23223266d 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，根據(jù) α =π β ，得逆變時輸出電壓 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 。 圖 3－ 8為三相全控橋逆變電路 。 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題 。 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 ， 電動機電動勢 E的極性及大小具備有源逆變實現(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) 。 ） ， 或采用雙窄脈沖 （ 這是因為寬脈沖對觸發(fā)裝置的功率要求比較高 ） 。 依次觸發(fā)兩個管子 ， 每個管子導(dǎo)通 120176。 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 ， 此時晶閘管 VT5和 VT6導(dǎo)通 ， 輸出電壓 ud=ucb。 在 ωt1＜ ωt＜ ωt2期間 ， 雖然 uab＜ 0， 但由于外接電動機電勢 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的流通方向為從 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 ， 則電動機輸出功率 ， 交流電源吸收功率 。 后 ， 即 ωt=ωt2時 ， 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 ， 同時給 VT1加一個輔助脈沖 ， VT VT2同時導(dǎo)通 ， 輸出電壓 ud為線電壓 uac。 輸出電壓波形如圖 39（ a） 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)順序為 VT 1 VT 2 VT 3 VT 4 VT 5 VT 6管子導(dǎo)通過程則如表 31所示 。 VT VT2 acu 60 176。 VT VT4 bau 60 176。 VT VT6 cbu 60 176。 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的波形一般采用線電壓波形 （ 描述比較方便 ） 。 ，一個周期有 6個波頭 。 晶閘管兩端電壓波形的分析同于整流電路 。β 時 ， 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 。 時 ， 電路處于整流和逆變的中間狀態(tài) ， 此時輸出電壓 ud的波形正 、 負(fù)面積相等 ， 則 Ud＝ 0。 當(dāng) α90176。 ） 時 ， 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 。 （ β９０ 176。 這也是我們在實踐中測試波形時判斷故障的依據(jù) 。 。 如果出現(xiàn)下列幾種情況 ， 則可能造成逆變失敗 。 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 。 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時刻 ） 。 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)時耐壓指標(biāo)選得過低 ， 則也會產(chǎn)生逆變失敗 。 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 ， 而此時回路的電流 Id=E/R， 由于 R的阻值很小 ， 外接直流電源電勢 E通過晶閘管而發(fā)生短路 ， 回路電流劇增 ， 造成逆變失敗 。 在逆變電路中 ， γ的存在 ， 對逆變電路的運行又有什么樣的影響呢 ？ 假設(shè) β＞ γ， 如圖 314所示 ， 在 ωt2時刻 ， VT1和 VT2換相過程結(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 。 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 通過對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 ， 同時對最小逆變角 β min必須嚴(yán)格加以限制 。m in ???? ???式中： δ ——晶閘管的關(guān)斷時間折合成的電角度 。 θ ′ —— 安全裕量角 。 tq一般需 200～ 300 μs， 折合后對應(yīng)的電角度δ為 5176。 （ 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。 。 例如 ， 在三相橋式逆變電路中 ， 觸發(fā)電路輸出六個脈沖 ， 它們的相位角間隔不可能完全相等 ， 有的比中心線偏前 ， 有的偏后 ， 這種脈沖的不對稱程度一般可達(dá) 5176。 因此 ， 需考慮一個安全裕量 ， 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。 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 ， 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電樞電勢的最大值相平衡 。 如果把 αmin、 βmin選得過大 ， 就不能充分利用整流變壓器的容量 ， 同時也縮小了變流器的電壓調(diào)節(jié)范圍 。 我們知道 ， 控制他勵直流電動機正 、 反轉(zhuǎn)的方法有兩種：其一 ， 可以改變勵磁電壓的方向；其二 ， 可以改變電樞電壓的方向 。 這里只介紹改變電樞電壓的四象限運行變流系統(tǒng)供電線路的工作原理 。 電動機的磁場方向不變 ， 而其電樞兩端由兩組三相橋式逆變電路的變流器 （ Ⅰ 、 Ⅱ 組 ） 反并聯(lián)供電 ， 從而稱為兩組變流裝置反并聯(lián)的可逆電路 。 下面我們來分析一下如何實現(xiàn)電機的四象限運行 。 如果需要反轉(zhuǎn) ， 首先應(yīng)使電機迅速制動 ， 因而必須改變電機電樞的電流方向 ， 但對 Ⅰ 組橋來說 ， 電流不能倒流 ， 所以只能切換到 Ⅱ組橋工作 ， 同時使 Ⅱ 組橋工作于逆變狀態(tài) ， 如圖 316所示 。 （ β1＜ 90176。 由于機械慣性 ， 電動機的轉(zhuǎn)速 n與反電動勢 E不能立即改變 ， Ⅰ 組橋的晶閘管在 E的作用下本應(yīng)關(guān)斷 ， 但由于id迅速減小 ， 在電抗器 Ld中產(chǎn)生下正上負(fù)的感應(yīng)電動勢 eL， 且 eL在數(shù)值上大于 E， 故使回路滿足有源逆變條件而進(jìn)入有源逆變狀態(tài) ， 將電感 Ld中的能量逆變反送電網(wǎng) ， 電動機仍處于電動運行 ，此時逆變發(fā)生在原工作的橋路 ， 因此被稱為 “ 本橋逆變 ” 。 隨著逆變的進(jìn)行 ， 電動機的轉(zhuǎn)速進(jìn)一步快速減小 ， 當(dāng)轉(zhuǎn)速減到零時 ， 將 Ⅱ 組觸發(fā)脈沖移至 αⅡ ＜ 90176。 ） ， Ⅱ 組橋進(jìn)入整流狀態(tài) ， 電動機的轉(zhuǎn)速從零開始反向啟動 ， 進(jìn)入第三象限 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 從上面的分析我們可以看出： 第一象限：正轉(zhuǎn) ， 電動機運行 ， Ⅰ 組工作在整流狀態(tài) ， αⅠ＜ 90176。 ， E＞ UdⅡ ； 第三象限：反轉(zhuǎn) ， 電動機運行 ， Ⅱ 組工作在整流狀態(tài) ， αⅡ ＜ 90176。 ， E＞ UdⅡ 。 利用有源逆變的原理對繞線式異步電動機進(jìn)行調(diào)速 ， 具有結(jié)構(gòu)簡單 、 效率高等優(yōu)點 ， 且調(diào)速范圍寬 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 圖 317 繞線式電動機串級調(diào)速電路圖 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 控制電路硅整流二極管 VD1～ VD6組成三相不可控橋式整流電路 ， 晶閘管 VT1～ VT6組成三相可控橋式有源逆變電路 。 硅整流二極管把異步電動機在不同轉(zhuǎn)速下感應(yīng)出的轉(zhuǎn)差頻率電勢 sE20整流成直流電壓 Ud， Ud 20d sEU ?（ 34） 式中 : s－異步電動機的轉(zhuǎn)差率 ， （ n0和 n分別為電動機的同步轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速 ） ； E20—— 異步電動機轉(zhuǎn)子開路時的線電壓有效值 。 若忽略轉(zhuǎn)子回路電阻 ， 當(dāng)電動機穩(wěn)速運行時 ， 逆變回路的逆變電壓 Udβ 應(yīng)與整流電路輸出電壓 Ud大小相等 、 方向相反 ， 即 202 o sEUU ld ?? ???c os202EUs l? （ 35） 式中 : U2l—— 逆變變壓器次級線電壓有效值 。 uo的大小可以通過改變變流器的控制角 α來調(diào)節(jié) ， uo的頻率則由正 、 反兩組變流器輪流導(dǎo)通的切換頻率決定 。 uo的大小可通過改變直流電壓 Ud調(diào)節(jié) ， uo的頻率決定于兩對晶閘管的切換頻率 。 晶閘管陽極電流降到零時 ， 若要恢復(fù)正向阻斷能力 ， 則還需要一段關(guān)斷時間 ， 因此 ， 通過在晶閘管的陽極與陰極之間加反向電壓的方法來實現(xiàn)管子的關(guān)斷 。 常用的換流方法有以下三種： 1） 在交 交變頻器中 ， 利用電網(wǎng)電壓過零變負(fù)的特點實現(xiàn)導(dǎo)通晶閘管的關(guān)斷 ， 電路簡單 ， 但僅適用于交流電網(wǎng)供電的電路 。 由于 t0是隨負(fù)載與頻率變換的 ，因此這種換流方式只適用于負(fù)載及頻率變化不大的場合 。 換流電路是利用換流電容儲存的能量 ， 在換流時刻產(chǎn)生一個短暫的脈沖 ， 迫使原來導(dǎo)通的晶閘管電流下降到零 ， 再加一段時間的反向電壓 ， 便可保證晶閘管可靠地關(guān)斷 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 圖 320 強迫換流的原理及波形 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 強迫換流多用于斬波器及逆變器中 ， 可使輸出頻率不受電源頻率的限制 ， 但需要附加龐大的換流裝置 ， 同時還要增加晶閘管的電壓 、 電流定額 ， 對晶閘管的動態(tài)特性要求也高 。 下面我們以全控器件為例介紹幾種常見的逆變器 。 半橋逆變電路由兩個導(dǎo)電橋臂組成 ， 每個導(dǎo)電橋臂由一個全控器件和反向并聯(lián)的二極管構(gòu)成 。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 圖 321 電壓型單相半橋逆變電路 (a) 電路圖； (b) 輸出波形 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 該電路的工作原理： 設(shè) V1和 V2的基極信號在一個周期內(nèi)各有半周正偏 、 半周反偏 ， 且兩者互補 。 在 t2時刻 ， 給 V1加關(guān)斷信號 ， 給 V2加導(dǎo)通信號 ， 電感作用的結(jié)果是電流不能發(fā)生突變 ， 從而使得 VD2導(dǎo)通續(xù)流 ， 負(fù)載端電壓uo=Ud/2， 回路電流慢慢減小 。 在 t4時刻 ， 給 V2加關(guān)斷信號 ， V1加導(dǎo)通信號 ， 此時 VD1導(dǎo)通 ， 負(fù)載端電壓 uo=Ud/2。 第 3章 逆變電路及應(yīng)用 由上面的分析可知 ， 半橋逆變電路負(fù)載端電壓波形為矩形波 ， 電流波形接近于正弦波 。 半橋逆變電路的優(yōu)點是簡單 ， 使用器件少 。 因此 ， 半橋逆變電路常用于幾 kW以下的小功率逆變電源 。 全橋逆變電路及輸出電壓 、 電流波形如圖 322所示 ， 相當(dāng)于兩個半橋逆變電路組合而成 。 本逆變器屬于 180176。 從表中可以看出：在一個周期內(nèi)的任何時刻都有分屬三 相 的 三 個 開 關(guān) 器 件 同 時 導(dǎo) 通 ， 導(dǎo) 通 順 序 是V1→V 2→V 3→V 4→V 5→V 6→V 1……， 每個開關(guān)器件的導(dǎo)通角為180176。 電角度 。 的三相電流同時流經(jīng)負(fù)載 ， 改變 6個開關(guān)器件的驅(qū)動信號的頻率 ， 就能改變輸出電壓的頻率 。 本逆變