自換流式逆變電路

概述

設(shè)有專門(mén)換流電路的半控型逆變電路。當(dāng)負(fù)載為非容性時(shí)，逆變電路便不可能利用負(fù)載電壓來(lái)關(guān)斷退出導(dǎo)通的晶閘管,而必須在主電路中設(shè)置獨(dú)立的換流電路,由電路自身提供換流電壓。由于換流電路（見(jiàn)自換流式電壓型逆變電路）的存在，使逆變電路的損耗、體積、重量和成本都相應(yīng)增加。因此換流電路的形式和性能對(duì)這類逆變電路的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有較大的影響。

由于自關(guān)斷元件的開(kāi)關(guān)容量還比較小，而工業(yè)上大容量的非容性負(fù)載又應(yīng)用十分廣泛(如交流電動(dòng)機(jī))，因而自換流式逆變電路仍有很大的發(fā)展。利用這種電路可構(gòu)成各種工業(yè)用特殊交流電源，如變頻調(diào)速電源（負(fù)載為異步電動(dòng)機(jī)）和恒頻恒壓電源(如不停電電源等)。這兩類電源對(duì)其輸出電參數(shù)（如電壓和頻率等）的變化范圍或穩(wěn)定度有嚴(yán)格要求，無(wú)法采用公共電網(wǎng)供電方式。

根據(jù)逆變電路直流電源性質(zhì)不同，自換流式逆變電路可分為自換流式電壓型逆變電路和自換流式電流型逆變電路兩種。

介紹

由電流型直流電源供電的自換流式逆變電路。它由普通晶閘管組成，向非容性負(fù)載供電，具有電流型逆變電路的一般特性。它與負(fù)載換流式電流型逆變電路（見(jiàn)串聯(lián)逆變電路）的區(qū)別在于:①多使用于電動(dòng)機(jī)負(fù)載,故為三相結(jié)構(gòu)。②必須設(shè)置專門(mén)的換流電路。　結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 　自換流式電流型三相逆變電路的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。與電壓型三相逆變電路（見(jiàn)自換流式電壓型逆變電路）相比，圖1所示電路具有以下特點(diǎn)：首先是直流端采用可控整流器和直流輸出端串聯(lián)大電抗器Ld,這樣便構(gòu)成電流源供電。為此,來(lái)自負(fù)載端的無(wú)功功率可由Ld吸收，即逆變側(cè)的電壓無(wú)功分量由Ld承擔(dān)，因此逆變橋各導(dǎo)電臂便無(wú)需再反并聯(lián)二極管。這不僅簡(jiǎn)化了主電路，也使直流側(cè)電壓極性反向成為可能，即當(dāng)負(fù)載為吸取能量時(shí)（在電機(jī)負(fù)載時(shí)，即處于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)），直流端工作于整流狀態(tài)，將三相電網(wǎng)的能量輸向負(fù)載；當(dāng)負(fù)載反饋能量時(shí)（即電機(jī)處于制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)），直流端工作于有源逆變狀態(tài)，直流電壓反向。在直流電流id方向不變的條件下，負(fù)載端能量反饋回電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)功率雙向傳送。

圖1所示電路與電壓型三相逆變電路的其他差別還在于附加的換流電路的形式。

工作原理 　逆變橋各晶閘管T1～T6的門(mén)極脈沖如圖2a所示，其分布狀態(tài)是各脈沖依次互隔60°，其寬度為120°。因此任何時(shí)刻只有兩只元件導(dǎo)通,上下組各一只（為簡(jiǎn)便T1、T3、T5稱為上組,T2、T4、T6稱為下組）。例如在0ωt6和T1導(dǎo)通，其他晶閘管阻斷,于是電流Id經(jīng)T1和T6流向負(fù)載，其等效電路如圖2b所示。由圖可見(jiàn)，此時(shí)電路中有

iΑ=Id　iB=-Id　iC=0

在60°ωt1和T2導(dǎo)通,等效電路如圖2c所示。電路中有

iΑ=Id　 　iB=0　iC=-Id

相電流iA及其基波iA1的波形如圖2d所示。根據(jù)圖2b和2c可計(jì)出電流iAB的數(shù)值（圖2e）。由圖可見(jiàn)輸出交變電流的重復(fù)頻率取決于門(mén)極脈沖電壓的重復(fù)頻率f=1/T,改變f值即可改變輸出頻率,實(shí)現(xiàn)逆變目的。

與電壓型三相逆變電路的區(qū)別 　圖2f畫(huà)出各時(shí)區(qū)中導(dǎo)通元件的時(shí)序。該時(shí)序表明：①每一元件導(dǎo)通120°。②每隔60°電路中導(dǎo)通元件的號(hào)碼產(chǎn)生一次更迭。③導(dǎo)通元件的更迭是在上（下）組的相鄰導(dǎo)電臂中進(jìn)行。如ωt=60°時(shí)，有T6向T2換流；在ωt=120°時(shí)，有T1向T3換流等等。這種換流順序顯然有別于電壓型三相逆變電路。這是由于后者元件的導(dǎo)通角度為180°,因而換流是在每相上下臂中進(jìn)行。電流型三相逆變電路的這種換流順序與三相橋式可控整流電路相同（見(jiàn)相控整流電路），這是由于兩種電路中元件的導(dǎo)通期均為120°。不同之處是,整流電路具有交流電源,可利用電網(wǎng)電壓作為換流電壓；電流型逆變電路工作于直流電源,非容性負(fù)載,因此只能在電路中設(shè)立獨(dú)立的換流電路,如圖1中虛線框內(nèi)的電容Ck即用于換流，稱換流電容。由于換流次序的不同，使電流型逆變電路的換流電路在結(jié)構(gòu)上與電壓型逆變電路不同（見(jiàn)自換流式電壓型逆變電路），但換流電路的功能卻是相同的：關(guān)斷退出導(dǎo)通的元件;將電流轉(zhuǎn)移到進(jìn)入導(dǎo)通的元件中;為下一次換流做好準(zhǔn)備。

圖 1虛線所示的附加換流電路是電流型逆變電路常用的一種。換流電容Ck被充電，當(dāng)換流時(shí)作為負(fù)壓加到退出導(dǎo)通元件。例如當(dāng)T1導(dǎo)通時(shí)，uCk1>0(按圖示正方向)；當(dāng)T3導(dǎo)通時(shí),uCk1即作為負(fù)壓加到T1上，實(shí)現(xiàn)T1向T3換流，并關(guān)斷T1,其他類推。電路中隔離二極管D1～D6是為了避免換流電容Ck中的電荷向負(fù)載泄放。

電流型逆變電路的局限性是換流時(shí)間取決于換流電容Ck和負(fù)載電感，換流時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)過(guò)電壓。適當(dāng)增大Ck可抑制這種過(guò)電壓，但要增加換流時(shí)間。為避免換流時(shí)間占有過(guò)大比例，電流型逆變電路工作頻率范圍較低。

參考書(shū)目

馮信康、楊興瑤編譯：《電力傳動(dòng)控制系統(tǒng)原理與應(yīng)用》，水利電力出版社，北京，1985。