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晶闸管整流和逆变颠覆


20 年第 2 O3 期 







技 

4  1

论 有 源 逆 变 和 逆 变 颠 覆 
建钢 工程 公 司 王   萍 
i  删 n   )  

1 前  言 
S N有 源 逆 变 电

路 可 以 应 用 于 龙 门 刨  E

U= a 
0 
=  

U L 0 口 = 2 3 U c s … 一 ①  2c s . 4 2o  ̄

床、 车、 行 轧机 等 要求 交直 流 电机 调速 、 速  快 制 动 的生 产 场 合 。  
由 于 S R元 件 具 有 响 应 快 、 定 性 好 、 C 稳  

式中:  

u—变 流器输 出电压平均值 ; d   II 变 压 器 次级 线 电 压 ; 『_ 2  
U一 变 压 器 次 级 相 电 压 ; 2   控 制角 ;  

可靠性高 , 于“ 便 弱控强 出”及其 有源逆变 电  , 路在特定条件 下 , 本身 具有 将直 流 逆变 为交 
流并反馈到交 流 电网 的特性 , 而具 有 节约  因 电能 、 短 制 动 时 间 等 优 点 。 特 别 是 对 于 象   缩 龙 门刨 床 、 车 、 机 等要 求 频 繁 起 制 动 的生   行 轧

变角

( 8=兀一a 。 ) 

产机械 , 以大 幅度提 高劳动生产率 , 可 具有 明  显 的经 济 意 义 和 良好 的发 展 前 景 。  

由①式 及 图 1可 知 , 0 当 ≤a / ≤兀 2时 ,   U =2 3U cs >0 a .4 2o ̄ 。此 时 变 流 器 处 于 整 流状  
态 。a=兀 2时 , 个 周 期 内 , 流 器 输 出 电  / 一 变 压 u d的正 负 面 积 相 等 , 而 U =0 即 U = 因 d , d  23 Ucs 2=0 在 n 2<a<兀时 , 流 器  .4 2o ̄/ 。 / 变 处 于 逆 变 状 态 , d=2 3 U CS U .4 2OR<0 在 图 1 ,   () 表现为 U 的瞬肘 值 u 也为负值 。 b中 d d   由 以上 可 知 , 应 于 不 同 的 控 制 角 a 变  对 , 流 器 输 出 电 压 平 均 值 u 和 瞬 时 值 u 有 着  d d就 不 同 的 数 值 和 极 性 , 就 有 着 三 种 不 同 的 工  也 作状态 。   2. 晶 闸 管 两 端 电压 波 形 分 析  2 图 2分 别 给 出 了 不 同 控 制 角 时 u d的 瞬  时 值 波 形 和 相 应 的 S R两 端 电 压 波 形 。 从  C 波形 图 中可 以 看 出 : a< 当   时 , 流 器 处  变 于整流状态 , 闸管 主要 承受 反 向电压 ; a 晶 当   >兀 2时 , 流 器 处 于 逆 变 状 态 , 闸 管 主 要  / 变 晶 承 受 的是 正 向 电压 。但 无 论 处 于整 流 还 是 逆 

2 逆 变 的原 理 、 件 、 点  条 特
从根 本 上 说 , 源 逆 变 与 可 控 整 流 是  有 s R变 流 器 的 两 个 不 同 的 工 作 状 态 。 即 : C 整  流 和 逆 变 、 流 和 直 流 在 S R变 流 器 中 既 相   交 C 互联 系 着 , 在 一 定 的 条 件 下 相 互 转 化 。 也   又 就 是 说 , 变 流 器 分 别 工 作 在 整 流 与 逆 变 两  当
个 不 同 的 状 态 时 , 有 着 与 之 对 应 的 不 同 电  就

路 。 因此 , 源 逆 变 电 路 在 工 作 原 理 、 数 关   有 参 系 和 分 析 方 法 等 方 面 与 整 流 电路 有 着 密 切 的  关 联 , 又 有 着 本 身 不 可 忽 略 的特 点 及 要 求 。 但  
2. 有 源 逆 变 及 逆 变 的 条 件  1

如图 1 示 ,C 所 S R三 相 全 控 桥 供 电 电 路   中 , 流 电机 D可 看作 理 想 电势 源 ( 动机  直 电 内阻和 电感 分 别 归 算 到 主 回路 电 阻和 电感  中 )又 因 为 平 波 电抗 器 足 够 大 而 电 流 连 续 。 ,   所 以 , 通 角 恒 为 2t3 变 流 器 输 出 直 流 电  导 7 , / 压平均值 为 :  

变状态 , 正反 向电压最 大值 都 为√   I 此  其 22 U




外 , 变 状 态下 , 逆 p越 小 ,C S R允 许 关 断 时 间 
c  

越 小 。 如 果 超 过 这 段 时 间 , 闸 管 将 失 去  晶

关断的机会 , 新 承 受正 向电压 , 续 导通 , 重 继   以至 无 法 关 断 而 造 成 严 重 的 后 果 。  

4  2







技 

2 0 第 2期  0 3年

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整流状 态 

中间状 态 

逆 变 状 态 


嫩 
一   a =

 
p詈 = 

詈=  p
() b 

p詈 = 

图 1 变 流 器 在 三种 工 作 状 态 时 的 电压 波 形 分 析   

3 逆 变颠 覆 
当 S R变 流 器 工 作 于 整 流 状 态 出 现 脉  C 冲丢 失 或 移 相 角 超 出 最 大 和 最 小 范 围 时 , 其  后 果 最 多 只是 无 电 压 输 出 , 流 中 断 而 已 ,   电 但 当 a>兀 2 变 流 器 处 于 逆 变 状 态 时 , 旦 出  /, 一 现 脉 冲丢 失 , 相 角 超 出规 定 , 况 就 不 一 样   移 情 了, 将使 直流 电 源与整 流输 出 电压变 成顺  它 向联 接 形 成 短 路 , 出现 很 大 的 短 路 电 流 , 至  以 烧 坏 快 熔 甚 至 晶 闸 管 , 就 是 所 谓 的 逆 变 颠  这 覆或逆变失败 。  
3. 逆 变 颠 覆 形 成 原 因  1

在 不 考 虑 交 流 侧 电抗 的 情 形 下 , 脉 冲  因 丢 失 、 冲延 迟 、 闸 管 工 作 失 常 造 成 逆 变 失  脉 晶 败 的 情 况 , 用 三 相 半 波 逆 变 电路 来 进 行 说   可
明 。如 图 3所 示 。  

在 图 3b 中 , tI 前 , () 设 o 之 t 电路 处 于 正 常  

的逆变状态 。B < 为  

的某 一允许 值 : 若触 

发脉冲 u 丢失 ,   就不 能实现 b 到 c 的换  相 相 相 ,C 2 续 导 通 , u 过 零 变 正 后 与 E 顺   sR 继 当 d d
向联 接 , 成 短 路 。 形   在 图 3 c 中 , 使 在 c2给 s R () 即 a t C 3以 脉   冲 , 因 此 时 U >u,C 3已 承 受 反 向 电 压 , 但 b eS R   无 法 导 通 , s R 也 不 能 关 断 , 续 导 通 到  而 C2 继

u 的正半波 ,b b u 变为整流极性 , 形成短 路 。  

20 0 3年 第 2期 







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( a1号 b ==  ) 3

( 1詈 c 3   ) =
角 7的作 用 , 换相 尚未 结 束 , 此 时 u 的电  而 b 位又高于 u, c故而 K 2 P 继续 导通 , P 承受反  K3 向 电 压 重 新 关 断 。 由此 可 以 推 断 , 了 不 出  为 现 逆 变颠 覆 , 变 控 制 角 必 须 有 一 个 最 小 限  逆 制值  。而且  >( + , 7  ) 以便让 应该关  断的 S R元 件在 7  所 对应 的时 间 之后仍  C + 有一 段 时 间 受 到 反 向 电压 , 该 导 通 的 S R 应 C  元件在 7  所 对应 的时 间之后 仍 有一 段 时  + 间 承 受 正 向 电 压 而 维 持 导 通 , 到 换 相 过 程  直 完全结束为止 , 才不致于 出现逆 变失败 。  
的 选 取 除 考 虑 7和  之 外 , 必 须 留  还

图 2 三 相 全 控 桥 不 同控 制 角 时 S R两 端 电 压 l 的 波 形  C I k

在 图 3 d 中 , 之前 , 果 S R 承受  ()   如 Cl 的正 向 电压 较 高 , 产 生 正 向转 折 误 导 通 。 而   因此 , 在  时 刻 ,C l已 导 通 ,C 3 受 反  SR SR 承 向电压 无 法 完 成 b c的 换 相 , 致 逆 变 颠  — 导 覆。   其次 , 在实际 电路 中 , 由于变 压器存在漏  抗及 S R元 件 不 可 能 瞬 时 完 成 换 相 。 因 而 , C   存在换相重 叠 角 7 加之 S R元 件 的关 断时  , C 间对 应 着 关 断 角  , 果 换 相 的 裕 量 角 考 虑   如 不足 , 8 7  ) , 可能在换 相 尚未完  在 <( + 时 就
成 时 , 导通 的 S R元 件 因 错 过 了关 断 时 间  原 C

又承受正 向电压继 续导 通 , 该 导通 的元件  本 因承受反 向 电压 而重新 关 断 。这样 , 导通  原 的 S R元 件 将继 续 导 通 至 电源 电压 正半 波  C 而导致逆变失败 。   另 外 , 源 供 电不 正 常 , 电 突然 停 电 、 相 、 缺   欠压 等也将 引起逆变 颠覆 。   3 2 对逆变角  的限制  . 在 图 4 示 的三 相半 波可 控 电路 中 , 所 以 
K 2b相 ) K 3 c相 ) 换 相 过 程 进 行 分   P( 和 P( 的 析 。 当逆 变 电路 工 作 于 B >7时 , 过 换 相 过   经

有安全裕 量 , 即安 全 裕 量 角 8, 主 要 是 因   这 为: 电网电压 的下 降 , 同步 电压 幅值 变小 , 在  同一直流信号之下 , 导致 8 瞬间减小 , 触发 器  输出脉冲不对 称 程序一 般 可达 5。此外 , o 在  带有转速调节 或 电压调 节器 的可逆 系统 中 ,   若 电网电压 下 降 5 调 节 器为 了力 图保 持  %, 电压或转 速不 变 , 就会 让 逆变 组 的脉 冲从 原  来的 p角位置 向  处 移动 , 至 < 而 导  甚  
致 逆 变 失 败 。 因 此 , 变 电 路 的 最 小 逆 变 角  逆 应为 :  

程后 ,c u 高于 u , 以换 相结 束 时 , b所 能使 K 2 P  承 受 反 向 电压 而 关 断 。 如 果 8 , 4 b 所   <7 图 ( ) 示 。在 电路 的工 作状 态 到 P点 时 , 由于 重叠 

=7  +   + 8 其 中 : 般 取 4—5 ,  取 lo  一 。8约 0,   取值在 3 ̄ 3 。 间。 0 一 5之  







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2 o 年第 2 03 期 

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图 3 三相半波逆变 颠覆波形 

2 O 第 2期  O 3年







技 

O  

() c 

图 4 交 流 侧 电 抗 对 换 相 的 影 响  此 外 , 可 逆 系 统 中 , 预 先 把 整 流 变 压  在 应 器次级 相 电压 提高 5 左右 , 得 在 9%交  % 使 5 流 电 压 下 , 统 仍 能 工 作 于 p> 系   区域 中 ,  
3 o 5。  



4 2 在  处 设 置 安 全 脉 冲 , 逆 变 电路 总  . 使 是工 作 于 1   3 I > 区域 内。   的范 围 内 , 致 于进 入  不

并使 

=  

, 以满足 E  ̄U 的条件 。 d- a  

4 3 对 于可逆调 速系统设定 aI= , . |I  保证  r i r

4 防止 逆 变 颠覆 的措 施 
综上所述 , 致逆 变 颠覆 的 原 因 主要是  导 由于 ① 脉 冲 发 生 器 不 能 可 靠 、 时 地 给 各   适 S R元 件 分 配 脉 冲 ; 交 流 电 源 突 然 出 现 断  C ②

系统 在变换状 态时总是满 足 E  u 的条件 。 d d   4 4 采用两套 电源供 电, . 防止 电源故 障导致  逆变失败 , 即采用一 级负荷 的方式供 电。  
45 合 理 选 用 S R元 件 。 . C   总而言之 , 源 逆 变 电路尽 管有 着 十分  有 明显 的优 点 , 又有其特定 的要 求 , 而在设  但 故 计 和实 际应 用 中 , 定 要 采 取 措 施 防 止 逆 变  一

电、 缺相 或 电压过低 ; ③  过 小 ; C ④S R元件 
本 身 原 因 或选 用 不 当等 几 个 方 面 造 成 的 。 因  此 , 以采 取 如 下 措 施 防止 逆 变 颠 覆 的 产 生 。 可  

41 . 

i   的取 值一定 要 >( +艿 , 般取 3 ̄ 7 )一 0 

颠覆 , 确保系 统稳 定 、 可靠地 运 行 , 到 预期  达 效果 。  


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