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新聞主題 |
發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中的整流電路（圖文） |
發(fā)電機(jī)整流電路的作用是將交流降壓電路輸出的電壓較低的交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)性直流電，這就是交流電的整流過(guò)程，整流電路主要由整流二極管組成。經(jīng)過(guò)整流電路之后的電壓已經(jīng)不是交流電壓，而是一種含有直流電壓和交流電壓的混合電壓。習(xí)慣上稱單向脈動(dòng)性直流電壓。
1．三相全控橋整流電路
在電力電子技術(shù)課程中我們已經(jīng)了解了如何將三相電壓經(jīng)三相全控橋整流電路整流為可控的直流電壓。全控橋整流電路由6個(gè)晶閘管構(gòu)成，其觸發(fā)導(dǎo)通換相角是可控的，見(jiàn)圖1。通過(guò)控制觸發(fā)角α的大小，可以改變直流電壓的大小。確定同步電壓由負(fù)變正過(guò)零點(diǎn)滯后α角觸發(fā)，依次觸發(fā)6個(gè)脈沖。圖2中的a、b、c是VSO1、VSO3、VSO5控制觸發(fā)角α的起始點(diǎn)（α＝0）；a＇、b＇、c＇是VSO4、VSO6、VSO2控制觸發(fā)角α的起始點(diǎn)。VSO1～VSO6觸發(fā)脈沖依次間隔60°，順序?yàn)閍、c＇、b、a＇、c、b＇，并要依次與uab、uac、ubc、uba、uca、ucb電壓保持同步。為保證后一晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)前一晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)，在給后一晶閘管觸發(fā)脈沖的同時(shí)也給前一晶閘管以觸發(fā)脈沖，形成雙脈沖觸發(fā)。
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圖1 發(fā)電機(jī)三相全控橋整流電路圖 |
圖2 發(fā)電機(jī)控制觸發(fā)脈沖曲線圖. |
三相全控橋整流電路輸出電壓與控制角α的關(guān)系為
Ud=1.35Ecosα .........................................(6-1)
式中 E——輸入交流線電壓。
當(dāng)α＜90°時(shí)，Ud＞0，改變控制角就可以改變直流電壓，實(shí)現(xiàn)AER功率單元的控制要求。
2．整流換相過(guò)程
三相全控橋整流過(guò)程中，同一時(shí)刻應(yīng)有兩個(gè)晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)。在受到正向電壓和控制觸發(fā)脈沖作用下，預(yù)導(dǎo)通的晶閘管由截止進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，而預(yù)關(guān)斷的晶閘管由導(dǎo)通進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，形成換相過(guò)程。由于整流電路的負(fù)載是發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組，換相回路存在大電感，換相電流不能瞬時(shí)變化，以VSO6向VSO2換相過(guò)程為例，i6逐漸從Ifd衰減為0，VSO6關(guān)斷。i2逐漸從0上升為Ifd，見(jiàn)圖3。
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圖3 發(fā)電機(jī)電源電感對(duì)換流的影響 |
在換相過(guò)程中，ub、LT、uc、LT經(jīng)VSO6和VSO2短路（見(jiàn)圖4）。由于短路環(huán)存在，輸出電位為兩個(gè)LT的中點(diǎn)，直到VSO6關(guān)斷，在輸出波形上留下缺口，換流角為γ，見(jiàn)圖3左圖。
由交流回路等值電抗XT所引起的換相過(guò)程使直流輸出電壓平均值為
由式（6-2）可得到整流電路的外特性如圖4所示。
式（6-2）表示雖然XT是交流側(cè)參數(shù)，但其在換相過(guò)程的作用效果等值于直流電流在其上的直流壓降。由此可見(jiàn)，在某一固定觸發(fā)角α時(shí)（E01或E02），直流側(cè)輸出電壓Ud隨勵(lì)磁電流Ifd的特性是下傾的，見(jiàn)圖6-7中特性1和特性2。勵(lì)磁繞組的伏安特性為特性3（帶有一定非線性），其與全控橋外特性的交點(diǎn)即為運(yùn)行點(diǎn)，而改變控制觸發(fā)角α可以使外特性上下平移，相應(yīng)改變勵(lì)磁電壓的工作點(diǎn)，見(jiàn)圖6-7。
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圖4 發(fā)電機(jī)換流期間的等值電路圖 |
圖5 發(fā)電機(jī)三相全控橋整流電路外特性曲線圖 |
3．逆變工作狀態(tài)
當(dāng)移相觸發(fā)角α＞90°時(shí)，直流側(cè)輸出電壓將為負(fù)電壓。轉(zhuǎn)子繞組磁場(chǎng)能量向交流側(cè)釋放，直到能量釋放完畢，這種移相觸發(fā)角α＞90°，能量向交流側(cè)釋放的作用，稱之為“逆變”，逆變過(guò)程用于在發(fā)電機(jī)需要停機(jī)時(shí)滅磁。
（1）逆變工作原理
設(shè)三相全控橋原工作在整流狀態(tài)，在勵(lì)磁繞組中建立電流Ifd方向如圖7中所示。當(dāng)交流側(cè)電源uab變?yōu)樨?fù)值時(shí)，電感L中的Ifd方向不變，于是電感L中的儲(chǔ)能反饋到電源中，即交流電源吸取直流側(cè)L反饋的能量，實(shí)現(xiàn)了逆變。
如圖6所示，設(shè)VSO1、VSO6導(dǎo)通，此時(shí)uab＜0，但負(fù)載電感L中原有電流Ifd在逆變過(guò)程中在L兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)［極性見(jiàn)圖6］較大，抵消uab后仍然可使VSO6、VSO1處為正向電壓，保持導(dǎo)通狀態(tài)。于是輸出電壓Ufd等于uab（負(fù)值）。當(dāng)L中儲(chǔ)能不能維持逆變時(shí)，晶閘管中電流中斷，逆變結(jié)束。顯然，Ufd.av負(fù)值愈大，逆變過(guò)程愈短。
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圖6 發(fā)電機(jī)三相全控橋逆變電路圖 |
圖7 發(fā)電機(jī)三相全控橋逆變波形圖 |
（2）實(shí)現(xiàn)逆變的條件
根據(jù)上述分析，三相全控橋?qū)崿F(xiàn)逆變工作的條件如下。
① Ufd.av應(yīng)為負(fù)值，所以控制角α＝90°～180°。
② 負(fù)載必須為電感性（如發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組），且原先三相全控橋在整流狀態(tài)下工作，即負(fù)載電感原先儲(chǔ)有能量。當(dāng)然，純電阻負(fù)載時(shí)三相全控橋不能實(shí)現(xiàn)逆變。
③ 交流電源電壓不能消失。因逆變時(shí)負(fù)載兩端電壓被限制在電源電壓水平，所以電源電壓愈高或控制角a愈大時(shí)，在同樣條件下逆變過(guò)程愈短。
（3）逆變角β
三相全控橋工作在逆變狀態(tài)時(shí)，每個(gè)晶閘管元件連續(xù)導(dǎo)通120°電角度，每隔60°有一個(gè)晶閘管換流，在輸入電壓一個(gè)周期內(nèi)，每個(gè)晶閘管的導(dǎo)通角是固定的，與控制角α大小沒(méi)有關(guān)系。定義逆變角β＝180°-α，考慮換流角γ的存在，β角不能過(guò)小。逆變時(shí)一般固定取β＝40°，即α＝140°
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