新聞主題	發(fā)電機勵磁系統(tǒng)中的整流電路（圖文）

 

發(fā)電機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)換成單向脈動性直流電，這就是交流電的整流過程，整流電路主要由整流二極管組成。經(jīng)過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。習慣上稱單向脈動性直流電壓。

 

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個晶閘管構(gòu)成，其觸發(fā)導通換相角是可控的，見圖1。通過控制觸發(fā)角α的大小，可以改變直流電壓的大小。確定同步電壓由負變正過零點滯后α角觸發(fā)，依次觸發(fā)6個脈沖。圖2中的a、b、c是VSO1、VSO3、VSO5控制觸發(fā)角α的起始點（α＝0）；a＇、b＇、c＇是VSO4、VSO6、VSO2控制觸發(fā)角α的起始點。VSO1～VSO6觸發(fā)脈沖依次間隔60°，順序為a、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)導通時前一晶閘管處于導通狀態(tài)，在給后一晶閘管觸發(fā)脈沖的同時也給前一晶閘管以觸發(fā)脈沖，形成雙脈沖觸發(fā)。

 

圖1 發(fā)電機三相全控橋整流電路圖

圖2 發(fā)電機控制觸發(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α＜90°時，Ud＞0，改變控制角就可以改變直流電壓，實現(xiàn)AER功率單元的控制要求。

2．整流換相過程

三相全控橋整流過程中，同一時刻應有兩個晶閘管處于導通狀態(tài)。在受到正向電壓和控制觸發(fā)脈沖作用下，預導通的晶閘管由截止進入導通狀態(tài)，而預關(guān)斷的晶閘管由導通進入截止狀態(tài)，形成換相過程。由于整流電路的負載是發(fā)電機的轉(zhuǎn)子繞組，換相回路存在大電感，換相電流不能瞬時變化，以VSO6向VSO2換相過程為例，i6逐漸從Ifd衰減為0，VSO6關(guān)斷。i2逐漸從0上升為Ifd，見圖3。

 

圖3 發(fā)電機電源電感對換流的影響

 

在換相過程中，ub、LT、uc、LT經(jīng)VSO6和VSO2短路（見圖4）。由于短路環(huán)存在，輸出電位為兩個LT的中點，直到VSO6關(guān)斷，在輸出波形上留下缺口，換流角為γ，見圖3左圖。

由交流回路等值電抗XT所引起的換相過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，在某一固定觸發(fā)角α時（E01或E02），直流側(cè)輸出電壓Ud隨勵磁電流Ifd的特性是下傾的，見圖6-7中特性1和特性2。勵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即為運行點，而改變控制觸發(fā)角α可以使外特性上下平移，相應改變勵磁電壓的工作點，見圖6-7。

 

圖4 發(fā)電機換流期間的等值電路圖

圖5 發(fā)電機三相全控橋整流電路外特性曲線圖

 

3．逆變工作狀態(tài)

當移相觸發(fā)角α＞90°時，直流側(cè)輸出電壓將為負電壓。轉(zhuǎn)子繞組磁場能量向交流側(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”，逆變過程用于在發(fā)電機需要停機時滅磁。

（1）逆變工作原理

設三相全控橋原工作在整流狀態(tài)，在勵磁繞組中建立電流Ifd方向如圖7中所示。當交流側(cè)電源uab變?yōu)樨撝禃r，電感L中的Ifd方向不變，于是電感L中的儲能反饋到電源中，即交流電源吸取直流側(cè)L反饋的能量，實現(xiàn)了逆變。

如圖6所示，設VSO1、VSO6導通，此時uab＜0，但負載電感L中原有電流Ifd在逆變過程中在L兩端產(chǎn)生的感應電動勢［極性見圖6］較大，抵消uab后仍然可使VSO6、VSO1處為正向電壓，保持導通狀態(tài)。于是輸出電壓Ufd等于uab（負值）。當L中儲能不能維持逆變時，晶閘管中電流中斷，逆變結(jié)束。顯然，Ufd.av負值愈大，逆變過程愈短。

 

圖6 發(fā)電機三相全控橋逆變電路圖

圖7 發(fā)電機三相全控橋逆變波形圖

 

（2）實現(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應為負值，所以控制角α＝90°～180°。

② 負載必須為電感性（如發(fā)電機的勵磁繞組），且原先三相全控橋在整流狀態(tài)下工作，即負載電感原先儲有能量。當然，純電阻負載時三相全控橋不能實現(xiàn)逆變。

③ 交流電源電壓不能消失。因逆變時負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，在同樣條件下逆變過程愈短。

（3）逆變角β

三相全控橋工作在逆變狀態(tài)時，每個晶閘管元件連續(xù)導通120°電角度，每隔60°有一個晶閘管換流，在輸入電壓一個周期內(nèi)，每個晶閘管的導通角是固定的，與控制角α大小沒有關(guān)系。定義逆變角β＝180°-α，考慮換流角γ的存在，β角不能過小。逆變時一般固定取β＝40°，即α＝140°

 

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