新聞主題	發(fā)電機勵磁系統中的整流電路（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。習慣上稱(chēng)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)晶閘管構成，其觸發(fā)導通換相角是可控的，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(shí)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(shí)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(xiàn)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(xiàn)電壓。

當α＜90°時(shí)，Ud＞0，改變控制角就可以改變直流電壓，實(shí)現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)刻應有兩個(gè)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(jìn)入導通狀態(tài)，而預關(guān)斷的晶閘管由導通進(jìn)入截止狀態(tài)，形成換相過(guò)程。由于整流電路的負載是發(fā)電機的轉子繞組，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。

 

圖3 發(fā)電機電源電感對換流的影響

 

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是交流側參數，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），直流側輸出電壓Ud隨勵磁電流Ifd的特性是下傾的，見(jiàn)圖6-7中特性1和特性2。勵磁繞組的伏安特性為特性3（帶有一定非線(xiàn)性），其與全控橋外特性的交點(diǎn)即為運行點(diǎn)，而改變控制觸發(fā)角α可以使外特性上下平移，相應改變勵磁電壓的工作點(diǎn)，見(jiàn)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(xiàn)圖

 

3．逆變工作狀態(tài)

當移相觸發(fā)角α＞90°時(shí)，直流側輸出電壓將為負電壓。轉子繞組磁場(chǎng)能量向交流側釋放，直到能量釋放完畢，這種移相觸發(fā)角α＞90°，能量向交流側釋放的作用，稱(chēng)之為“逆變”，逆變過(guò)程用于在發(fā)電機需要停機時(shí)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。當交流側電源uab變?yōu)樨撝禃r(shí)，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L反饋的能量，實(shí)現了逆變。

如圖6所示，設VSO1、VSO6導通，此時(shí)uab＜0，但負載電感L中原有電流Ifd在逆變過(guò)程中在L兩端產(chǎn)生的感應電動(dòng)勢［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(shí)，晶閘管中電流中斷，逆變結束。顯然，Ufd.av負值愈大，逆變過(guò)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(shí)現逆變的條件

根據上述分析，三相全控橋實(shí)現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(shí)三相全控橋不能實(shí)現逆變。

③ 交流電源電壓不能消失。因逆變時(shí)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(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)晶閘管元件連續導通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，每個(gè)晶閘管的導通角是固定的，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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