换流器的工作原理Word下载.docx

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而对于V4、V6和V2来说，由于它们共阳极，因此三相中电压较低的那相的阀导通，其余两个阀关断。

总之，就是比较三相电压的高低来确定哪两个阀导通。

下面我们结合下图进行分析：

举个例子，C~C0时刻，A相电压最高，B相电压最低。

因此根据之前的分析，则共阴极的V1、V3和V5阀，则会由处于A相的V1阀导通，而共阳极的V4、V6和V2阀，则是由处于B相的V6阀导通，此后的依此类推，循环往复。

从上述的阀导通表格中可以看出，每个阀单个周期内导通的时间为120゜，V1~V6阀按顺序依次导通，间隔时间为60︒。

（举例，如V1阀在-120゜~0︒导通，V2阀在-60゜~60︒时刻导通，其中每个阀导通时间为120゜。

V1阀导通起始时刻为-120︒，而V2阀导通的起始时刻为-60゜，两者刚好相差60︒）。

接下来再来分析下6脉动换流器输出的直流电压Ud波形。

从图1-2中可以看出直流线路上的输出电压Ud的电压与m点和n点的电势有很大关系，即

Ud=Um-Un

不难发现，m点的电位其实就是共阴极阀V1、V3和V5阀，哪个阀导通，m点电位就是与哪个阀所处的相电压，比如，V1阀导通，m点的电位就是A相此刻的电压。

同理，n点电位也是如此。

再结合刚刚分析所得阀的导通时刻图，可以得出Ud的波形图：

按照一个周期对直流输出电压Ud进行分析：

对于C~C0时刻：

Ud=ea-eb=eab

对于C0~C1时刻：

Ud=ea-ec=eac

对于C1~C2时刻：

Ud=eb-ec=ebc

对于C2~C3时刻：

Ud=eb-ea=eba

对于C3~C4时刻：

Ud=ec-ea=eca

对于C4~C5时刻：

Ud=ec-eb=ecb

以C~C0时刻为例，此时可以进行如下的推导：

Ud=ea-eb=eab=Emsin（wt+150゜）-Emsin（wt+30︒）

=Em·

2cos（wt+90︒）·

sin60︒

=Emcos（wt+90︒）（wt∈[-120︒,-60︒]）

=Emcosµ

（µ

∈[-30︒,30︒]）

再以C0~C1时刻为例，

Ud=ea-ec=eac=Emsin（wt+150゜）-Emsin（wt-90︒）

=Em·

2cos（wt+30︒）·

sin120︒

=Emcos（wt+30︒）（wt∈[-60︒,0︒]）

=Emcosµ

该周期的其它时段也是如此，因此由上述的推导，可以发现Ud就是以Em为基数的三角函数，其函数区间为[-30︒,30︒]。

则Ud的波形图如下

（以下纯属个人意思，通过这个公示我们可以看出，对于wt∈[-120︒,-60︒]这个区间，Ud将该区间的正弦函数幅值增大了，但是切割成了两段，更利于采样滤波了。

）

直流电压是由线电压的60°

时段组成的。

因此，平均直流电压可由任一60°

时段的瞬时电压积分后对时间求平均得到。

则Ud==

用相电压的有效值或者线电压的有效值表示（相电压：

单相电压，火线对零线电压，常用的为220V。

线电压为任意两根相线之间的电压，常用的为380V。

线电压=相电压。

其中，交流电峰值Em为相电压有效值的倍，则（为相电压有效值，为线电压有效值）

Ud==

通过对输出的平均直流电压Ud推导，可以很容易得到阀电压的波形。

因为当该阀导通时，我们可以简单的认为该阀上所承受的电压为0；

而当阀关断时，则无论时共阳极还是共阴极的阀，它们必定都有一个阀是导通的。

因此，它们一端的电压必定为导通阀所在的相电压，另一端为本相电压，这样其阀上的压降跟平均直流电压Ud是一样的，则可以推断出阀电压波形如下：

图1-3阀V1所承受的电压波形图

（从上述的波形图可以很明显的看出来，在V1阀导通时，其阀上所承受的电压为0。

当其关断时，其阀上的电压跟我们之前推导的直流输出电压的波形很相似。

注意观察，如果所有阀所承受的电压波形都画出来，那么最上面虚线画出来的部分就是输出的直流电压Ud。

从波形图以及公式的推导可以分析出，阀所承受的电压峰值V阀峰=Em。

则

接下来，再利用图1-2来分析阀侧A相、B相和C相的电流：

ia=i1+i4

ib=i3+i6

ic=i5+i2

其电流波形如下图1-4所示：

图1-4阀电流波形

则各相的电流波形如下：

这就是阀V1的电流示意图，该图中就可以很明显的看出来，阀V1导通的时段。

高电平的为导通，低电平为关断（这其实就是FCS）。

单个周期内导通时间为120︒，关断时间为240︒，对于常用的50Hz的交流电来讲，简单换算之后就是导通时间约为6.67ms，关断时间约为13.33ms。

（二）有触发延迟（触发角a≠0）

有触发延迟，顾名思义：

阀控系统并不是接到来自阀的正向电压建立信号就会立即触发，而是延迟一段时间再向晶闸管门极发送触发脉冲。

通常，用a表示“延迟触发角度”。

举个例子，以V1阀和V3阀为例，正常没有触发延迟的情况下，V1阀在wt=-120︒时触发，V3阀在wt=0︒时触发。

如果有了触发延迟角度a时，则V1阀会在wt=-120︒+a时触发，而V3阀在wt=0︒+a时触发。

（注意这里的a是角度，对应于时间轴应该是。

其它的阀依次类推，即所有阀会在原来触发角度的基础上再延迟a角度之后才会触发。

（需要注意的是：

这里所指的触发延迟角度是所有阀的导通都延迟a角度，并不是单指某一个单阀。

图1-5延迟触发a角度的波形图

结合图1-5（图中的C、C0~C8都是自然换相点，也称为过零点，在正常没有延迟触发的情况下，阀都是在这些过零点开始换相），以三相交流电正弦波的上半部分，即共阴极阀（可以看成上半部分为V1、V3和V5阀的导通，下半部分为V2、V4和V6阀的导通）进行分析。

在C1点处，此时共阴极阀中V1阀导通，m点电位为ea；

当C1<

wt<

C1+a时，此时V3阀的阳极电压为eb，而阴极电压由于V1阀仍在导通，阴极电压为ea。

通过图1-5，可以看出，在此时eb>

ea，但是由于延迟触发的原因，此时阀控系统并没有向V3阀的晶闸管门极发送触发脉冲。

因此，V3阀没有满足晶闸管导通的两个必备条件，因而不能导通。

当wt>

C1+a时，阀控系统开始发送触发脉冲到V3阀晶闸管的门极，若a<

180︒，仍满足eb>

ea，则此时V3阀导通，m点的电位变为eb（此前一直为ea）。

若是a>

180︒，则此时虽然有出发脉冲，但是由于阳极电位eb小于阴极电位ea，V3阀仍不会导通。

因此，a的变化范围应在0︒~180︒之间。

（也许会有人说，在120︒<

a<

180︒期间，应该是V5阀的阳极电位最高，应该是V5阀触发。

但是请不要忘记前面讲过的，延迟触发是指所有阀都延迟a角度触发，此时应该触发的仍是V3阀，因为此时的V5阀并没有收到触发脉冲。

Ud

根据上述分析，可以画出直流输出电压Ud的m点电位和n点电位的波形图：

图1-6延迟触发a角度时电位波形图

分析输出直流电压Ud的波形：

以C1时刻的分界点为例：

C1+a,此时Ud=eac=Emcos（wt+30︒）

当C2>

wt>

C1+a,此时Ud=ebc=Emcos（wt-30︒）

由此，可以看出，原来的C1~C2的时间段被划分成了两段，因此其直流输电电压Ud的波形跟之前没有延迟触发角的有些许的不同。

按照上述的分析和图示，当延迟触发角度为a时，输出的平均直流电压Ud可以表示为（以【，+】为区间的ebc时段来分析）：

Ud=

=

=

之前没有延迟触发角度时Ud=,由此可见，晶闸管延迟角度触发后使得输出的平均直流电压Ud减小为之前的倍。

延迟触发角度的取值区间为[0︒,180︒]，因此cos的取值范围在±

1之间，即Ud的取值在和之间。

当<

90︒时为正值，此时Ud表示的是从交流到直流，为整流状态；

当>

90︒时为负值，此时的Ud表示的是直流到交流，是与整流状态相反的逆变状态。

当=90︒时，Ud=0，此时为零功率状态。

由此可见，=90︒为整流和逆变状态的临界值。

当=180︒时，刚好是与=0︒相反的，其输出的直流电压波形与=0︒时相反，为正弦波负半轴的6脉动逆变器。

同样，各个阀在导通时刻通过的电流为Id，而在截止时，电流为0。

每个阀还是导通120︒，而仅仅只是波形相位移动了角度，其余的都没有变化。

1.2包括电源电感的电路分析（即Lc≠0）

1.2.1换相过程

（1）由于交流电源电感Lc的存在，使得每相线路上的电流不可能发生瞬间的变换，电流的变换需要一个过程，因而换相就需要一定的时间，这个时间我们就称之为“换相时间”或者“叠弧时间”，其对应的角度也被称之为“换相角”或者“叠弧角”，用μ表示。

（2）在0︒<

μ<

60︒时，换相过程中只有三个阀同时导通，在两次换相之间（即上次换相结束到下一次换相开始之前）则只有两个阀同时导通，通过下面的示意图可以看出

（3）如果当60︒<

120︒时，在换相过程中就将会产生三个阀和四个阀交替同时导通的现象，这是一种异常情况。

因为，若是有四个阀同时导通，那么必然会有处于同一相的两个阀同时导通，这样就造成了短路。

因此，必须要求在正常运行情况下，换相角0︒<

60︒。

一般的μ角度在15︒和25︒范围之间，接下来分析的电路也都是保证μ在0︒<

60︒区间之内。

1.2.2电路的分析

（1）电流分析

以V1到V3的换相过程来分析，若考虑到换相延迟角度a，则换相过程从

ωt=a开始，当ωt=a+μ时，整个换相过程结束，V1阀成功换相到V3阀。

那么δ=a+μ，称之为“熄弧角”。

换相期间V1阀和V3阀的电路图如下所示：

而：

根据相关的推导，可以得出

当wt=δ=a+μ时，=，=0，即：

=

那么，

从而得出换相角，通过换相角公式，可以看出换相角和延迟触发角a以及电源电感Lc、直流输出电流Id以及Em有关。

（2）电压分析

在触发延迟角度a之后，μ的范围之内，也就是换相过程中，存在三个阀同时导通，此时以V1阀和V3阀为例继续分析电源电感造成的叠弧现象对线路电压的影响。

在换相过程中，V1阀和V3阀同时导通的，此时m点的电压记为Um。

而，＝＞

所以，＝＞

从而可以得出：

即在从延迟触发角度a之后到δ=a+μ之间，的电压将不会再是，而是变为了（由于交流电三相电压的相位关系ea+eb+ec=0）。

依次类推，可以画出m点和n点的电压波形图，如下所示：

从上图可以看出，有了叠弧电压的影响，输出的平均直流电压下降了Aμ/,而，

则，平均压降为Aμ/=

所以，此时输出的平均直流电压Ud=Aμ/