两组晶闸管可逆线路中的环流问题

来源：本站时间：2014-12-09 08:12:00

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两组晶闸管的可逆线路既能保证正反运行，又能实现正方向的回馈制动，但也带来新问题—环流。一、环流及其种类 1. 环流的定义：采用两组晶闸管反并联的可逆V-M系统，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称作环流，如下图中所示。环流的形成

Ic— 环流 Id — 负载电流反并联可逆V-M系统中的环流环流的的两重性 ①危害：一般地说，环流是不利的：徒然加重晶闸管和变压器的负担，增加无功功率损耗；环流过大时会损坏晶闸管；增设环流电抗器,投资费用增大，因此应该予以抑制或消除。 ②利用：利用环流作为流过晶闸管的基本负载电流，使VT工作在连续区，避免电流断续引起的非线性现象对系统动静态性能的影响；VT 中存在少量的环流，使VT总处于微导通状态，使换流较为容易，加快过渡过程。 2. 环流的分类（1）静态环流系统在某一控制角下稳定工作时出现的环流，又可分为两类： ·直流平均环流——环流电压有正向直流分量的环流。也称为直流环流。 ·瞬时脉动环流——环流电压没有正向直流分量的环流。也称为脉动环流、交流环流。（2）动态环流 VT触发相位改变，系统由一种状态过渡到另一种状态时产生的环流。这里，主要分析静态环流的形成原因，并讨论其控制方法和抑制措施。

2. 抑制办法：让正组晶闸管VF处于整流状态，其整流电压Ud0f = + 让反组晶闸管VR处于逆变状态，其整流电压Ud0r = - 于是 Ud0r = -Ud0f 由式有 Ud0f = Ud0 max cosαf Ud0f = Ud0 max cosαr 其中 αf 和αr 分别为VF和VR的控制角。由于两组晶闸管装置相同，两组的最大输出电压 Ud0max 是一样的，因此，当直流平均环流为零时，应有 cosα r = – cosα f 或 α r + α f = 180 反组的控制用逆变角 β r 表示，则α f = β r 由此可见，按照上式来控制就可以消除直流平均环流，这称作 α = β 配合控制。为了更可靠地消除直流平均环流，可采用 α f ≥ β r 3. 配合控制实现方法两组晶闸管装置的触发脉冲零位都定在90°，即 ·当控制电压 Uct= 0 时，使 αf = αr = 90°，此时 Ud0f = Ud0r = 0 ，电机处于停止状态。 ·增大控制电压Uct 移相时，即Uct↑→αf ↓，αr ↑ → Uct = -Uct，正组整流，反组逆变。只要使两组触发装置的控制电压大小相等符号相反就可以了。这样的触发控制电路示于下图。


6. α = β 控制的工作状态 ·待逆变状态 — 这时逆变组除环流外并未流过负载电流，也就没有电能回馈电网，确切地说，它只是处于“待逆变状态”，表示该组晶闸管装置是在逆变角控制下等待工作。 ·逆变状态 —只有在制动时，当发出信号改变控制角后，同时降低了整流电压和逆变电压的幅值，一旦电机反电动势 E > \|Ud0r\| = \|Ud0f\|，整流组电流将被截止，逆变组才真正投入逆变工作，使电机产生回馈制动，将电能通过逆变组回馈电网。 ·待整流状态 ——同样，当逆变组工作时，另一组也是在等待着整流，可称作处于“待整流状态”。所以，在 α = β 配合控制下，负载电流可以迅速地从正向到反向（或从反向到正向）平滑过渡，在任何时候，实际上只有一组晶闸管装置在工作，另一组则处于等待工作的状态。 7. 最小逆变角限制为了防止晶闸管装置在逆变状态工作中逆变角太小而导致换流失败，出现“逆变颠覆”现象，β 不能太小，必须在控制电路中采用限幅作用，形成最小逆变角β min保护。为实现α=β 工作制控制，对 α角也实施 α min 保护，以免出现 Ud0f > Ud0r 而产生直流平均环流。通常取α min =β min = 30° 最小逆变角β min保护：防止逆变失败。 β min设定→αmin= β min→限制Uctmax →ACR输出正负限幅三、瞬时脉动环流及其抑制 1. 瞬时的脉动环流产生的原因在α =β 工作配合控制的条件下，\|U d0r\| = \|U d0f\|，消除了直流平均环流，但这只是就电压的平均值而言。由于晶闸管装置的输出电压是脉动的，正反组电压的瞬时值并不相等的，当 ud0f > ud0r，△ud0= ud0f -ud0r 存在，将产生瞬时的脉动环流。这个瞬时脉动环流是自然存在的，因此配合控制有环流可逆系统又称作自然环流系统。瞬时脉动环流的产生正组整流电压和反组逆变电压之间的瞬时电压差， △ud0 = ud0f – ud0r 由于这个瞬时电压差的存在，便在两组晶闸管之间产生了瞬时脉动环流 i cp。瞬时脉动环流的直流分量由于晶闸管的内阻很小，环流回路的阻抗主要是电感，所以i cp不能突变，并且落后于△ud0 ；又由于晶闸管的单向导电性，只能在一个方向脉动，所以瞬时脉动环流也有直流分量 I cp ，但与平均电压差所产生的直流平均环流在性质上是根本不同的。 2. 瞬时脉动环流的抑制瞬时脉动环流不经过负载，徒然增加晶闸管的负担，因此必须设法限制它。直流平均环流可以用配合控制消除，而瞬时脉动环流却是自然存在的。为了抑制瞬时脉动环流，可在环流回路中串入电抗器，叫做环流电抗器，或称均衡电抗器，环流电抗的大小可以按照把瞬时环流的直流分量限制在负载额定电流的5%~10%来设计。均衡电抗器的设置三相零式反并联可逆线路必须在正、反两个回路中各设一个均衡（环流）电抗器，因为其中总有一个电抗器会因流过直流负载电流而饱和，失去限流作用。例如：在下图中当正组 VF整流时，流过负载电流，使 Lc1 铁心饱和，只能依靠在逆变回路中的 Lc2 限制环流。同理，当反组VR整流时，只能依靠 Lc1限制环流。

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两组晶闸管的可逆线路既能保证正反运行，又能实现正方向的回馈制动，但也带来新问题—环流。一、环流及其种类 1. 环流的定义：采用两组晶闸管反并联的可逆V-M系统，如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，称作环流，如下图中所示。环流的形成

Ic— 环流 Id — 负载电流反并联可逆V-M系统中的环流环流的的两重性 ①危害：一般地说，环流是不利的：徒然加重晶闸管和变压器的负担，增加无功功率损耗；环流过大时会损坏晶闸管；增设环流电抗器,投资费用增大，因此应该予以抑制或消除。 ②利用：利用环流作为流过晶闸管的基本负载电流，使VT工作在连续区，避免电流断续引起的非线性现象对系统动静态性能的影响；VT 中存在少量的环流，使VT总处于微导通状态，使换流较为容易，加快过渡过程。 2. 环流的分类（1）静态环流系统在某一控制角下稳定工作时出现的环流，又可分为两类： ·直流平均环流——环流电压有正向直流分量的环流。也称为直流环流。 ·瞬时脉动环流——环流电压没有正向直流分量的环流。也称为脉动环流、交流环流。（2）动态环流 VT触发相位改变，系统由一种状态过渡到另一种状态时产生的环流。这里，主要分析静态环流的形成原因，并讨论其控制方法和抑制措施。

2. 抑制办法：让正组晶闸管VF处于整流状态，其整流电压Ud0f = + 让反组晶闸管VR处于逆变状态，其整流电压Ud0r = - 于是 Ud0r = -Ud0f 由式有 Ud0f = Ud0 max cosαf Ud0f = Ud0 max cosαr 其中 αf 和αr 分别为VF和VR的控制角。由于两组晶闸管装置相同，两组的最大输出电压 Ud0max 是一样的，因此，当直流平均环流为零时，应有 cosα r = – cosα f 或 α r + α f = 180 反组的控制用逆变角 β r 表示，则α f = β r 由此可见，按照上式来控制就可以消除直流平均环流，这称作 α = β 配合控制。为了更可靠地消除直流平均环流，可采用 α f ≥ β r 3. 配合控制实现方法两组晶闸管装置的触发脉冲零位都定在90°，即 ·当控制电压 Uct= 0 时，使 αf = αr = 90°，此时 Ud0f = Ud0r = 0 ，电机处于停止状态。 ·增大控制电压Uct 移相时，即Uct↑→αf ↓，αr ↑ → Uct = -Uct，正组整流，反组逆变。只要使两组触发装置的控制电压大小相等符号相反就可以了。这样的触发控制电路示于下图。


6. α = β 控制的工作状态 ·待逆变状态 — 这时逆变组除环流外并未流过负载电流，也就没有电能回馈电网，确切地说，它只是处于“待逆变状态”，表示该组晶闸管装置是在逆变角控制下等待工作。 ·逆变状态 —只有在制动时，当发出信号改变控制角后，同时降低了整流电压和逆变电压的幅值，一旦电机反电动势 E > \|Ud0r\| = \|Ud0f\|，整流组电流将被截止，逆变组才真正投入逆变工作，使电机产生回馈制动，将电能通过逆变组回馈电网。 ·待整流状态 ——同样，当逆变组工作时，另一组也是在等待着整流，可称作处于“待整流状态”。所以，在 α = β 配合控制下，负载电流可以迅速地从正向到反向（或从反向到正向）平滑过渡，在任何时候，实际上只有一组晶闸管装置在工作，另一组则处于等待工作的状态。 7. 最小逆变角限制为了防止晶闸管装置在逆变状态工作中逆变角太小而导致换流失败，出现“逆变颠覆”现象，β 不能太小，必须在控制电路中采用限幅作用，形成最小逆变角β min保护。为实现α=β 工作制控制，对 α角也实施 α min 保护，以免出现 Ud0f > Ud0r 而产生直流平均环流。通常取α min =β min = 30° 最小逆变角β min保护：防止逆变失败。 β min设定→αmin= β min→限制Uctmax →ACR输出正负限幅三、瞬时脉动环流及其抑制 1. 瞬时的脉动环流产生的原因在α =β 工作配合控制的条件下，\|U d0r\| = \|U d0f\|，消除了直流平均环流，但这只是就电压的平均值而言。由于晶闸管装置的输出电压是脉动的，正反组电压的瞬时值并不相等的，当 ud0f > ud0r，△ud0= ud0f -ud0r 存在，将产生瞬时的脉动环流。这个瞬时脉动环流是自然存在的，因此配合控制有环流可逆系统又称作自然环流系统。瞬时脉动环流的产生正组整流电压和反组逆变电压之间的瞬时电压差， △ud0 = ud0f – ud0r 由于这个瞬时电压差的存在，便在两组晶闸管之间产生了瞬时脉动环流 i cp。瞬时脉动环流的直流分量由于晶闸管的内阻很小，环流回路的阻抗主要是电感，所以i cp不能突变，并且落后于△ud0 ；又由于晶闸管的单向导电性，只能在一个方向脉动，所以瞬时脉动环流也有直流分量 I cp ，但与平均电压差所产生的直流平均环流在性质上是根本不同的。 2. 瞬时脉动环流的抑制瞬时脉动环流不经过负载，徒然增加晶闸管的负担，因此必须设法限制它。直流平均环流可以用配合控制消除，而瞬时脉动环流却是自然存在的。为了抑制瞬时脉动环流，可在环流回路中串入电抗器，叫做环流电抗器，或称均衡电抗器，环流电抗的大小可以按照把瞬时环流的直流分量限制在负载额定电流的5%~10%来设计。均衡电抗器的设置三相零式反并联可逆线路必须在正、反两个回路中各设一个均衡（环流）电抗器，因为其中总有一个电抗器会因流过直流负载电流而饱和，失去限流作用。例如：在下图中当正组 VF整流时，流过负载电流，使 Lc1 铁心饱和，只能依靠在逆变回路中的 Lc2 限制环流。同理，当反组VR整流时，只能依靠 Lc1限制环流。