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2023-06-30
控制励磁电流的整流电路设计
【摘要】：发电机励磁电流的调节是通过调节可控整流电路的触发脉冲角度来实现的。可控整流电路可将交流电压变为可变直流电压，供给发电机励磁绕组，一般所采用的可控整流电路为三相半控桥式或三相全控桥式整流电路。图9-15三相全控桥式整流电路图触发脉冲要求。
发电机励磁电流的调节是通过调节可控整流电路的触发脉冲角度来实现的。可控整流电路可将交流电压变为可变直流电压，供给发电机励磁绕组，一般所采用的可控整流电路为三相半控桥式或三相全控桥式整流电路。
1.三相半控桥式整流电路
如图9-12所示为三相半控桥式整流电路，VSO 为晶闸管，V 为二极管，R、L 为励磁绕组的等值电阻与电感，ua、ub、uc为三相对称交流励磁电源，可来自发电机励磁变压器，也可来自励磁发电机。
(1)对触发脉冲的要求。晶闸管要导通需要满足两个条件：一是要在阳极与阴极之间加正向电压，二是在控制极与阴极间加一定能量、一定宽度的正向电压脉冲。晶闸管的截止条件为阳极与阴极之间加负向电压，或流过电流小于使晶闸管能维持导通的最小电流。
图9-12 三相半控桥式整流电路图
如果图中的晶闸管有最大的导通角，相当于将晶闸管改为二极管，则三相半控桥式整流电路变为三相全波桥式整流电路，此时图9-12中A、B、C 三点电位最高的一相晶闸管与电位最低的一相二极管导通，使得输出的直流电压ud最大。此时三相电压的导通转换点称为自然换相点，此时称换相角α为0°，即α=0°。当α=0°时，输入与输出波形如图9-13所示。
如图9-13所示，晶闸管VSO1、VSO3、VSO5分别在a点、b点、c点开始导通，每个晶闸管导通120°。因此，应该每隔120°轮流向晶闸管VSO1、VSO3、VSO5分别发触发脉冲Ug1、Ug3、Ug5。二极管V4、V6、V2分别在a′点、b′点、c′点开始导通，称a′点、b′点、c′点为二极管的换相点。
因此，在三相半控桥式整流电路中，晶闸管的触发脉冲应当满足如下要求：
1)任一相晶闸管的触发脉冲应在滞后本相相电压30°相角的180°区间内发出，即VSO1的触发脉冲在aa′区间发出，VSO3的触发脉冲在bb′区间发出，VSO5的触发脉冲在cc′区间发出。并且触发脉冲应与输入的交流电压同步。
2)晶闸管的触发脉冲，按电源电压相序依次应有120°的电角度差。
(2)输出电压波形。在满足触发条件的情况下，输出电压大小如下
图9-13 α=0°时三相半控桥输入与输出波形图
图9-14 输出电压ud与α的关系图
作出ud与α的关系如图9-14所示。可见，只要改变AER 输出的控制脉冲角度α，就可实现AER 的控制要求。
2.三相全控桥式整流电路
将三相半控桥式整流电路中的二极管V4、V6、V2换成晶闸管VSO4、VSO6、VSO2就可变成三相全控桥式整流电路如图9-15 所示。三相全控桥式整流电路既可以工作在整流状态，也可以工作在逆变状态。
图9-15 三相全控桥式整流电路图
(1)触发脉冲要求。如果图中的晶闸管有最大的导通角，相当于将晶闸管改为二极管，则三相全控桥式整流电路变为三相全波桥式整流电路。如图9-16所示中a 点、b点、c点分别是晶闸管VSO1、VSO3、VSO5在α=0°时的导通时刻；a′点、b′点、c′点分别是晶闸管VSO4、VSO6、VSO2在α=0°时的导通时刻。从图中可以看出，每隔60°要给两个晶闸管发触发脉冲，简称双脉冲触发，并且每个晶闸管导通120°。
图9-16 α=0°时三相全控桥输入与输出波形图
对触发脉冲有如下要求：
1)晶闸管VSO1～VSO6触发脉冲的次序为VSO1、VSO2、VSO3、VSO4、VSO5、VSO6，且触发脉冲相差60°。为保证触发可靠性，采用双脉冲或宽脉冲触发。
2)晶闸管VSO1～VSO6触发脉冲应在a、c′、b、a′、c、b′点后180°区间内发出。
(2)整流工作状态。当α=0°时输出电压ud波形如图9-16所示。当α＜90°时，电路处于整流工作状态，输出电压ud大小为
(3)逆变工作状态。逆变工作状态就是将输出的直流电压转化为交流电压，此时直流侧的能量反馈给交流侧。实现逆变的条件一是输出电压ud为负，由式(9-15)可知，此时α＞90°；二是负载必须为感性负载，即逆变时电感负载已经储存有能量；三是交流侧电源不能消失，即实现的是有源逆变，该电路无法实现无源逆变。
定义逆变角β为β=180°-α，则电路处于逆变状态是输出电压ud大小为
考虑到晶闸管存在换流角、关断时间，所以逆变角β不能取得过小；为了防止电路逆变失败(又称逆变颠覆)，逆变角β又不能取得过大。因此，逆变角β的一般取值范围为90°＜β＜150°。
逆变一般用于逆变灭磁，由于在逆变过程中交流侧电压不变，励磁电流等速减小，灭磁过程相当迅速。
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