晶闸管直流电动机调速系统的逆变工况优化

因为晶闸管是单方向导电的元件，反向电流不能流入，所以只有满足下述三个条件，逆变工作方式才能成立。

（1）回路中有两个电源，整流平均电压U_d和电动机的电动势E_a。逆变时必须是E_a＞U_d；

（2）在E_a的作用下晶闸管呈正向电压，电流可以正向流过整流器；

（3）触发角必须大于90°，整流电压的平均值为负值，与电动机的电动势相适应。

这三个条件满足了，直流电动机就可以工作在发电工况，通过整流器（逆变工况）把直流电流转变为交流电流回馈至电网。这种具有两个反并联的整流桥叫做可逆整流器（见图5-9c）。

当逆变桥工作时，它的触发角要大于90°，为了计算方便，提出逆变角β的概念。简单说β=180°-α，即α的180°相当于β角的0°，而且β角是由后向前计量的（见图5-10d）。在由整流桥向逆变桥切换时，要使整流桥的触发角等于逆变桥的触发角，即α=β触发方式，以使切换前后的平均电压U_d相等，实现平稳过渡。尽管如此，考虑到整流电压和逆变电压的瞬时值并不相等，必须解决两桥之间的环流问题。几十年来，提出过很多抑制环流的方案，如可控小环流、错位无环流、逻辑无环流等。经过多年工业现场的考验，只有逻辑无环流方案原理简单，可靠性高，适于数字化控制，最具有生命力。

所谓逻辑无环流触发方式，就是只给工作桥组提供触发脉冲，封锁待机桥组的触发脉冲。这就需要一套逻辑电路实现脉冲控制。

为了理解无环流逻辑电路的工作原理，先介绍电动机由正转向反转的切换过程。正转时正组桥得到脉冲，处于整流工况；如果这时要电动机反转，首先改变转矩给定值的方向，封锁正组桥的脉冲，但是此时已经导通的晶闸管还要继续导通，电流逐渐减小到零，这为本桥逆变。确认电流确实为零后再向反组桥发出脉冲，反组桥工作在逆变工况，β角等于切换前的α角；逆变电压U_d略小于电动势E_a，电枢电流通过反组桥流向电源变压器。这时电动机产生制动力矩，速度逐渐降低为零（β角移向90°）。此后反组桥依然工作，只不过由逆变工况过渡到整流工况，触发角由90°减小，整流电压升高，电动机反方向起动到给定速度。

综上所述，无环流逻辑有2个输入的开关量，2个接通延时器，2个输出的开关量。

输入开关量：

转矩方向——正组桥（Ⅰ桥）工作=1，反组桥（Ⅱ组）工作=0；

零流信号——电流等于零=1，有电流=0。

接通延时器：

关断延时——正组桥脉冲封锁之后等待本桥逆变结束的时间，约3.3ms；

导通延时——零电流信号到来并等待真正的电流为零的延时时间，约6.7ms。(www.xing528.com)

输出开关量：

开放正组桥信号——有脉冲=1，无脉冲=0；

开放反组桥信号——有脉冲=1，无脉冲=0。

现在无环流逻辑已经数字化，而且借助于双脉冲变为单脉冲技术和提高零电流检测精度，使得第一段关断延时减小到1.7ms，第二段导通延时减小到3.3ms。大大减小了死区时间。

逆变工况还有一个重要的概念就是逆变颠覆。所谓逆变颠覆，是指在逆变工况时，由于晶闸管不能正确地换流，使加到电动机上的电压与电动势顺向相加，造成直流回路短路的现象。逆变颠覆的原因是：

（1）触发脉冲丢失，造成换流失败，导致逆变颠覆；

（2）交流电源突然出现断电、缺相或电压过低；

（3）最小逆变角β_min过小，换相时间不足，导致换流失败；

（4）晶闸管本身原因不能导通和关断，致使换流失败。

以上诸原因中以（1）和（2）最为多见；原因（3）并不多见，这是因为控制系统已经对β_min有足够的裕量，可逆系统的β_min不得小于30°。现以触发脉冲丢失导致逆变颠覆的情况用图5-11予以说明。

图5-11 换流失败造成逆变颠覆

正常逆变时整流器输出电压为负，与电动势E_a相抵消。晶闸管本应在A点进行换流，由a相换至b相，正常电压波形如虚线A-B-C所示。但是，由于相应的b相触发脉冲丢失，b相晶闸管无法导通，则a相晶闸管继续导通，换流失败的电压波形如实线A-D所示。这时整流器输出电压上升为正值，与E_a相加，造成短路过电流故障。