换流方式.doc

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换流方式

　一.概述

电力电子电路中支路间电流的转移。

为了有效地对电能进行变换和控制，电力电子电路实质上是一种按既定时序工作的大功率开关电路。

因此，含开关元件支路间电流的转移必然产生于开关元件开关状态发生转变的瞬间。

早期的电力电子电路，其变换功能仅限于整流和交流调压，其共同特点是具有交流工作电源和采用相控方式。

因此，上述支路间电流转移时也伴随着加到开关元件上交流电源相序的更迭（如线电压uAB至uBC等）,所以这一类电路的换流也可称为换相。

随着技术的发展，电能变换形式的增多，对于逆变和直流变换等电路，其工作电源均为直流，采用频控和斩控方式（见电力电子电路），因此电路中支路间电流转移的时刻已完全与交流公共电网的相序无关，故泛称换流更妥。

　　由于采用电力电子器件作为开关器件，各支路间电流的转移必然包含着电力电子器件开关状态的变化，它包括关断退出工作的已处通态的器件和接通进入工作的原处断态的器件。

由于器件和电路元件都具有惯性，上述器件开关状态的转换和电流的转移都不可能是瞬时实现的，因此产生了换流前后两个电路稳态间的暂态过程。

这一过程称为换流过程。

　　可靠换流是所有变流电路顺利工作的必要条件。

换流过程的长短和优劣对变流电路的经济技术性能会产生较大的影响。

换流过程涉及器件的开关过程。

这一过程又随着器件的控制极性能而异。

由器件的分析可知，所有器件的关断方式可分为以下两种。

①控制极关断方式：

利用加到控制极信号电平的变化，使已处通态器件中的电流下降并恢复其正向和反向阻断能力。

②阳极关断方式：

又称阳极换流方式。

利用反向阳极电压使通态电流下降并恢复其电压阻断能力。

对于全控型器件可以采用第一种方式；对于半控型器件，由于控制极电平在导通后即失去控制作用，故只能采用第二种方式。

反向阳极电压又称换流电压。

根据换流电压来源,换流可分为3种。

①电源换流：

换流电压取自交流电网；②负载换流：

换流电压取自呈容性的负载端电压；③自换流：

换流电压由附加的独立电路产生。

前两种方式由于无需附加换流电路，因而主电路比较简单，但仅限于具有交流电网或容性负载的场合。

电流从一个支路向另一个支路转移的过程，称为换流，也称为换相。

二．逆变电路的基本工作原理

1.以单相桥式逆变电路为例说明最基本的工作原理

S1~S4是桥式电路的4个臂，它由电力电子器件及辅助电路组成，负载为阻感负载。

图1逆变电路及其波形举例

当S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压uo为正。

当S1、S4断开，S2、S3闭合时，负载电压uo为负。

图2换流方式

逆变电路最基本的工作原理是改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。

当电阻负载时，负载电流io和uo的波形相同，相位也相同。

而当阻感负载时，io相位滞后于uo，波形也不同。

2.换流方式分类

（1）器件换流（DeviceCommutation）

利用全控型器件的自关断能力进行换流。

在采用IGBT、电力MOSFET、GTO、GTR等全控型器件的电路中的换流方式是器件换流。

（2）电网换流（LineCommutation）

由电网提供换流电压的换流方式。

将负的电网电压施加在欲关断的晶闸管上即可使其关断。

不需要器件具有门极可关断能力，但不适用于没有交流电网的无源逆变电路。

（3）负载换流（LoadCommutation）

由负载提供换流电压的换流方式。

凡负载电流的相位超前于负载电压的场合，都可实现负载换流。

由负载提供换流电压的换流方式。

负载电流的相位超前于负载电压的场合，都可实现负载换流。

如图是基本的负载换流电路，4个桥臂均由晶闸管组成。

整个负载工作在接近并联谐振状态而略呈容性。

直流侧串电感，工作过程可认为id基本没有脉动。

负载对基波的阻抗大而对谐波的阻抗小。

所以uo接近正弦波。

注意触发VT2、VT3的时刻t1必须在uo过零前并留有足够的裕量，才能使换流顺利完成。

图3负载换流电路及其工作波形

（4）强迫换流（ForcedCommutation）

设置附加的换流电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反压或反向电流的换流方式称为强迫换流。

通常利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称为电容换流。

可以分为：

（1）由换流电路内电容直接提供换流电压-直接耦合式强迫换流

（2）通过换流电路内的电容和电感的耦合来提供换流电压或换流电流--电感耦合式强迫换流

（a）直接耦合式强迫换流

当晶闸管VT处于通态时，预先给电容充电。

当S合上，就可使VT被施加反压而关断。

也叫电压换流。

图.直接耦合式强迫换流原理图

（b）电感耦合式强迫换流

当VT处于通态时，接通S使LC振荡电流流过VT，先使晶闸管电流减为零，然后流过反并联二极管VD使其加上反向电压。

也叫电流换流。

图电感耦合式强迫换流原理图

3.换流方式总结：

器件换流——适用于全控型器件。

其余三种方式——针对晶闸管。

器件换流和强迫换流——属于自换流。

电网换流和负载换流——属于外部换流。

当电流不是从一个支路向另一个支路转移，而是在支路内部终止流通而变为零，则称为熄灭。