1、南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院可控硅整流装置可控硅整流装置1 1概述概述 可可控控硅硅整整流流装装置置是是现现代代励励磁磁系系统统中中较较为为重重要要的的一一个个环环节节，虽虽然然其其原原理理并并不不深深奥奥，但但其其在在励励磁磁系系统统的的故故障障中中所所占占的的比比例例并并不不小小，对对电电厂厂运运行行维维护护显显得得特特别别重重要要，弄弄清清其其工工作作原原理理和和常常见见故故障障现现象象，对对于于提提高高维维护护水水平平，提提高高励励磁磁系系统的投入率具有重要意义。统的投入率具有重要意义。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院
2、2 2可控硅的主要参数可控硅的主要参数 可可控控硅硅又又称称晶晶闸闸管管，是是可可控控硅硅整整流流电电路路的的关关键键器器件件，所所以以在在讲讲述述可可控控硅硅整整流流电电路路的的原原理理前前，了了解解一一下下可可控控硅硅的的主要参数是非常必要的。主要参数是非常必要的。可可控控硅硅的的参参数数较较多多，包包括括各各种种状状态态下下的的电电压压、电电流流、门门极极参参数数及及动动态态参参数数。为为了了正正确确使使用用可可控控硅硅，不不仅仅要要了了解解它的伏安特性，而更重要的是定量掌握它的主要参数。它的伏安特性，而更重要的是定量掌握它的主要参数。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电
3、自动化研究院 为为了了正正常常使使用用可可控控硅硅，必必须须清清楚楚它它能能承承受受多多大大的的正正向向电电压压而而不不转转折折（没没有有触触发发脉脉冲冲，不不自自行行导导通通）,承承受受多多大大的的反反向向电电压压而而不不击击穿穿；在在可可控控硅硅导导通通以以后后能能允允许许通通过过多多大大的的电电流流而而不不致致烧烧毁毁；另另外外还还要要注注意意该该管管的的触触发发电电压压和和触触发发电电流流是是多多大大；导导通通后后的的管管压压降降是是多多少少；维维持持电电流流和和掣掣住住电电流流是是多多大大等等等等。以以上上这这些些参参数数是是选选择择可可控控硅硅是是必必须须考考虑虑的的问问题。题。南
4、京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院1)1)可控硅的电压定额可控硅的电压定额(a)a)断态不重复峰值电压断态不重复峰值电压U UDSMDSM U UDSMDSM是是指指在在门门极极开开路路时时，当当加加在在可可控控硅硅上上的的正正向向阳阳极极电电压压上上升升到到使使可可控控硅硅的的正正向向伏伏安安特特性性急急剧剧弯弯曲曲时时所所对对应应的的电电压压值值（见见图图1 1）。断断态态不不重重复复峰峰值值电电压压U UDSMDSM应应低低于于正正向向转转折折电压电压U UPBOPBO,所留余量的大小由生产厂规定。所留余量的大小由生产厂规定。(b)b)断态重复峰值电压断态重复
5、峰值电压U UDRMDRM UDRM是是指指当当可可控控硅硅的的门门极极开开路路且且结结温温为为额额定定值值时时，允允许许重重复复加加在在可可控控硅硅上上的的正正向向峰峰值值电电压压，如如图图1所所示示。规规定定断断态重复峰值电压态重复峰值电压UDRM为断态不重复峰值电压为断态不重复峰值电压UDSM的的80。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院 可可控控硅硅在在整整流流电电路路中中工工作作时时，由由于于开开关关接接通通或或断断开开时时的的过过渡渡过过程程，会会有有瞬瞬间间的的超超过过正正常常工工作作值值的的正正、反反向向电电压压加加到到可可控控硅硅上上，称称为为“操
6、操作作过过电电压压”。可可控控硅硅必必须须能能够够重重复复地地经经受受一一定定限限度度的的操作过电压，而不影响其正常工作。操作过电压，而不影响其正常工作。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院(c)c)反向不重复峰值电压反向不重复峰值电压U URSM RSM U URSMRSM是是指指在在门门极极开开路路时时，当当加加在在可可控控硅硅上上的的反反向向阳阳极极电电压压上上升升到到使使可可控控硅硅的的反反向向伏伏安安特特性性急急剧剧弯弯曲曲时时所所对对应应的的电压值（图电压值（图1 1）。）。图图1 1 晶闸管的几个电压参数在伏安特性上的位置晶闸管的几个电压参数在伏安特性
7、上的位置南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院(d)反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM URRM是是指指当当门门极极开开路路且且结结温温为为额额定定值值时时，允允许许重重复复加加在在可可控控硅硅上上的的反反向向峰峰值值电电压压（见见图图1）。规规定定反反向向重重复复峰峰值值电电压压URRM为为反反向向不不重重复复峰峰值值电电压压URSM的的80。通通常常，可可控控硅若受到反向电压作用，则它必定是阻断的。硅若受到反向电压作用，则它必定是阻断的。(e)额定电压额定电压UN 将将UDRM和和URRM中中较较小小的的那那个个数数值值取取整整后后作作为为该该可可控控硅硅型
8、型号号上上的的额额定定电电压压UN。在在选选用用可可控控硅硅时时，额额定定电电压压UN应应是是正正常常工工作作电电压压的的二二到到三三倍倍，以以此此作作为为允允许许的的操操作作过过电电压压余余量。量。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院2)可控硅的电流定额可控硅的电流定额(a)通态平均电流通态平均电流IT(AV)IT(AV)是是指指在在环环境境温温度度为为+40和和规规定定冷冷却却条条件件下下，在在带带电电阻阻性性负负载载的的单单相相工工频频正正弦弦半半波波电电路路中中，管管子子全全导导通通（导导通通角角不不小小于于170）而而稳稳定定结结温温不不超超过过额额定定值
9、值时时所所允允许许的的最最大大平均电流。按照标准，取其整数作为该可控硅的额定电流。平均电流。按照标准，取其整数作为该可控硅的额定电流。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院 造造成成可可控控硅硅发发热热的的原原因因是是损损耗耗，它它由由四四部部分分组组成成。一一是是通通态态时时的的损损耗耗，这这是是可可控控硅硅发发热热的的最最主主要要原原因因，为为了了减减小小不不必必要要的的发发热热，总总是是希希望望可可控控硅硅在在导导通通时时的的通通态态电电压压越越小小越越好好；二二是是断断态态和和反反向向时时损损耗耗，一一般般希希望望断断态态重重复复平平均均电电流流IDR(AV)
10、和和反反向向重重复复平平均均电电流流IRR(AV)尽尽可可能能小小些些；三三是是开开关关时时的的损损耗耗，当当频频率率增增高高时时开开关关损损耗耗增增大大；最最后后是是门门极极的的损耗，通常该项损耗较小。损耗，通常该项损耗较小。影响可控硅散热的条件包括：影响可控硅散热的条件包括：可控硅与散热器的接触情况和散热器的热阻；可控硅与散热器的接触情况和散热器的热阻；冷冷却却方方式式（自自冷冷、风风冷冷、水水冷冷或或油油冷冷等等）和和冷冷却却介介 质的流速；质的流速；环境温度和冷却介质的温度。环境温度和冷却介质的温度。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院 可可控控硅硅的的过过
11、载载能能力力比比一一般般电电磁磁元元件件小小，为为使使可可控控硅硅有有一一定定的的安安全全余余量量，应应使使选选用用可可控控硅硅的的通通态态平平均均电电流流为为其其实实际正常工作时平均电流的际正常工作时平均电流的1.5-2倍左右。倍左右。(b)维持电流维持电流IH IH是是指指可可控控硅硅导导通通后后，由由较较大大的的通通态态电电流流降降至至刚刚能能保保持持元元件件通通态态所所必必须须的的最最小小通通态态电电流流。当当电电流流小小于于IH时时，可可控控硅硅即即从通态转化为关断状态。从通态转化为关断状态。(c)掣住电流掣住电流IL IL是是指指可可控控硅硅刚刚从从断断态态转转入入通通态态并并移移
12、去去触触发发信信号号后后，能能维维持持通通态态所所需需的的最最小小主主电电流流。掣掣住住电电流流IL的的数数值值与与工工作作条条件有关，通常件有关，通常IL约为约为IH的的2-4倍。倍。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院3)可控硅的门极参数可控硅的门极参数(a)门极触发电流门极触发电流IGT IGT是是指指在在室室温温时时，主主电电压压（阳阳极极A与与阴阴极极K间间电电压压）为为直直流流6V时时，使使可可控控硅硅由由断断态态转转入入通通态态所所必必须须的的最最小小门门极极直直流电流。流电流。(b)门极触发电压门极触发电压UGT UGT是指产生门极触发电流所必需的最
13、小门极电压。是指产生门极触发电流所必需的最小门极电压。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院 由由于于可可控控硅硅门门极极伏伏安安特特性性的的离离散散性性很很大大，因因而而在在标标准准中中只只规规定定了了IGT和和UGT的的上上限限。在在选选用用可可控控硅硅时时，应应注注意意产产品品合合格格证证上上所所标标明明的的实实测测数数值值。应应使使触触发发器器输输送送给给门门极极的的电电流流和和电电压压适适当当大大于于产产品品合合格格证证上上所所列列的的数数值值，但但不不应应超超过过其其峰峰值值IGFM和和UGFM。且且门门极极平平均均功功率率PG(AV)和和门门极极峰峰值值
14、功功率率PGM也不应超过规定值。也不应超过规定值。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院4)可控硅的动态参数可控硅的动态参数 所所谓谓动动态态参参数数是是指指可可控控硅硅处处在在状状态态变变换换过过程程中中的的参参数数。下面主要介绍下面主要介绍du/dt、di/dt、tgt 和和tq这四个参数。这四个参数。(a)断态电压临界上升率断态电压临界上升率du/dt du/dt是是指指在在额额定定结结温温和和门门极极断断路路时时，可可控控硅硅保保持持断断态态所所能能承承受受的的最最大大主主电电压压上上升升率率。使使用用时时实实际际电电压压上上升升率率必必须须小于此值。小于此值
15、b)通态电流临界上升率通态电流临界上升率di/dt di/dt 是是指指在在规规定定条条件件下下，可可控控硅硅在在导导通通过过程程中中，能能承承受受而不会导致损坏的最大通态电流上升率。而不会导致损坏的最大通态电流上升率。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院(c)门极控制开通时间门极控制开通时间tgt tgt是是指指门门极极触触发发脉脉冲冲前前沿沿的的10到到阳阳极极电电压压下下降降到到10的的时时间间间间隔隔，如如图图2所所示示。它它包包括括延延迟迟时时间间td和和上上升升时时间间tr两两部部分分，td为为从从门门极极脉脉冲冲前前沿沿的的10（0.1UG）到到阳
16、阳极极电电压压从从UA降降至至0.9UA（阳阳极极电电流流上上升升到到0.1IA）时时所所对对应应的的时时间间。tr为为阳阳极极电电压压从从0.9UA下下降降至至0.1UA（阳阳极极电电流流从从0.1IA上上升升到到0.9IA）时时所所对对应应的的时时间间。因因此此元元件件的的开开通通时时间间就就是是载载流流子子的积累和电流上升所需要的时间之和。即的积累和电流上升所需要的时间之和。即南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院 图图2 门极控制开通时间门极控制开通时间tgt 图图3 可控硅换相关断时间可控硅换相关断时间tq 南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国
17、电自动化研究院 普普通通可可控控硅硅的的开开通通时时间间约约为为几几至至几几十十微微妙妙。为为了了减减小小开开通通时时间间和和保保证证可可控控硅硅触触发发导导通通时时刻刻的的正正确确，可可采采用用实实际际触触发发电电流流比比规规定定触触发发电电流流大大3-5倍倍，且且前前沿沿陡陡峭峭的的强强触触发发方方式。式。(d)电路换向关断时间电路换向关断时间tq tq是是指指可可控控硅硅从从通通态态电电流流降降至至零零起起，到到该该管管能能再再一一次次承承受受规规定定的的正正向向断断态态电电压压的的时时间间。实实际际上上它它包包括括反反向向恢恢复复时时间和门极恢复时间两部分，如图间和门极恢复时间两部分，
18、如图3所示。所示。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院 5)额定结温额定结温TjM TjM是是可可控控硅硅正正常常工工作作时时所所允允许许的的最最高高结结温温，在在此此温温度度下，一切有关的额定值和特性都能得到保证。下，一切有关的额定值和特性都能得到保证。以以上上是是可可控控硅硅的的主主要要参参数数，由由于于半半导导体体器器件件制制造造过过程程中中的的离离散散性性，同同一一批批产产品品中中性性能能差差别别可可能能很很大大。为为此此可可控控硅出厂时要逐个测定其参数。硅出厂时要逐个测定其参数。归纳起来，在使用可控硅时，应注意以下四点：归纳起来，在使用可控硅时，应注意以下
19、四点：南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院(a)关关于于额额定定电电压压，可可控控硅硅实实际际工工作作时时承承受受的的正正常常工工作作电电压压应应低低于于正正、反反向向重重复复峰峰值值电电压压UDRM和和URRM,，并并留留有有2-3倍倍的的操作过电压余量以及采用可靠的过电压保护措施。操作过电压余量以及采用可靠的过电压保护措施。(b)关关于于额额定定电电流流，应应根根据据实实际际电电流流的的波波形形进进行行相相应应的的换换算算，可可控控硅硅实实际际通通过过的的最最大大平平均均电电流流应应低低于于额额定定通通态态平平均均电电流流IT(AV),并留有两倍左右的余量以及采
20、用过电流保护措施。并留有两倍左右的余量以及采用过电流保护措施。(c)关关于于门门极极触触发发电电压压和和电电流流，实实际际触触发发电电压压和和电电流流应应大大于于实实测测的的参参数数UGT和和IGT,，以以保保证证可可靠靠触触发发，但但也也不不能能超超过过允允许许的极限值的极限值UGFM和和IGFM。（d）关关于于du/dt和和di/dt，在在实实际际电电路路中中，应应采采取取措措施施限限制制du/dt和和di/dt，使使其其不不超超过过规规定定的的临临界界值值。当当超超过过du/dt的的临临界界值值会造成误导通，当超过会造成误导通，当超过di/dt的临界值时会造成可控硅损坏。的临界值时会造成
21、可控硅损坏。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院 3 整流电路的原理整流电路的原理 利利用用电电力力半半导导体体器器件件可可以以进进行行电电能能的的变变换换，其其中中整整流流电电路路可可将将交交流流电电转转变变成成直直流流电电供供给给直直流流负负载载，逆逆变变电电路路又又可可将将直直流流电电转转换换成成交交流流电电供供给给交交流流负负载载。某某些些可可控控硅硅装装置置即即可可工工作作于于整整流流状状态态，也也可可工工作作于于逆逆变变状状态态，可可称称作作变变流流或或换换流流装装置置。同同步步发发电电机机的的半半导导体体励励磁磁是是半半导导体体变变流流技技术术在在电力
22、工业方面的一项重要应用。电力工业方面的一项重要应用。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院 将将从从发发电电机机端端或或交交流流励励磁磁机机端端获获得得的的交交流流电电压压变变换换为为直直流流电电压压，供供给给发发电电机机转转子子励励磁磁绕绕组组或或励励磁磁机机磁磁场场绕绕组组的的励励磁磁需需要要，这这是是同同步步发发电电机机半半导导体体励励磁磁系系统统中中整整流流电电路路的的主主要要任任务务。对对于于接接在在发发电电机机转转子子励励磁磁回回路路中中的的三三相相全全控控桥桥式式整整流流电电路路，除除了了将将交交流流变变换换成成直直流流的的正正常常任任务务之之外外，在在
23、需需要要迅迅速速减减磁磁时时还还可可以以将将储储存存在在转转子子磁磁场场中中的的能能量量，经经全全控控桥桥迅迅速速反反馈馈给给交交流流电电源源，进进行行逆逆变变灭灭磁磁。此此外外，在在励励磁磁调调节节器器的的测测量量单单元元中中使使用用的的多多相相（三三相相、六六相相或或十十二二相相）整流电路，则主要是将测量到的交流信号转换为直流信号。整流电路，则主要是将测量到的交流信号转换为直流信号。由由于于三三相相整整流流电电路路同同步步发发电电机机半半导导体体励励磁磁中中应应用用得得最最普遍，故本节主要介绍三相全波全控普遍，故本节主要介绍三相全波全控南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自
24、动化研究院4、三相全波全控整流电路、三相全波全控整流电路 在三相全波整流接线中，六个桥臂元件全都采用可控硅管，就在三相全波整流接线中，六个桥臂元件全都采用可控硅管，就成为图成为图4（a）所示的三相全波全控整流电路。可控硅元件都要靠所示的三相全波全控整流电路。可控硅元件都要靠触发换流，并且一般要求触发脉冲的宽度应大于触发换流，并且一般要求触发脉冲的宽度应大于600，但小于，但小于1200，一般取一般取800-1000，即所谓，即所谓“宽脉冲触发宽脉冲触发”。这样才能保证整流电路刚。这样才能保证整流电路刚投入之际，例如共阴极组的某一元件被触发时，共阳极组的前一投入之际，例如共阴极组的某一元件被触发
25、时，共阳极组的前一元件的触发信号依然存在，共阴极组与共阳极组各有一元件同时元件的触发信号依然存在，共阴极组与共阳极组各有一元件同时处在被触发状态，才能构成电流的通路。处在被触发状态，才能构成电流的通路。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院 投入时一经触发通流，以后各元件则可依次触发换流。另外也投入时一经触发通流，以后各元件则可依次触发换流。另外也可以采用可以采用“双脉冲触发双脉冲触发”的方式，即本元件被触发的同时，还送一的方式，即本元件被触发的同时，还送一触发脉冲给前一元件，以便整流桥刚投入时构成电流的最初的通触发脉冲给前一元件，以便整流桥刚投入时构成电流的最初的通
26、路，其后整流电路便进入正常工作状态。路，其后整流电路便进入正常工作状态。双脉冲触发电路较复杂些，但它可以减小触发装置的输出功双脉冲触发电路较复杂些，但它可以减小触发装置的输出功率，减小脉冲变压器的铁芯体积。率，减小脉冲变压器的铁芯体积。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院图图4 三相全波全控整流（三相全波全控整流（=0时）时）(a)电路图；电路图；(b)相电压波形；相电压波形；(c)触发脉冲；触发脉冲；(d)直流侧电压波形直流侧电压波形南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院 1)整流工作状态整流工作状态 先先讨讨论论控控制制角角=00的的情
27、情况况。参参看看图图4，在在t0-t1期期间间，a相相的的电电位位最最高高，b相相的的电电位位最最低低，有有可可能能构构成成通通路路。若若在在t0以以前前共共阳阳极极组组的的SCR6的的触触发发脉脉冲冲Ug6 还还存存在在，在在t0（=00）时时给给共共阴阴极极的的SCR1以以触触发发脉脉冲冲ug1，则则可可由由SCR1与与 SCR6构构成成通通路路：交交流流电电源源的的a相相SCR1RSCR6回回到到电电源源b相相。在在负负载载电电阻阻R上上得得到到线线电电压压uab.此此后后只只要要按按顺顺序序给给各各桥桥臂臂元元件件以以触触发发脉脉冲，就可依次换流。冲，就可依次换流。南京南瑞集团公司南京
28、南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院 例例如如在在t1-t2期期间间，c相相电电位位最最低低，在在t1时时间间向向SCR2输输入入触触发发脉脉冲冲ug2,共共阳阳极极组组的的SCR2即即导导通通，同同组组的的SCR6因因承承受受反反向向电电压压而而截截止止。电电流流的的通通路路换换成成：aSCR1RSCR2c。负负载载电电阻阻R上上得得到到线线电电压压uac.余余类类推推，每每隔隔600依依次次向向共共阴阴极极组组或或共共阳阳极极组组的的可可控控硅硅元元件件以以触触发发脉脉冲冲，则则每每隔隔600有有一一个个臂臂的元件触发换流，每周期内每臂元件导电的元件触发换流，每周期内每臂元件导电1
29、200。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院 控控制制角角=00时时负负载载电电阻阻R上上得得到到的的电电压压波波形形ud 如如图图4(d)所所示示，它它与与三三相相桥桥式式不不可可控控整整流流电电路路的的输输出出波波形形相相同同。这这时时三三相相桥式全控整流电路输出电压的平均值最大，为桥式全控整流电路输出电压的平均值最大，为Udo。图图5是是=300时时三三相相全全控控桥桥的的电电压压波波形形。图图15是是=600时时的的电电压压波波形形。两两图图的的图图（a）交交流流相相电电势势画画阴阴影影线线的的部部分分表表示示导导通通面面积积，如如把把底底线线拉拉平平，就就
30、成成为为图图（b）所所示示的的输输出出电电压压ud的的波形，它是由线电压波形的相应各部分组成的。波形，它是由线电压波形的相应各部分组成的。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院 控控制制角角=00时时负负载载电电阻阻R上上得得到到的的电电压压波波形形ud 如如图图4(d)所所示示，它它与与三三相相桥桥式式不不可可控控整整流流电电路路的的输输出出波波形形相相同同。这这时时三三相相桥式全控整流电路输出电压的平均值最大，为桥式全控整流电路输出电压的平均值最大，为Udo。图图5是是=300时时三三相相全全控控桥桥的的电电压压波波形形。图图6是是=600时时的的电电压压波波形形
31、两两图图的的图图（a）交交流流相相电电势势画画阴阴影影线线的的部部分分表表示示导导通通面面积积，如如把把底底线线拉拉平平，就就成成为为图图（b）所所示示的的输输出出电电压压ud的的波形，它是由线电压波形的相应各部分组成的。波形，它是由线电压波形的相应各部分组成的。在在控控制制角角600的的情情况况下下，共共阴阴极极组组输输出出的的阴阴极极电电位位在在每每一一瞬瞬间间都都高高于于共共阳阳极极组组的的阳阳极极电电位位，故故输输出出电电压压ud的的瞬瞬时时值值都都大于零，波形是连续的。大于零，波形是连续的。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院 然然而而当当600后后，输
32、输出出电电压压ud的的瞬瞬时时值值将将出出现现负负的的部部分分，如如图图7中中的的（c）和和（d）。这这主主要要是是由由于于电电感感性性负负载载产产生生的的反反电电势势，维维持持负负载载电电流流连连续续流流通通而而产产生生的的。设设在在600900的的t1时时刻刻，给给a相相的的SCR1以以触触发发电电压压。参参看看图图6（b），这这时时a相相电电位位最最高高，SCR1导导通通；c相相电电位位虽虽然然最最低低，但但SCR2尚尚未未被被触触发发而而不不会会导导通通，由由b相相的的SCR6继继续续保保持持导导通通状状态态。即即由由SCR1与与SCR6构构成成通通路路，输输出出电电压压为为uab.到
33、到t2时时刻刻uab=0，输输出出负负载载电电流流id有有减减小小的的趋趋势势。负负载载电电感感L中中便便产产生生感感应应电电势势L企企图图阻阻止止id的的减减小小，其其方方向向与与id的的流流向向一一致致，即即整整流流桥桥输输出出的的下下端端n点为正，上端点为正，上端m点为负，维持点为负，维持id的继续流通。的继续流通。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院 在在t2以以后后，虽虽然然b相相电电位位高高于于a相相电电位位，即即ab0，但但电电感感L上上的的感感应应电电势势L的的绝绝对对值值高高于于U Uab的的绝绝对对值值，实实际际加加在在SCR1与与SCR6元元件
34、件上上的的阳阳极极电电压压仍仍然然为为正正，维维持持原原来来电电流流Jd的的通通路路。故故在在t2t2这这段段时时间间内内，输输出出电电压压Ud呈呈现现负负值值。到到t2时时刻刻，SCR2接接受受触触发发脉脉冲冲，此此时时c相相电电位位最最低低，故故SCR2导导通通并并将将SCR6关关断断，电电流流从从SCR6换换流流到到SCR2。SCR1此此时时仍仍继继续续导导通通，b相相电电位位此此时时虽虽高高于于a,但但因因b相相的的SCR3尚尚未未加加触触发发脉脉冲冲而而不不会会导导通通。电电流流在在SCR1与与SCR2构构成成的的回回路路中中流流通通，使使输输出出电电压压Ud=Uac0。到到t3以以
35、后后，Uac0，又又由由电电感感电电势势维维持持电电流流id，使使输输出出电电压压Ud又又呈呈现现负负的的部部分分，直直到到触触发发换换流流后后，Ud才才又为正。又为正。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院图5=300时的电压波形(a)相电压波形；(b)直流侧电压波形图6=600时的电压波形(a)相电压波形；(b)直流侧电压波形图7 600900时的电压波形(电路图；(b)相电压波形；(c)当600900时的电压波形；(d)当900时的输出电压波形南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院 这这样样，输输出出电电压压Ud将将按按图图7（C）中中
36、线线电电压压的的波波形形（画画有有阴阴影影线线的的部部分分）交交替替出出现现正正负负部部分分。正正的的部部分分表表示示交交流流线线电电压压产产生生负负载载电电流流id，交交流流电电源源向向负负载载供供电电；负负的的部部分分表表示示电电感感性性负负载载中中的的感感应应电电势势L维维持持负负载载电电流流id的的流流通通，将将原原电电感感中中贮贮存的能量释放一部分。存的能量释放一部分。输输出出电电压压Ud在在一一周周内内出出现现正正负负波波形形，其其平平均均值值Ud将将减减小小。随随着着控控制制的的增增大大，正正值值部部分分的的面面积积渐渐减减，负负值值部部分分的的面面积积渐渐增增，Ud平平均均值值
37、愈愈来来愈愈小小。=90时时，如如图图7（d），Ud波波形形正正负负两部分面积相等，输出平均电压两部分面积相等，输出平均电压Ud=0。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院 三三相相全全控控桥桥式式整整流流电电路路输输出出电电压压Ud的的波波形形在在一一个个周周期期内内为为匀匀称称的的六六段段，即即输输出出电电压压Ud的的周周期期是是阳阳极极电电压压周周期期的的六六分分之之一一，故故计计算算其其平平均均电电压压Ud，只只须须求求交交电电流流电电压压U1cost在在（-）至（）至（）的平均值即可：）的平均值即可：(5)南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电
38、自动化研究院 在在90时时，输输出出平平均均电电压压Ud为为正正值值，三三相相全全控控桥桥工工作作在在整流状态，将交流转变为直流。整流状态，将交流转变为直流。2)逆变工作状态逆变工作状态 在在90时时，输输出出平平均均电电压压Ud则则为为负负值值，三三相相全全控控桥桥工工作作在在逆逆变变状状态态，将将直直流流转转变变为为交交流流。在在半半导导体体励励磁磁装装置置中中，如如采采用用三三相相全全波波全全控控整整流流电电路路，当当发发电电机机内内部部发发生生故故障障时时能能进进行行逆逆变变灭灭磁磁，将将发发电电机机转转子子磁磁场场原原来来储储存存的的能能量量迅迅速速反反馈馈给给交交流流电电源源去去，
39、以以减减轻轻发发电电机机损损坏坏的的程程度度。此此外外，在在调调节节励励磁磁过过程程中中，如如使使90，则则加加到到发发电电机机转转子子的的励励磁磁电电压压变变负负，能能讯讯速速进进行行减磁。减磁。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院 图图8与与图图9分分别别代代表表=120与与=150、=180时时逆逆变变输输出出电电压的波形。现说明它们的工作情况。压的波形。现说明它们的工作情况。设设原原来来三三相相桥桥工工作作在在整整流流状状态态，负负载载电电流流id流流经经励励磁磁绕绕组组而而储储存存有有一一定定的的磁磁场场能能量量。参参看看图图8，在在t2时时刻刻控控制制角
40、角突突然然后后退退到到120时时，SCR1接接受受触触发发脉脉冲冲而而导导通通，这这时时Uab虽虽然然过过零零开开始始变变负负，但但电电感感L上上阻阻止止电电流流id减减小小的的感感应应电电势势较较大大，使使eL-Uab仍仍为为正正，故故SCR1与与SCR6仍仍在在正正向向阳阳极极电电压压下下工工作作。这这时时电电感感线线圈圈上上的的自自感感线线圈圈上上的的自自感感电电势势L与与电电流流id的的方方向向一一致致，直直流流侧侧电电压压的的瞬瞬时时值值Uab与与电电流流jd的的方方向向相相反反，交交流流侧侧吸吸收收功功率，将能量送回送流电网率，将能量送回送流电网参看图参看图8（）或图或图9（）的回
41、路。的回路。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院 到到t3时时刻刻，对对C相相的的SCR2输输入入触触发发脉脉冲冲，这这时时Uab虽虽然然进进入入负负半半调调，但但电电感感电电势势L仍仍足足够够大大，可可以以维维持持SCR1与与SCR2的的导导通通，继继续续向向交交流流侧侧反反馈馈能能量量。这这样样一一直直进进行行到到电电感感线线圈圈原原储储存的能量释放完毕，逆变过程才结束。存的能量释放完毕，逆变过程才结束。图图9（）和和（b）分分别别为为=150和和=180时时输输出出电电压压的的波波形形。这这时时逆逆变变电电压压Ud的的平平均均值值Ud负负得得更更多多。从从这这
42、些些波波形形可可以以看看到到，六六个个桥桥臂臂上上的的可可控控硅硅元元件件，每每个个元元件件都都是是连连续续导导电电120，每每隔隔60有有一一个个可可控控硅硅元元件件换换流流。每每个个元元件件在在一一周周期期内内导导电电的角度固定的，与的角度固定的，与角的大小无关。角的大小无关。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院 图图8 逆变工作状态（逆变工作状态（=120）图图9=150及及=180时的逆变波形时的逆变波形(a)电路图电路图;(b)相电压波形相电压波形;(a)=150(=30);(b)=150(c)逆变电压波形逆变电压波形 (=0,假想情况假想情况);南京南瑞
43、集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院 在在全全控控桥桥中中常常将将=180-叫叫作作逆逆变变角角。由由于于90才才进进入入逆逆变变状状态态，故故逆逆变变角角总总是是小小于于90的的。可可用用下下式式表表示示三三相相全全控桥在逆变工作状态时的反向直流平均电压，即控桥在逆变工作状态时的反向直流平均电压，即 U=-1.35U1COS(180-)=1.35U1COS 对对于于三三相相全全控控桥桥整整流流电电路路，可可控控硅硅元元件件的的导导通通角角是是固固定定不不变变的的。通通常常用用代代表表逆逆变变角角。随随着着控控制制角角的的变变化化，逆逆变变角角在在0到到90之间变化。之间变
44、化。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院 图图9（b）和和=180和和(=0)的的逆逆变变波波形形是是一一种种假假想想的的工工作作情情况况，实实际际上上不不能能工工作作在在=00的的假假想想点点。逆逆变变角角必必须须大大于于某某一一最最小小逆逆变变min，即即控控制制角角不不能能大大于于（180-min）。最最小小逆变角可由下式决定：逆变角可由下式决定：min+（6）其其中中代代表表可可控控硅硅关关断断时时间间t0ff相相应应的的电电角角度度。如如果果导导通通中中的的可可控控硅硅元元件件加加上上反反向向电电压压的的时时间间小小于于角角对对应应的的时时间间，则则可可控
45、控硅硅管管的的正正向向阻阻断断能能力力不不能能完完全全恢恢复复，如如再再如如上上正正向向电电压压，即即使使在在没没有有触触发发的的情情况况下下也也会会重重新新导导通通，失失去去正正向向阻阻断断能能力力。称称为为关关断断越越前前角角或或关关断断角角。代代表表换换流流时时的的换换流流角角，或或称称换换相相重迭角。重迭角。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院 如如果果逆逆变变角角小小于于上上述述二二角角之之和和（+），则则可可能能造造成成逆逆变变换换流流失失败败，前前一一应应关关断断的的元元件件关关断断不不了了，后后一一应应开开通通的的元元件件不不能开通，还有可能使某一回
46、路的可控硅元件连续通流而过热。能开通，还有可能使某一回路的可控硅元件连续通流而过热。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院 利利用用三三相相全全控控整整流流桥桥可可以以兼兼作作同同步步发发电电机机的的自自动动灭灭磁磁装装置置。当当发发电电机机发发生生内内部部故故障障时时，继继电电保保护护装装置置给给一一控控制制信信号号至至励励磁磁调调节节器器，使使控控制制角角由由小小于于90的的整整流流运运行行状状态态，突突然然后后退退到到大大于于90的的某某一一个个适适当当的的角角度度，进进入入逆逆变变运运行行状状态态，将将发发电电机机转转子子励励磁磁绕绕组组贮贮存存的的磁磁场场能
47、能量量迅迅速速反反馈馈到到交交流流侧侧去去，使使发发电电机机的的定定子子电电势势讯讯速速下下降降，这这就就是是所所谓谓逆逆变变灭灭磁磁方方式式。至至于于逆逆变变性性能能的的好好坏坏还还与与主主回回路路的的接接线线方方式式有有关关，例例如如对对于于他他励励接接线线，逆逆变变能能讯讯速速完完成成。性性能能较较好好；对对于于自自并励接线，则逆变性能较差。并励接线，则逆变性能较差。南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院图图10逆变换流失败后电感放电与激磁的交替过程逆变换流失败后电感放电与激磁的交替过程(a)放电；放电；(b)激磁激磁南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研
48、究院国电自动化研究院 在在逆逆变变时时若若交交流流电电源源的的电电压压消消失失，则则转转子子励励磁磁绕绕组组能能量量不不能能反反馈馈到到交交流流电电网网去去，可可控控硅硅元元件件之之间间无无交交流流电电压压的的作作用用而而不不能能实实现现换换流流，最最后后已已导导通通的的一一组组可可控控硅硅元元件件在在励励磁磁绕绕组组感感应应电电势势eL的的作作用用下下持持续续导导通通，处处于于续续流流状状态态，直直到到电电感感中中能能量量放放完完。如如果果所所选选元元件件不不能能承承受受这这种种工工作作状状态态下下的的电电流流容容量量，则则可可能能损损坏可控硅元件坏可控硅元件南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司
49、国电自动化研究院国电自动化研究院3、逆变过程的换相失败、逆变过程的换相失败 三三相相全全控控桥桥在在逆逆变变过过程程中中可可能能换换相相失失败败，引引起起逆逆变变失失败败的的原因大致有如下几方面：原因大致有如下几方面：1)触触发发回回路路工工作作不不可可靠靠，不不能能适适时时准准确确地地给给各各可可控控硅硅管管分分配配脉脉冲冲,致使脉冲丢失或脉冲延迟致使脉冲丢失或脉冲延迟,导致应开通的元件不能开通；导致应开通的元件不能开通；2)可控硅管或其控制极故障，失去阻断能力或导通能力；可控硅管或其控制极故障，失去阻断能力或导通能力；3)交流电源异常交流电源异常,在逆变过程中出现断电、缺相或电压过低；在逆
50、变过程中出现断电、缺相或电压过低；4)由由于于逆逆变变时时换换相相的的越越前前触触发发角角过过小小，或或因因直直流流负负载载电电流流过过大大，交交流流电电源源电电压压过过低低使使换换相相重重迭迭角角增增大大，或或因因可可控控硅硅管管关关断断时时间间对对应应的的关关断断角角增增大大，使使换换相相裕裕度度角角不不够够，前前一一元元件件关关断断不不了，后续元件不能开了，后续元件不能开南京南瑞集团公司南京南瑞集团公司国电自动化研究院国电自动化研究院5 半导体励磁系统的保护半导体励磁系统的保护 半半导导体体励励磁磁系系统统有有可可能能发发生生各各种种故故障障，事事实实上上，由由于于保保护护措措施施的的配
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