换流器的工作原理 ()

直流输电的基本原理

1 换流器电路的理论分析 0

1.1 忽略电源电感的电路分析(即L

c

=0) 0

1.2 包括电源电感的电路分析(即L

c

≠0) (6)

1.2.1 换相过程 (6)

1.2.2 电路的分析 (6)

2 整流和逆变工作方式分析 (9)

2.1 整流的工作方式 (9)

2.2 逆变的工作方式 (9)

3 总结 (12)

1 换流器电路的理论分析

高压直流换流器(包括整流和逆变)主要是由晶闸管阀组成的，其接线方式有很多种，如：单相全波、单相桥式、三相半波、三相全波等，但是我们现在常用的是三相全波，即6脉动换流器。其原理结构如图1-1所示：

图1-1 三相桥式全波直流换流器原理结构

其中，U

a 、U

b

和U

c

表示A、B、C三相交流电压，它们之间相差120゜。

令

U a =E

m

sin(wt+150)

U

b =E

m

sin(wt+30)

U c =E

m

sin(wt-90)

我们可以将换流阀这样定义：

图1-2 6脉动换流阀电路图

1.1 忽略电源电感的电路分析(即L c=0)

从以上的电路图中，我们可以发现对于三相电压，每相电路中都存在电感L

c

，

为了便于分析，我们先假设该电感不存在，即L

c

=0。

（一）无触发延迟（触发角a=0）

无触发延迟，即只要阀上晶闸管正向电压建立，门级会立即接收到触发脉冲，导通整阀。

对于V1、V3和V5来讲，由于它们共阴极，因此三相中电压较高的那相的阀

导通，其余两个阀关断。而对于V4、V6和V2来说，由于它们共阳极，因此三相中电压较低的那相的阀导通，其余两个阀关断。总之，就是比较三相电压的高低来确定哪两个阀导通。

下面我们结合下图进行分析：

举个例子，C~C0时刻，A相电压最高，B相电压最低。因此根据之前的分析，则共阴极的V1、V3和V5阀，则会由处于A相的V1阀导通，而共阳极的V4、V6和V2阀，则是由处于B相的V6阀导通，此后的依此类推，循环往复。

从上述的阀导通表格中可以看出，每个阀单个周期内导通的时间为120゜，V1~V6阀按顺序依次导通，间隔时间为60︒。（举例，如V1阀在-120゜~0︒导通，V2阀在-60゜~60︒时刻导通，其中每个阀导通时间为120゜。V1阀导通起始时刻为-120︒，而V2阀导通的起始时刻为-60゜，两者刚好相差60︒）。

接下来再来分析下6脉动换流器输出的直流电压U

d

波形。从图1-2中可以看

出直流线路上的输出电压U

d

的电压与m点和n点的电势有很大关系，即

U

d

=Um-Un

不难发现，m点的电位其实就是共阴极阀V1、V3和V5阀，哪个阀导通，m 点电位就是与哪个阀所处的相电压，比如，V1阀导通，m点的电位就是A相此刻的电压。同理，n点电位也是如此。再结合刚刚分析所得阀的导通时刻图，可以得出Ud的波形图：

按照一个周期对直流输出电压Ud进行分析：

对于C~C0时刻： U

d =e

a

-e

b

=e

ab

对于C0~C1时刻：U

d =e

a

-e

c

=e

ac

对于C1~C2时刻：U

d =e

b

-e

c

=e

bc

对于C2~C3时刻：U

d =e

b

-e

a

=e

ba

对于C3~C4时刻：U

d =e

c

-e

a

=e

ca

对于C4~C5时刻：U

d =e

c

-e

b

=e

cb

以C~C0时刻为例，此时可以进行如下的推导：

U d = e

a

-e

b

=e

ab

= E

m

sin(wt+150゜)- E

m

sin(wt+30︒)

=E

m

·2cos(wt+90︒) ·sin60︒

= E

m

cos(wt+90︒) （wt∈[-120︒,-60︒]）

= E

m

cosµ （µ∈[-30︒,30︒]）

再以C0~C1时刻为例，

U d = e

a

-e

c

=e

ac

= E

m

sin(wt+150゜)- E

m

sin(wt-90︒)

=E

m

·2cos(wt+30︒) ·sin120︒

= E

m

cos(wt+30︒) （wt∈[-60︒,0︒]）

= E

m

cosµ （µ∈[-30︒,30︒]）

该周期的其它时段也是如此，因此由上述的推导，可以发现U

d 就是以 E

m

为基数的三角函数，其函数区间为[-30︒,30︒]。则U

d

的波形图如下

（以下纯属个人意思，通过这个公示我们可以看出，对于wt∈[-120︒,-60︒]

这个区间，U

d

将该区间的正弦函数幅值增大了，但是切割成了两段，更利于采样滤波了。）

直流电压是由线电压的60°时段组成的。因此，平均直流电压可由任一60°时段的瞬时电压积分后对时间求平均得到。

则 U

d = ()

()

⎰

⎰-

=

3

3

6

cos

3

3

3

π

π

π

π

π

wt

wt

d

e

bc

=

π

m

E3

3

用相电压的有效值或者线电压的有效值表示（相电压：单相电压，火线对零线电压，常用的为220V。线电压为任意两根相线之间的电压，常用的为380V。线电压=相电压。）

其中，交流电峰值E

m 为相电压有效值的2倍，则（

P

E为相电压有效值，

L

E

为线电压有效值）

U d =

π

m

E3

3

=

P

P

E

E34

.

2

2

3

3

=

∙

π

U d =

π

m

E3

3

=

L

L E

E

35

.

1

3

2

3

3

=

∙

∙

π

通过对输出的平均直流电压U

d

推导，可以很容易得到阀电压的波形。因为当

该阀导通时，我们可以简单的认为该阀上所承受的电压为0；而当阀关断时，则无论时共阳极还是共阴极的阀，它们必定都有一个阀是导通的。因此，它们一端的电压必定为导通阀所在的相电压，另一端为本相电压，这样其阀上的压降跟平

均直流电压U

d

是一样的，则可以推断出阀电压波形如下：

图1-3 阀V1所承受的电压波形图

（从上述的波形图可以很明显的看出来，在V1阀导通时，其阀上所承受的电压U d