1．電動狀態(tài)

當(dāng)電動機處于電動狀態(tài)時，電流比電壓滯后的角度小于90°，大部分時間電流和電壓同方向，如圖6－9（a）的右上角所示。這時，整流橋UR中，晶閘管的移相角α小于90°，如圖10－9（a）的上部所示。UR處于整流狀態(tài)，UI的移相角是30°，如圖10－5（b）所示，處于無源逆變狀態(tài)。

（2）發(fā)電狀態(tài)

    當(dāng)電動機處于發(fā)電狀態(tài)時，電流比電壓滯后的角度大于90°，電流在大部分時間里和電壓的方向相反，而和反電動勢的方向相同，如圖（b）的右上角所示。這時，應(yīng)使UR晶閘管的移相角α大于90°，如圖（b）的上部所示。UI的移相角則增大為120°，作用是把電動機的反電動勢全波整流成直流電壓，下‘＋’上‘－’。而UR則處于有源逆變狀態(tài)，電壓也是下‘＋’上‘－’，其作用是把直流電反饋回電網(wǎng)。”

“發(fā)電狀態(tài)時，UI中晶閘管的反向電流大于正向電流，這不和有源逆變一樣嗎？怎么把它說成是整流狀態(tài)呢？”小孫問。

張老師笑著反問道：“逆變電路是干什么的？”

小孫拍著腦袋說：“啊，逆變電路是把直流變換成交流的，我把這個大前提給忘了。就是說，當(dāng)電動機處于發(fā)電狀態(tài)時，UI是把交變的反電動勢變換成了直流，所以，UI是處于整流狀態(tài)的。

還有，電路根據(jù)什么來改變移相角呢？”

張老師說：“根據(jù)拖動系統(tǒng)的工況來決定。我們曾經(jīng)說過，異步電動機在兩種情況下，將處于發(fā)電狀態(tài)，一種是電動機從高頻運行轉(zhuǎn)為低頻運行，拖動系統(tǒng)釋放動能時；另一種是重物下降，釋放位能時。所以，對于一般用途的變頻器，當(dāng)頻率下降時，就自動改變移相角。而對于起重機械專用的變頻器，則還要增加當(dāng)重物下降時，自動改變移相角的控制。”

小孫思考了一會兒，又問：“廠里的電壓型變頻器在加速和減速過程中容易跳閘。要是電流型變頻器的話，加速時，電流受到電抗器的限制，不會過電流；減速時，又自動轉(zhuǎn)入向電源反饋能量的狀態(tài)，也不會過電壓了。”

張老師說：“說得很好，這正是電流型變頻器的重要優(yōu)點之一，就是說，電動機可以快速起動和快速制動。除此以外，它的過電流保護也比較容易。但它的控制比較復(fù)雜，體積也比較大。所以，主要用在大型設(shè)備中。”

       小孫問：“電流型逆變橋還有沒有其他的換流方式？”

張老師說：“還有好多種呢，我們再介紹兩種常見的換流電路吧。

用輔助晶閘管換流的逆變橋電路

在圖10－11所示電路中，逆變橋的主電路由SCR₁～SCR₆構(gòu)成，此外還有用于換流的輔助晶閘管SCR₀₁～SCR₀₆，以及換流電容器C₁～C₃。換流過程如下：

1．換流前

假設(shè)在換流前，SCR₁和SCR₂導(dǎo)通，電流的路徑如圖10－11（a）中的路徑①所示：

電源‘＋’→SCR₁→U相繞組→W相繞組→SCR₂→電源‘－’

與此同時，電容器C₁充電，左‘－’右‘＋’。

2．開始換流

對SCR₃和SCR₀₁施加觸發(fā)信號，這時：

       SCR₀₁導(dǎo)通，C₁兩側(cè)電位上升。一方面，使SCR₁得到反向電壓而截止；另一方面，C₁右側(cè)的高電位通過U相繞組和V相繞組而使V點也處于高電位。所以，盡管SCR₃已經(jīng)得到觸發(fā)脈沖，卻并未立即導(dǎo)通。這時主要是C₁的放電電流，其路徑如圖（b）中之路徑②所示：

電源‘＋’→SCR₀₁→U相繞組→W相繞組→SCR₂→電源‘－’

3．重疊換流

隨著C₁的放電，V點電位逐漸下降，SCR₃導(dǎo)通。一方面，因C₁進行反向充電，路徑②的電流尚未消失；另一方面，由于SCR₃的導(dǎo)通，又增加了如路徑③所示的電流：

電源‘＋’→SCR₃→V相繞組→W相繞組→SCR₂→電源‘－’

4．換流完畢

    隨著C₁反向充電的完成，SCR₀₁截止，就只有路徑③所示的電流了，電流從原來的U相進，W相出轉(zhuǎn)換成為V相進，W相出，換流完成。

公共換流電路

公共換流電路如圖10－12所示，只用了一個換流電容。其換流過程如下：

1．換流前

假設(shè)在換流前，SCR₁和SCR₂導(dǎo)通，電流的路徑如圖（a）中的路徑①所示：

電源‘＋’→SCR₁→U相繞組→W相繞組→SCR₂→電源‘－’

此外，在換流前，SCR₉和SCR₁₀得到短暫脈沖，使C充電：充電回路是：

電源‘＋’→SCR₁→VD₁→SCR₁₀→C→SCR₉→電源‘－’

當(dāng)充電電流小于晶閘管的維持電流時，SCR₉和SCR₁₀都截止。

2．開始換流

給SCR3、SCR7、SCR8施加觸發(fā)脈沖，電容器C將通過U相繞組和W相繞組放電。放電路徑如圖（b）中之路徑②所示：

電源‘＋’→SCR₈→C→SCR₇→VD₄→U相繞組→W相繞組→電源‘－’

這時，輸出端V的電位仍較高，故SCR3雖有觸發(fā)脈沖，但尚未導(dǎo)通。

3．重疊換流

隨著C的放電，V端的電位降低，SCR₃導(dǎo)通，于是又增加了電流路徑③：

電源‘＋’→SCR₃→V相繞組→W相繞組→SCR₂→電源‘－’

4．換流完成　

C放電完畢后，又通過SCR₇和SCR₈反向充電。反向充電完畢后，SCR₇和SCR₈自行關(guān)斷。這時，就只有路徑③所示的電流了，電流從原來的U相進，W相出轉(zhuǎn)換成為V相進，W相出，換流完成。

電流型變頻器的控制框圖

       小孫希望了解電流型逆變橋的控制特點，張老師說：“典型的控制框圖如圖10－13所示，控制要點如下：

1．整流橋的控制特點

       整流橋的任務(wù)是為變頻器提供直流電流的，通過改變移相角來進行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)的依據(jù)主要有二：

       （1）保持電動機的U／f比基本不變，目的是保持電動機的磁通不變。針對不同的負載，U／f比是需要調(diào)整的。

       （2）調(diào)整直流電流

       即根據(jù)負載的輕重來調(diào)整晶閘管的移相角，從而調(diào)整了所提供的電流。

       2．逆變橋的控制特點

       逆變橋的工作特點如下：

       （1）頻率的控制

       逆變橋輸出電壓的頻率由振蕩器的振蕩頻率來控制。

       （2）觸發(fā)脈沖的分配

       如上述，各晶閘管的移相角是固定的，但必須依次輪流導(dǎo)通。所以，由振蕩器產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖，須由脈沖分配器進行分配。”

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小　孫　的　筆　記

1．逆變橋的換流方式有：串聯(lián)二極管式、輔助晶閘管式和公共換流電容式等。

2．晶閘管的換流都必須通過電容器的充放電來進行。串聯(lián)二極管式需要用6個電容器，輔助晶閘管用三個電容器，而公共換流式只需一個電容器。

3．電流型變頻器都具有整流橋和逆變橋。

整流橋主要控制晶閘管的移相角，以調(diào)整其輸出電壓和輸出電流。調(diào)整輸出電壓的目的是使電動機的磁通保持恒定；而輸出電流則根據(jù)負載輕重來進行調(diào)整。

逆變橋內(nèi)，晶閘管的移相角比較固定，或30°，或120°，但必須對三相的觸發(fā)脈沖進行有序的分配。

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