在三相交-交變頻器中,每一相都是由正、負兩組整流器組成的,并且共用同一交流輸入電源,因此如果兩組整流器同時導通,會產(chǎn)生短路現(xiàn)象,在組間形成很大的環(huán)流,燒損晶閘管及電源。為了抑制環(huán)流,交-交變頻器可以分為有環(huán)流和無環(huán)流兩種運行方式。
有環(huán)流運行方式
交-交變頻器運行于有環(huán)流方式時,正、負兩組整流器都可導通,一組處于整流狀態(tài)時,另一組處于逆變狀態(tài),為了不使整流組與逆變組之間產(chǎn)生低頻的大環(huán)流,正組整流輸出的整流電壓平均值,應等于負組輸出的逆變電壓平均值,為此必須使an = p - ap ,這樣就平均值而言,兩組整流器的輸出電壓大小相等,方向相反。
雖然兩組整流器輸出電壓的平均值大小相等、方向相反,但由于電壓波形相反,兩組輸出電壓的瞬時值不同,存在一定的電壓差,如圖1所示。由圖可見,除了ap =0°、an =180°以外,其余狀態(tài)電壓差均不為零,當ap =60°、an =120°時,電壓的瞬時值之差最大,所產(chǎn)生的環(huán)流也將最大。
圖1
(a)正組電壓 (b)負組電壓 (c)組間電壓差 (d)環(huán)流
由于瞬時電壓差在組間產(chǎn)生環(huán)流,因此在有環(huán)流運行方式中,為了限制環(huán)流的大小,在組間加入了環(huán)流電抗器,這樣正、負組可以同時工作,負載電流自然轉(zhuǎn)換,使正、負組輸出電流平滑過渡。
有環(huán)流運行方式的優(yōu)點是正、負組整流器可以自動切換,使交交變頻器的輸出電流連續(xù)、平滑、無死區(qū),系統(tǒng)動態(tài)性能高,穩(wěn)定性好。而其缺點是增加了環(huán)流電抗器和環(huán)流,使裝置的成本增加,損耗加大。
無環(huán)流運行方式
交-交變頻器的另一種運行方式是無環(huán)流運行方式,其目的是為了取消環(huán)流電抗器,降低系統(tǒng)的成本及環(huán)流損耗。無環(huán)流運行方式的工作原理是當輸出電流為正時,使正組整流器處于工作狀態(tài),而封鎖負組整流器,即負組完全不導通。而當輸出電流為負時,使負組整流器工作,封鎖正組。每個整流器工作于整流還是逆變狀態(tài)則由當時所需瞬時電壓的正負決定。
為了實現(xiàn)無環(huán)流運行方式,需要比較復雜的控制系統(tǒng)。首先需要對輸出電流進行檢測,判斷其電流從正到負或從負到正的過零點,以便借此確定正、負組的門極信號從一組整流器轉(zhuǎn)換到另一組的邏輯條件。這在負載電流斷續(xù)的情況下,給控制系統(tǒng)帶來困難,因為在一個輸出半周內(nèi),會出現(xiàn)多次電流為零的情況,使真正的過零點檢測發(fā)生困難。同時,由于電流的不連續(xù),變頻器的平均輸出電壓不象在電流連續(xù)導通時那樣僅僅取決于整流角a的大小,而且整流電壓還取決于負載電流斷續(xù)的程度。
因此交-交變頻器的無環(huán)流運行方式的優(yōu)點是無組間環(huán)流,系統(tǒng)成本低,損耗小。其缺點是需要檢測負載電流的過零點,使控制電路復雜性增加,另外在控制失敗時,還易造成兩組整流器同時導通,在組間形成電源短路現(xiàn)象。另一缺點是由于輸出電流中存在死區(qū)時間,使電壓、電流波形產(chǎn)生畸變。