整流措施（精选十篇）
整流措施 篇1
可控硅元件具有体积小、重量轻、功耗小、效率高、响应快等优点, 用它构成的整流装置具有可靠性高、寿命长、容易维护等优点, 特别是可以节约能源, 在实际生产中大功率的它们很快就取代了原来的电动机——直流发电机组等笨重而效率低的设备。但是, 这些大功率可控硅装置接入电网运行后给生产带来了革命性变化的同时, 也给供电系统带来了不小的危害。其中最主要的就是它们起了一个高次谐波发生器的作用, 危害着电网的安全运行。
下面就对可控硅整流装置对供电系统和线路的影响进行一下分析。
1 高次谐波产生的理论基础
可控硅整流装置的输出电压都是周期性的非正弦函数, 根据电工学的理论知识我们可以用傅立叶级数的形式分解成为各次正弦函数, 即
其中f (t) 为周期性非正弦函数;
Akm=ak2+bk2, k=1, 2, 3…为各次谐波的幅值;
谐波的初相角。
在供电系统中一般负载电路是线性的, 根据电工学中的叠加原理, 负载电压可以看作是各次谐波电压的合成, 对应各次谐波电压, 产生各次谐波电流, 负载电流便是各次谐波电流的合成。
2 高次谐波对电气设备的影晌
随着可控硅整流装置在生产中的大量应用, 其产生的高次谐波, 如不加以抑制将反过来进入交流电网, 引起不良影响。如:造成电网的电压和电流波形发生严重的畸变, 从而导致电能质量变差;使电气设备的铁损增加, 造成运行着的电气设备过热, 使电动机转矩下降, 降低正常出力;使电介质加速老化, 缩短绝缘寿命;影响控制、保护及检侧装置的工作精度和可靠性;使一些具有电容性的电气设备, 如电容器、电力电缆等发生过热而引起损坏;对弱电系统如造成严重干扰, 无法正常运行;甚至在一定高次谐波的条件下可能引起网络并联谐振。高次谐波对不同的电气设备有不同的影响, 现简述如下。
(1) 变压器:在高次谐波电压作用下, 变压器绕组通过谐波电流, 会使励磁电流增大、功率损失增加、力率下降, 并使变压器发出异常响声。 (2) 电机:谐波电流通过同步电机定子时, 使定子绕组发热加剧从而降低了电机的出力, 同时对转子也引起额外的功率损失;对异步电动机也会使励磁电流增大、功率损失增加、力率降低。 (3) 电容器:电容器对高次谐波电流是最为敏感的。除谐波在系统感抗和电容器容抗之间引起并联谐振外, 在小容量的电容器组中串联谐振或局部串联谐振也会引起严重的过负荷 (有的可达好几倍) , 致使电容器严重损坏或无法运行。 (4) 架空线:高次谐波电流经过架空线路会干扰邻近的通信线路, 增加噪声, 甚至破坏正常通话;干扰程度与谐波分量成正比, 尤其是16~21次 (即800~1050赫) 谐波分量对通信线路的干扰作用最强。 (5) 电缆:当出现高频高幅值的谐波电压分量时, 可能会引起放电并击穿电缆绝缘。 (6) 电气仪表:谐波电流的存在使感应式测量仪表指示不正确, 出现指针摆动现象, 造成测量数据不准确。 (7) 电子控制系统:电子控制系统对高次谐波产生的磁场是相当的敏感, 因此系统可能会出现误触发、误动作等现象。 (8) 射频干扰:高次谐波的电磁效应也会产生射频干扰。为了减少高次谐波的不良影响, 供电系统要求用户对高次谐波加以限制。用户流入供电网的高次波谐电流最大允许值, 以不造成对通信、控制线路干扰和不影响某些设备 (如电力电容器、音频控制系统、可控硅控制设备等) 的正常运行为原则。流入供电网的高次谐波电流加上该级电压原有谐波电流, 应使谐波电压最大值不超过表1所列的数值。
谐波电压总值Ut是各次谐波电压有效值的总和, 用基波电压有效值的百分数表示:
式中:U2, U3, U4…为各次谐波电压有效值, 伏;
U1为基波电压有效值, 伏。
高次谐波可用波形分析器或频率分析器来测量。超过表一数值的用户, 必须采取相应的抑制措施。
3 高次谐波的抑制措施
(1) 采用Y/△或△/Y接线:三相可控硅整流装置的整流变压器, 采用Y/△或△/Y接线时, 可以抑制三的倍数的高次谐波。采用△/Y接法时, 高次谐波电流从可控硅装置反窜到变压器Y接线次级绕组内时, 绕组不能通过三的倍数的高次谐波电流, 但将导致变压器铁芯内出现对应的三的倍数的高次谐波磁通。这些高次谐波磁通 (三相的相位一致) 将使变压器初级绕组的各相内产生三的倍数的高次谐波电势, 从而产生三的倍数的高次谐波电流。因为它们相位一致, 只能在△接线的初级绕组内环流, 将能量消耗在绕组的电阻中。如采用Y/△接法, 当高次谐波电流从可控硅装置反窜到变压器次级绕组内时, 其中三的倍数的高次谐波电流在△绕组内环流, 能量消耗在绕组的电阻中, 在绕组端头同样不会出现三的倍数的高次谐波电势, 自然地抑制了三的倍数的高次谐波。因此, 电力变压器与整流变压器都采用Y/△或△/Y接法时, 其高次谐波中都不包含三的倍数的高次谐波, 而只有5、7、11、13、17次等谐波。
(2) 增加整流相数:可控硅整流装置的整流相数越多, 则整流后的电压和电流脉动曲线越平坦, 高次谐波电压含有率 (K0%=高次谐波电压有效值/无负荷控制时的直流电压) 越低。并且, 可控硅的控制角a (0≤α≤900) 越小, 高次谐波电压含有率越低, 如图1所示。因此, 以三相电源组成的多相整流电路 (如6相、12相等) 得到广泛的应用。一般使用的可控硅整流装置, 大部分是6相。为了降低高次谐波电流, 改用12相整流时, 高次谐波只占全电流的1%。
(3) 采用带移相绕组的整流变压器增加脉动次数:如生产车间有多台可控硅整流装置, 可采用带移相绕组的整流变压器, 增加脉动次数, 以改善交流电网电压波形。如某车间有三套三相桥式可控硅整流装置, 由一台电源电力变压器供电, 如图2所示。
我们对2、3两套可控硅装置采用带移相绕组的整流变压器。这类整流变压器类似一般的Z接线变压器, 但移相绕组的匝数比主绕组匝数少得多。目前多采用移相角为士7.50或士100的绕组结构。通过移相, 可使三台变压器的相位互差一个角度, 从而相当于在交流电源侧综合组成了脉动次数为3×6=18的电压波形, 改善了交流电网的波形。整流变压器的移相绕组接线, 如图3。绕组设计、结构并不复杂, 却能获得较多的综合脉动次数, 有效地抑制了高次谐波的不良影响。
若整流变压器不设移相绕组, 可在次级为Y、初级为△接线的整流变压器之前分别加装独立的移相变压器。该移相变压器的容量远小于整流变压器的容星, 当移相100时, 约为整流变压器总容量的17%。整流相数的选择, 一般是负荷容量越大、供电点的短路容量与负荷容量之比越小, 则整流电路相数应越多。三者之间的关系如表2所示。
(4) 采用滤波电路:可控硅装置在运行过程中发生的三的倍数的高次谐波分量已被△/Y或Y/△接线的整流变压器自然地抑制, 但其它高次谐波分量, 如5, 7, 1 1、13, ……等次存在。多相整流虽可减少高次谐波幅值较大的低次分量, 但因各相负荷不一定对称, , 不能完全消除低次的谐波分员。因此, 当谐波电压总值超过供电系统的规定时, 可在整流变压器初级侧母线上有针对性地装设滤波器, 如图4。
滤波器采用单相谐振串联L一R一C回路, 三相Y接线, 均并联于变压器初级侧母线上。L、R、C的参数选择应根据滤除哪一次谐波而定, 可按下式来选择L和C值。其中k为滤除的谐波次数, 如5, 7, 11.13......等;R值的选择应能限制滤波电路内的电流值, 以确保L和C的安全运行。装了必要的滤波电路后, 可将起影响的谐波滤除, 就能保证谐波电压总值不超过规定值。
除了上述四种抑制谐波的主要措施外, 在设计供电系统时, 如能设法加大系统的短路容量, 使其大于可控硅整流装置容量的20倍时, 则高次谐波对系统就不会有危害的影响。同时, 还应把有高次谐波干扰的部分与无干扰的部分在系统接线上尽可能地分开。
摘要：可控硅整流装置由于可靠性高、寿命长、容易维护等优点, 所以在电力技术领域得到了广泛的应用, 但同时它产生的高次谐波也给电力系统的正常运行及电气设备的正常运转带来了很大的影响和危害。如何抑制电力系统的高次谐波是供电系统中必须解决的问题。
整流电路总结 篇2
2)电容滤波的不可控整流电路的工作情况，重点了解其工作特点；
3)与整流电路相关的一些问题，包括：
(1)变压器漏抗对整流电路的影响，重点建立换相压降、重叠角等概念，并掌握相关的计算，熟悉漏抗对整流电路工作情况的影响。
(2)整流电路的谐波和功率因数分析，重点掌握谐波的概念、各种整流电路产生谐波情况的定性分析，功率因数分析的特点、各种整流电路的功率因数分析。
4)大功率可控整流电路的接线形式及特点，熟悉双反星形可控整流电路的工作情况，建立整流电路多重化的概念。
5)可控整流电路的有源逆变工作状态，重点掌握产生有源逆变的条件、三相可控整流
电路有源逆变工作状态的分析计算、逆变失败及最小逆变角的限制等。
6)晶闸管直流电动机系统的工作情况，重点掌握各种状态时系统的特性，包括变流器的特性和电机的机械特性等，了解可逆电力拖动系统的工作情况，建立环流的概念。
7)用于晶闸管的触发电路。重点熟悉锯齿波移相的触发电路的原理，了解集成触发芯
整流措施 篇3
DF4D型机车是一种交一直流电传动内燃机车，其动力是柴油机，由柴油机驱动同步交流牵引发电机发出三相交流电，经整流柜等设备转换成脉动直流电供给6台直流牵引电动机。整流柜是电传动装置中的一个非常重要的部件，它一旦发生故障，必将导致机车无法运行，若处理不当甚至造成同步牵引发电机烧损，直接影响铁路运输的安全正点。由此可见，DF4D型机车整流柜故障问题已十分突出，很有必要对整流柜故障的原因进行分析，找出根源，提出切实可行的改进措施，保证整流柜的质量。
1.故障原因
1.1整流原理
主整流柜是交直流电传动 内燃机车上的重要装置。它将同步牵引发电机发出的三相交流电转换成直流电，作为牵引电动机的电源。
整流管采用ZP2500-28型整流管，每个桥臂由2只整流管并联而成，两端并联阻容保护板。整流电路采用三相桥式，每周期内自然换相6次输出脉动较小的整流电压。
1.2换相过电压
硅整流器组在换相时会产生过电压，这是由于硅元件空穴积蓄效应(载流子 的残留效应)引起的换相过电压。众所周知，硅元件换相时，由正向导通变为承受反向电压，而元件恢复反向阻断能力需要一定时间．也就是说元件中尚有空穴积蓄或载流子残留，在反向电压作用下，在一个极短的时间(2～3s)内，会产生1个很大的反向电流。当元件恢复阻断能力时，这个反向电流迅速减小到正常反向漏电流的大小。由于机车主电路为电感性电路，具有储能特性，这就意味着在极短(数微秒)的时间里，反向电流在电感中所储藏的能量要释放出来。结果电路 中产生很大的尖峰状自感电势，与已经反向加在元件上的发电机电势一起，迫使整流管受到相当大的反向电压。
1.3换相过电压的保护
为抑制整流装置中的换相过电压，普遍采用的保护措施是在整流元件两端并联阻容(RC)吸收装置。其中电容器用于吸收换相时释放出来的碰场能量与电容器串联的电阻的作用是防止电容与回路电感造成串联振荡，也可限制放电电流的大小。RC吸收装置对换相过电压的保护起到关键性作用。
DF4D机车整流电路的阻容保护由6个1uF的电容和6个39Ω的电阻2串3并组成 。
2.故障分析
DF4D机车整流装置烧损的原因既有动态的因素，又有静态的因素；既有显而易见的，也有不能轻易发现的。但主要原因有以下几点：
2.1从整个电传动电路系统中分析
直流牵引电动机发生环火，造成同步牵引电动机三相突然短路是烧损整流装置的重要原因。这个过程是一个极其复杂的瞬变过程，在此过程中发电机各绕组以及在短路系统中都将产生巨大的冲击电流，这个电流高达额定电流的10倍至15倍。当如此高的冲击电流经过整流装置各个元件时，就有可能使元件烧损。
2.2从牵引发电机内部构造分析
由于各线槽和定、绕子绝缘件老化或损坏，造成牵引发电机发生不对称的两相突然短路现象是烧损整流装置的原因之一。当发生不对称的两相突然短路，这个过程中也至少有高达额定电压3倍左右的高电压，这使主整流柜的各元件会击穿甚至烧损，而且在转子励磁绕组中将感应产生过电压，这个电压可能会导致供给励磁的整流电源的硅元件被击穿、烧损。
2.3从整流装置本身分析
当整流装置发生两相短路时，造成同步牵引发电机不对称运行，使得定、转子绕组均产生电压，当此电流经过整流器和励磁系统的硅元件时容易被击穿。
2.4整流管参数变化分析
整流电路每个桥臂由2个整流元件并联使用，这就要求2个元件的伏安特性相匹配。同时，在现场我段配属的不同机型的内燃机车中，DF4各型、DF5和DF8B机车的此类故障很少发生。比较上述几类机车整流电路，可知DF4D机车整流电路所用的整流元件数大大减少，但元件的工作电流、功率大大提高，这对元件的可靠性等方面的要求显然更高。而实际运用表明，DF4D机车整流电路正是在整流元件的可靠性方面存在一定问题。
2.5阻容保护电路变化分析
DF4D型机车在启动、加载和卸载的情况下，都采用控制同步牵引发电机励磁的方式，不会有很高的操作过电压危及整流元件。但是整流柜工作时，整流元件不断地由正向导通状态到反向阻断状态，其在换相过程中，因蓄存效应而产生一个超过正常反向电压的过电压(此电压称为换相过电压)，危及整流元件寿命。机车制造厂在设计时，采用在每条整流桥臂上并联一组阻容(RC)保护电路，吸收整流元件换相过程中产生的换相过电压。
2.6整流柜散热量分析
DF4D型机车负载稳定电流最大允许达到7200A（每台牵引电动机最大电流1200A），整流电路为三相桥式整流，整流柜每个桥臂采用2个整流元件并联，每个整流元件通过的电流为负载电流的1／6，因此每个整流元件的最大稳定电流可达1200A。因此，必须对整流柜进行足够的冷却，尽量减少整流元件击穿或烧损的可能性。整流柜的冷却方式为强迫通风冷却，但是在实际运用中，DF4D型机车整流柜采用离心式风机吸风时附带冷却的散热方法。风机由柴油机经前变速箱带动开始吸风，冷却空气首先经过整流柜的两侧冷却硅整流元件，然后进入牵引电动机冷却风道冷却牵引电动机。冷却风源为电器室空气，风速受柴油机转速控制。该散热方式已不能满足DF4D型机车的散热要求。并且整流柜温度过高也直接影响阻容保护的使用寿命。
2.7由于整流装置各元件表面附着大量油污、沙尘和各种杂质，致使整流装置表面温升超过二极管的容许值是造成整流元件烧损的另一种因素。
3.应对措施
（1）为了确保DF4D型机车可靠运用，检修过程中加强对牵引电动机以及牵引发电机的检修，落实各项作业标准。
（2）在整流柜检修上采取一些有效的措施，有效地预防DF4D型机车整流柜的故障。
①对阻容保护元件进行定期检测；②测量整流元件的正向压降；③测量反向峰值漏电流。
（3）增加整流柜的散热量：
DF4D型机车整流柜的冷却空气是电器室的空气，正常情况下，电器室的空气应该是由车体外部经安装在车体侧壁上的手动百页窗进入电器室的，如果侧壁百页窗作用不良，鼓风机将电器室的空气吸走后，电器室的补充空气就会从动力室吸风过来，因动力室的空气温度较高导致整流柜环境温度较高即较小，直接影响整流柜的散热。原机车设计的手动开启侧百页窗，开启后由于机车振动而经常 自动关闭。为此，在手动拉杆上加装了锁闭销，可有效地防止侧百页窗自动关闭，增加整流柜的散热量，从而改善整流柜的工作条件，提高其可靠性。所以建议在认真检查通风机的基础上，在整流装置的各二极管间用一种耐高温、散热性良好的绝缘材料做一个网套保护各二极管，这样既能使硅元件保持干净，散热性好也会杜绝由于附着物而造成两相短路的现象，从而避免整流装置因此而烧损
（4）在全面检查整流装置接线、紧固件的基础上，重点对阻容保护的虚接、虚焊进行彻底焊修，保证整流装置不能因为阻容保护的虚接、虚焊而烧损甚至危及行车安全。
整流措施 篇4
1 跳闸经过
2012年3月8日供电车间运行四班按计划停运5#整流机组进行春季检修, 7:00发出2012-03-003#第一种电气倒闸操作票并开始操作。7:20断开铝225断路器, 在解备5#整流机组操作的过程中, 7:48主控室上位机报6#整流机组纯水冷却装置全停、纯水流量低, 7:49铝226断路器分位。运行人员立即汇报上级主管部门, 同时启动事故预案, 4台机组运行电流调整到350 kA, 经现场检查确认6#整流机组在短时间无法恢复, 决定恢复5#整流机组运行。8:04合上铝225断路器, 8:21系列电流升至411 kA。
2 原因分析
经现场检查发现6#整流机组纯水冷却装置由1#水泵定期自动切换到2#水泵过程中, 2#水泵启动电流过大造成2#水泵电源空气开关跳闸 (同时由于接触器KM2主节点老化、发热等原因, 在此次大电流冲击过程中造成触头粘连) , 这时水压低, 流量小, PLC重新切换到1#水泵运行, 但因为KM2主触点粘连, 常闭点仍在断开位置, 所以造成1#水泵不具备启动条件, 最终整流机组动作于断水保护。
3 防范措施
3.1 管理措施
(1) 对纯水泵的接触器一一拆除, 认真检查触点的实际工况, 有问题的立即更换。
(2) 纯水泵即将达到自动切换的时间时, 派运行人员到现场监控自动切换情况, 发生异常时立即调整为手动运行模式, 确保有一台纯水泵能够正常运行。
3.2 技术措施
通过修改纯水泵的PLC程序以解决接触器主触点粘连的问题。原1#纯水泵启动程序如图1所示。
从程序中可以看出:自动工作状态下、泵1没有断电、泵2没有工作、水箱水位正常、泵1流量正常、水泵达到切换周期、控制电源没有断电, 则切换为3#纯水泵工作。如果2#纯水泵接触器主触点发生粘连后, 2KM常开触点一直处于闭合位置, 给PLC输入泵2工作的信号, 从而导致PLC内部程序中“泵2工”常闭触点一直处于断开位置, 所以程序判断1#纯水泵不具备启动条件, 但此时的实际情况是2#纯水泵的空气开关已经跳开, 最终两台纯水泵都不能启动, 整流柜因断水保护动作而高压跳闸。针对这种情况, 将PLC控制程序做出如下如图2所示修改 (矩形框内为新增内容) 。下面对程序修改后可能出现的情况进行论证:
(1) 出现本案例中的故障。KM2触点粘连后“泵2工”常开点闭合, 使PLC内部“泵2工”常开点闭合;2#纯水泵空气开关跳闸后其常闭点闭合, 使PLC内部“泵2断”常开点闭合。虽然此时PLC内部“泵2工”常闭点断开, 但1#纯水泵将通过新增的两个内部触点接头启动回路。
(2) 正常情况下由泵2工作切换为泵1工作。泵2工作期间, PLC内部“泵2工”常开点闭合, 但“泵2断”常开点始终断开, 所以此时新增程序不起作用, PLC保持原有程序运行。
(3) 正常情况下由泵1工作切换为泵2工作。泵1工作期间, PLC内部“泵2工”常开点始终断开, “泵2断”常开点始终断开所以此时新增程序不起作用, PLC保持原有程序运行。
(4) 泵1或泵2运行过程中有人为或是其它原因致使泵1或泵2空开跳闸。如果运行水泵的空气开关跳闸, 则原有程序有效、新增程序无效, 自动启动另外一台纯水泵;如果备用纯水泵空气开关跳闸, 新增程序无效, 不影响系统运行。
通过以上分析可知:新增程序只起到避免本案例故障的再次发生的目的, 对原有程序无任何影响。
对2#纯水泵的启动程序做累死的修改, 然后进行模拟运行实验, 程序能够正常运行。
4 结语
随着工业生产自动化程度的提高, PLC越来越显示出它在控制领域的优越性, 确定控制流程图、编写PLC程序、仿真实验、调试运行是实现PLC控制的基本步骤。本文通过解读在运设备的PLC控制程序, 结合设备跳闸后的原因分析, 对程序做了适当修改, 并进行技术验证, 在实际应用中既保证了系统运行的安全可靠性, 减少了经济损失, 同时也为同类技术改造提供了参考依据。
摘要：本文通过对某铝厂大型整流机组跳闸原因进行分析, 然后从管理和技术两个方面采取改进措施, 并进行了技术论证, 提高了控制系统运行的可靠性。
桥式整流电路说课稿 篇5
杭州电子信息职业学校
徐瑜
一、说教材
（一）本节课内容的地位和作用
整流电路是直流稳压电源电路的第一个环节，也是关键的一个环节。单相桥式整流电路是整流电路中的一种，由于其优点明显，实用性强，在大、中、小型各种实际电路中都有十分广泛的应用。职高电子专业《电子技术基础》会考考纲中也明确要求学生：熟悉桥式整流电路的结构、工作原理；掌握有关参数计算；能根据整流电路要求选择二极管。另外，无论电子专业还是计算机专业，高职专业课考试中也必然出现这方面知识点。由此，单相桥式整流电路在本学科中的地位和作用可见一斑。
（二）教学目标
根据教学大纲对本节课的具体要求，同时针对职高电子专业学生的心理特点和认知水平，结合教材，本着面向全体、使学生全面主动发展的原则，确定本节课的教学目标如下：
1、知识目标：
识记VL、V2、IV、IL的关系 能复述桥式全波整流电路的工作原理 掌握桥式整流电路的连接方法
2、能力目标：
体验科学探究过程 提高知识迁移能力
能应用桥式全波整流电路解决简单问题
3、情感目标：
通过引导学生设计新的整流电路让学生体验学习过程的快乐，保持学习电子线路课程的热情。
（三）重点和难点
重点：发展科学探究能力，（单相桥式整流电路的电路结构、工作原理）难点：为正半周和负半周分别设计单向通路，（单相桥式整流电路工作原理的理解及应用）
（四）教材处理 本节内容采用陈其纯主编的《电子线路》作为教材。根据学生实际情况，需对教材加以处理，把单相全波整流电路分成一、变压器中心抽头式单相全波整流电路和本节内容：
二、桥式单相全波整流电路两节课。教材中四个整流二极管的位置判断方法并未涉及，而实际应用中是必须掌握的，因此在本节课中加以补充。教材中电路工作原理的文字讲解使用符号较多，教师应在第一轮讲解工作原理时，中文名称和英文符号始终对应，板书时中文名称和英文符号都列出，便于学生理解消化和课后正确复习。
二、说教法和学法
叶圣陶曾说过：“教是为了不教”。本节课的教学任务之一，就是通过启发和引导学生设计桥式整流电路，教给学生科学探索的方法，培养科学探究的能力，和创新精神。根据教材和学生的特点，采用如下教法：目标分步展示贯穿整个教学过程，充分运用多媒体课件形象直观演示的启发式探究法；图文结合法；总结归纳法；练习法和分层教学法。
古人说：“授之以鱼，不如授之以渔”。我们说：“方法是打开知识宝库的金钥匙”。与教法相适应，采用 的学习方法，让学生眼口手脑并用，充分发挥思维，激发学生学习《电子线路》的兴趣。注重“以教师为主导，学生为主体，训练为主线”的模式，培养学生的自主学习能力，使学生在学习过程中感受到学习的快乐和成功的愉悦。成为学习的主人。
学生状况分析：通过前面几节课的学习，学生已基本掌握两种整流电路：单相半波整流电路和单相全波整流电路。总体上对整流电路的工作情况和学习方法有所了解。这些都为本节课的学习打下了良好的基础，便于教师在新课中引入、展开、比较、深入。
三、说教学过程（教学程序设计）
（一）复习回顾引入新课：（3 ~ 5 分钟）
放映幻灯第二、三张，复习半波整流电路和全波整流电路。引导学生指出这两个电路各自的优、缺点有哪些？
半波整流电路优点是电路简单，变压器无抽头。缺点是电源利用率低，输出电压脉动大。全波整流电路优点是整流效率高，输出电压波动小。缺点是变压器必须有中心抽头，二极管承受的反向电压高。
引导学生提出：能否结合两个电路的优点，再做改进呢？设想：用半波整流电路的变压器，把无抽头变压器v2负半周利用起来。
（二）新课教学：（25 ~30 分钟）1．探索新的整流电路
放映幻灯第四张、第五张（共8个动画），引导学生用半波整流电路的变压器设计出新的全波整流电路。
动画展示要解决变压器中随正负半周变化的电流方向和整流后负载中不变的电流方向之间的连接问题，引导学生思考、讨论并提出正半周、负半周变压器和负载之间用什么样的连接方法。分成4步 ：
（1）变压器与负载之间用两组连线连接。（2）在两组连线之间装开关-----自动开关。
（3）用二极管替换开关。
（4）完成整流电路的设计。给出整流电路名称：桥式全波整流电路。
2．熟悉性能掌握原理（实施分层教学）
放映幻灯第六张，学生复述桥式整流电路原理，使一部分还没掌握桥式整流电路原理的学生有再学习的机会。分析负载电阻上电流方向，确认负载电阻上得到的是直流。确认每一个半周整流后都有电流输出，得到全波整流电路。
放映幻灯第七张，用动画将分析过的桥式整流电路（前面为了便于学生观察，没有画成书上常见的图形）变形，成为标准全波整流电路图。要求学生画标准全波整流电路图。
3．电路参数计算及选择
（6）放映幻灯第八张第九张，对照桥式整流波形，请学生分析VL与V2、IL与V2、RL的关系，识记有关公式。例题讲解，熟悉公式的运用，二极管的选择。
4．桥堆的认识和连接
（7）放映幻灯第十张至第十二张，认识二极管桥堆，练习将桥堆接到电路上。
5．尝试应用新知识创造新设备
（8）放映幻灯第十三张，设计无换向器直流发电机，用新学的知识解决与已有知识相关的问题，使新知识内化，又能使学生对初中学习的知识有新认识。用可以拖动的画面，请学生组装，让同学评价。
（三）总结反馈（10 ~ 15分钟）
1．回顾得到桥式全波整流电路的过程。[师生互动]
放映幻灯第十四张，由在变压器与负载间接两组连线------两臂摆动的桥------3 4个开关构成的想象中的整流电路-----二极管替换开关-----桥式全波整流电路，落实发展科学探究能力的目标。
2．电路参数公式巩固[师生互动]
放映幻灯第十五张。请学生复述负载和整流二极管上的电压和电流的公式。
3．课堂反馈和故障分析[学生活动]
放映幻灯第十六张。强调桥式整流电路的连接方法。（文字简单，便于记忆）给出3种不同形式的电路图，（板书）要求根据负载上电流的方向，正确摆放四个整流二极管。以大组为单位，开展拼图竞赛（用接龙的方法让每个学生参与，调动积极性）
如果有学生接错二极管，（极性接反）
提出问题：会导致什么结果。有一个二极管断路，又会导致什么结果？ 放映幻灯第十七张。思考题：有一个二极管极性接反、或短路会导致什么结果（增强安全意识）。有一个二极管断路，又会导致什么结果？
（13）放映幻灯第十八至二十一张，用电路形象地得出结果。（可作为机动）
4．作业布置：
[基本原理理解应用]：练习一10、11（必做）[深入理解应用]：练习一12（选做）
实践作业（项目作业）：在现实生活中，找出一电路，其中含有单相桥式整流电路。并通过测量参数，看看电路是否正常工作；若出现故障，尝试排除。（选做）
四、说板书与练习设计
（一）板书设计
由于本节课以多媒体课件为主，因此板书可根据课堂的实际情况书写一些关键内容。
（二）练习设计
天外飞来不明物 却是卫星整流罩 篇6
那两个不明飞行物外形、大小均相同，形状呈半圆锥体，流线型，长约5米，像半截船。材质由铝合金和玻璃钢制成，重约数百千克。
据当地村民曹召清回忆，当天早晨7点20分左右，他刚走出家门，忽见一块巨大的发着亮光的飞行物体从天空呼啸而下，在距地面约一二百米的上空打了几个转后，轰然坠地砸在我家的红薯地里。我从来没有看到过这么大的东西从天而降，着实吓了我一大跳。这东西幸好掉在红薯地里，如果砸在屋顶上，很可能造成屋塌人伤。与此同时，另外一块不明飞行物则坠落于永乐镇铁甲村三组，坠到一坎坡上后，顺着斜坡滑到水泥公路上。
奉节有关方面在接到群众的报信后，马上对现场进行了封锁，并对这两个不明飞行物进行全方位保护。
那么，这两个宠然大物究竟是什么东西呢？其实搞过航天的人一看就知道，这是火箭上的卫星整流罩。从时间上来看，那天早晨7点14分，长征四号乙火箭在太原卫星发射中心点火起飞，火箭升空后向西南方向飞去，185秒后，火箭将整流罩抛掉。如果我们稍掌握一点航天知识，知道火箭的飞行轨迹， 再加上关注点时事新闻，应该说马上就可以判断出这是长征四号乙火箭上的卫星整流罩，而绝不是什么不明飞行物。
整流措施 篇7
东风系列内燃机车是我国内燃机车中的主型机车, 在全路中担客车牵引、枢纽站调、站场编组、港口调车及货运任务, 吉林机务段内燃机车的运用特点有以下几个方面:一是运用地处风沙地区, 风沙污染大, 造成主整流散热器集尘严重;二是经常满负荷、低速度、大电流长时间工作。牵引整流柜作为交-直流传动内燃机车主电路的关键部件之一, 运行中如果主整流元件故障造成机车接地、过流、停机、无压, 严重影响机车运用效率。如2011年3月18日, 吉林机务段DF4B型7394机车担当吉林———图门交路时6个主整流元件烧损, 造成机车无压无流、途停, 影响运行3h。牵引整流柜故障已严重影响了正常的铁路运输秩序, 解决这一惯性故障势在必行。
2 牵引整流柜的工作原理及结构
电传动内燃机车上的牵引整流柜是一个三相全波整流装置。它由硅整流元件及保护装置组成, 其主要部件有:柜体、交流母排、直流母排、硅整流元件、联接导线、阻容保护装置等。DF4型内燃机车硅整流元件为平板式, 牵引整流柜的两侧面各安装三个整流桥臂, 每一整流桥臂由6个元件并联, 共36个整流元件。
整流柜采用强迫通风冷却方式, 牵引整流柜冷却风道串联在机车牵引电动机的进风口上, 冷却空气分别从牵引整流柜两侧吸入, 强迫风冷整流元件后进入牵引电动机风道冷却牵引电机, 最后从牵引电机下部排向大气。
3 牵引整流柜故障分析
分析吉林机务段2011年1月—2012年5月间发生的牵引整流柜故障分类见表1。
3.1 积尘过多引起散热不良
影响整流元件散热效果两个因素:一是通风量;二是散热面积。
内燃机车由于通风系统设计的原因, 加之担当区段沙尘、煤尘污染严重, 造成积尘过厚会严重影响硅元件的散热, 进而影响散热效果, 尤其在低速、满负荷、大电流工作条件下尤为突出, 这种情况在国产的各型内燃机车上都存在。另外, 整流柜设计也存在着缺陷, 如DF5型内燃机车硅整柜其阻容保护装置直接安装于整流元件散热片表面, 造成工作中散热不良, 日常清洁更是无法完成。DF7型5号机车的实际情况如图1、2所示。
3.2 通风机故障
在处理的六起因通风机故障引起的整流元件过热烧损中有五起是通风机尼龙绳断裂造成通风机不转;有一起是通风机轴承破损造成风叶严重变形。通过现场检查分析, 引起尼龙绳断裂的原因主要是防护罩安装不当和尼龙绳长度不规范两个方面, 而造成通风机轴承破损的主要原因便是油堵堵塞造成内部严重缺油而干摩擦。
3.3 整流元件的选用不符合要求
对2011年3月18日长春DF4B型7392机车6个烧损的主整流元件进行检查, 其中一个桥臂烧损4个主整流元件, 发现标签上标定的正向压降分别为:0.148、0.136、0.128、0.145、0.132、0.126, 同桥臂正向压降差最大为0.016;在另一烧损2个主整流元件的桥臂上发现其标签上标定的正向压降分别为0.268、0.324, 不同桥臂压降差最大为0.176, 严重超出检修工艺中同一桥臂正向压降差值不大于0.01V (超过时重新选配元件) 的规定, 这是是DF4B型7392机车6个主整流元件烧损的主要原因, 按照工艺要求重新选配装车后恢复正常。
3.4 其他原因
3.4.1 元件老化
吉林机机务段使用的内燃机车最早生产于1989年, 距今有20多年。期间电子元件由于工作频率、使用环境等各方面因素影响, 造成性能下降。而长期以来, 铁路系统对相关电子元件、电子部件的使用缺乏寿命管理, 在现场运用中只是中修、厂修下车检测, 日常故障更换。如2010年5月12日枢纽调机车DF4B型7546机车烧损主整流元件1个, 车下检查整流元件选配符合技术标准, 散热器表面清洁。确认为主整流元件老化。
3.4.2 牵引电动机环火、放炮
牵引电动机环火或放炮均会急剧增大主回路电流, 特别是在柴油机低转速、前通风机通风量较小时更容易造成牵引整流柜整流元件过热烧损。如DF4型7395机车烧损主整流元件2个, 更换新品后担当第一次牵引任务时又发生烧损。扣车检查牵引电动机, 发现第二牵引电动机严重环火。落修电机、并再次更换整流元件后机车恢复正常。
3.4.3 阻容保护装置失效
牵引整流柜的阻容保护装置出现断线、电阻烧损、开路、电容击穿, 造成相应的整流元件因瞬间高压无法吸收而击穿、导线烧损。如DF4型2375机车烧损主整流元件3个, 回段检查发现4个阻容保护装置出现过热现象, 其中2个连线胶过热烧损。检查电容全部失效, 更换新品后良好。
4 整治的措施
针对上述的分析, 为了减少或预防牵引整流柜故障的发生, 有针对性地采取了如下措施。
4.1 机车牵引整流柜清洁度检查及保养
1) 在机车修程时使用专用电器清洗液清洁牵引整流柜散热器;
2) 是在机车电器柜安装电器清洁阀, 配备吹扫胶管, 乘务日常交接班时“牵引整流柜的清洁”做为关键项目卡控;
3) 对东风4型机车主整流柜散热装置进行改造, 增加散热面积。
4.2 杜绝通风机故障发生
1) 按规定选用尼龙绳型号、尺寸, 尼龙绳的绑扎要规范, 尤其是铁丝的连接处要做到平滑;
2) 定期检查, 确保油堵良好, 保证润滑。乘务员应该加强走廊巡视力度, 将通风机状态作为关键项目检查。
4.3 规范检修工艺, 严格按照要求选用整流元件
1) 同一桥臂正向压降差值不大于0.01V;臂与臂间元件间正向平均电压降允差为0.1V, 最好做到型号相同、参数相近;
2) 强整流元件的测试、选配, 严禁参数不清、数据不明的整流元件上车;
3) 是严格主整流柜整体绝缘、耐压、负荷试验, 确保检修质量。
4.4 加强管理
1) 日常检查关:确保牵引整流柜散热器清洁、确保通风机状态良好、确保阻容保护装置和软连线无过热;
2) 保护装置试验关:机车乘务员交接班和小辅修作业过程中, 按规定试验主回路过电压、过电流的保护装置的作用良好;
3) 机车碎修关:只要是有关主回路的故障, 如功率高、电机电流波动、提柄压转速停机等, 都要由检修专业质检员上车检查、确认整流柜状态;
4) 机车运行关:机车在牵引运行中若发生通风机故障引发提柄压转速停机、主回路接地、主回路过流、微机接地过流报警故障, 必须及时停车或低载维持运行到前方站停车检查处理, 严禁不查明原因时高负荷运行, 防止整流柜因过热烧损烧损进而导致车火灾发生。
5 结束语
采取以上措施后, 在2012年5月至今, 机车牵引整流装置运行良好, 再没发生故障。我们要运用科学的管理方法, 认真学习工艺, 进行标准化修车, 对发生的故障积极查找原因, 并制定出相应的技术措施并严格落实, 为运输一线提供优质机车, 保证铁路运输秩序正常。
摘要：分析了内燃机车牵引整流柜的故障的原因, 提出了在日常运用、检修时合理的预防及整治措施。
整流措施 篇8
关键词：整流变压器,谐波,环流
变频传动系统中, 发热是一个无法避免的问题, 尤其在整流和逆变单元, 一般情况下变频传动柜内整流和逆变单元的发热问题一直是关注的重点。作为系统外围的整流变压器往往很少被关注, 但是在武钢四冷轧镀锡板工程的酸洗部分, 中级别IGBT整流变压器在投入到变频系统后的运行过程中, 整流变压器严重发热, 变压器内部温度达到80℃, 导致高压系统的综合保护装置收到超高温跳闸的信号, 发生了高压断路器跳闸的事故。本文将就在发生事故后, 进行的事故分析以及采取相应的解决措施方面加以讨论。
1 事故分析
出于对“日本制造”的绝对信任, 日立公司负责该项目调试的工程师面对这个问题, 坚信变频器本身消除谐波的措施非常完善, 不假思索的指出是变压器自身的问题, 生产厂家出具的出厂实验报告, 我们在现场调试过程中也没有发现变压器自身的问题。最后把变压器运到武钢的电修车间对变压器抽芯检查, 发现铁芯在内部是有接地设计的, 并且其它各项指标参数也符合设计要求, 这就排除了变压器本身的缺陷导致严重发热的问题, 那就只有从变频器入手来寻找原因。
2 变频器的工作状况概述
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一种频率的电能控制装置。其中最常见的一种是“交-直-交”变频即通过整流模块将工频电源转换成直流电源, 再通过逆变模块将整流后所得到的直流电源转换成可以控制频率的交流电源。
我们首先用示波器观察了变频器的整流和逆变模块都投入工作时的电流和电压的波形如上图1所示, 图片上方所示的电流波形发生了严重的波形畸变, 而电压波形则基本上是标准的正弦波, 说明在变频器工作的过程中产生了严重的谐波电流污染, 导致电流波形严重畸变。
3 谐波产生的原因
由于系统所带负载大多数是非线性的, 从而导致谐波产生。除此之外, 变频器逆变电路开关的性质, 构成了供电电源的非线性负载, 使电流通过变频时, 电压不能够构成一次方函数关系, 即线性关系, 从而导致了非正弦电流的畸变, 也会产生谐波。
4 谐波的危害
首先, 谐波会使供电线路造成相应的损耗。在输电线路传输电能过程中, 其线路电阻会随着谐波频率的增加而加大, 进而导致电阻发热, 使电能实际消耗量剧增;长时间这样运行, 就会导致线路出现过热、绝缘皮老化等现象, 严重的还会导致火灾的发生。其次, 谐波的产生会对正常工作的电气设备运行造成严重影响。再次, 谐波在一定程度上还会导致局部电网出现串联谐振以及并联谐振的现象, 并且还会将谐波放大, 进一步加深谐波的危害, 严重的还会引发局部电网运行瘫痪事故的发生。最后, 谐波产生的高频电场会引发形成磁场, 对附近的各种无线通信造成严重干扰, 威胁着通信设备和工作人员的安全。
5 解决方法和措施
本文着重从武钢四冷轧工程中出现的变频系统的谐波对整流变压器造成严重发热引起高压断路器跳闸事故的实际情况来讨论谐波的危害并寻找有效地方法加以解决。
变频器产生的谐波电流之所以会导致电缆和变压器过热, 主要是因为谐波电流具有更高的频率。我们知道交流电流流过导体时会产生一种物理效应, 简称“趋肤效应”。趋肤效应的含义是, 流过导体电流并不是均匀的分布在导体内部, 而是趋向于导体的表面, 电流的频率越高, 这种电流分布趋向于表面的现象越明显。由于电流仅流过导体的表面部分, 因此导体的实际有效截面积就会减小, 这意味着电阻的增加, 会产生更大的热量。相同幅度 (有效值) 电的流, 流过导体时, 电流产生的热量与其频率的平方成正比。导体发热量与谐波畸变率的关系如图2所示。
至此我们已经找到了问题的根源所在, 综合各方观点我们提出了两个解决方案: (1) 在变频柜一侧加装一套平衡电抗器。 (2) 换一台消除谐波性能更好的12脉波变压器。
对于第一种方案, 由于变频器柜是从日本原装进口的, 而且整流和逆变单元装在一个由三台柜子组成的一体化整体结构, 没有富余空间安装平衡电抗器, 所以不能检验消除谐波的效果, 重换一套变频器在时间上也不允许, 所以只能从理论层面来简要分析该方案的可行性。
对于变频器内部整流模块U1、U2和整流变压器二次侧的对应的两个低压绕组R1、R2, 电流波形图有严重畸变可知U1/R1和U2/R2之间组阻抗严重不平衡, 导致二者之间形成严重的环流, 造成变压器磁饱和产生较大的噪声和损耗引起变压器严重发热。因此在系统中加入平衡电抗器, 起到通低频阻高频和均流作用, 抑制铁芯中的高次谐波并且使负载均匀的分配在两个整流器和变压器上, 从而消除谐波影响, 使得系统正常运行。
下面重点就第二套方案加以分析。本系统中设计的整流变压器是一台高压侧△接法, 低压侧是△/△的6脉波变压器。天宇电气的付总工程师提出了换用一台如图3所示高压侧为Y接法, 低压侧两个绕组为Y/△连接的12脉波变压器。
由于二极管的阻断作用, 在整流变压器绕组中流过的是断续的正弦波, 其由基波电流和高次谐波电流组成, 输出的直流电流是含有脉波成分的脉动直流, 而馈入电网的则是含有谐波电流的非正弦电流, 这里采用傅立叶分解对其进行谐波分析。图4是6脉波和12脉波带纹波的直流输出电流波形 (输出负载设定为阻性) 。
(1) 图4 (a) 为6脉波直流电流波形, 其表达式为id (ωt) =Idmcosωt, 周期ωT=π/3, ω为交流侧电流的角频率。从而可以求出直流电流方均根值Id N为:
直流电流平均值Id为:
将id (ωt) =Idmcosωt展开成傅立叶级数, 其一般形式为:
等式右侧首相为直流分量, 其等于直流电流平均值Id, 余相为交流分量, 由n=6k (k=1, 2, 3…) 次谐波电流之和组成, 且k为奇数时谐波为正, k为偶数时, 谐波为负。由此可以求出直流电源中的总谐波电流均方根值约等于直流电流平均值的4.2%。
(2) 图4 (b) 为12脉波直流电流波形, 其表达式id (ωt) =Idmcosωt, 周期ωT=π/6。同上, ω为交流侧电流的角频率, 从而可以求出直流电流均方根值Id N为:
直流电流平均值Id为:
id的傅立叶级数为:
等式右侧首相为直流分量, 其等于直流电流平均值Id, 余项为流分量, 是由n=12k (1, 2, 3…) 次谐波电流之和组成, 且k为奇数时谐波为正, k为偶数时谐波为负。由此可以求出12脉波直流电源中的总谐波电流均方根值约等于直流电流平均值的1.03%。
由此可见, 当换用12脉波变压器后, 谐波电流的均方根值与直流电流平均值的比值相较于6脉波变压器下降了约80%。
而实际应用中, 当换用一台12脉波变压器连续运行的过程中, 变压器的温度由之前的80℃降到了整流变压器正常运行时的60℃, 证明此方法是行之有效的, 很好地解决了这个问题。
6 结束语
电气系统在实际运行过程中, 会遇到许多设计过程中意想不到的复杂状况, 因此在系统调试运行中我们要因地制宜采取相应的措施, 保证电气系统正常运行。
参考文献
[1]于化龙.浅析变频器谐波产生的危害及其解决方案[J].煤炭工程, 2009 (11) .
[2]公维刚.浅谈变频器与谐波治理的问题[J].内江科技, 2009 (12) .
PWM整流技术综述 篇9
PWM整流器可以提供正弦化低谐波输入电流,高功率因数及双向能量流动,具有体积小、重量轻等特点,在功率因数补偿,电能回馈,有源滤波等领域得到越来越广泛应用。从不同的角度看,PWM整流器有不同的分类方法,按是否具有能量回馈功能,可分为无能量回馈整流器和有能量回整流器,按主电路和拓扑结构的特性分,可分为电压源型和电流源型高频整流器。近年来,为了提高PWM整流器性能,在控制策略上,有不少现代控制方法和技术在整流器中的应用研究,如基于Lya-Punov稳定理论的控制策略,基于现代控制理论的模糊控制、滑模变结构控制策略和基于人工神经网络理论的控制策略等。本文从整流器的主电路拓扑结构和控制策略着手,对该项技术进行了综述。
2 PWM整流电路拓扑结构和工作原理
PWM整流器按其主电路拓朴结构分类有单开关与多开关型,根据输入电源相数分为单相和三相PWM整流电路,按电路结构和特性分为电压源型和电流源型,由于单相PWM整流器功率小应用少,下面只介绍目前实际应用较多的三相PWM整流器。
2.1 无能量回馈型整流电路
无能量回馈型单管三相PWM整流电路如图1((a)为boost型,(b)为buck型)所示,其最大的优点是简单、经济,由于仅有一个可控元件,要使三相电流均为正弦波且与电压同相位是十分困难的,一般这种电路只工作在DCM方式(不连续电流模式),这时每相电流峰值和各相电压成正比,每相电流峰值为正弦,由于电流不连续,自然形成零电流开通;开关管在关断时,要关断三相电流,所以关断损耗大,并且随着输出功率增大,输入电流的峰值迅速增加,电流应力问题更加突出。为了解决这一问题,可用同一个脉冲驱动3个桥,这时可将电流应力减少30%左右。
2.2 有源能量回馈功能的整流器
2.2.1 电压源型三相桥式PWM整流器
如图2所示是三相电压型PWM整流器主电路,它具有很快的响应和更好的输入电流波形,稳态工作时,输出直流电压不变,开关管按正弦规律脉宽调制,整流器交流侧的输出电压和逆变器相同,忽略整流器输出交流电压的谐波,变换器可以看作是可控正弦三相电压源,它和正弦的电网电压共同作用于输入电感,产生正弦电流波形,适当控制整流器输出电压的幅值和相位,就可以获得所需大小和相位的输入电流。
2.2.2 电流源型三相PWM整流器
与图2相对偶的是图3所示的电流源型三相PWM整流器,其输出呈直流电流源特性,利用正弦调制方法控制直流电流Id在各开关器件的分配,使交流电流波形接近正弦波,且和电源电压同相位,交流侧电容的作用是滤除与开关频率有关的高次谐波。电流源型整流器的优点是:(1)由于输出电感的存在,它没有桥臂直流通过及输出短路问题;(2)开关器件直接对直流电流作脉宽调制,所以其输入电流控制简单,控制速度快。缺点是:(1)整流器输出电感的体积、重量和损耗大;(2)常用的全控器件都是双向导通的,主电路构成不方便且通态损耗大。
2.2.3 其它类型PWM整流器
除上述的电压源型和电流源型PWM整流器外,从基本电路结构上还派生出了一些其它的电路形式,如三相四线型的PWM整流器,它能为后端的三相UPS提供中点而无需变压器,再如低成本四开关三相整流电路,它比常规三相整流器少用一个桥臂。另外一种很有应用前景的整流器是如图4所示的三电平PWM整流器,应用开关频率较低的GTO时,这种电路较合适,开关频率在300-600Hz时就能满足对输入电流谐波的要求,这种电路的另一优点是每个主开关器件关断时,所承受的电压仅为直流侧电压的一半,因此,该电路特别适合于高电压大容量的应用场合。
2.3 PWM整流器的控制方式
为了提高PWM整流器的动态性能和稳态性能,特别是为了使整流器电路工作因数为1,可以用多种控制方案来实现,下面介绍目前常用的几种控制策略。
2.3.1 间接电流控制
间接电流控制,即幅相控制,它以控制变流器前端输入点电压的幅值和相位来达到控制输入电流相位的目的,常用的间接电流控制系统结构图如图5所示,其中PWM整流器主电路为图2所示的电路,系统以直流侧电压作闭环控制,电压环采用PI调节器,PI调节器输出信号作电流指令id*,id*的大小和整流器流入电流的幅值成正比。稳态时,u*dc=udc,PI调节器输入为零,而PI调节器输出id和整流器负载电流的大小相对应,也和整流器交流输入电流的幅值相对应。当负载电流变化,则经过调节达稳态后PI输入仍为零,而id与新的负载电流相对应。若整流器变为逆变运行时,则输入电流与输入电压反向,稳态时仍是u*dc=udc,PI调节器输入为零,输出id*为负值,与逆变电流大小相对应。这种控制方法优点是控制简单。缺点:(1)当R、L的运算值和实际值有误差时,影响控制效果;(2)电压环响应速度较慢;(3)网侧存在着直流偏移量,因而在瞬态时,输入滤波器易出现振荡和负载电流发生畸变的情况。
2.3.2 直接电流控制
这类控制中,通过运算求出交流电流指令值,再引入交流电流反馈,通过对交流电流的直接控制,使其跟踪指令电流值。直接电流控制中,又有不同的电流跟踪方法,常见的有滞环电流控制(HCC)和预测电流控制,如图6所示是滞环电流控制结构图。它是一个双闭环控制系统,其外环是直流电压控制环。内环是交流电流控制环,它将电流给定信号与检测到的变流器实际输入信号做比较后,对各开关器件进行控制,使实际电流围绕给定电流做锯齿状的变化,并将偏差电压控制在一定范围内。这种控制机理清晰、简单,电流响应速度快;控制运算中使用电路参数,系统鲁棒性好。其不足之处是开关频率可变,平均开关频率随负载电流的变化而变化,导致开关状态的不稳定性和随意性。预测电流控制是在固定的采样周期内,根据电路的模型选择最优控制电压矢量,再选择合适电压控制矢量来决定三相桥臂各功率器件的通断,使其在采样周期内的平均电压等于估算出的最优控制电压,实际上是以本次采样实际电流与下一个采样时刻的预测电流,参考电流进行比较,求出最优控制电压以及电压空间矢量,使得电流误差最小,迫使下一个采样时刻的实际电流以最优特性跟踪这一时刻参考电流,由图2的变压器,可有方程:
式中:Uk为电源电压;Ldik/dt,Rik分别为滤波电感和开关器件压降;Urk是调制电压的基波分量。设dk为一个开关周期的占空比,则调制电压为:
如果线电流在一个开关周期Ts内由现值ik变到指令值ick,则需要的电流变化率为:
由此可得:
由式(4)得到的占空比来控制开关管的通断,则线电流被迫在规定的开关周期内达到预测值。为使线电流为正弦,指令电流应为:
式中:θc为对开关延迟的补偿。
如图7所示是预测电流控制结构图,这种控制方法的特点是控制简单,类似于幅相控制,电压环响应速度快;缺点是整个系统对参数的变化较敏感。
2.3.3 同步旋转坐标系下的电流控制
同步旋转坐标系下的电流控制框图如图8所示,它是目前应用最广泛的一种控制方式,它采用坐标变换将三相坐标系下的交流量变成直流量,可以用PI调节器进行电流控制,清除静差。在同步坐标系下,d轴和q轴电流是独立控制的,一般情况下,控制d轴电流以控制有功功率,控制q轴电流以控制无功功率,为使整流器运行在单位功率因数的状态下,采用使iq=0的控制方式,由于引入电流状态反馈和电网电压作为前馈控制,使得系统输入电流解耦,提高了动态性能,同时对参数的变化不敏感,稳定性比较高。
3 结束语
近年来,在国内外的整流器研究方面,做了不少的工作,PWM整流器应用将会越来越广泛,单位功率因数整流器的研究已成为电力电子领域的一个热点。综上所述,目前PWM整流器研究主要是探索新的电路拓扑和如何提高整流器的稳态、动态性能。在主电路拓扑方面,除基本的电压源型和电流源型三相单开关和三相多开关PWM整流器主电路外,现已出现三电平、五电平和七电平结构,随着功率器件性能和应用水平的提高,将会有更好的主电路拓扑结构出现。在控制方法方面,目前,已有多种控制策略在整流器中得到应用,如同步旋转坐标系下的电流控制很好地解决了系统的稳定性能问题,但在提高动态性能方面,如何降低系统对参数的敏感程度,可利用如模糊控制、神经网络控制、变结构控制、状态反馈等先进控制技术来提高系统的鲁棒性和其它动态性能;另外,提高系统非对称或非正弦输入电压性能的研究也是目前最新研究重点,其控制策略的关键是电流环的给定,这时,电流给定应满足输入功率因数为1和输出电压无纹波。总之,在国内外,中小型的PWM整流器已有成功的应用,而大功率PWM整流器的应用仍需研究和完善。
参考文献
[1]王兆安,黄俊.电力电子技术[M].第4版.北京:机械工业出版社,2003.
[2]陈坚.电力电子学[M].北京:高等教育出版社,2002.
[3]张兴等.基于电流预测的高功率因数变流器电压矢量优化控制策略的研究[J].电工技术学报,2001,16(3):39-43.
[4]林资旭等.电压型Boost变流器控制策略的研究[J].电气传动,2006(2):34-37.
PWM整流装置的研发 篇10
在轧钢主线及处理线的传动系统中, 多采用单个PWM整流装置带多逆变装置的多传动结构。相比较二极管整流器和可控硅整流器, PWM整流装置具备能量回馈、功率因数可控、网侧谐波小等优势[1], 是轧钢厂主传动和辅传动的首选配置。其主回路拓扑结构与逆变器一致, 采用IGBT作为驱动器件, 控制方式采用矢量控制和PWM调制。PWM整流器的操控目标是传入电流和输出电压, 而输人电流的操控是整流器操控的关键。传入电流的操控目标是使电流波形成为正弦波且与传入电压同相位。
介绍整流装置的主回路结构、控制电路架构与软件控制策略, 并通过运行试验验证系统的性能。
1 整流装置硬件设计
1.1 主回路拓扑结构
所开发的整流装置容量为200k VA, 采用两电平拓扑结构, 主电路结构如图1所示。进线隔离变压器容量为250k VA;电压比为380V/690V;二次电流为209A;-11接法。L为进线电抗器, 工作电压690V, 容量210A/1.58m H。UDC为直流母线的电容的电压, 所带负载为拓扑结构完全相同的逆变装置, 容量与之相同。
主回路的功率原件选用Semikron公司型号为SKii P1803GB172-3DL V3的IPM模块, 规格为1700V、1800A。3相桥臂使用3个模块, 一个模块内部包含单相桥臂上下两个IGBT、驱动电路、电流传感器和温度传感器。直流母线电解电容规格为2200μF、450V, 一相桥臂用9个, 采用3串3并的排列结构, 3相共27个, 总电容量为6600μF。
1.2 控制电路架构
控制电路的架构如图2所示, 主控板、模拟量接口板、开关量接口板、PWM脉冲输出板、通信板都通过接插件插在背板上, 主控板与其它板卡的控制和逻辑信号通过背板互相传输。电源板提供控制电路所需的各规格电源电压。OPS为便捷化的调试维护器。
主控板采用双DSP方案, 主控芯片为德州仪器的TMS320F2 8335 DSP与OMAPL137, TMS320F23335负责PWM矢量控制算法的运算、PWM脉冲生成;OMAPL137负责信号的采集、处理、通信。2片DSP芯片通过IDT公司的高速16bit双口RAM实现数据通信。CPLD1芯片负责PMM脉冲和故障中断信号的生成;CPLD2负责接受电压、电流和温度传感信号并监测其限幅值, 如果过流就通知DSP封锁PWM脉冲。
2 整流装置控制策略
2.1 PWM矢量控制
PWM整流器控制系统原理如图3所示, 采用电流内环与电压外环的双闭环控制结构, AVR为直流电压PI调节器, ACR为电流PI调节器。电压环AVR的Vdc_R为直流电压参考给定, 反馈Vdc_F为电压传感器采集的实时直流电压, AVR的作用是控制直流母线电压稳定, 在变频系统进行电能再生回馈时控制直流电压保持恒定[2]。电流内环ACR控制整流器进线电流的有功分量Iq和无功分量Id, 其中无功电流要控制为0。电流调节器的输出电压矢量Ed_R和Eq_R经过PARK反变换生成SVPWM所需的两相正弦电压U_α和U_β。SVPWM采用两电平空间矢量调制算法, 输出IGBT所需的6路脉冲信号。
2.2 PLL相位控制
图3中虚线框所包含的是PLL相位控制, 其作用是检测电网电压相位, 运算出abc/dq变换和dq/αβ变换所需相位角θ。整流装置柜中安装了一个220V/7V的同步变压器, 实时同步检测电网的进线电压, 将7V的低电压信号通过模拟量板卡采集进来, 作为控制信号使用, 通过abc/dq变换将其变为d/q轴的电压信号, 只使用Ud_F, 通过PI调节运算和积分运算得出θ。
3 试验波形
整流装置的运行试验波形如图4所示, 系统软件里设置的直流电压控制在1000V, PWM脉冲频率为4k Hz。
图4 (a) 为变压器一次侧交流电压和整流器输入端 (电抗器后端) 的PWM电压波形, 两个通道的纵轴刻度均为500V/div, 横轴刻度为5ms/div。由于变压器采用-11接法, 可以从图中看出, 变压器二次侧的脉冲电压波形超前一次侧的正弦电压波形30°。
图4 (b) 为电抗器的前端与后端的波形对比, 两者同相位, 后端PWM脉冲电压通过电抗器被过滤成前端包含谐波的正弦电压, 再通过隔离变压器转换为图4 (a) 中的网侧正弦波。通过波形可以看出整流装置运行的稳态特性良好。
4 结语
介绍研发的200k VA整流装置的硬件结构和控制原理, 并且给出了运行试验波形。该整流装置能很好地实现直流母线电压的稳定控制和负载侧电机电能的再生回馈。对于冶金行业多传动的应用场合, 其利用价值非常高, 单台大容量整流装置的直流输出端可以带多台逆变装置运行, 能很好地平衡直流母线上所有逆变装置与电网侧的电能交换, 实现能量回馈, 并且控制电网侧功率因数以及电流谐波小。该装置可以提升工厂电能利用率, 帮助用户实现节能环保的目标。
参考文献
[1]汪万伟, 尹华杰, 管霖.双闭环矢量控制的电压型PWM整流器参数整定[J].电工技术学报, 2010, 25 (2) :67-72