逆变失败与最小逆变角的限制解析

逆变运行时，一旦发生换相失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，由于逆变电路的内阻很小，形成很大的短路电流，这种情况称为逆变失败，也称为逆变颠覆。

1.逆变失败的原因

造成逆变失败的原因很多，主要有下列几种情况：

（1）触发电路工作不可靠，不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲，如脉冲丢失、脉冲延时等，致使晶闸管不能正常换相，使交流电源电压和直流电动势顺向串联，形成短路。

（2）晶闸管发生故障，在应该阻断期间，器件失去阻断能力，或在应该导通期间，器件不能导通，造成逆变失败。

（3）在逆变工作时，交流电源发生缺相或突然消失，由于直流电动势E 的存在，晶闸管仍可导通，此时变流器的交流侧由于失去了同直流电动势极性相反的交流电压，因此直流电动势将通过晶闸管使电路短路。

（4）换相的裕量角不足，引起换相失败，应考虑变压器漏抗引起换相重叠角对逆变电路换相的影响。

如图2－8所示，由于换相有一过程，且换相期间的输出电压是相邻两电压的平均值，故逆变电压Ud要比不考虑漏抗时的更低（负的幅值更大）。存在重叠角会给逆变工作带来不利的后果，如以VT3 和VT1的换相过程来分析，当逆变电路工作在β>γ时，经过换相过程后，A 相电压uA仍高于C 相电压uC，所以换相结束时，能使VT3承受反压而关断。如果换相的裕量角不足，即当β<γ时，从图2.8 右下角的波形中可清楚地看到，换相尚未结束，电路的工作状态到达自然换相点p 点之后，uC将高于uA，晶闸管VT1承受反压而重新关断，使得应该关断的VT3不能关断却继续导通，且C 相电压随着时间的推迟越来越高，电动势顺向串联导致逆变失败。

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图2－8　交流侧电抗对逆变换相过程的影响

所以，为了防止逆变失败，不仅逆变角β不能等于零，而且不能太小，必须限制在某一允许的最小角度内。

2.确定最小逆变角βmin的依据

逆变时允许采用的最小逆变角β 应为

式中，δ为晶闸管的关断时间tq折合的电角度；γ为换相重叠角；θ′为安全裕量角。

晶闸管的关断时间tq，大的可达200～300 μs，折算到电角度δ 为4°～5°。至于重叠角γ，它随直流平均电流和换相电抗的增加而增大。例如，某装置整流电压为220 V，整流电流800 A，整流变压器容量为240 kVA，短路电压比Uk%为5%的三相线路，其γ的值为15°～20°，设计变流器时，重叠角可查阅有关手册，也可自行计算。

重叠角γ与Id和XB有关，当电路参数确定后，重叠角就确定。

安全裕量角θ′是十分重要的。当变流器工作在逆变状态时，由于种种原因，会影响逆变角，如不考虑裕量，势必有可能破坏β>βmin的关系，导致逆变失败。在三相桥式逆变电路中，触发器输出的6 个脉冲，它们的相位角间隔不可能完全相等，有的比期望值偏前，有的偏后，这种脉冲的不对称程度一般可达5°，若不设安全裕量角，偏后的那些脉冲相当于β变小，就可能小于βmin，导致逆变失败。根据一般中、小型可逆直流拖动的运行经验，θ′值约取10°。这样，最小β一般取30°～35°。设计逆变电路时，必须保证β≥βmin，因此，常在触发电路中附加一保护环节，保证触发脉冲不进入小于βmin的区域内。