双变流桥可逆电路设计方案探究

对于不同于卷扬机的位能负载，若电动机由电动状态转为发电制动，相应的变流器由整流转为逆变，则电流必须改变方向，这是不能在同一组变流桥内实现的。因此，必须采用两组变流桥，将其按极性相反连接，一组工作在电动机正转，另一组工作在电动机反转。

两组变流桥反极性连接有两种供电方式，一种是两组变流桥由一个交流电源或通过变压器供电，称为反并联连接，常用的反并联电路如图2－10所示；另一种称交叉连接，两组变流器分别由一个整流变压器的两组二次绕组供电，也可用两只整流变压器供电。两种连接的工作情况是相似的，下面以反并联电路为例进行分析。

图2－10　两组晶闸管反并联的可逆电路

（a）单相全波；（b）三相半波；（c）单相桥式；（d）三相桥式

反并联可逆电路常用的有逻辑无环流、有环流及错位无环流3 种工作方式，这里介绍逻辑控制无环流可逆电路的基本原理。

当电动机磁场方向不变时，正转时由Ⅰ组桥供电；反转时由Ⅱ组桥供电，采用反并联供电可使直流电动机在4 个象限内运行，如图2－11所示。(www.xing528.com)

图2－11　反并联可逆系统四象限运行图

反并联供电时，如两组桥路同时工作在整流状态会产生很大的环流，即不流经电动机的两组变流桥之间的电流。一般来说，环流是一种有害电流，它不做有用功而占有变流装置的容量，产生损耗使元件发热，严重时会造成短路事故损坏元件。因此，必须用逻辑控制的方法，在任何时间内只允许一组桥路工作，另一桥路阻断，这样才不会产生环流，这种电路称为逻辑无环流可逆电路。工作情况分析如下。电动机正转：在图2－11中第一象限工作，Ⅰ组桥投入触发脉冲，αⅠ<π/2，Ⅱ组桥封锁阻断，Ⅰ组桥处于整流状态，电动机正向运转。

电动机由正转到反转：将Ⅰ组触发脉冲后移到αⅠ>π/2，由于机械惯性，电机的转速n与反电动势E暂时未变。Ⅰ组桥的晶闸管在E的作用下本应关断，由于id迅速减小，在电抗器Ld中产生下正上负的感应电动势eL且其值大于E，故电路进入有源逆变状态，将Ld中的能量逆变返送电网。由于此时逆变发生在原工作桥，故称为“本桥逆变”，电动机仍处于电动工作状态，当Id下降到零时，将Ⅰ组桥封锁，待电动机惯性运转3～10 ms 后，Ⅱ组桥进入有源逆变状态（第二象限），且使Udβ值随电动势E 减小而同步减小，以保持电动机运行在发电制动状态快速减速，将电动机惯性能量逆变返送电网。由于此逆变发生在原来封锁的桥路，因此称“他桥逆变”。当转速下降到零时将Ⅱ组桥触发脉冲继续移至αⅡ<π/2，Ⅱ组桥进入整流状态电动机反转稳定运行在第三象限。同理，电动机从反转到正转是由第三象限经第四象限到第一象限。由于任何时刻两组变流器都不会同时工作，所以不存在环流。

具体实现方法是根据给定信号，判断电动机的电磁转矩方向（即电流方向），以决定开放哪一组桥封锁哪一组桥，判断转矩方向的环节称为极性检测。当实际的转矩方向与给定信号的要求不一致时，要进行两组桥触发脉冲之间的切换。但是在切换时，把原工作着的一组桥脉冲封锁后，不能立刻将原封锁的一组桥触发导通。因为已导通的晶闸管不能在脉冲封锁的那一瞬间立即关断，必须等到阳极电压降到零以后主回路电流小于维持电流才开始关断。因此，首先应使原工作桥的电感能量通过本桥逆变返送电网，待电流下降到零时标志“本桥逆变” 结束。系统中应装设检测电流是否接近零的装置，称为零电流检测。零电流信号发出后延时2～3 ms，封锁原工作桥的触发脉冲，再经过6～8 ms，确保原工作桥的晶闸管恢复了阻断能力后，再开放原封锁的那一组桥的触发脉冲。为了确保不产生环流，在发出零电流信号后，必须延时10 ms 左右才能开放原封锁的那一组桥，这10 ms 称为控制死区。

逻辑无环流电路虽有死区，但不需要笨重与昂贵的均衡电抗来限制环流（图2－10中L1～L4可以不用），也没有环流损耗。因此在工业生产中得到了广泛应用。