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2025-09-29
逆变失效和最小逆变角的限制
【摘要】：由于逆变电路的内阻很小，就会形成很大的短路电流，烧坏变流装置，这种情况称为逆变失败，或称为逆变颠覆。综上所述，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。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。
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，就会形成很大的短路电流，烧坏变流装置，这种情况称为逆变失败，或称为逆变颠覆。
（1）逆变失败的原因分析
造成逆变失败的原因很多，主要有下列几种情况：
1）触发电路发生故障
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，造成逆变失败。
2）晶闸管发生故障
由于各种原因晶闸管故障，在应该阻断期间，器件失去阻断能力，或在应该导通时，器件不能导通，造成逆变失败。
3）交流电源发生异常
在逆变工作时，交流电源突然停电、缺相或电源电压降低，由于直流电动势EM 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
换相的裕量角不足，引起换相失败，应考虑变压器漏抗引起重叠角对逆变电路换相的影响，如图2.42 所示。
图2.42 交流侧漏抗对逆变换相过程的影响
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，如图2.42（b）所示。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2.42（b）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移越来越高，电动势顺向串联导致逆变失败。
综上所述，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。(https://www.chuimin.cn)
（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。为对重叠角的范围有所了解，举例如下：
某装置整流电压为220 V，整流电流为800 A，整流变压器容量为240 kV·A，短路电压比Uk%为5%的三相电路，其γ 值为15°～20°。设计变流器时，重叠角可查阅有关手册，也可根据式（2.86）计算，即
根据逆变工作时α=π-γ，并设β=γ，上式可改写成
重叠角γ 与Id 和XB 有关，当电路参数确定后，重叠角就有定值。
安全裕量角θ′是十分需要的。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，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，就有可能小于βmin，导致逆变失败。根据一般中小型可逆直流拖动的运行试验，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。逆变角βmin太大，会使变流器在逆变时的输出电压过低，影响有源逆变的工作效率；逆变角βmin太小，会导致逆变失败，影响变流器的安全运行。除了限制最小逆变角βmin外，通常还应采取以下防护措施：
①正确选择晶闸管参数和缓冲保护电路。
②正确设计稳定可靠的触发电路。例如，要求触发电路不丢失脉冲、抗干扰能力强。
③设置完善的系统保护装置。例如，能对系统过电流、过电压、交流电源缺相、失压、断电等故障及时检测，并采取相应的保护动作。
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