同步发电机励磁系统培训教材 南京南瑞电气控制公司
在（-
?6??）至（
??6??）的平均值即可：
Ud?12?6?6??????2U1cos?td?t
6 =
3?2U1?2sin?6cos?
?1.35U1cos? (5-5)
在ɑ＜90°时，输出平均电压Ud为正值，三相全控桥工作在整流状态，将交流转变为直流。
2) 逆变工作状态
在ɑ＞90°时，输出平均电压Ud则为负值，三相全控桥工作在逆变状态，将直流转变为交流。在半导体励磁装置中，如采用三相全波全控整流电路，当发电机内部发生故障时能进行逆变灭磁，将发电机转子磁场原来储存的能量迅速反馈给交流电源去，以减轻发电机损坏的程度。此外，在调节励磁过程中，如使ɑ＞90°，则加到发电机转子的励磁电压变负，能讯速进行减磁。
图5-17与图5-18分别代表ɑ=120°与ɑ=150°、ɑ=180°时逆变输出电压的波形。现说明它们的工作情况。
设原来三相桥工作在整流状态，负载电流id流经励磁绕组而储存有一定的磁场能量。参看图5-17，在ωt2时刻控制角ɑ突然后退到120°时，SCR1接受触发脉冲而导通，这时Uab虽然过零开始变负，但电感L上阻止电流id减小的感应电势е较大，使eL-Uab仍为正，故SCR1与SCR6仍在正向阳极电压下工作。这时电感线圈上的自感线圈上的自感电势еL与电流id的方向一致，直流侧电压的瞬时值Uab与电流jd的方向相反，交流侧吸收功率，将能量送回送流电网[参看图5-17（ɑ）或图5-19（ɑ）的回路。
到ωt3时刻，对C相的SCR2输入触发脉冲，这时Uab虽然进入负半调，但电感电势е
L
仍足够大，可以维持SCR1与SCR2的导通，继续向交流侧反馈能量。这样一直进行到电感线圈原储存的能量释放完毕，逆变过程才结束。
图5-18（ɑ）和（b）分别为ɑ=150°和ɑ=180°时输出电压的波形。这时逆变电压Ud的平均值Ud负得更多。从这些波形可以看到，六个桥臂上的可控硅元件，每个元件都是连续导电120°，每隔60°有一个可控硅元件换流。每个元件在一周期内导电的角度固定的，与ɑ角的大小无关。
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图5-17 逆变工作状态（α=120°） 图5-18α=150°及α=180°时的逆变波形
(a)电路图; (b)相电压波形; (a) α=150°(β=30°); (b) α=150° (c)逆变电压波形 (β=0°,假想情况);
在全控桥中常将β=180°-ɑ叫作逆变角。由于ɑ＞90°才进入逆变状态，故逆变角β总是小于90°的。可用下式表示三相全控桥在逆变工作状态时的反向直流平均电压，即
Uβ=-1.35U1COS(180°-β)=1.35U1COSβ
在非全控桥中有时用θ或β代表可控硅元件的导通角，它随控制角ɑ的变化而在广泛的范围内变化。对于三相全控桥整流电路，可控硅元件的导通角是固定不变的。通常用β代表逆变角。随着控制角ɑ的变化，逆变角β在0°到90°之间变化。
图5-18（b）和ɑ=180°和(β=0°)的逆变波形是一种假想的工作情况，实际上不能工作在β=0的假想点。逆变角必须大于某一最小逆变β最小逆变角可由下式决定：
0
min
，即控制角ɑ不能大于（180°-β
min
）。
β
min
＞γ+δ （5-6）
其中δ代表可控硅关断时间t0ff相应的电角度。如果导通中的可控硅元件加上反向电压的时间小于δ角对应的时间，则可控硅管的正向阻断能力不能完全恢复，如再如上正向电压，即使在没有触发的情况下也会重新导通，失去正向阻断能力。δ称为关断越前角或关断角。γ代表换流时的换流角，或称换相重迭角。
如果逆变角小于上述二角之和（δ+γ），则可能造成逆变换流失败，前一应关断的元
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件关断不了，后一应开通的元件不能开通，还有可能使某一回路的可控硅元件连续通流而过热。
现以图5-18（b）β=0°的假想情况来说明这个问题。例如在ωt1时刻a相的SCR1与b相SCR6。加有触发脉冲，由SCR1与SCR6构成逆变的通路。到ωt2时刻（控制角ɑ=180°，逆变角β=0°）给c相的SCR2以触发脉冲，应该将电流通路从SCR6换至SCR2。但是在ωt2时刻虽然Ubc=0，但SCR6需要一个换流时间与关断时间，不可能在ωt2瞬刻关断，而要迟延一个时间。可是在ωt2以后Ubc为负，即c相电位高，b相电位低，SCR6在阳极正向电压的作用下继续导通，而SCR2在反向电压作用下开通不了，SCR2向SCR6倒换相。即后一应开通的元件（SCR2）不能导通，前一应关断的元件（SCR6）反而继续导通，一直由感应电势е→SCR1 →е
L+
L+
→ SCR6
继续构成通路。这种现象就是所谓逆变失败（或称逆变颠复）。
min
如果不是在ωt2时刻，而是提前一段时间，即相应提前β角（约取30°左右）去触
发c相的SCR2，在这段时间内Ubc＞0,即b相电位高,c相电位低,SCR6承受反向电压的作用易于关断,SCR2在正向电压作用下易于开通,使逆变电流的通路顺利地从SCR6换流到SCR2,实现逆变工作状态。
利用三相全控整流桥可以兼作同步发电机的自动灭磁装置。当发电机发生内部故障时，继电保护装置给一控制信号至励磁调节器，使控制角ɑ由小于90°的整流运行状态，突然后退到ɑ大于90°的某一个适当的角度，进入逆变运行状态，将发电机转子励磁绕组贮存的磁场能量迅速反馈到交流侧去，使发电机的定子电势讯速下降，这就是所谓逆变灭磁方式。至于逆变性能的好坏还与主回路的接线方式有关，例如对于他励接线，逆变能讯速完成。性能较好；对于自并励接线，则逆变性能较差。
ididSCR1?SCR1a-?a-e+LRb-+eLRLL+?-?b+SCR6SCR6 ( a )( b )
图5-19逆变换流失败后电感放电与激磁的交替过程
(a)放电；(b)激磁
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在逆变时若交流电源的电压消失，则转子励磁绕组能量不能反馈到交流电网去，可控硅元件之间无交流电压的作用而不能实现换流，最后已导通的一组可控硅元件在励磁绕组感应电势eL的作用下持续导通，处于续流状态，直到电感中能量放完。如果所选元件不能承受这种工作状态下的电流容量，则可能损坏可控硅元件或烧断快熔断器。
如果逆变角β过小，或者逆变过程中三相全控桥的触发脉冲因故突然消失，则最后导通的一组可控硅元件，将工作在励磁绕组电感“放电——激磁——放电”的交替过程中。例如最后导通的元件是a相的SCR1与b相的SCR6，如图5-19。当b相电位高，a相电位低时，在电感电势eL的作用下电感L向交流侧放电；而当a相电位高，b相电位低时，交流电源又向电感L充电。这种“一放一充”的过程也是所谓逆变颠复，直到电流衰减到元件的维持电流以下，可控硅才能关断，结束这种异常的运行状态。
在设计和调试三相全控桥时，应考虑到上述这些问题。
§5-4异常情况下的波形分析
三相桥式整流电路在运行中由于各种原因，可以出现桥臂断开、脉冲丢失、换相失败及续流不良等故障。下面分析这些异常情况下的整流电压波形，以便判别故障，采取适当的保护措施。
1、桥臂断开或其脉冲丢失
运行中某一个或两个桥臂的元件损坏，或者作为过流保护的快速熔断器熔断，可使其桥臂呈现断开状态；或者由于触发控制回路的故障，出现触发脉冲的丢失，致使应当开通的某一个或两个桥臂元件不能开通，可控整流电路处于异常工作状态。下面可分为五种类型来分析输出电压波形。 1) 一臂断开或其脉冲丢失
现以图5-20（a）为例，假定控制角ɑ=60°时，快速熔断器KRD1熔断，或因 桥臂元件SCR1损坏而断路，或其正a相的触发脉冲消失，使桥臂1处于开断状态，则此时输出的整流电压Ud如图5-20（b）所示。
在正常工作情况下，在ωt1时刻本应触发SCR1使输出电压转换为a、b相间的线电压，现桥臂1不通，仍继续由桥臂5与6构成通路，电感性负载释放能量，Ud按Ucb负半周的波形变化。ωt2时桥臂元件2接受触发脉冲而导通，并关断桥臂元件6。在ωt2至ωt期间，由桥臂2与5构成直通短路，Ud?0。到ωt3时，触发桥臂3，关断桥臂5，输出电压按Ubc
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