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1、直流输电的基本原理1 换流器电路的理论分析111 忽视电源电感的电路分析(即Lc=0）212 涉及电源电感的电路分析（即c0)1012.1 换相过程101.2 电路的分析11整流和逆变工作方式分析141 整流的工作方式152. 逆变的工作方式153 总结21 换流器电路的理论分析高压直流换流器(涉及整流和逆变)重要是由晶闸管阀构成的,其接线方式有诸多种，如:单相全波、单相桥式、三相半波、三相全波等,但是我们目前常用的是三相全波，即6脉动换流器。其原理构造如图-所示：图1-1 三相桥式全波直流换流器原理构造其中,Ua、Ub和U表达A、B、C三相交流电压，它们之间相差10。令 Ua=msin(wt
2、+5) Ub=Em sin(wt0)UcEm sin(t-)我们可以将换流阀这样定义：图12 6脉动换流阀电路图.1 忽视电源电感的电路分析（即Lc=)从以上的电路图中，我们可以发现对于三相电压，每相电路中都存在电感,为了便于分析,我们先假设该电感不存在,即L=0。(一）无触发延迟(触发角=）无触发延迟，即只要阀上晶闸管正向电压建立，门级会立即接受到触发脉冲，导通整阀。对于1、3和V5来讲，由于它们共阴极，因此三相中电压较高的那相的阀导通,其他两个阀关断。而对于V4、V和V2来说，由于它们共阳极，因此三相中电压较低的那相的阀导通,其他两个阀关断。总之,就是比较三相电压的高下来拟定哪两个阀导通。
3、下面我们结合下图进行分析：举个例子,CC0时刻,相电压最高,B相电压最低。因此根据之前的分析,则共阴极的V1、V3和5阀,则会由处在A相的V1阀导通,而共阳极的V4、V6和V阀，则是由处在B相的V阀导通,此后的依此类推，循环往复。从上述的阀导通表格中可以看出，每个阀单个周期内导通的时间为2，1V6阀按顺序依次导通，间隔时间为60。（举例，如V1阀在-100导通，V2阀在-6060时刻导通,其中每个阀导通时间为12。V1阀导通起始时刻为-10,而V2阀导通的起始时刻为-6，两者刚好相差60）。接下来再来分析下6脉动换流器输出的直流电压Ud波形。从图1中可以看出直流线路上的输出电压d的电压与m点和
4、n点的电势有很大关系,即Ud=n不难发现,m点的电位其实就是共阴极阀V、V和5阀,哪个阀导通，m点电位就是与哪个阀所处的相电压，例如,V阀导通，点的电位就是A相此刻的电压。同理,点电位也是如此。再结合刚刚分析所得阀的导通时刻图，可以得出d的波形图:按照一种周期对直流输出电压d进行分析：对于CC时刻： Ud=-eab对于CC1时刻:Ud=a-ec=ec对于C1C2时刻：Ud=c=eb对于CC3时刻：d=eea=eba对于C3C4时刻:Uc-eea对于4时刻：Ud=ec-eb=e 以C0时刻为例，此时可以进行如下的推导：U= e-e=eab= E sin(wt+50)Em si(t+30） =E2
5、cos(wt+) in60 =3 m s（wt+90） (wt-120,-6） =3 Em cos （30,30） 再以C时刻为例,Ud=a-ec=ec= E sn(w+15)- Emi(w-9)=Em2co(+30) sn2=3 m cos(wt+)（w,0)=3Em cs （-3,3)该周期的其他时段也是如此，因此Ud由上述的推导,可以发现Ud就是以3 为基数的三角函数,其函数区间为-3，30。则Ud的波形图如下(如下纯属个人意思，通过这个公示我们可以看出,对于w120,-0这个区间，Ud将该区间的正弦函数幅值增大了,但是切割成了两段,更利于采样滤波了。）直流电压是由线电压的60时段构成的
6、。因此,平均直流电压可由任一6时段的瞬时电压积分后对时间求平均得到。则Ud= = 用相电压的有效值或者线电压的有效值表达(相电压：单相电压,火线对零线电压，常用的为20。线电压为任意两根相线之间的电压，常用的为380V。线电压=3相电压。）其中,交流电峰值Em为相电压有效值的倍,则(为相电压有效值，为线电压有效值)Ud= =Ud= =通过对输出的平均直流电压U推导，可以很容易得到阀电压的波形。由于当该阀导通时，我们可以简朴的觉得该阀上所承受的电压为0;而当阀关断时，则无论时共阳极还是共阴极的阀，它们必然均有一种阀是导通的。因此，它们一端的电压必然为导通阀所在的相电压,另一端为本相电压,这样其阀
7、上的压降跟平均直流电压Ud是同样的,则可以推断出阀电压波形如下：图-3 阀V1所承受的电压波形图(从上述的波形图可以很明显的看出来，在1阀导通时，其阀上所承受的电压为。当其关断时,其阀上的电压跟我们之前推导的直流输出电压的波形很相似。注意观测，如果所有阀所承受的电压波形都画出来，那么最上面虚线画出来的部分就是输出的直流电压Ud。)从波形图以及公式的推导可以分析出,阀所承受的电压峰值阀峰=3Em。则接下来，再运用图1-2来分析阀侧相、B相和C相的电流：=i1+i4 36 ici+i2其电流波形如下图14所示：图14 阀电流波形则各相的电流波形如下:i2i2i5i5i6i6i3ii3ii4i4i1
8、i1这就是阀V1的电流示意图，该图中就可以很明显的看出来,阀V1导通的时段。高电平的为导通，低电平为关断（这其实就是S)。单个周期内导通时间为10，关断时间为20，对于常用的Hz的交流电来讲，简朴换算之后就是导通时间约为67ms，关断时间约为333s。（二)有触发延迟（触发角a0)有触发延迟，顾名思义：阀控系统并不是接到来自阀的正向电压建立信号就会立即触发,而是延迟一段时间再向晶闸管门极发送触发脉冲。一般，用表达“延迟触发角度”。举个例子,以V1阀和V3阀为例,正常没有触发延迟的状况下,V1阀在w=-0时触发,V3阀在t=0时触发。如果有了触发延迟角度时，则1阀会在t=-120+时触发，而V3
9、阀在w=0时触发。(注意这里的a是角度，相应于时间轴应当是 。其他的阀依次类推，即所有阀会在本来触发角度的基本上再延迟角度之后才会触发。(需要注意的是：这里所指的触发延迟角度是所有阀的导通都延迟角度,并不是单指某一种单阀。)a图15延迟触发角度的波形图结合图1-5(图中的C、C8都是自然换相点,也称为过零点,在正常没有延迟触发的状况下，阀都是在这些过零点开始换相),以三相交流电正弦波的上半部分,即共阴极阀(可以当作上半部分为V1、3和5阀的导通,下半部分为V、V和V阀的导通）进行分析。在C点处,此时共阴极阀中1阀导通，m点电位为ea;当C1tC+a时,阀控系统开始发送触发脉冲到V3阀晶闸管的门
10、极,若a18,仍满足ebea，则此时V3阀导通,m点的电位变为e(此前始终为a)。若是a18,则此时虽然有出发脉冲,但是由于阳极电位不不小于阴极电位,阀仍不会导通。因此,a的变化范畴应在08之间。（也许会有人说,在20a18期间，应当是V5阀的阳极电位最高，应当是V5阀触发。但是请不要忘掉前面讲过的，延迟触发是指所有阀都延迟角度触发,此时应当触发的仍是V阀,由于此时的阀并没有收到触发脉冲。)Ud根据上述分析，可以画出直流输出电压d的m点电位和n点电位的波形图：图1-6 延迟触发a角度时电位波形图分析输出直流电压Ud的波形:以C1时刻的分界点为例:当C1 C1+a，此时Udebc=3mcs（wt
11、-30)由此,可以看出,本来的CC2的时间段被划提成了两段,因此其直流输电电压Ud的波形跟之前没有延迟触发角的有些许的不同。按照上述的分析和图示，当延迟触发角度为a时,输出的平均直流电压Ud可以表达为(以【,+ 】为区间的ec时段来分析)：Ud= = = 之前没有延迟触发角度时d，由此可见，晶闸管延迟角度触发后使得输出的平均直流电压d减小为之前的倍。延迟触发角度的取值区间为0,180，因此cos的取值范畴在1之间，即Ud的取值在和之间。当90时为正值，此时d表达的是从交流到直流，为整流状态;当9时为负值，此时的Ud表达的是直流到交流,是与整流状态相反的逆变状态。当0时，Ud,此时为零功率状态。
12、由此可见，=90为整流和逆变状态的临界值。当180时,刚好是与=0相反的，其输出的直流电压波形与=0时相反,为正弦波负半轴的6脉动逆变器。同样，各个阀在导通时刻通过的电流为d，而在截止时,电流为0。每个阀还是导通120，而仅仅只是波形相位移动了角度,其他的都没有变化。12涉及电源电感的电路分析(即Lc0)1.2.换相过程（)由于交流电源电感Lc的存在,使得每相线路上的电流不也许发生瞬间的变换,电流的变换需要一种过程，因而换相就需要一定的时间，这个时间我们就称之为“换相时间”或者“叠弧时间”,其相应的角度也被称之为“换相角”或者“叠弧角”,用表达。换相时间：/(2）在060时,换相过程中只有三个
13、阀同步导通,在两次换相之间（即上次换相结束到下一次换相开始之前）则只有两个阀同步导通,通过下面的示意图可以看出6060（）如果当602时，在换相过程中就将会产生三个阀和四个阀交替同步导通的现象，这是一种异常状况。由于,若是有四个阀同步导通,那么必然会有处在同一相的两个阀同步导通，这样就导致了短路。因此，必须规定在正常运营状况下,换相角060。一般的角度在15和25范畴之间,接下来分析的电路也都是保证在0区间之内。1.2.2 电路的分析(1)电流分析以V1到V的换相过程来分析，若考虑到换相延迟角度a，则换相过程从a开始,当t=a时,整个换相过程结束,V1阀成功换相到V3阀。那么=+,称之为“熄弧角”。换相期间V1阀和V3阀的电路图如下所示：而： 根据有关的推导，可以得出而
