一种直流斩波电路和一种负载换流型逆变电路的应用
[摘要]直流斩波电路常用于直流电动机调速系统的主电路，它能实现电动、能耗制动和回馈制动等功能，可用于城市的无轨电车等牵引设备中，在晶闸管逆变电路中，如果负载电流略超前于负载电压，即负载略呈容性，则可采用负载换流方式，本文将将分别介绍这两种电路的结构与工作原理。
毕业论文网 [关键词]直流斩波电路 负载换流型 逆变电路 应用 一、直流斩波电路 1.电路结构 图1是可关断晶闸管GTO作为斩波器件的直流电动机调速系统的主电路。
它能实现电动、能耗制动和回馈制动等功能，可用于城市的无轨电车等牵引设备中。
调速系统主电路的构成主要由一只可关断晶闸管GTO、续流二极管VD1、制动回路二极管VD2和串励直流电动机M所组成。
电路中HL是霍尔电流检测装置，R2是能耗制动电阻，VT1是能耗制动用的快速晶闸管，CF是滤波电容，LF是滤波电感，L是励磁绕组。
2.电路应用 下面分牵引工况、牵引一制动转换和电气制动三种情况说明其工作过程。
1.牵引工况接触器触头KM1、KM2、KM3、KM4—1、KM4—2闭合。
当GTO导通时，电源U通过U+→KM1→KM2→KM3→KM4—1→M→KM4—2→L→HL→GTO→U—回路向电动机M供电，极性为左正右负，电动机两端电压Uab=U。
当GTO关断时，电流续流回路为M→KM4—2→L→HL→VD1→KM3→KM4—1→M，二极管VD1导通，所以电动机两端电压Uab=0。
控制GTO的导通和关断的时间比，就可控制电动机两端的平均电压，其平均电压为UAB=DU，从而改变电动机的速度，达到斩波调速的目的。
触发快速晶闸管VT2导通可以使直流电动机运行于弱磁升速的工作状态。
在牵引工作时采用恒流控制方式可以获得恒加速度起动过程。
2.牵引一制动转换GTO关断时，电枢电流通过M→KM4—2→L→HL→VD1→KM3→KM4—1—‘M回路续流，由于回路中存在电阻，电感L中储存的能量快速释放，电枢电流很快衰减到零，当HL检测到电枢电流为零时，接触器进行切换，这时KM3、KM4断开，KM3闭合，为形成制动回路作好准备，同时KM6闭合，投入预励磁，加快反电动势电压的产生，一旦反电动势电压建立后，KMs会自动断开。
3.电气制动电气制动可分能耗制动和回馈制动两类，主要根据负载性质而定。
（1）能耗制动：当GTO导通时，电流通路为M→KM5—2→L→HL→GTO→VD2→KM5—1→M，在电枢电动势的作用下，这阶段的电流按线性规律上升。
在GTO关断的同时触发VT1导通，这时电流不通过GTO，而是通过VT1和RZ形成制?踊芈罚?将电力拖动系统的动能转换成电能后消耗在电阻RZ上，实现了能耗制动。
控制GTO工作的占空比D，就可以调节能耗制动的平均电流和转矩，达到控制整个制动过程效果的目的。
（2）回馈制动：当GTO导通时，电流通路与能耗制动一样，这一过程是电流按线性规律上升，在电感中储存能量的阶段。
而GTO关断时，立即断开KM3、KM4，KM5，电流由M→KM5—2→L→HL→VD1→U+→U—→VD2→KM5—1→M形成回路，电感电动势与电枢电动势叠加后向电源回馈能量，实现了回馈制动。
二、负载换流型逆变电路 1.电路结构 图2给出了负载换流的串联式谐振逆变电路的原理图。
图中R、L为负载等效电阻，因负载功率数较低，再串入一个电容C进行功率因数补偿，这样就构成了负载换流型的串联式谐振逆变电路。
逆变电路输入端并联滤波电容Cd，输入端电压视为恒定，因而属于电压型逆变电路。
为了使RLC串联谐振能在一个周期内持续进行，反同并联了二极管VD1～VD4。
2.工作原理 串联式谐振逆变电路输出电流、电压的波形如图3所示。
因为是电压型逆变电路，其输出电压为方波，其中包含基波和各次谐波。
工作时，将逆变频率调谐在负载谐振频率附近，负载对基波电压呈现低阻抗，对谐波分量呈现高阻抗，负载流过较大的基波电流，而高次谐波电流可忽略不计，即负载端可获得正弦的输出电流。
另外，还要求电路的工作频率略低于电路的谐振频率，使负载呈容性，负载电流超前电压，以实现负载换流。
设晶闸管VT1、VT4导通，电流由A指向，UAB为左正右负。
由图可知，在0—t1期间，电流从Cd正端经VT1、R、L、C和VT4回到Dd负端。
当t=t1时，电流为零。
在t1—t2期间，电流反向，电流由Cd负端经VD4、C、L、R和VD1回到Cd正端。
由于VT1和VD1、VT4和VD4是反向并联，VT1、VT4承受反压关断。
当t=t2时，触发VT2、VT3，负载两端电压极性为左负右正，VD1、VD4截止。
在t2—t3期间，电流由Cd正端经VT2、C、L、R和VT3回到Cd负端。
在t3—t4期间，电流反向，电流由Cd负端经VD3、R、L、C和VD2回到cd正端。
VT2、VT3承受反向电压。