一種實(shí)用的大功率電流方波逆變電路

一種實(shí)用的大功率電流方波逆變電路

摘要：本文介紹了一種大功率電流方波逆變電路。該電路在一般的電容換相型電流逆變電路的基礎(chǔ)上，僅是通過引入一對轉(zhuǎn)換晶閘管，就實(shí)現(xiàn)了“兩電平”和“三電平”的電流方波波形。并且電路簡單實(shí)用，在實(shí)際應(yīng)用中取得良好的使用效果。

關(guān)鍵字：大功率電流型逆變?nèi)娖椒讲?引言在地下資源勘探作業(yè)中，如地下水勘探、石油勘探等，傳統(tǒng)的勘探方法常采用所謂“地震法”，即在勘探地域用炸藥人為造成一個“微型地震”，通過測取“地震波”，分析地下資源的性質(zhì)及其分布。這種方法極大的花費(fèi)人力、物力，應(yīng)用范圍也有限，因此，在許多場合已逐漸為“電法勘探”所代替。所謂電法勘探，就是在勘探區(qū)域向地下注入一定頻率的“電流方波”，通過測取地質(zhì)的電場反應(yīng)來分析地下資源情況。電法勘探進(jìn)行地下勘探的關(guān)鍵是要有一個交流電流方波發(fā)生源。其特點(diǎn)是直流電壓較高，功率較大，逆變電流波形要求較陡。逆變電流既可以正、負(fù)交替“兩電平”工作，又可以有正、有零、有負(fù)“三電平”工作，但是頻率要求不高（一般0～20Hz可調(diào)）。由于勘探是在野外作業(yè)，要求電源裝置工作必須十分可靠。本文介紹的這種電源電路，采用交-直-交變頻方式。其逆變部分是在電容換相型晶閘管電流逆變電路的基礎(chǔ)上，只增加了一對轉(zhuǎn)換晶閘管，就實(shí)現(xiàn)了對逆變電流波形的功能要求，簡單而實(shí)用。電源裝置輸出功率可達(dá)300kw（直流1500V/200A），電流方波前、后沿均小于1ms，0～20Hz頻率可調(diào)，在吐哈、庫爾勒等多處新油田勘探的實(shí)際使用中取得了良好的實(shí)用效果。2電源系統(tǒng)主電路圖1示出該電源系統(tǒng)的主電路由三相橋式可控整流（VT11～VT16）輸出0～1500V的可調(diào)直流電壓，以適應(yīng)不同功率輸出的需要。直流側(cè)串聯(lián)大電抗Ld，以保證電流型輸出。VT21～VT24、VD21～VD24以及C2構(gòu)成電容換相型電流逆變電路。VD02、R2、VT25、VT26以及C1實(shí)現(xiàn)電流波形“三電平”工作方式轉(zhuǎn)換。由于電源直流電壓較高，而逆變頻率要求較低，并考慮到工作可靠度要求高、電流方波波形要求較陡等因素，故逆變電路開關(guān)元件均采用快速晶閘管。3電路工作原理及分析如圖1所示，電路的逆變部分若使VT26保持通態(tài)，VT25保持?jǐn)鄳B(tài)，周期性間隔180°分別同時觸發(fā)VT21、VT24與VT22、VT23兩對晶閘管，則為基本的電容換相型電流逆變，負(fù)載上可得到頻率可調(diào)的“兩電平”電流方波。若按圖2所示規(guī)律對各開關(guān)元件實(shí)施控制，則可在負(fù)載上得到頻率、寬度可調(diào)的“三電平”電流方波。如，在t0時刻同時觸發(fā)VT21、VT24和VT26導(dǎo)通，負(fù)載上電流iL為正向。此時C1上經(jīng)VD02、R2充有左正右負(fù)電壓。在t1時刻觸發(fā)VT25導(dǎo)通，則C1上的電壓反向施加給VT26，迫使其關(guān)斷。C1放電，繼而又反向充電，充電結(jié)束，負(fù)載斷流。在t2時刻同時觸發(fā)VT22、VT23和VT26導(dǎo)通，使負(fù)載電流反向，同時C1上的電壓反向施加給VT25,迫使VT25關(guān)斷，C1放電并正向充電。在t3時刻又觸發(fā)VT25導(dǎo)通，迫使VT26關(guān)斷，負(fù)載斷流。依此類推，負(fù)載上可得到有正、有負(fù)、且有零的“三電平”電流方波。不難看出，改變t1~t2、t3~t4的時間間隔，即可改變電流方波寬度。改變t0~t2、t2~t4的時間間隔，即可改變負(fù)載上的交流電流方波頻率。電流從一種“電平”過渡到另一種“電平”，需要一定過程。以電流從“正電平”轉(zhuǎn)換到“零電平”為例，當(dāng)VT25觸發(fā)導(dǎo)通后，C1給VT26施以反壓，使其迅速關(guān)斷，VT26的電流轉(zhuǎn)移給C1。起初C1恒流放電，放電至VD02正偏時，VD02導(dǎo)通流過電流i。此時等效電路如圖3所示，應(yīng)滿足：IdLdId-i

電流從一種“電平”過渡到另一種“電平”，需要一定過程。以電流從“正電平”轉(zhuǎn)換到“零電平”為例，當(dāng)VT25觸發(fā)導(dǎo)通后，C1給VT26施以反壓，使其迅速關(guān)斷，VT26的電流轉(zhuǎn)移給C1。起初C1恒流放電，放電至VD02正偏時，VD02導(dǎo)通流過電流i。此時等效電路如圖3所示，應(yīng)滿足：（2）C1Rq圖3過渡過程等效電路式中：Rq、Lq為負(fù)載側(cè)的等效電阻與電感。VT25R12為計(jì)及R1、R2的等效電阻。整理（1）、（2）兩式，并令：（Rq+R12）C1=Tc（3）可得：（4）考慮到圖3等效電路的初始值：（5）可求得（4）式的解為：（6）式中（7）合適選擇R1、R2、R3、C1，確定相應(yīng)的、、，即可得到比較理想的轉(zhuǎn)換效果。4實(shí)測波形及結(jié)論根據(jù)上述原理制作的電法勘探用電源裝置，電流方波的波形陡度<1ms，圖4、圖5是電流方波前、后沿的實(shí)測波形。圖4電流上升沿