一種實用的大功率電流方波逆變電路

一種實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上，僅是通過引入一對轉換晶閘管，就實現(xiàn)了“兩電平”和“三電平”的電流方波波形。并且電路簡單實用，在實際應用中取得良好的使用效果。

關鍵字：大功率電流型逆變三電平方波1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及其分布。這種方法極大的花費人力、物力，應用范圍也有限，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”，通過測取地質的電場反應來分析地下資源情況。電法勘探進行地下勘探的關鍵是要有一個交流電流方波發(fā)生源。其特點是直流電壓較高，功率較大，逆變電流波形要求較陡。逆變電流既可以正、負交替“兩電平”工作，又可以有正、有零、有負“三電平”工作，但是頻率要求不高（一般0～20Hz可調）。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上，只增加了一對轉換晶閘管，就實現(xiàn)了對逆變電流波形的功能要求，簡單而實用。電源裝置輸出功率可達300kw（直流1500V/200A），電流方波前、后沿均小于1ms，0～20Hz頻率可調，在吐哈、庫爾勒等多處新油田勘探的實際使用中取得了良好的實用效果。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的可調直流電壓，以適應不同功率輸出的需要。直流側串聯(lián)大電抗Ld，以保證電流型輸出。VT21～VT24、VD21～VD24以及C2構成電容換相型電流逆變電路。VD02、R2、VT25、VT26以及C1實現(xiàn)電流波形“三電平”工作方式轉換。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保持斷態(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，負載上可得到頻率可調的“兩電平”電流方波。若按圖2所示規(guī)律對各開關元件實施控制，則可在負載上得到頻率、寬度可調的“三電平”電流方波。如，在t0時刻同時觸發(fā)VT21、VT24和VT26導通，負載上電流iL為正向。此時C1上經VD02、R2充有左正右負電壓。在t1時刻觸發(fā)VT25導通，則C1上的電壓反向施加給VT26，迫使其關斷。C1放電，繼而又反向充電，充電結束，負載斷流。在t2時刻同時觸發(fā)VT22、VT23和VT26導通，使負載電流反向，同時C1上的電壓反向施加給VT25,迫使VT25關斷，C1放電并正向充電。在t3時刻又觸發(fā)VT25導通，迫使VT26關斷，負載斷流。依此類推，負載上可得到有正、有負、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”轉換到“零電平”為例，當VT25觸發(fā)導通后，C1給VT26施以反壓，使其迅速關斷，VT26的電流轉移給C1。起初C1恒流放電，放電至VD02正偏時，VD02導通流過電流i。此時等效電路如圖3所示，應滿足：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”轉換到“零電平”為例，當VT25觸發(fā)導通后，C1給VT26施以反壓，使其迅速關斷，VT26的電流轉移給C1。起初C1恒流放電，放電至VD02正偏時，VD02導通流過電流i。此時等效電路如圖3所示，應滿足：（2）C1Rq圖3過渡過程等效電路式中：Rq、Lq為負載側的等效電阻與電感。VT25R12為計及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，確定相應的、、，即可得到比較理想的轉換效果。4實測波形及結論根據(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、后沿的實測波形。圖4電流上升沿