交流-直流變換電路ppt課件

1、第3章 交流-直流變換電路,3.1 概述 3.2 單相可控整流電路 3.3 三相可控整流 3.4 有源逆變電路 3.5 整流電路的性能指標(biāo)及應(yīng)用技術(shù) 本章小結(jié),3.1 概述,整流電路的分類： 按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種。 按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路。 按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路。 按變壓器二次側(cè)電流的方向是單向或雙向，又分為單拍電路和雙拍電路,整流電路： 出現(xiàn)最早的電力電子電路，將交流電變?yōu)橹绷麟?3.2 單相可控整流電路,3.2.1 單相半波可控整流電路 3.2.2 單相全控橋式整流電路 3.2.3 單相半控橋式整流電路,3-4,3.2.1 單相半波可控整流電

2、路,一、電阻性負(fù)載 電爐、電焊機(jī)及白熾燈等均屬于電阻性負(fù)載 變壓器T起變換電壓和電氣隔離的作用。 電阻負(fù)載的特點(diǎn)：電壓與電流成正比，兩者波形相同。 工作原理分析,圖3-2-1 單相半波可控整流電路 （電阻性負(fù)載）及波形,3-5,工作原理分析 在電源電壓正半周，晶閘管承受正向電壓，在t=處觸發(fā)晶閘管，晶閘管開始導(dǎo)通；負(fù)載上的電壓等于變壓器輸出電壓u2。在t=時(shí)刻，電源電壓過零，晶閘管電流小于維持電流而關(guān)斷，負(fù)載電流為零。 在電源電壓負(fù)半周，uAK0，晶閘管承受反向電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)，負(fù)載電流為零，負(fù)載上沒有輸出電壓，直到電源電壓u2的下一周期，直流輸出電壓ud和負(fù)載電流id的波形相位相同。 通過

3、改變觸發(fā)角的大小，直流輸出電壓ud的波形發(fā)生變化，負(fù)載上的輸出電壓平均值發(fā)生變化，顯然=180時(shí)，Ud=0。由于晶閘管只在電源電壓正半波內(nèi)導(dǎo)通，輸出電壓ud為極性不變但瞬時(shí)值變化的脈動(dòng)直流，故稱“半波”整流,3.2.1 單相半波可控整流電路,圖3-2-1 單相半波可控整流電路 （電阻性負(fù)載）及波形,3-6,首先，引入兩個(gè)重要的基本概念： 觸發(fā)延遲角：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度,用表示,也稱觸發(fā)角或控制角。 導(dǎo)通角：晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為導(dǎo)通角，用表示 。 通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式，簡(jiǎn)稱相控方式。 在單相半

4、波可控整流電阻性負(fù)載電路中, 移相角的控制范圍為:0， 對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通角的可變范圍是0， 兩者關(guān)系為,3.2.1 單相半波可控整流電路,3-7,2. 基本數(shù)量關(guān)系 (1) 直流輸出電壓平均值Ud與輸出電流平均值Id,3.2.1 單相半波可控整流電路,輸出電流平均值Id,直流輸出電壓平均值Ud,3-8,2) 輸出電壓有效值U與輸出電流有效值I,3.2.1 單相半波可控整流電路,輸出電流有效值I,直流輸出電壓有效值U,3-9,3) 晶閘管電流有效值和變壓器二次側(cè)電流有效值 單相半波可控整流電路中，負(fù)載、晶閘管和變壓器二次側(cè)流過相同的電流，故其有效值相等，即,3.2.1 單相半波可控整流電路,3-10,

5、4) 功率因數(shù)cos 整流器功率因數(shù)是變壓器二次側(cè)有功功率與視在功率的比值 式中 P變壓器二次側(cè)有功功率，P=UI=I2R S變壓器二次側(cè)視在功率，S=U2I2 (5) 晶閘管承受的最大正反向電壓UTM 晶閘管承受的最大正反向電壓UTM是相電壓峰值,3.2.1 單相半波可控整流電路,3-11,例3-1 如圖所示單相半波可控整流器，電阻性負(fù)載，電源電壓U2為220V，要求的直流輸出電壓為50 V，直流輸出平均電流為20A。 試計(jì)算： (1) 晶閘管的控制角。 (2) 輸出電流有效值。 (3) 電路功率因數(shù)。 (4) 晶閘管的額定電壓和額定電流,3.2.1 單相半波可控整流電路,3-12,解 :

6、(1,當(dāng)=90時(shí)，輸出電流有效值,3,則=90,3-13,4) 晶閘管電流有效值IT 與輸出電流有效值相等，即,根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以選取滿足要求的晶閘管,取2倍安全裕量，晶閘管的額定電流為,則,3-14,3.2.1 單相半波可控整流電路,2）電感性負(fù)載 電感性負(fù)載通常是電機(jī)的勵(lì)磁線圈和負(fù)載串聯(lián)電抗器等。 電感性負(fù)載的特點(diǎn)：電感對(duì)電流變化有抗拒作用，使得流過電感的電流不發(fā)生突變,圖3-2-2 帶阻感負(fù)載的 單相半波電路及其波形,3-15,圖3-2-3 帶阻感負(fù)載(不接續(xù)流管)的 單相半波電路及其波形,1. 無續(xù)流二極管時(shí) 工作原理 0：uAK大于零，但門極沒有觸發(fā)信號(hào)，晶閘管處于正向關(guān)斷狀態(tài)，輸出電

7、壓、電流都等于零。 在t=時(shí)，門極有觸發(fā)信號(hào)，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載電壓ud= u2。 當(dāng)t=時(shí)，交流電壓u2過零，由于有電感電勢(shì)的存在，晶閘管的電壓uAK仍大于零，晶閘管會(huì)繼續(xù)導(dǎo)通，電感的儲(chǔ)能全部釋放完后，晶閘管在u2反壓作用下而截止。直到下一個(gè)周期的正半周,3.2.1 單相半波可控整流電路,有負(fù)面積,3-16,數(shù)量關(guān)系 直流輸出電壓平均值Ud為 從Ud的波形可以看出，由于電感負(fù)載的存在，電源電壓由正到負(fù)過零點(diǎn)也不會(huì)關(guān)斷，輸出電壓出現(xiàn)了負(fù)波形，輸出電壓和電流的平均值減小；當(dāng)大電感負(fù)載時(shí)輸出電壓正負(fù)面積趨于相等，輸出電壓平均值趨于零，則Id也很小。所以，實(shí)際的大電感電路中，常常在負(fù)載兩端并聯(lián)一

8、個(gè)續(xù)流二極管,3.2.1 單相半波可控整流電路,3-17,2.接續(xù)流二極管時(shí) 工作原理 u20：uAK0。在t=處觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通， ud= u2續(xù)流二極管VDR承受反向電壓而處于斷態(tài)。 u20：電感的感應(yīng)電壓使VDR承受正向電壓導(dǎo)通續(xù)流，晶閘管承受反壓關(guān)斷,ud=0。如果電感足夠大，續(xù)流二極管一直導(dǎo)通到下一周期晶閘管導(dǎo)通，使id連續(xù),3.2.1 單相半波可控整流電路,圖3-2-4 帶阻感負(fù)載(接續(xù)流管)的 單相半波電路及其波形,3-18,由以上分析可以看出，電感性負(fù)載加續(xù)流二極管后，輸出電壓波形與電阻性負(fù)載波形相同，續(xù)流二極管可以起到提高輸出電壓的作用。在大電感負(fù)載時(shí)負(fù)載電流波形連續(xù)且近似一條

9、直線，流過晶閘管的電流波形和流過續(xù)流二極管的電流波形是矩形波。 對(duì)于電感性負(fù)載加續(xù)流二極管的單相半波可控整流器移相范圍與單相半波可控整流電路電阻性負(fù)載相同為0180，且有+=180,3.2.1 單相半波可控整流電路,3-19,基本數(shù)量關(guān)系 (1) 輸出電壓平均值Ud與輸出電流平均值Id 輸出電壓平均值Ud 輸出電流平均值Id,3.2.1 單相半波可控整流電路,3-20,2) 晶閘管的電流平均值IdT與晶閘管的電流有效值IT 晶閘管的電流平均值IdT ： 晶閘管的電流有效值IT,3.2.1 單相半波可控整流電路,3-21,3) 續(xù)流二極管的電流平均值IdD與續(xù)流二極管的電流有效值ID,3.2.1

10、 單相半波可控整流電路,3-22,單相半波可控整流電路的特點(diǎn) 簡(jiǎn)單，但輸出脈動(dòng)大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化。 實(shí)際上很少應(yīng)用此種電路。 分析該電路的主要目的是建立起整流電路的基本概念,3.2.1 單相半波可控整流電路,3.2.2 單相全控橋式整流電路,1) 帶電阻負(fù)載的工作情況,a,工作原理及波形分析 VT1和VT4組成一對(duì)橋臂，在u2正半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時(shí)關(guān)斷。 VT2和VT3組成另一對(duì)橋臂，在u2正半周承受電壓-u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時(shí)關(guān)斷,電路結(jié)構(gòu),單相全控橋式整流電路(Single Phase Bridge Con

11、trelled Rectifier,3-24,數(shù)量關(guān)系 1)輸出直流電壓平均值Ud及有效值U（a 角的移相范圍為180。,3.2.2 單相全控橋式整流電路,2) 輸出直流電流平均值Id,3) 晶閘管電流平均值IdT和有效值IT,3-25,3.2.2 單相全控橋式整流電路,5) 功率因數(shù),4)變壓器二次測(cè)電流有效值I2與輸出直流電流I有效值相等,不考慮變壓器的損耗時(shí)，要求變壓器的容量 S=U2I2,3.2.2 單相全控橋式整流電路,2）帶阻感負(fù)載的工作情況,u,圖3-2-6 單相全控橋帶 阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形,假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)，id的平均值不變。 假設(shè)負(fù)載電感很大，負(fù)載電流id連續(xù)且波形近

12、似為一水平線。 u2過零變負(fù)時(shí)，晶閘管VT1和VT4并不關(guān)斷。 至t=+a 時(shí)刻，晶閘管VT1和VT4關(guān)斷，VT2和VT3兩管導(dǎo)通。 VT2和VT3導(dǎo)通后，VT1和VT4承受反壓關(guān)斷，流過VT1和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2和VT3上，此過程稱換相，亦稱換流,3.2.2 單相全控橋式整流電路,數(shù)量關(guān)系,晶閘管移相范圍為90,晶閘管導(dǎo)通角與a無關(guān)，均為180。電流的平均值和有效值,變壓器二次側(cè)電流i2的波形為正負(fù)各180的矩形波，其相位由a角決定，有效值I2=Id,晶閘管承受的最大正反向電壓均為,3-28,電感性負(fù)載（接續(xù)流二極管） 為了擴(kuò)大移相范圍，使波形不出現(xiàn)負(fù)值且輸出電流更加平穩(wěn)，可在負(fù)載

13、兩端并接續(xù)流二極管，如圖3-2-7a電路所示。 接續(xù)流管后，的移相范圍可擴(kuò)大到0。在這區(qū)間內(nèi)變化，只要電感量足夠大，輸出電流id就可保持連續(xù)且平穩(wěn)。 在電源電壓u2過零變負(fù)時(shí)，續(xù)流管承受正向電壓而導(dǎo)通，晶閘管承受反向電壓被關(guān)斷。這樣ud波形與電阻性負(fù)載相同，如圖3-2-7b所示。負(fù)載電流id是由晶閘管VT1和VT 3、VT2和VT、續(xù)流管VD相繼輪流導(dǎo)通而形成的。uT波形與電阻負(fù)載時(shí)相同,3.2.2 單相全控橋式整流電路,3-29,圖3-2-7 單相全控橋帶阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形 （接續(xù)流管,接入VD：擴(kuò)大移相范圍，不讓ud出現(xiàn)負(fù)面積。 移相范圍：0 180 ud波形與電阻性負(fù)載相同 Id由V

14、T1和VT3，VT2和VT4，以及VD輪流導(dǎo)通形成。 uT波形與電阻負(fù)載時(shí)相同,3-30,3. 帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的工作情況 在|u2|E時(shí)，才有晶閘管承 受正電壓，有導(dǎo)通的可能,圖3-2-8 單相全控橋式整流電路接反電動(dòng)勢(shì)電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形,3.2.2 單相全控橋式整流電路,電流斷續(xù),導(dǎo)通之后， ud=u2,直至|u2|=E，id即降至0,使得晶閘管關(guān)斷，此后ud=E,與電阻負(fù)載時(shí)相比，晶閘管提前了電角度停止導(dǎo)電， 稱為停止導(dǎo)電角,在a 角相同時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)整流輸出電壓比電阻負(fù)載時(shí)大,3.2.2 單相全控橋式整流電路,負(fù)載為直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，如果出現(xiàn)電流斷續(xù)，則電動(dòng)機(jī) 的機(jī)械特性將很軟,為了克服

15、此缺點(diǎn)，一般在主電路中直流輸出側(cè)串聯(lián)一個(gè)平波電抗器,這時(shí)整流電壓ud的波形和負(fù)載電流id的波形與阻感負(fù)載電流連續(xù)時(shí)的波形相同，ud的計(jì)算公式也一樣。 為保證電流連續(xù)所需的電感量L可由下式求出,3-32,為了使電流連續(xù)，一般在主電路中直流輸出側(cè)串聯(lián)一個(gè)平波電抗器，用來減少電流的脈動(dòng)和延長(zhǎng)晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間。電感量足夠大時(shí)，電流波形近似一直線,3.2.2 單相全控橋式整流電路,電流連續(xù),有負(fù)面積,由于電感存在Ud波形出現(xiàn)負(fù)面積，使Ud下降。 可調(diào)范圍： 0 90,3-33,3.2.2 單相全控橋式整流電路,接入VD：擴(kuò)大移相范圍，不讓ud出現(xiàn)負(fù)面積。 移相范圍：0 180 ud波形與電阻性負(fù)載相同

16、Id由VT1和VT4，V2和VT3，以及VD輪流導(dǎo)通形成,圖3-2-10 單相全控橋式整流電路， 有反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載串平波電抗器、接續(xù)流二極管,3-34,單相全波可控整流電路,單相全波可控整流電路（Single Phase Full Wave Controlled Rectifier)，又稱單相雙半波可控整流電路,單相全波與單相全控橋從直流輸出端或從交流輸入端看均是基本一致的。 變壓器不存在直流磁化的問題,圖3-2-11 單相全波可控整流電路及波形,3-35,單相全波可控整流電路,單相全波與單相全控橋的區(qū)別,單相全波中變壓器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，材料的消耗多。 單相全波只用2個(gè)晶閘管，比單相全控橋少2個(gè)，相

17、應(yīng)地，門極驅(qū)動(dòng)電路也少2個(gè)；但是晶閘管承受的最大電壓是單相全控橋的2倍。 單相全波導(dǎo)電回路只含1個(gè)晶閘管，比單相橋少1個(gè)，因而管壓降也少1個(gè),從上述后兩點(diǎn)考慮，單相全波電路有利于在低輸出電壓的場(chǎng)合應(yīng)用,3-36,3.2.3 單相半控橋式整流電路,單相全控橋中，每個(gè)導(dǎo)電回路中有2個(gè)晶閘管，為了對(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，只需1個(gè)晶閘管就可以了，另1個(gè)晶閘管可以用二極管代替，從而簡(jiǎn)化整個(gè)電路。如此即成為單相橋式半控整流電路（先不考慮VDR）。 半控電路與全控電路在電阻負(fù)載時(shí)的工作情況相同,圖3-2-12 單相橋式半控整流電路， 有續(xù)流二極管，阻感負(fù)載時(shí) 的電路及波形,3-37,單相半控橋帶阻感負(fù)載的情

18、況 假設(shè)負(fù)載中電感很大，且電路已工作于穩(wěn)態(tài) 在u2正半周，觸發(fā)角a處給晶閘管VT1加觸發(fā)脈沖，u2經(jīng)VT1和VD4向負(fù)載供電。 u2過零變負(fù)時(shí)，因電感作用使電流連續(xù)，VT1繼續(xù)導(dǎo)通。但因a點(diǎn)電位低于b點(diǎn)電位，使得電流從VD4轉(zhuǎn)移至VD2，VD4關(guān)斷，電流不再流經(jīng)變壓器二次繞組，而是由VT1和VD2續(xù)流。 在u2負(fù)半周觸發(fā)角a 時(shí)刻觸發(fā)VT3，VT3導(dǎo)通，則向VT1加反壓使之關(guān)斷，u2經(jīng)VT3和VD2向負(fù)載供電。u2過零變正時(shí)，VD4導(dǎo)通，VD2關(guān)斷。VT3和VD4續(xù)流，ud又為零,圖3-2-12 單相橋式半控整流電路， 有續(xù)流二極管，阻感負(fù)載時(shí) 的電路及波形,3.2.3 單相半控橋式整流電路,

19、3-38,續(xù)流二極管的作用 若無續(xù)流二極管，則當(dāng)a 突然增大至180或觸發(fā)脈沖丟失時(shí)，會(huì)發(fā)生一個(gè)晶閘管持續(xù)導(dǎo)通而兩個(gè)二極管輪流導(dǎo)通的情況，這使ud成為正弦半波，即半周期ud為正弦，另外半周期ud為零，其平均值保持恒定，稱為失控。（見圖3-2-13） 有續(xù)流二極管VDR時(shí)，續(xù)流過程由VDR完成，晶閘管關(guān)斷，避免了某一個(gè)晶閘管持續(xù)導(dǎo)通從而導(dǎo)致失控的現(xiàn)象。 續(xù)流期間導(dǎo)電回路中只有一個(gè)管壓降，有利于降低損耗,3.2.3 單相橋式可控整流電路,3-39,圖3-2-13 單相半控橋電感性負(fù)載不接續(xù)流二極管的情況分析,返回,3-40,3.2.3 單相半控橋式整流電路,單相半控橋式整流電路的另一種接法,把圖3

20、-5a中的VT3和VT4換為二極管VD3和VD4，這樣可以省去續(xù)流二極管VDR，續(xù)流由VD3和VD4來實(shí)現(xiàn),圖3-2-14 單相全控橋式 帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形,圖3-2-15 單相橋式半控整流電路的另一接法,3-41,3.3 三相可控整流電路引言,交流測(cè)由三相電源供電。 負(fù)載容量較大，或要求直流電壓脈動(dòng)較小、容易濾波。 基本的是三相半波可控整流電路，三相全控橋式整流電路應(yīng)用最廣,3-42,3.3 三相可控整流電路,3.3.1 三相半波可控整流電路 3.3.2 三相全控橋式整流電路 3.3.3 變壓器漏感對(duì)整流電路的影響,3-43,3.3.1 三相半波可控整流電路,電路的特點(diǎn)： 變壓器二次側(cè)

21、接成星形得到零線，而一次側(cè)接成三角形避免3次諧波流入電網(wǎng)。 三個(gè)晶閘管分別接入a、b、c三相電源，其陰極連接在一起共陰極接法,圖3-3-1 三相半波可控整流電路共陰極接法電阻負(fù)載時(shí)的電路及a =0時(shí)的波形,1、電阻負(fù)載,自然換相點(diǎn)： 二極管換相時(shí)刻為自然換相點(diǎn)，是各相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時(shí)刻，將其作為計(jì)算各晶閘管觸發(fā)角a的起點(diǎn)，即a =0,a,3-44,3.3.1 三相半波可控整流電路,a =0時(shí)的工作原理分析,變壓器二次側(cè)a相繞組和晶閘管VT1的電流波形，變壓器二次繞組電流有直流分量。 晶閘管的電壓波形，由3段組成,圖3-3-1 三相半波可控整流電路共陰極接法電阻負(fù)載時(shí)的電路及a =0時(shí)的

22、波形,a=30的波形（圖3-3-2） 特點(diǎn)：負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)之間的臨界狀態(tài)。 a30的情況（圖3-3-3 ） 特點(diǎn)：負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角小于120,b,c,d,e,f,u,2,u,a,u,b,u,c,a,0,O,w,t,1,w,t,2,w,t,3,u,G,O,u,d,O,O,u,ab,u,ac,O,i,VT,1,u,VT,1,w,t,w,t,w,t,w,t,w,t,3-45,圖3-3-2 三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載， a=30時(shí)的波形,a=30時(shí)的特點(diǎn)：負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)之間的臨界狀態(tài),3-46,圖3-3-3 三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載， a=60時(shí)的波形,a30時(shí)的特

23、點(diǎn)：負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角小于120 。 a移相范圍： 0 150,3-47,3.3.1 三相半波可控整流電路,當(dāng)a=0時(shí)，Ud最大，為,整流電壓平均值的計(jì)算,a30時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)，有,a30時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時(shí)有,3-48,負(fù)載電流平均值為 流過晶閘管的電流平均值為 晶閘管承受的最大電壓，為變壓器二次線電壓峰值，即,3.3.1 三相半波可控整流電路,3-49,3.3.1 三相半波可控整流電路,2、阻感負(fù)載,圖3-3-4 三相半波可控整流電路，阻感負(fù)載時(shí)的電路及a =60時(shí)的波形,特點(diǎn)：阻感負(fù)載，L值很大，id波形基本平直。 a30時(shí)：整流電壓波形與電阻負(fù)載時(shí)相同。

24、a30時(shí)（如a=60時(shí)的波形如圖3-3-4所示）。 u2過零時(shí)，VT1不關(guān)斷，直到VT2的脈沖到來，才換流，ud波形中出現(xiàn)負(fù)的部分。 id波形有一定的脈動(dòng)，但為簡(jiǎn)化分析及定量計(jì)算，可將id近似為一條水平線,u,d,i,a,u,a,u,b,u,c,i,b,i,c,i,d,u,ac,O,w,t,O,w,t,O,O,w,t,O,O,w,t,a,w,t,w,t,3-50,3.3.1 三相半波可控整流電路,2、阻感負(fù)載,圖3-3-4 三相半波可控整流電路，阻感負(fù)載時(shí)的電路及a =60時(shí)的波形,阻感負(fù)載特點(diǎn)：晶閘管導(dǎo)通角均為120，與控制角無關(guān)； 移相范圍為90 ； 晶閘管電流波形近似為方波,u,d,i,

25、a,u,a,u,b,u,c,i,b,i,c,i,d,u,ac,O,w,t,O,w,t,O,O,w,t,O,O,w,t,a,w,t,w,t,3-51,3-52,各電量計(jì)算 (1) 輸出電壓平均值 ud (2）負(fù)載電流平均值 (3）流過晶閘管的電流平均值IdT、有效值IT 以及承受的最高電壓UTM分別為,3.3.1 三相半波可控整流電路,3-53,圖3-3-5 三相半波可控整流電路，阻感負(fù)載(不接續(xù)流管)時(shí)的波形,3、大電感負(fù)載接續(xù)流二極管 為了擴(kuò)大移相范圍并使負(fù)載電流id 平穩(wěn)，可在電感負(fù)載兩端并接續(xù)流二極管，由于續(xù)流管的作用，ud波形已不出現(xiàn)負(fù)值，與電阻性負(fù)載ud波形相同,3.3.1 三相半波

26、可控整流電路,圖3-3-6 三相半波可控整流電路，阻感負(fù)載(接續(xù)流管)時(shí)的波形,3-54,3、大電感負(fù)載接續(xù)流二極管 在030區(qū)間，電源電壓均為正值，ud波形連續(xù)，續(xù)流管不起作用； 當(dāng)30150區(qū)間，電源電壓出現(xiàn)過零變負(fù)時(shí)，續(xù)流管及時(shí)導(dǎo)通為負(fù)載電流提供續(xù)流回路，晶閘管承受反向電源相電壓而關(guān)斷。這樣ud波形斷續(xù)但不出現(xiàn)負(fù)值。續(xù)流管VD起作用時(shí)，晶閘管與續(xù)流管的導(dǎo)通角分別為,3.3.1 三相半波可控整流電路,3-55,各電量計(jì)算 (1) 負(fù)載電壓平均值Ud和電流平均值Id 1) 030時(shí) 2) 30150時(shí) 3)負(fù)載電流 Id=Ud/Rd,3.3.1 三相半波可控整流電路,3-56,2）晶閘管電流

27、平均值IdT、有效值IT 及晶閘管承受的最高電壓值UTM 1）030時(shí) 2)30150時(shí) （3）續(xù)流管平均電流IdD、有效值ID及承受的最高電壓UDM (30150,3.3.1 三相半波可控整流電路,3-57,3.3.2 三相橋式全控整流電路,三相橋是應(yīng)用最為廣泛的整流電路,共陰極組陰極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT1，VT3，VT5,共陽極組陽極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT4，VT6，VT2,圖3-3-7 三相橋式全控整流電路原理圖,導(dǎo)通順序： VT1VT2 VT3 VT4 VT5VT6,陽極電壓最大的導(dǎo)通,陰極電壓最低的導(dǎo)通,3-58,3.3.2 三相橋式全控整流電路,1、帶電阻負(fù)載時(shí)的工作

28、情況,當(dāng)a60時(shí)，ud波形均連續(xù)，對(duì)于電阻負(fù)載，id波形與ud波形形狀一樣，也連續(xù) 波形圖： a =0 （圖3-3-8 ） a =30 （圖3-3-9） a =60 （圖3-3-10） 當(dāng)a60時(shí)，ud波形每60中有一段為零，ud波形不能出現(xiàn)負(fù)值 波形圖： a =90 （ 圖3-3-11） 帶電阻負(fù)載時(shí)三相橋式全控整流電路a角的移相范圍是120,3-59,圖3-3-8 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a=0時(shí)的波形,ud波形連續(xù)，對(duì)于電阻負(fù)載，id波形與ud波形形狀一樣，也連續(xù) 每管工作120 ，每間隔60 有一管換流,3-60,圖3-3-9 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a= 30 時(shí)的波形,

29、3-61,圖3-3-10 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a= 60 時(shí)的波形,3-62,圖3-3-11 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a= 90 時(shí)的波形,ud波形每60中有一段為零，ud波形不出現(xiàn)負(fù)值,3-63,3.3.2 三相橋式全控整流電路,晶閘管及輸出整流電壓的情況如表3-3-1所示,3-64,3.3.2 三相橋式全控整流電路,2）對(duì)觸發(fā)脈沖的要求： 按VT1-VT3-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60。 共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120，共陽極組VT4、VT6、VT2也依次差120。 同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與V

30、T2，脈沖相差180,三相橋式全控整流電路的特點(diǎn),1）2管同時(shí)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各1，且不能為同1相器件,3-65,3.3.2 三相橋式全控整流電路,3）ud一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。 （4）需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖 可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā) 一種是雙脈沖觸發(fā)（常用） (5）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同,三相橋式全控整流電路的特點(diǎn),3-66,a60時(shí)（a =0 圖3-3-12；a =30 圖3-3-13） ud波形連續(xù)，工作情況與帶電阻負(fù)載時(shí)十分相似。 各晶閘管的通斷情況

31、 輸出整流電壓ud波形 晶閘管承受的電壓波形,3.3.2 三相橋式全控整流電路,2、 阻感負(fù)載時(shí)的工作情況,主要 包括,a 60時(shí)（ a =90圖3-3-14） 阻感負(fù)載時(shí)的工作情況與電阻負(fù)載時(shí)不同。 電阻負(fù)載時(shí)，ud波形不會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分。 阻感負(fù)載時(shí)，ud波形會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分。 帶阻感負(fù)載時(shí)，三相橋式全控整流電路的a角移相范圍為90,區(qū)別在于：得到的負(fù)載電流id波形不同。 當(dāng)電感足夠大的時(shí)候， id的波形可近似為一條水平線,3-67,圖3-3-12 三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載a= 0 時(shí)的波形,3-68,圖3-3-13 三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載a= 30 時(shí)的波形,3-69,圖3-3

32、-14 三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載a= 90 時(shí)的波形,3-70,3.3.2 三相橋式全控整流電路,3、 定量分析,當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時(shí)（即帶阻感負(fù)載時(shí)，或帶電阻負(fù)載a60時(shí)）的平均值為,帶電阻負(fù)載且a 60時(shí)，整流電壓平均值為,輸出電流平均值為 ：Id=Ud /R,3-71,ik=ib是逐漸增大的， 而ia=Id-ik是逐漸減小的。 當(dāng)ik增大到等于Id時(shí)，ia=0，VT1關(guān)斷,換流過程結(jié)束,3.3.3 變壓器漏感對(duì)整流電路的影響,考慮包括變壓器漏感在內(nèi)的交流側(cè)電感的影響，該漏感可用一個(gè)集中的電感LB表示。 現(xiàn)以三相半波為例，然后將其結(jié)論推廣,VT1換相至VT3的過程,因a、b兩相均有漏

33、感，故ia、ib均不能突變。于是VT1和VT3同時(shí)導(dǎo)通，相當(dāng)于將a、b兩相短路，在兩相組成的回路中產(chǎn)生環(huán)流ik,圖3-3-15 考慮變壓器漏感時(shí)的 三相半波可控整流電路及波形,VT1 VT3 VT5,3-72,3.3.3 變壓器漏感對(duì)整流電路的影響,換相重疊角換相過程持續(xù)的時(shí)間，用電角度g表示。 換相過程中，整流電壓ud為同時(shí)導(dǎo)通的兩個(gè)晶閘管所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)相電壓的平均值,換相壓降與不考慮變壓器漏感時(shí)相比，ud平均值降低的多少,3-73,3.3.3 變壓器漏感對(duì)整流電路的影響,換相重疊角g的計(jì)算,由上式得,進(jìn)而得出,3-74,3.3.3 變壓器漏感對(duì)整流電路的影響,由上述推導(dǎo)過程，已經(jīng)求得,當(dāng) 時(shí)

34、， ，于是,g 隨其它參數(shù)變化的規(guī)律： （1） Id越大則g 越大； （2） XB越大g 越大； （3） 當(dāng)a90時(shí)， 越小g 越大,3-75,3.3.3 變壓器漏感對(duì)整流電路的影響,變壓器漏抗對(duì)各種整流電路的影響,表3-3-2 各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計(jì)算,注：?jiǎn)蜗嗳貥螂娐分?，環(huán)流ik是從-Id變?yōu)镮d。本表所列通用公式不適用； 三相橋等效為相電壓等于 的6脈波整流電路，故其m=6，相電壓按 代入,3-76,3.3.3 變壓器漏感對(duì)整流電路的影響,變壓器漏感對(duì)整流電路影響的一些結(jié)論,出現(xiàn)換相重疊角g ，整流輸出電壓平均值Ud降低。 整流電路的工作狀態(tài)增多。 晶閘管的di/dt 減

35、小，有利于晶閘管的安全開通。 有時(shí)人為串入進(jìn)線電抗器以抑制晶閘管的di/dt。 換相時(shí)晶閘管電壓出現(xiàn)缺口，產(chǎn)生正的du/dt，可能使晶閘管誤導(dǎo)通，為此必須加吸收電路。 換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源,3-77,3.4 晶閘管的有源逆變工作狀態(tài),一、有源逆變的概念 二、有源逆變電路的工作原理 三、有源逆變失敗,3-78,一、 有源逆變的概念 逆變：把直流電變成交流電的過程,UPS,3.4 晶閘管的有源逆變工作狀態(tài),3-79,1.逆變分類,DC AC,有源逆變,無源逆變,AC DC AC,逆變類型,對(duì)于可控整流電路，滿足一定條件就可工作于有源逆變，其電路形式未變，只是電路工作條件轉(zhuǎn)變。既工作在

36、整流狀態(tài)又工作在逆變狀態(tài)，稱為變流電路,3-80,2. 電源間能量的流轉(zhuǎn)關(guān)系,可用兩個(gè)電源相連來反映問題,3-81,2.電源間能量的流轉(zhuǎn)關(guān)系,Ud: 施能 E: 受能 R：耗能,整流,短路,有源逆變,反極性相連，相當(dāng)于兩個(gè)電源串聯(lián)短路，應(yīng)避免,Ud :受能 E : 施能 R：耗能,3-82,3. 有源逆變產(chǎn)生的條件,Q擲向1： 90，整流工作。 Ud上正下負(fù)，電動(dòng)機(jī)作電動(dòng)運(yùn)行，反電勢(shì)E上正下負(fù)。 Q快速擲向2：若 90，Ud下正上負(fù)，反電勢(shì)E上正下負(fù)，兩電源順極性相連，相當(dāng)于短路事故 。 Q擲向2：應(yīng)使 90， Ud 極性為上正下負(fù)，且使UdE 。此時(shí)電動(dòng)機(jī)供給能量，運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)，晶閘管裝置

37、吸收能量送回電網(wǎng)。 逆變角 =180,圖3-4-1 單相橋式電路的整流和逆變?cè)?3-83,實(shí)現(xiàn)有源逆變的條件可歸納如下： 1) 變流裝置的直流側(cè)必須外接有電壓極性與晶閘管導(dǎo)通方向一致的直流電源E，且E的數(shù)值要大于Ud 2) 變流器必須工作在 90（ 90)區(qū)間，使 Ud 0，才能將直流功率逆變?yōu)榻涣鞴β史邓碗娋W(wǎng) 3)為了保證變流裝置回路中的電流連續(xù)，逆變電路中一定要串接大電抗,3、有源逆變產(chǎn)生的條件,注意： 單相半控橋或有續(xù)流二極管的電路，不能實(shí)現(xiàn)有源逆變,3-84,二、有源逆變電路的工作原理,1. 單相有源逆變電路（以單相全控橋接電動(dòng)機(jī)負(fù)載為例,整流,逆變,圖3-4-1 單相橋式電路的整流

38、和逆變?cè)?3-85,2. 三相有源逆變電路（三相半波接電動(dòng)機(jī)負(fù)載,Ud = -1.17U2cos,圖3-4-2 三相半波有源逆變電路原理,3-86,圖3-4-3 三相橋式整流電路工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)不同逆變角的電壓波形,3. 三相有源逆變電路（三相全控橋電路,3-87,1.逆變失敗 變流器工作在有源逆變狀態(tài)時(shí)，若出現(xiàn)輸出電壓平均值與直流電源E順極性串聯(lián)，兩個(gè)電源共同輸出電能，無電能回送電網(wǎng)，此時(shí)會(huì)形成很大的短路電流流過晶閘管和負(fù)載，造成事故。這種現(xiàn)象稱為逆變失敗，或稱為逆變顛覆,三、逆變失敗與最小逆變角限制,3-88,2.造成逆變失敗的原因： (1) 觸發(fā)電路工作不可靠。不能適時(shí)、準(zhǔn)確地給各

39、晶閘管分配觸發(fā)脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時(shí)等。 (2) 晶閘管發(fā)生故障。器件失去阻斷能力，或器件不能導(dǎo)通。 (3) 交流電源異常。在逆變工作時(shí)，電源發(fā)生缺相或突然消失而造成逆變失敗。 (4) 換相裕量角不足，引起換相失敗。應(yīng)考慮變壓器漏抗引起的換相重疊角、晶閘管關(guān)斷時(shí)間等因素的影響。往往需限制最小逆變角,3-89,換相重疊角的影響,圖3-4-4 交流側(cè)電抗對(duì)逆變換相過程的影響,當(dāng)b g 時(shí)，換相結(jié)束時(shí)，晶閘管能承受反壓而關(guān)斷,如果b g 時(shí)（從圖3-4-4右下角的波形中可清楚地看到），該通的晶閘管（VT2）會(huì)關(guān)斷，而應(yīng)關(guān)斷的晶閘管（VT1)不能關(guān)斷，最終導(dǎo)致逆變失敗,3-90,3. 防止逆變失敗

40、的措施 采用優(yōu)良可靠的觸發(fā)單元 檢查電源情況，排除電源故障 選擇質(zhì)量好、規(guī)格合適的晶閘管 在控制電路上采取措施，保證逆變角不超出規(guī)定的范圍,3-91,最小逆變角確定的方法 最小逆變角的大小要考慮以下因素： (1) 換相重疊角（ 1525） (2) 晶閘管關(guān)斷時(shí)間 tq 所對(duì)應(yīng)的電角度：約 4 6 (3) 安全裕量角：一般取為10左右 綜上所述，最小逆變角為,3.4 晶閘管的有源逆變工作狀態(tài),3-92,3.5 整流電路的性能指標(biāo)及應(yīng)用技術(shù),一、整流電路對(duì)電網(wǎng)的影響 二、整流電路的諧波分析 三、整流電路的性能指標(biāo),3-93,電力電子裝置要消耗無功功率，會(huì)對(duì)公用電網(wǎng)帶來不利影響。 無功功率會(huì)導(dǎo)致視在

41、功率增大，從而使設(shè)備容量增大；無功功率增加，造成設(shè)備和線路損耗增加；使線路壓降增大，沖擊性無功電流還會(huì)使電壓劇烈波動(dòng)。 電力電子裝置會(huì)產(chǎn)生諧波，對(duì)公用電網(wǎng)產(chǎn)生危害。 諧波損耗將降低發(fā)電、輸電和用電設(shè)備的效率；諧波影響電網(wǎng)上其它電氣設(shè)備的正常工作 。如造成電動(dòng)機(jī)機(jī)械振動(dòng)、噪聲和過熱，使變壓器局部過熱，電纜、電容器設(shè)備過熱等；諧波會(huì)引起電網(wǎng)局部的串聯(lián)和并聯(lián)諧振，從而使諧波放大。諧波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，并使電氣測(cè)量?jī)x表計(jì)量不準(zhǔn)確；諧波對(duì)通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。 許多國(guó)家都發(fā)布了限制電網(wǎng)諧波的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，或由權(quán)威機(jī)構(gòu)制定限制諧波的規(guī)定。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T14549-93）電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波從1994年3月1日起開始實(shí)施,一、整流電路對(duì)電網(wǎng)的影響,3-94,二、整流電路的諧波分析,1. 諧波 非正弦周期電流，一般滿足狄里赫利條件，可分解為傅里葉級(jí)數(shù) 基波分量在傅里葉級(jí)數(shù)中，頻率與工頻相同的分量(n=1) 諧波分量頻率為基波整數(shù)倍（n1）的分量 諧波次數(shù)諧波頻率和基波頻率的整數(shù)比,3-95,三相橋式全控整流電路阻感負(fù)載，忽略換相過程和電流脈動(dòng)，直流電感L為足夠大 以 =30為例，交流側(cè)電壓和電流波形如圖3-5-1中的ua和ia波形所示。此時(shí)，電流為