10可控整流與直流調(diào)速

1、 10 10 可控整流電路與直流調(diào)速可控整流電路與直流調(diào)速10.1 10.1 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路1 1、帶電阻負(fù)載的工作情況帶電阻負(fù)載的工作情況VT1VT1和和VT4VT4組成一對橋臂，在組成一對橋臂，在u u2 2正半正半 周承受正向電壓，在周承受正向電壓，在時(shí)得到時(shí)得到 觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u u2 2過零時(shí)關(guān)斷。過零時(shí)關(guān)斷。VT2VT2和和VT3VT3組成另一對橋臂，在組成另一對橋臂，在u u2 2 負(fù)半周承受正向電壓，在負(fù)半周承受正向電壓，在+ + 時(shí)得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)時(shí)得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u u2 2過零過零 時(shí)關(guān)斷。時(shí)關(guān)斷。電路特點(diǎn)：電路

2、特點(diǎn)：1 1）在交流電源正、負(fù)半周中，均有電流流過負(fù)載，屬全波整流。）在交流電源正、負(fù)半周中，均有電流流過負(fù)載，屬全波整流。 一個周期中，一個周期中，ud d有兩個波頭，脈動小。有兩個波頭，脈動小。2 2）變壓器二次繞組中，正、負(fù)半周電流方向相反，波形對稱，）變壓器二次繞組中，正、負(fù)半周電流方向相反，波形對稱， 無直流分量，利用率高。無直流分量，利用率高。整流電壓平均值：整流電壓平均值： = 0= 0，Ud = 0.9UUd = 0.9U2 2；= 180= 180 Ud = 0 Ud = 0 移相范圍為移相范圍為180180 移相范圍移相范圍負(fù)載平均電壓的最大值、最小值所對應(yīng)的控制負(fù)載平均電

3、壓的最大值、最小值所對應(yīng)的控制角角的變化范圍。的變化范圍。2cos19 . 02cos122)(sin21222UUttdUUd2 2、帶阻感負(fù)載的工作情況、帶阻感負(fù)載的工作情況假設(shè)負(fù)載電感很大，負(fù)載電流假設(shè)負(fù)載電感很大，負(fù)載電流idid 連續(xù)且波形近似為一水平線。連續(xù)且波形近似為一水平線。u u2 2過零變負(fù)時(shí)，由于電感的作用過零變負(fù)時(shí)，由于電感的作用 晶閘管晶閘管VT1VT1和和VT4VT4中仍有電流中仍有電流idid流流 過，不能關(guān)斷，過，不能關(guān)斷，使使u ud d出現(xiàn)負(fù)波。出現(xiàn)負(fù)波。至至t=t=+ + 時(shí)刻，時(shí)刻，VT2VT2和和VT3VT3 觸發(fā)導(dǎo)通，觸發(fā)導(dǎo)通，VT1VT1和和VT4

4、VT4承受反壓承受反壓 關(guān)斷。關(guān)斷。TabRLa )u1u2i2VT1VT3VT2VT4udidu2OtOtOtudidi2b )OtOtuV T1 , 4OtOtIdIdIdIdIdiV T2 , 3iV T1 , 4 負(fù)載電流從負(fù)載電流從VT1VT1和和VT4VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2VT2和和VT3VT3，此過程稱換此過程稱換相亦稱換流。相亦稱換流。這種不采用任何措施的換流稱為自然換流這種不采用任何措施的換流稱為自然換流整流電壓平均值：整流電壓平均值：= 0= 0，U Ud d = 0.9U = 0.9U2 2； = 90= 90，U Ud d = 0 = 0 移相范圍

5、為移相范圍為90903 3、帶反電動勢負(fù)載時(shí)的工作情況、帶反電動勢負(fù)載時(shí)的工作情況 電路特點(diǎn)：電路特點(diǎn)：1 1）只有在）只有在u u2 2瞬時(shí)值大于瞬時(shí)值大于E E，即即 | |u u2 2| |E E時(shí)，晶閘管承受正時(shí)，晶閘管承受正 壓，才能觸發(fā)導(dǎo)通。壓，才能觸發(fā)導(dǎo)通。cos9 . 0cos22)(sin21222UUttdUUda)b)REidudidOEudtIdOt2 2）當(dāng)）當(dāng)u u2 2=E=E，id=0id=0晶閘管關(guān)斷，此時(shí)晶閘管關(guān)斷，此時(shí)ud=Eud=E（ud0ud0）3 3）在在區(qū)間內(nèi)晶閘管停止導(dǎo)電，區(qū)間內(nèi)晶閘管停止導(dǎo)電，稱為停止導(dǎo)電角稱為停止導(dǎo)電角4 4）idid電流波形

6、，導(dǎo)通角電流波形，導(dǎo)通角減小，電流斷續(xù)。減小，電流斷續(xù)。 造成電動機(jī)的機(jī)械特性將很軟；峰值電流大，換相時(shí)火花大造成電動機(jī)的機(jī)械特性將很軟；峰值電流大，換相時(shí)火花大為了克服此缺點(diǎn)：一般在主電路中直流輸出側(cè)串聯(lián)一個平波為了克服此缺點(diǎn)：一般在主電路中直流輸出側(cè)串聯(lián)一個平波 電抗器，以減少電流的脈動電抗器，以減少電流的脈動 和延長晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間和延長晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間有了電感，當(dāng)有了電感，當(dāng)u u2 2E E甚至甚至 u u2 2變負(fù)，晶閘管仍能延續(xù)變負(fù)，晶閘管仍能延續(xù) 導(dǎo)通導(dǎo)通=180=180（如右圖）（如右圖）Oud0Eidtt=10.2 10.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路1 1

7、電阻負(fù)載：電阻負(fù)載： 工作原理：（控制角工作原理：（控制角= 0= 0） 為分析方便，把一個周期分成為分析方便，把一個周期分成6 6個時(shí)段，每時(shí)段個時(shí)段，每時(shí)段6060。 共陰極組：共陰極組：陽極相電壓最高的管子，承受正向陽極電壓陽極相電壓最高的管子，承受正向陽極電壓 共陽極組：共陽極組：陰極相電壓最低的管子，承受正向陽極電壓陰極相電壓最低的管子，承受正向陽極電壓* * 時(shí)段：時(shí)段：* * 時(shí)段：時(shí)段： VT1 VT1仍導(dǎo)通仍導(dǎo)通c c相電壓最低，相電壓最低， 發(fā)出發(fā)出u ug g2 2脈沖，脈沖，VT2VT2導(dǎo)通，導(dǎo)通， VT6 VT6受反壓關(guān)斷，受反壓關(guān)斷，idid換相，換相， 由由aVT

8、1RVT2aVT1RVT2c c。 u ud d = = u uacac線電壓線電壓結(jié)論：結(jié)論：1 1）整流電壓）整流電壓udud為三相線電壓在正半周的包絡(luò)線，一周脈動為三相線電壓在正半周的包絡(luò)線，一周脈動6 6次。次。2 2）觸發(fā)脈沖順序：）觸發(fā)脈沖順序：u ug g1 1- -u ug g2 2- -u ug g3 3- -u ug g4 4- -u ug g5 5- -u ug g6 6，相位依次差相位依次差6060 3 3）任何瞬間必須有）任何瞬間必須有2 2個晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，其中個晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，其中1 1只在共陽極組，只在共陽極組， 1 1只在共陰極組，這樣才能保證電源與負(fù)載構(gòu)成回

9、路。只在共陰極組，這樣才能保證電源與負(fù)載構(gòu)成回路。 如何保證任何瞬間有如何保證任何瞬間有2 2個晶閘管導(dǎo)通？個晶閘管導(dǎo)通？ 廣泛采用雙脈沖觸發(fā)：在觸發(fā)某個晶閘管同時(shí)，按順序給前廣泛采用雙脈沖觸發(fā)：在觸發(fā)某個晶閘管同時(shí)，按順序給前 一個晶閘管補(bǔ)發(fā)一個脈沖。一個晶閘管補(bǔ)發(fā)一個脈沖。4 4）晶閘管電流波形）晶閘管電流波形i iVT1VT1：每只晶閘管一個周期導(dǎo)通每只晶閘管一個周期導(dǎo)通1201205 5）晶閘管管壓降波形）晶閘管管壓降波形u uVT1VT1：可分為三段來分析可分為三段來分析。2 2 定量分析定量分析（說明二點(diǎn)）（說明二點(diǎn)） 負(fù)載電壓波形負(fù)載電壓波形u ud d一周內(nèi)脈動一周內(nèi)脈動6 6

10、次，因此只計(jì)算一個脈波。次，因此只計(jì)算一個脈波。 以線電壓以線電壓u uabab零點(diǎn)作坐標(biāo)原點(diǎn)。（則零點(diǎn)作坐標(biāo)原點(diǎn)。（則（當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時(shí)（即阻感負(fù)載或電阻負(fù)載當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時(shí)（即阻感負(fù)載或電阻負(fù)載6060 時(shí)）的平均值為：時(shí)）的平均值為：（2 2）阻感負(fù)載時(shí)：）阻感負(fù)載時(shí)：cos34.2)(sin63123232dUttdUU 10. 10.3 3 同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路電路有三個基本環(huán)節(jié)：電路有三個基本環(huán)節(jié)： 脈沖的形成與放大、鋸齒波的形成和脈沖移相、同步環(huán)節(jié)。脈沖的形成與放大、鋸齒波的形成和脈沖移相、同步環(huán)節(jié)。1.1.脈沖形成與放大環(huán)節(jié)：脈沖形成與放

11、大環(huán)節(jié)：1 1）控制電壓）控制電壓ucoco加在加在V4V4基極上。基極上。 uco=0co=0時(shí)，時(shí)，V4V4截止。截止。V5V5導(dǎo)通。導(dǎo)通。 uc c5 5-15v-15v，V7V7、V8V8截止，截止， 無脈沖輸出。無脈沖輸出。 +15 +15v v經(jīng)經(jīng)R9R9、V5V5發(fā)射結(jié)對電容發(fā)射結(jié)對電容 C3C3充電，充電，uc c3 3=30v=30v。（穩(wěn)態(tài)）穩(wěn)態(tài)）2 2）u uco=0.7V co=0.7V 時(shí)，時(shí)，V4V4導(dǎo)通，導(dǎo)通，A A點(diǎn)點(diǎn) 電位由電位由+15V +15V 1.0V 1.0V左右。由左右。由 于于u uc c3 3兩端電壓不能突變，兩端電壓不能突變，V5V5 基極電位

12、基極電位 到到-30V-30V， V5V5截止。截止。 u uc c5 5 +2.1V +2.1V，V7V7、V8V8導(dǎo)通，導(dǎo)通， 經(jīng)脈沖變壓器經(jīng)脈沖變壓器TPTP輸出觸發(fā)脈沖。輸出觸發(fā)脈沖。 （電路處于電路處于暫穩(wěn)態(tài)）暫穩(wěn)態(tài)）電容電容C3C3經(jīng)經(jīng)+15V+15V、R R1111、VD4VD4、 V4 V4放電和反向充電放電和反向充電，使，使u ub5b5 , , 當(dāng)當(dāng)u ub5b5-15V-15V，V5V5又重新導(dǎo)通，又重新導(dǎo)通， u uc5c5又降到又降到-15V-15V，使，使V7V7、V8V8截止，截止， 輸出脈沖終止。輸出脈沖終止。（電路電路又處穩(wěn)態(tài)）又處穩(wěn)態(tài)）結(jié)論：結(jié)論：1 1）脈

13、沖前沿由）脈沖前沿由V4V4導(dǎo)通時(shí)刻確定導(dǎo)通時(shí)刻確定 2 2）脈沖寬度與反向充電回路時(shí)間常數(shù)）脈沖寬度與反向充電回路時(shí)間常數(shù)R R1111C C3 3有關(guān)。有關(guān)。2. 2. 鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)：鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)：1 1）鋸齒波的形成電路）鋸齒波的形成電路 V1V1、VSVS、RP2RP2和和R3R3為一恒流源電路為一恒流源電路 鋸齒波的產(chǎn)生由鋸齒波的產(chǎn)生由V2V2的截止、導(dǎo)通的截止、導(dǎo)通 來控制。來控制。 V2V2截止時(shí)：截止時(shí)：恒流源電流恒流源電流1 1c c 對電容對電容C2C2充電。充電。 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)RP2RP2，即改變充電電流，即改變充電電流1 1c c， 可調(diào)節(jié)鋸齒波

14、斜率?？烧{(diào)節(jié)鋸齒波斜率。220 V 36V+BTP+ 15 VAVS+ 15 V- 15 V- 15 VXY接封鎖信號RQutsVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11VD14 V2V2導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí): :因因R4R4很小故很小故C2C2迅速放電，迅速放電，u uC2C2便形成一鋸齒波。同便形成一鋸齒波。同樣樣u ue e3 3也是一個鋸齒波。（射極跟隨器也是一個鋸齒波。（射極跟隨器)

15、 )2 2）脈沖移相環(huán)節(jié)）脈沖移相環(huán)節(jié) V4V4基極電位由鋸齒波電壓基極電位由鋸齒波電壓u ue e3 3、控制電壓、控制電壓u ucoco、直流負(fù)偏移電、直流負(fù)偏移電壓壓- -u up p三者疊加作用。當(dāng)三者疊加作用。當(dāng)u ub4b4=0.7V=0.7V，V4V4導(dǎo)通，導(dǎo)通，u ub4b4就被嵌位在就被嵌位在 0.7V 0.7V。 三個電壓功能如下：三個電壓功能如下： 鋸齒波電壓鋸齒波電壓u ue e3 3：其寬度決定變流電路的移相范圍。其寬度決定變流電路的移相范圍。 三相全控橋可逆系統(tǒng)三相全控橋可逆系統(tǒng): :要求脈沖的移相范圍理論上為要求脈沖的移相范圍理論上為180180 ，由，由于鋸齒波

16、波形兩端的非線性，因而要求鋸齒波的寬度為于鋸齒波波形兩端的非線性，因而要求鋸齒波的寬度為240240 直流負(fù)偏移電壓直流負(fù)偏移電壓-up-up： 是為了確定是為了確定u uco=0co=0時(shí)時(shí)觸發(fā)脈沖的初始相位。觸發(fā)脈沖的初始相位。 即即M M點(diǎn)，點(diǎn)，M M點(diǎn)是點(diǎn)是V4V4由截止到導(dǎo)通的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，也就是脈沖的前沿。由截止到導(dǎo)通的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，也就是脈沖的前沿。 調(diào)試方法：調(diào)試方法：在在u uco=0co=0時(shí)，調(diào)節(jié)時(shí)，調(diào)節(jié)-up-up，使，使M M點(diǎn)處于點(diǎn)處于120120，此時(shí)，此時(shí)= =90=90，Ud=0Ud=0 控制電壓控制電壓u ucoco：是控制脈沖移相。是控制脈沖移相。 當(dāng)當(dāng)u ucoco

17、為正值變化時(shí)，為正值變化時(shí)，M M點(diǎn)向左移，點(diǎn)向左移，9090在整流工作狀態(tài)。在整流工作狀態(tài)。 當(dāng)當(dāng)u ucoco為負(fù)值變化時(shí)，為負(fù)值變化時(shí)，M M點(diǎn)向右移，點(diǎn)向右移，9090在逆變工作狀態(tài)。在逆變工作狀態(tài)。3 3 同步環(huán)節(jié)：同步環(huán)節(jié)：同步同步觸發(fā)脈沖的頻率與主電路觸發(fā)脈沖的頻率與主電路電源的頻率相同且相位關(guān)系確定。電源的頻率相同且相位關(guān)系確定。鋸齒波產(chǎn)生由鋸齒波產(chǎn)生由V2V2控制的，控制的，V2V2截止截止產(chǎn)生鋸齒波，產(chǎn)生鋸齒波，V2V2截止持續(xù)的時(shí)間截止持續(xù)的時(shí)間就是鋸齒波的寬度。就是鋸齒波的寬度。V2V2的開關(guān)頻率就是鋸齒波的頻率。的開關(guān)頻率就是鋸齒波的頻率。工作原理：工作原理：u uT

18、STS為同步變壓器為同步變壓器T TS S的二次電壓的二次電壓220V36V+BTP+15VAVS+15V-15V-15VX Y接封鎖信號RQutsVD1VD2C1R2R4TSV2R5R8R6R7R3R9R10R11R12R13R14R16R15R18R17RP1ucoupC2C3C3C5C6C7R1RP2V1I1cV3V4V6V5V7V8VD4VD10VD5VD6VD7VD9VD8VD15VD11VD141 1）u uTSTS負(fù)半周下降段時(shí)：負(fù)半周下降段時(shí)：VD1VD1導(dǎo)通，導(dǎo)通，C C1 1被快速充電，被快速充電，u uQ Q與與u uTSTS波形波形相同。相同。V2V2反偏置、截止，產(chǎn)生鋸齒波。反偏置、截止，產(chǎn)生鋸齒波。2 2）u uTSTS負(fù)半周上升段時(shí)：負(fù)半周上升段時(shí)：+15V+15V經(jīng)經(jīng)R R1 1向向C C1 1反向充電，反向充電，R R1 1C C1 1較大較大因此因此u uQ Q比比U UR R上升慢，上升慢，u uQ QU UR R，VD1VD1截止，從而延長了截止