相控整流電路課件

1、相控整流電路12.1 單相可控整流電路單相可控整流電路2.2 三相可控整流電路三相可控整流電路 2.3 變壓器漏抗對整流電路的影響變壓器漏抗對整流電路的影響2.4 有源逆變電路有源逆變電路2.5 電容濾波的不控整流電路電容濾波的不控整流電路2.6 整流電路的諧波與功率因數(shù)整流電路的諧波與功率因數(shù)2.7 其他可控整流電路簡介其他可控整流電路簡介第第2章相控整流電路章相控整流電路相控整流電路22.1單相可控整流電路單相可控整流電路2.1.1 引引 言言2.1.2 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路2.1.3 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路相控整流電路32.1.1 引引 言言（1）整

2、流電路的作用）整流電路的作用其作用是將交流電變?yōu)橹绷麟?，為應用最早的電力電子電路。?）整流電路的分類）整流電路的分類l按使用的功率器件不同可分為不控型、半控型和全控型三種形式。l按交流側輸入相數(shù)的不同可分為單相整流電路、三相整流電路和多相整流電路。l按電路形式不同可分為半波整流電路和全波整流電路。（3）整流電路的逆運行狀態(tài)）整流電路的逆運行狀態(tài)改變整流電路的外部條件和內部控制，可使能量流向改變，即從直流側流向交流側，此時稱為有源逆變。相控整流電路42.1.2 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路器件阻斷時，正、反向漏電流均為零。器件導通后，管壓降為零。器件的du/dt、di/dt為無窮大

3、，即滿足一定的基本條件時可瞬時開通或關斷（不計開通或關斷的動態(tài)過程）。（1）分析假設）分析假設0DiDu0AKuAi正向導通反向阻斷正向導通反向阻斷正向阻斷電力二極管的理想伏安特性晶閘管的理想伏安特性相控整流電路5l電阻負載的特點電阻負載的特點負載中的電流與負載上的電壓成正比，兩者波形相似。l四個重要名詞四個重要名詞l觸發(fā)延遲角從晶閘管開始承受正向電壓起，到觸發(fā)脈沖出現(xiàn)時的電角度，用a 表示，稱為觸發(fā)延遲角，簡稱觸發(fā)角或控制角。2.1.2 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路（2）帶電阻負載時的工作情況）帶電阻負載時的工作情況tttt0001t22uguduVTua0相控整流電路6l四個重

4、要名詞四個重要名詞l導通角晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度，用 表示。 l移相范圍能使輸出電壓從最大到最小變化的觸發(fā)延遲角的變化范圍。2.1.2 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路（2）帶電阻負載時的工作情況）帶電阻負載時的工作情況tttt0001t22uguduVTua0相控整流電路7l四個重要名詞四個重要名詞l相控方式通過改變觸發(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，簡稱相控方式。相控方式要求移相觸發(fā)脈沖應與電源電壓嚴格保持同步。2.1.2 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路（2）帶電阻負載時的工作情況）帶電阻負載時的工作情況tttt0001t22u

5、guduVTua0相控整流電路8l數(shù)值分析數(shù)值分析l直流輸出電壓平均值2.1.2 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路（2）帶電阻負載時的工作情況）帶電阻負載時的工作情況212sin() ()2dUUt dta顯而易見：n當a =0，Ud =Ud0= 0.45U2 ；n當a 增大，Ud 減小；n當a = 時， Ud = 0；n所以a 的移相范圍為0180；n直流輸出電流平均值與直流輸出電壓平均值成正比。222(1cos)21cos0.452UUaaddUIR相控整流電路9l數(shù)值分析數(shù)值分析l直流輸出電壓有效值2.1.2 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路（2）帶電阻負載時的工作情況）

6、帶電阻負載時的工作情況2221sin2 2sin()()224UUtdtUaaal變壓器二次電流（即流過晶閘管電流）的有效值22sin224VTUUIIIRRaal變壓器二次側功率因數(shù)2222sin224PI RUSU IUaa顯而易見：na 越大， 功率因數(shù)越低；n 當a =0時，功率因數(shù)為0.7071。相控整流電路10l阻感負載的特點阻感負載的特點因電感對電流變化的阻礙作用，使得回路電流在器件通斷時不能發(fā)生突變。l分析中著重注意分析中著重注意負載阻抗角j 、觸發(fā)角a 、晶閘管導通角 間的關系。2.1.2 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路（3）阻感負載時的工作情況）阻感負載時的工作情

7、況單相半波可控整流電路帶阻感負載相控整流電路11l波形分析波形分析晶閘管導通后的回路方程:（3）阻感負載時的工作情況）阻感負載時的工作情況2.1.2 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路2dLRdduuuudiLi Rdt20, 000dRdddLdiui RdiuuuLdtdidtl 當 ：ta此時負載電流準備上升ttttt00001t22ugududiVTua01uR相控整流電路12l波形分析波形分析晶閘管導通后的回路方程:（3）阻感負載時的工作情況）阻感負載時的工作情況2.1.2 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路2dLRdduuuudiLi Rdtl 當 ：1taattttt

8、00001t22ugududiVTua01uRdddddididiii RLdtdt增加，自感電動勢上正下負此時交流電能轉變?yōu)殡姼械拇艌鰞δ芤约半娮韬哪?。相控整流電?3l波形分析波形分析晶閘管導通后的回路方程:（3）阻感負載時的工作情況）阻感負載時的工作情況2.1.2 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路2dLRdduuuudiLi Rdtl 當 ：1tattttt00001t22ugududiVTua01uR20 0 0RddLuuudiuLdt，此時負載電流及電阻壓降最大。相控整流電路14l波形分析波形分析晶閘管導通后的回路方程:（3）阻感負載時的工作情況）阻感負載時的工作情況2.1

9、.2 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路2dLRdduuuudiLi Rdtl 當 ：1taattttt00001t22ugududiVTua01uR此時電感的磁場儲能提供電阻耗能，并回饋電網。0dddddididiii RLdtdt 減小，自感電動勢反相，上負下正反向增大相控整流電路15l波形分析波形分析晶閘管導通后的回路方程:（3）阻感負載時的工作情況）阻感負載時的工作情況2.1.2 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路2dLRdduuuudiLi Rdtl 其中特別是當 ：tttttt00001t22ugududiVTua01uR此時晶閘管正偏繼續(xù)導通。22LLuuuu雖然過零

10、，但電感釋能未完，上負下正，并且相控整流電路16l波形分析波形分析晶閘管導通后的回路方程:（3）阻感負載時的工作情況）阻感負載時的工作情況2.1.2 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路2dLRdduuuudiLi Rdtl 當 ：tattttt00001t22ugududiVTua01uR200dLRddiuLuuidt此時電感的磁場儲能釋放完畢，流過晶閘管的電流小于維持電流而關斷。相控整流電路17ttttt00001t22ugududiVTua01uR112212LtWu d tLa a aa 當：磁場釋能l關于磁場儲能的進一步說明關于磁場儲能的進一步說明（3）阻感負載時的工作情況）阻

11、感負載時的工作情況2.1.2 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路1122201122mIdLtWLdiu d tLa aaa當：磁場儲能11()()()dRdRLdRuud tuud tuuua a aa 得：=即：=波形正負面積相等。dLLddiuuLdidtdtL其中：因，故LdRWWuuu由：,相控整流電路18l輸出電壓平均值輸出電壓平均值（3）阻感負載時的工作情況）阻感負載時的工作情況2.1.2 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路ttttt00001t22ugududiVTua01uR2212sin() ()2coscos()0.452dUUt dtUa aaa因輸出電壓波

12、形出現(xiàn)負的面積，故其平均值比純電阻負載時有所降低。相控整流電路19l三點結論三點結論（3）阻感負載時的工作情況）阻感負載時的工作情況2.1.2 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路l電感的存在延遲了晶閘管的關斷時刻。l導通角的大小與觸發(fā)角及負載阻抗角的大小有關，其一般規(guī)律是：l導通角越大，輸出電壓平均值越小，此處與純電阻負導通角越大，輸出電壓平均值越小，此處與純電阻負載時載時恰恰相反恰恰相反。n 當j 角一定時，a 角越小 角越大。n 當a 角一定時，j 角越大 角越大。n 其物理概念為：儲能時間越長或電感量越大，電感線圈儲存的磁場能量越多，則釋放能量的時間越長。相控整流電路20l原理分析

13、原理分析（4）阻感負載加續(xù)流二極管）阻感負載加續(xù)流二極管2.1.2 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路tttt0001t22uguduVTua0t0diVTiVDiaal當u2過零變負時，VD導通使ud為零，VT承受反壓而關斷。l當電感足夠大時，電感中儲存的能量保證了電流id在LRVD回路中繼續(xù)流通，此過程稱為續(xù)流。l提供續(xù)流通路的二極管稱為續(xù)流二極管。相控整流電路21l數(shù)值分析數(shù)值分析（4）阻感負載加續(xù)流二極管）阻感負載加續(xù)流二極管2.1.2 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路tttt0001t22uguduVTua0t0diVTiVDiaal假設電感足夠大，id 近似平直，其值

14、恒為Id 。l流過晶閘管的電流平均值為：dVTdd1()22II dtIaal流過續(xù)流二極管的電流平均值為：2dVDdd1()22II dtIaadI相控整流電路22l數(shù)值分析數(shù)值分析（4）阻感負載加續(xù)流二極管）阻感負載加續(xù)流二極管2.1.2 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路tttt0001t22uguduVTua0t0diVTiVDiaal流過晶閘管的電流有效值為：l流過續(xù)流二極管的電流有效值為：2VTdd1()22II dtIaa22VDdd1d()22IItIaa相控整流電路23顯而易見顯而易見：阻感負載加續(xù)流二極管后，直流輸出電壓平均值與純電阻負載時完全相同。l數(shù)值分析數(shù)值分析

15、（4）阻感負載加續(xù)流二極管）阻感負載加續(xù)流二極管2.1.2 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路tttt0001t22uguduVTua0t0diVTiVDiaal輸出直流電壓平均值為：2212sin() ()21cos0.452UUt dtUaad相控整流電路24（5）單相半波可控整流電路的特點）單相半波可控整流電路的特點2.1.2 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路l移相范圍：n 純電阻負載時為0180。n 阻感負載加續(xù)流二極管時也為0180。l電路簡單，功率器件少，但整流輸出電壓脈動大。l變壓器二次側電流中含有直流分量，造成變壓器鐵芯的直流磁化，磁路過飽和后磁導減小，激磁電流增

16、大。l目前此種電路實際應用較少。l分析該電路的主要目的：n 建立起整流電路的基本概念（基本術語）。n 初步掌握電力電子技術波形分析的基本方法。 相控整流電路252.1.3 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路（1）帶電阻負載時的工作情況）帶電阻負載時的工作情況工作原理及波形分析工作原理及波形分析lVT1與VT4組成一對，在u2正半周時承受正向電壓，觸發(fā)后即可導通，當u2過零時自然關斷。lVT2和VT3組成另一對，在u2負半周時承受正向電壓，觸發(fā)后即可導通，當u2過零時自然關斷。t022uaaudidt1,4VTu0t02i相控整流電路262.1.3 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路

17、（1）帶電阻負載時的工作情況）帶電阻負載時的工作情況數(shù)值分析數(shù)值分析l直流輸出電壓平均值222212sin()()1cos21.co0s229dUUt dtUUaaa顯而易見：a 角的移相范圍為（0180）。t022uaaudidt1,4VTu0t02i相控整流電路272.1.3 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路（1）帶電阻負載時的工作情況）帶電阻負載時的工作情況數(shù)值分析數(shù)值分析l直流輸出電流平均值21co9s20.ddUUIRRal流過晶閘管電流平均值2121cos0.452dVTdIIURat022uaaudidt1,4VTu0t02i相控整流電路282.1.3 單相橋式全控整流電

18、路單相橋式全控整流電路（1）帶電阻負載時的工作情況）帶電阻負載時的工作情況數(shù)值分析數(shù)值分析l流過晶閘管電流有效值l變壓器二次電流有效值22221(sin) d()21sin 222VTUIttRURaaa222221(sin)()1sin 22UItdtRUIRaaa直流輸出電流有效值t022uaaudidt1,4VTu0t02i相控整流電路292.1.3 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路（1）帶電阻負載時的工作情況）帶電阻負載時的工作情況數(shù)值分析數(shù)值分析l流過晶閘管電流有效值l變壓器二次電流有效值22221(sin) d()21sin 222VTUIttRURaaa222221(si

19、n)()1sin 22UItdtRUIRaaa直流輸出電流有效值請比較l 流過晶閘管電流平均值與輸出電流平均值：l 流過晶閘管電流有效值與輸出電流有效值：12d V TdII12V TII相控整流電路302.1.3 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路（2）帶阻感負載時的工作情況）帶阻感負載時的工作情況 工作原理及波形分析工作原理及波形分析l假設電路已工作處于穩(wěn)定狀態(tài)。l負載電感足夠大，不僅使負載電流連續(xù)，而且使其波形近似為一水平線。lVT1和VT4導通后，在u2過零變負時，因電感的作用二者并不能關斷，結果使輸出電壓波形出現(xiàn)負值。t02duaat0didI相控整流電路312.1.3 單相橋

20、式全控整流電路單相橋式全控整流電路（2）帶阻感負載時的工作情況）帶阻感負載時的工作情況 工作原理及波形分析工作原理及波形分析l當ta 時，VT2和VT3正偏，觸發(fā)后二者導通。lVT2和VT3導通后，使得VT1和VT4承受反壓而關斷。l原來流過VT1和VT4的電流迅速轉移到VT2和VT3中。l電流轉移的過程稱為換相，亦稱換流。t02duaat0didIt02,3VTit01,4VTit02i相控整流電路322.1.3 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路（2）帶阻感負載時的工作情況）帶阻感負載時的工作情況 t02duaat0didIt02,3VTit01,4VTit02i數(shù)值分析數(shù)值分析l直

21、流輸出電壓平均值22212sin() ()2 2cos0.9cosdUUt dtUU aaaa顯而易見：a 角的移相范圍為（090）。l晶閘管承受最大正、反向電壓為：uVT1,422U相控整流電路332.1.3 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路（2）帶阻感負載時的工作情況）帶阻感負載時的工作情況 t02duaat0didIt02,3VTit01,4VTit02i數(shù)值分析數(shù)值分析l晶閘管的導通角與觸發(fā)角無關，恒為180。l晶閘管電流平均值及有效值12dVTdII12VTdIIl變壓器二次電流為正負各180的方波，其相位由a 角決定。且有效值2dII相控整流電路342.1.3 單相橋式全控

22、整流電路單相橋式全控整流電路（3）帶反電動勢負載時的工作情況）帶反電動勢負載時的工作情況 工作原理及波形分析工作原理及波形分析l僅在|u2|E 時，才使晶閘管承受正向電壓，為導通提供條件。l導通之后，ud=u2，直至|u2|=E，即id降至0，使得晶閘管關斷，此后ud=E 。l與純電阻負載相比，晶閘管提前了 電角度停止導電，故稱 稱為停止導電角。212sinUEt0duaEt0didI相控整流電路352.1.3 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路幾點說明幾點說明l當變壓器副邊電壓一定時，反電動勢越高，則停止導電角越大，導通角越小，輸出電流波形越瘦高，電流斷續(xù)越為嚴重。（3）帶反電動勢負載

23、時的工作情況）帶反電動勢負載時的工作情況 t0duaEt0didIl當觸發(fā)角小于停止導電角時，觸發(fā)被推遲，故觸發(fā)脈沖應有足夠的寬度。l加入平波電抗器可使導通角增大，從而改善導電情況。l若電感足夠大可使電流連續(xù)，則整流電壓和負載電流波形與阻感負載時相同，計算公式也完全相同。相控整流電路36&自學與自測自學與自測（1）單相橋式半控整流電路）單相橋式半控整流電路見見教材第教材第44頁頁（2）單相全波可控整流電路）單相全波可控整流電路見教材第見教材第45頁頁相控整流電路37&自學與自測自學與自測（3）自學中需注意的問題）自學中需注意的問題晶閘管與二極管的承壓問題晶閘管與二極管的承壓問題

24、l 晶閘管反偏承受反壓，正偏未導通時承受正壓，導通后管壓降很小。l 二極管反偏承受反壓，正偏即導通，管壓降很小，比晶閘管少一種狀態(tài)。橋式電路晶閘管與二極管的換流問題橋式電路晶閘管與二極管的換流問題l 晶閘管是在正偏且有觸發(fā)時換流，在阻感負載橫向換流情況下，是靠后導通的管子來關斷先導通的管子。l 二極管是在電源電壓過零正偏時自動換流。 橋式半控電路阻感負載無續(xù)流二極管的橋式半控電路阻感負載無續(xù)流二極管的“失控失控”現(xiàn)象現(xiàn)象當脈沖丟失而出現(xiàn)一只晶閘管與兩只二極管輪流導通的情況，解決辦法加裝續(xù)流二極管，在續(xù)流二極管導通時晶閘管被關斷。相控整流電路382.2 三相可控整流電路三相可控整流電路2.2.1

25、 引引 言言2.2.2 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路2.2.3 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路相控整流電路392.2.1 引引 言言（1）三相整流電路的交流側由三相交流電源供電。（2）適于負載容量較大的工業(yè)應用場合，其主要優(yōu)點是輸出直流電壓值相對于單相整流電路較高，且脈動較小，濾波相對容易。（3）分析中三相半波可控整流電路是學習基礎，而三相橋式全控整流電路在實際應用最為廣泛。（4）為了達到工業(yè)實際應用的某種需求，三相整流電路又可派生出不同的接線方式。例如大功率整流電路中的多重化技術（本章最后介紹）。相控整流電路402.2.2 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路電路的

26、特點電路的特點l變壓器二次側接成星形以便得到中線，而一次側接成三角形以避免3次諧波流入電網。（1）純電阻負載純電阻負載l三只晶閘管的陽極分別與變壓器二次a、b、c三相出線相連，而陰極連接在一起后經負載電阻與中線相連，構成所謂共陰極接線 。l分析中首先將晶閘管想象成二極管。l顯然二極管應該是陽極電壓最高的一相導通，并且另外兩只二極管必然截止。相控整流電路412.2.2 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路自然換相點的概念自然換相點的概念l二極管換相的時刻稱為自然換相點。l顯然：三相共陰極電路自然換相點是在相電壓正半波的交點處且依次互差120。l復習提問：單相整流電路的自然換相點在哪？l聯(lián)想：

27、三相半波整流共陰接線與共陽極接線相比，自然換相點有何不同？（1）純電阻負載）純電阻負載t02uaubucutdu0t01VDit01VDuabuacu1t2t3t相控整流電路422.2.2 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路自然換相點的概念自然換相點的概念l將二極管換成晶閘管。l自然換相點則是各相晶閘管能夠被觸發(fā)導通的最早時刻。l故將各相自然換相點作為計算各晶閘管觸發(fā)角的起點。l即：此時此刻a 0。（1）純電阻負載）純電阻負載t02uaubucutdu0t01VTit01VTuabuacutGu0相控整流電路432.2.2 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路a a 00 時的波形分

28、析時的波形分析l每只晶閘管各導通120，直流輸出電壓在一個交流電源周期內脈動三次。l流過變壓器二次側a相繞組和晶閘管VT1的電流波形相同。l變壓器二次電流為單向脈動電流，存在直流分量。l晶閘管承受的最大反向電壓為線電壓的峰值（1）純電阻負載）純電阻負載t02uaubucutdu0t01VTit01VTuabuacutGu026U相控整流電路442.2.2 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路a a 3030 時的波形分析時的波形分析l三相觸發(fā)脈沖從各相自然換相點算起依次移相30。l純電阻負載輸出電流波形與輸出電壓波形相似。l此時導通角為120 。l晶閘管的最大承受反向電壓為線電壓的峰值。l

29、特點：a =30是負載電流連續(xù)或斷續(xù)的分界點。（1）純電阻負載）純電阻負載t02uaubucutGu030atdu0t01VTit01VTuabuacu相控整流電路452.2.2 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路a a 6060 時的波形分析時的波形分析l三相觸發(fā)脈沖從各相自然換相點算起依次移相60。l導通相電壓過零晶閘管關斷，后續(xù)晶閘管雖為正偏但未觸發(fā)，故輸出電壓為零。l負載電流間斷，稱為“斷續(xù)”。（“連續(xù)” 的反義）l晶閘管導通角小于120。（1）純電阻負載）純電阻負載t02uaubucutGu060atdu0t01VTil晶閘管的最大承壓仍為線電壓的峰值。l注意：當a 150時，

30、Ud 0，即移相范圍為0150。相控整流電路462.2.2 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路數(shù)值分析數(shù)值分析l直流輸出電壓平均值（1）純電阻負載）純電阻負載n0 a 30 ，負載電流連續(xù)時：56262232sin() ()23 6cos()1.17cos2dUUt dtUUaaaat02uaubucutGu030atdu0n顯然：當 a 0時，Ud最大。max021.17ddUUU相控整流電路472.2.2 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路數(shù)值分析數(shù)值分析l直流輸出電壓平均值（1）純電阻負載）純電阻負載n30 a 150 ，負載電流斷續(xù)時：262232sin() ()2321c

31、os()0.681cos()266dUUt dtUUaaat02uaubucutGu060atdu0l直流輸出電流平均值RUIdd相控整流電路482.2.2 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路數(shù)值分析數(shù)值分析l流過晶閘管的電流有效值（即變壓器二次電流有效值）（1）純電阻負載）純電阻負載l晶閘管承受的最大反向電壓為變壓器二次線電壓的峰值。即：n請同學根據電流波形自己課后完成。n需要注意：一個電源周期內每只晶閘管僅導通一次。2222362.4495RMUUUUl晶閘管承受的最大正向電壓為變壓器二次相電壓的峰值。即：2221.4142FMUUU以a 60作圖說明相控整流電路492.2.2 三相

32、半波可控整流電路三相半波可控整流電路（1）純電阻負載）純電阻負載數(shù)值分析數(shù)值分析1VTudul關于晶閘管承受最大正、反向電壓的波形分析（以a 60 為例）相控整流電路5030al當a 90，ud的波形正負面積相等。l故阻感負載的移相范圍為090。2.2.2 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路（2）阻感負載）阻感負載l分析中假設：L值足夠大，使整流輸出電流波形基本平直。l當a30，電感沒有釋放能量續(xù)流的機會，整流電壓波形與純電阻負載時相同。l當a 30（例如a 60 ），ua過零時，VT1不關斷，直到VT2的脈沖到來時才換流，ud波形中出現(xiàn)負的部分。l導通角恒等于120。t0duaubuc

33、u60a90a相控整流電路512.2.2 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路（2）阻感負載）阻感負載l數(shù)值分析數(shù)值分析l因負載電流連續(xù)，Ud與電阻負載電流連續(xù)時相同，即：d21.17cosUUal變壓器二次電流，即流過晶閘管電流的有效值：2232VTddd011d()0.57723IIItIIl晶閘管的額定電流（未考慮裕度）：dVTVT(AV)368. 057. 1IIIl晶閘管最大正反向電壓均為變壓器二次線電壓峰值：22232.45FMRMUUUU相控整流電路522.2.2 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路（3）其它相關問題）其它相關問題l阻感負載時加續(xù)流二極管仍可提高整流輸出

34、電壓。l優(yōu)點：線路簡單，功率器件少，驅動電路相應較簡單。l缺點：n變壓器每相繞組僅120有電流通過，其利用率低，且存在直流磁化問題。n整流輸出的負載電流須與三相星形中線構成回路，負載較重時需相應加大中線導線的截面。l三相半波可控整流電路也可采用共陽極接線方式，在分析時僅需注意：n只有陰極電壓最低一相晶閘管才能被觸發(fā)導通。n自然換相點在各相電壓負半波的交點處。n整流輸出電壓的波形在橫坐標下方。n相關數(shù)值計算與共陰極接線方式相同。相控整流電路532.2.3 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路共陰極組共陽極組123456VTVTVTVTVTVT1du2du12ddduuu顯然：相控整流電路54

35、2.2.3 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路l當a60時，ud波形連續(xù)，對于電阻負載，id波形與ud波形相似，也為連續(xù)。 波形圖：a 0，a 30，a 60 。l當a 60時，ud波形每60中有一段為零，但ud波形中不會出現(xiàn)負值。 波形圖：a 90。l純電阻負載時三相橋式全控整流電路的移相范圍為0120。（1）純電阻負載）純電阻負載相控整流電路550a 02utbuaucul當a60時，ud波形連續(xù)。l對于電阻負載，id 波形與ud 波形相似，也為連續(xù)。2.2.3 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路（1）純電阻負載）純電阻負載02Lutabuacubcubaucaucbuabua

36、cubcubaucaucbu1du2dudu1VTi0t02Lutabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbu1VTu1du2du12ddduuu相控整流電路5630a02utbuaucu2.2.3 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路（1）純電阻負載）純電阻負載1du2du02Lutabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbu02Lutabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuai0t1dudu1VTu2du12ddduuul當a60時，ud波形連續(xù)。l對于電阻負載，id 波形與ud 波形相似，也為連續(xù)

37、。相控整流電路5760a02utbuaucu2.2.3 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路（1）純電阻負載）純電阻負載1du2du02Lutabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbu02Lutabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuai0t1du2dudu1VTu12ddduuul當a60時，ud波形連續(xù)。l對于電阻負載，id 波形與ud 波形相似，也為連續(xù)。相控整流電路582.2.3 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路（1）純電阻負載）純電阻負載1du2du90aai0t02Lutabuacubcubaucaucbua

38、buacubcubaucaucbu1VTi0t02utbuaucu1du2dudul當a 60時，ud波形每60中有一段為零。l但ud波形中不會出現(xiàn)負值。l顯然當a =120時，ud=0。12ddduuu相控整流電路592.2.3 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路（2）三相橋式全控整流電路特點）三相橋式全控整流電路特點l為使電流能在電源與負載之間形成回路，必須使共陰極組和共陽極組中各有一只晶閘管導通。1du2du根據晶閘管的導通條件，其導通規(guī)律是：共陰極組陽極電位最高者與共陽極組陰極電位最低者導通。在一個交流電源周期內，整流輸出電壓脈動六次，每次脈動的波形都相同，故該電路稱為六脈波整流

39、電路。晶閘管承受的電壓波形與三相半波整流電路類似，但晶閘管承受的最高正向電壓數(shù)值與三相半波整流電路時不同。相控整流電路602.2.3 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路（2）三相橋式全控整流電路特點）三相橋式全控整流電路特點l對觸發(fā)脈沖的具體要求對觸發(fā)脈沖的具體要求l按VT1VT2 VT3 VT4 VT5 VT6的順序，相位依次互差60。1du2dul共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖相位依次互差120。 共陽極組VT2、VT6、VT4的脈沖相位也依次互差120。l接于交流電源同一相的上、下兩只晶閘管，即VT1與VT4、VT3與VT6以及VT5與VT2，脈沖相位互差180。l為保證需同

40、時導通的兩只晶閘管均有觸發(fā)脈沖，應采用寬脈沖觸發(fā)，其脈沖寬度大于80；或采用雙脈窄沖觸發(fā)，雙窄脈沖前沿相差60，其寬度約為20左右。相控整流電路61tttttt2.2.3 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路（2）三相橋式全控整流電路特點）三相橋式全控整流電路特點l對觸發(fā)脈沖的具體要求對觸發(fā)脈沖的具體要求60a02utbuaucu1du2duVT1VT2VT3VT4VT5VT61du2dul雙窄脈沖時的情況相控整流電路622.2.3 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路（3）阻感負載（假設電感足夠大）阻感負載（假設電感足夠大）l 當a60時，整流輸出電壓ud波形連續(xù)，工作情況與帶純電阻

41、負載時十分相似。n包括各晶閘管的通斷情況、整流輸出電壓ud波形以及晶閘管承受電壓的波形。n區(qū)別在于電流波形不同，當電感足夠大時負載電流波形可近似認為呈一條水平線，簡稱電流平直。n波形圖：a 0，a 30。l 當a 60時，工作情況與電阻負載時不同。n純電阻負載時，ud的波形不會出現(xiàn)負面積。n而阻感負載時，ud的波形將會出現(xiàn)負面積。n波形圖：a 90。相控整流電路632.2.3 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路（3）阻感負載）阻感負載0a 02utbuaucu02Lutabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbu1du2dududi0t0ait1VTi0tl

42、當a60時ud波形連續(xù)，工作情況與帶純電阻負載時十分相似。l 區(qū)別在于負載電流波形不同。l 當電感足夠大時，負載電流波形可近似認為呈一條水平線。相控整流電路642.2.3 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路（3）阻感負載）阻感負載02utbuaucu02Lutabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbudi0t0ait1VTi0tl 當a60時ud波形連續(xù)，工作情況與帶純電阻負載時十分相似。l 區(qū)別在于負載電流波形不同。l 當電感足夠大時，負載電流波形可近似認為呈一條水平線。30a1du2dudu1VTu相控整流電路652.2.3 三相橋式全控整流電路三相橋式

43、全控整流電路（3）阻感負載）阻感負載l 當a 60時，工作情況與電阻負載時不同。l 純電阻負載時，ud的波形不會出現(xiàn)負面積。l 而阻感負載時，ud的波形將會出現(xiàn)負面積。02utbuaucu02Lutabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbu02Lutabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbu90a1du2dudu1VTul 帶阻感負載時，三相橋式全控整流電路的移相范圍為090 。相控整流電路662.2.3 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路（4）數(shù)值分析）數(shù)值分析l輸出電流平均值當整流輸出電壓連續(xù)時（阻感負載或純電阻負載a60）

44、時的平均值2322336sin() ()2.34cosdUUt dtUaaa電阻負載且a 60時，整流輸出電壓斷續(xù)，其平均值22336sin() ()2.341cos()3dUUt dtUaaddUIR相控整流電路672.2.3 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路（4）數(shù)值分析）數(shù)值分析帶阻感負載時變壓器二次側電流有效值晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時一致。帶反電動勢阻感負載（電感足夠大）ddddIIIII816.03232)(3221222l 負載電流連續(xù)，電路工作情況與阻感負載時相似，電路中各電壓、電流 波形均相同。l 僅計算整流輸出電流時有所不同。l 設反電動勢幅值為E，則

45、：REUIdd相控整流電路68&復習與自測復習與自測（1）復習中需注意比較）復習中需注意比較 三相橋式全控整流電路帶純電阻負載與帶阻感負載移相范圍。帶電阻負載整流輸出電壓連續(xù)與斷續(xù)的分界點。帶阻感負載a 60輸出電壓仍然連續(xù)。典型移相觸發(fā)角時的輸出電壓、晶閘管承壓、輸出電流、流過晶閘管及變壓器二次繞組電流的波形。（2）自測）自測 三相橋式全控整流電路帶阻感負載，當VT1脈沖丟失后，輸出電壓、輸出電流以及晶閘管VT1承受電壓的波形。相控整流電路692.3 變壓器漏抗對整流電路的影響變壓器漏抗對整流電路的影響l因變壓器存在漏電抗，使換相過程中電流不能突變，從而對整流輸出電壓波形產生影響。l

46、變壓器原、副邊漏電抗所對應的漏電感，可以用一個集中參數(shù)LB 表示，分析中認為將其歸算到變壓器的二次側。 2.3.1 換相期間的波形分析換相期間的波形分析2.3.2 換相壓降與換流重疊角的計算換相壓降與換流重疊角的計算2.3.3 小結小結相控整流電路702.3.1 換相期間的波形分析換相期間的波形分析l以三相半波可控整流電路帶阻感負載為例，各量正方向規(guī)定如圖所示。l因整流變壓器繞組電阻遠小于漏抗，故忽略變壓器繞組電阻的影響。l直流側的負載電感足夠大，可使整流輸出電流平直。l具體分析a相到b相的換流過程，即電流由VT1換相到VT2的過程。l分析中不計晶閘管導通時的管壓降。（1）分析假設）分析假設相

47、控整流電路712.3.1 換相期間的波形分析換相期間的波形分析（2）換相過程）換相過程l因變壓器漏電感的存在，使得ia、ib均不能突變，在VT2 觸發(fā)導通時VT1 并未立刻關斷。l此時VT1與VT2同時導通，即相當于a、b兩相短路。l變壓器兩相繞組感應電勢在VT1和VT2的回路中將產生環(huán)流 ik ，其規(guī)定正方向如圖所示。l當認為負載電流平直時，可得：abdiiIadbiIi或：相控整流電路722.3.1 換相期間的波形分析換相期間的波形分析（2）換相過程）換相過程l顯然，在電流變化的過程中， ik=ib將逐漸增大，而ia=Idib =Idik將逐漸減小。l當ib增大到等于Id時，ia=0，VT

48、1關斷，換流過程結束。l換相過程持續(xù)時間所對應的電角度稱為換相重疊角，用g 表示。tdi0dIt02uaubucu30a注意注意dug不計換流重疊影響相控整流電路732.3.1 換相期間的波形分析換相期間的波形分析（3）換相重疊期間的整流輸出電壓波形換相重疊期間的整流輸出電壓波形tdi0dIt02uaubucudugaadBd+diuuLtbbdBd+diuuLtdab+Iii常數(shù)() 2 2ababdBdd iiuuuLudtabd2uuu即：l由圖可見：此時整流輸出電壓的平均值，與不計換流重疊時相比有所降低。l二者的差值稱為換相壓降，用 Ud 表示。注意注意注意注意相控整流電路742.3.

49、2 換相壓降與換流重疊角的計算換相壓降與換流重疊角的計算tdi0dIt02uaubucudug（1）換相壓降的確定）換相壓降的確定注意注意56563() ()2dbdUuu dta ga 56563() ()2kdBddiuLu dtdta ga 56563() ()2kBdiLdtdta ga 032dIBkL di32BdX I式中：XB 為變壓器歸算到二次側的漏電抗?？紤]換相壓降后的整流輸出電壓23cos1.17cos2ddodBdUUUUX IaabbdBd+diuuLtbkii相控整流電路752.3.2 換相壓降與換流重疊角的計算換相壓降與換流重疊角的計算（2）換相重疊角的計算）換相

50、重疊角的計算由：kadBdiuuLdtkbdBdiuuLdt得：2kbaBdiuuLdt即：22kbabaBBdiuuudtLL特別是若設：或：()22kbabaBBdiuuudtLX22sinauUtuba的幅值：2223326bammUUUU則uba的相位：因為uab 超前ua 30，所以uba 滯后ua 150。則有：256sin()6bauUt根據正方向規(guī)定： ik= ia= ibaUbUcUbUabUbaU相控整流電路7656tag2.3.2 換相壓降與換流重疊角的計算換相壓降與換流重疊角的計算（2）換相重疊角的計算）換相重疊角的計算kbdiiI結果得：265sin()()226kb

51、aBBdiuUtdtXX22566655sin() ()coscos()2626kBBtUUitdttXXaa特別注意到，當：即：26coscos() 2dBUIXaag則：22coscos() 6dBI XUaag時有：則：相控整流電路772.3.3 小小 結結（1）當U2 一定時，Id 越大則 角越大；其物理概念為：電流越大，其增大或減小所需的時間越長。（2）當U2 一定時，XB 越大則 角越大；其物理概念為：電感越大，時間常數(shù)越大。（3）當U2 一定時且在移相范圍之內，a 角越大則 角越?。黄湓蚴莂 越大換向壓差越大。（4）考慮換流重疊角后，整流輸出電壓有所降低，輸出電壓波形中諧波含量

52、增加，功率因數(shù)相應降低。（5）整流電路拓撲結構不同，其換流重疊角以及換相壓降的計算公式也不相同，詳見王兆安教材p61，表22。（6）換流重疊現(xiàn)象的存在，將影響到有源逆變的安全運行。22coscos() 6dBI XUaag相控整流電路78西安交通大學王兆安主編電力電子技術第四版 第61頁表表2-2 各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計算各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計算2.3.3 小小 結結電路形式電路形式單相單相全波全波單相單相全控橋全控橋三相三相半波半波三相三相全控橋全控橋m脈波脈波整流電路整流電路dU)cos(cosgaadBIX2Bd2UXIdB2IX2Bd22UXIBd32XIB

53、 d226X IUdB3IX2dB62UIXBd2mXIdB22sinI XUm相控整流電路792.4 有源逆變電路有源逆變電路2.4.1 逆變的概念及實現(xiàn)有源逆變的條件逆變的概念及實現(xiàn)有源逆變的條件2.4.2 逆變角的定義及其度量方法逆變角的定義及其度量方法2.4.3 三相橋式變流電路工作在有源逆變狀態(tài)三相橋式變流電路工作在有源逆變狀態(tài)2.4.4 逆變失敗與最小逆變角的限制逆變失敗與最小逆變角的限制相控整流電路802.4.1 逆變的概念及實現(xiàn)有源逆變的條件逆變的概念及實現(xiàn)有源逆變的條件（1）有關名詞）有關名詞l逆變：將直流電轉變成交流電的過程稱之為逆變。l有源逆變：指逆變電路的交流側與電網相

54、連。有源逆變典型應用：直流電動機變流器供電回饋制動，交流繞線轉子異步電動機串級調速，高壓直流輸電等。l無源逆變：指逆變電路的交流側不與電網聯(lián)接，而直接與用電負荷相聯(lián)接，具體內容將在第4章中討論。l對于可控整流電路，在滿足一定條件時可工作在有源逆變狀態(tài)，其電路形式未變，只是電路工作的內部及外部條件發(fā)生變化。l變流電路：既可工作在整流狀態(tài)又可工作在逆變狀態(tài)的電路，統(tǒng)稱為變流電路。相控整流電路812.4.1 逆變的概念及實現(xiàn)有源逆變的條件逆變的概念及實現(xiàn)有源逆變的條件（2）電能的傳遞）電能的傳遞（以直流發(fā)電機電動機系統(tǒng)為例）l當兩個電動勢同極性對接時，電流總是從高電位流向低電位。n 電流從高電位流出

55、一側發(fā)出能量。n 電流從高電位流入一側吸收能量。n 而回路中的電阻總是消耗能量。l當兩個電動勢順極性串接時，若回路電阻很小，則相當于電源短路，產生的大電流將引起危害。相控整流電路822.4.1 逆變的概念及實現(xiàn)有源逆變的條件逆變的概念及實現(xiàn)有源逆變的條件（3）實現(xiàn)有源逆變的條件）實現(xiàn)有源逆變的條件l以單相全控橋式整流電路代替上述直流發(fā)電機為例加以說明。l關鍵注意：因晶閘管的單向導電性，直流回路電流 Id 的方向不能改變。電動機運行狀態(tài)aat0dut0didIMdUEEM能量傳遞方向相控整流電路83aa2.4.1 逆變的概念及實現(xiàn)有源逆變的條件逆變的概念及實現(xiàn)有源逆變的條件（3）實現(xiàn)有源逆變的條

56、件）實現(xiàn)有源逆變的條件l以單相全控橋式整流電路代替上述直流發(fā)電機為例加以說明。l關鍵注意：因晶閘管的單向導電性，直流回路電流 Id的方向不能改變?；仞佒苿舆\行狀態(tài)t0dut0didIMdUEEM能量傳遞方向提問：無EM的移相范圍？注意注意E EM M 的極性的極性相控整流電路842.4.1 逆變的概念及實現(xiàn)有源逆變的條件逆變的概念及實現(xiàn)有源逆變的條件G變流器直流側必須外接一極性與整流電壓相反的直流電動勢（其極性與晶閘管導通方向一致）。 此條件可稱之為有源逆變的外部條件。A變流器直流側輸出電壓的極性與整流時相反，并且其絕對值小于已存在的外接直流電動勢。 此條件可稱之為有源逆變的內部條件。n 可見

57、，變流器由整流轉變?yōu)橛性茨孀児ぷ鳡顟B(tài)，是外因通過內因而起作用。（3）實現(xiàn)有源逆變的條件）實現(xiàn)有源逆變的條件l從上述分析中，可以歸納出變流器實現(xiàn)有源逆變的兩個條件：相控整流電路852.4.1 逆變的概念及實現(xiàn)有源逆變的條件逆變的概念及實現(xiàn)有源逆變的條件l實現(xiàn)有源逆變的外部條件十分容易滿足。l關鍵是內部條件怎樣滿足，即如何使變流器直流側的電壓極性與整流時相反且大小可調，此時直流側電壓又稱為逆變電壓。l值得強調的是n 半控橋或帶有續(xù)流二極管的整流電路，因其整流電壓ud不可能出現(xiàn)負值。n 更不允許直流側出現(xiàn)與整流電壓極性相反的外接電動勢。n 所以此類電路不能實現(xiàn)有源逆變。l換言之：要想實現(xiàn)有源逆變，變

58、流電路只能采取全控型電路且不含續(xù)流二極管。（3）實現(xiàn)有源逆變的條件）實現(xiàn)有源逆變的條件相控整流電路862.4.2 逆變角的定義及其度量方法逆變角的定義及其度量方法l為方便起見，定義： a （取值范圍為090，稱為逆變角（又稱之為超前角）。（1）逆變與整流的區(qū)別在于逆變與整流的區(qū)別在于a a 的取值范圍不同的取值范圍不同l當 0a /2 時，變流電路工作在整流狀態(tài)。l當 /2 a 時，變流電路工作在有源逆變狀態(tài)。（2）逆變角的定義及其度量方法）逆變角的定義及其度量方法l注意：a 角是從各自然換相點向右度量。l而有源逆變時 角與 a 角的度量起點與方向不同，其值是從 a （即： 0 ）為起點向左度

59、量。t0duaa相控整流電路87602.4.3 三相橋式變流電路工作在有源逆變狀態(tài)三相橋式變流電路工作在有源逆變狀態(tài)（2）不同逆變角時的輸出電壓波形不同逆變角時的輸出電壓波形（1）波形分析與整流工作狀態(tài)相似）波形分析與整流工作狀態(tài)相似02utbuaucu02Lutabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbudu1du2du（ 60 60）注意注意E EM M 的極性的極性12ddduuu相控整流電路88302.4.3 三相橋式變流電路工作在有源逆變狀態(tài)三相橋式變流電路工作在有源逆變狀態(tài)（2）不同逆變角時的輸出電壓波形不同逆變角時的輸出電壓波形（1）波形分析與整流工作

60、狀態(tài)相似）波形分析與整流工作狀態(tài)相似02utbuaucu02Lutabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbu1du2dudu（ 30 30）注意注意E EM M 的極性的極性12ddduuu相控整流電路892.4.3 三相橋式變流電路工作在有源逆變狀態(tài)三相橋式變流電路工作在有源逆變狀態(tài)（4）有源逆變狀態(tài)時的相關計算）有源逆變狀態(tài)時的相關計算222.34cos1.35cosdLUUUl輸出直流電壓的平均值l輸出直流電流的平均值dMdUEIRl每只晶閘管導通2/3，流過晶閘管的電流有效值為ddVTIII577. 03l在三相橋式電路中，變壓器二次側線電流的有效值為ddVTIIII816.0