第三章：相控整流

1、相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-1相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-2 要求：理解和掌握單相橋式、三相半波、三相要求：理解和掌握單相橋式、三相半波、三相橋式等整流電路的電路結構、工作原理橋式等整流電路的電路結構、工作原理/波形波形分析和電量計算。分析和電量計算。 重點：波形分析和基本電量計算的方法。重點：波形分析和基本電量計算的方法。 難點：不同負載對工況的影響、整流器交流側(cè)難點：不同負載對工況的影響、整流器交流側(cè)電抗對整流電路的影響電抗對整流電路的影響相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-33.23.2 單相橋式全控整流電路單相

2、橋式全控整流電路3.33.3 單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路3.43.4 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路3.53.5 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路3.63.6 三相橋式半控整流電路三相橋式半控整流電路3.73.7 整流器交流側(cè)電抗對換流整流器交流側(cè)電抗對換流(相相)的影響的影響相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-4一、整流電路的分類一、整流電路的分類1、按組成電路的器件分類、按組成電路的器件分類不可控整流電路：不可控整流電路： 電路完全由不可控器件組成。電路完全由不可控器件組成。 整流輸出電壓（平均值）大小和極性不可變。整流輸出電壓（平均值）

3、大小和極性不可變。半控整流電路：半控整流電路： 電路由不可控器件和可控器件組電路由不可控器件和可控器件組成。成。 整流輸出電壓（平均值）大小可調(diào)、極性不能改變。整流輸出電壓（平均值）大小可調(diào)、極性不能改變。全控整流電路：全控整流電路： 電路完全由可控器件組成。電路完全由可控器件組成。 整流輸出電壓（平均值）大小和極性都可變整流輸出電壓（平均值）大小和極性都可變。整流電路：整流電路：出現(xiàn)最早的電力電子電路，將交流電變?yōu)橹绷鞒霈F(xiàn)最早的電力電子電路，將交流電變?yōu)橹绷麟?。電。相控整?021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-52、按電路結構分類、按電路結構分類橋式電路（又稱全波電路或雙拍電路）橋

4、式電路（又稱全波電路或雙拍電路）零式電路（又稱半波電路或單拍電路）零式電路（又稱半波電路或單拍電路）3、按交流輸入相數(shù)分類、按交流輸入相數(shù)分類單相電路單相電路多相電路多相電路 4、按控制方式分類、按控制方式分類相控式電路相控式電路斬控式電路斬控式電路相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-6二二、可控整流電路的組成、可控整流電路的組成主電路主電路交流電源：工頻電網(wǎng)或整流變壓器交流電源：工頻電網(wǎng)或整流變壓器濾波器：為保證電流連續(xù)濾波器：為保證電流連續(xù)負載：阻性負載、阻感負載、反電勢負載等負載：阻性負載、阻感負載、反電勢負載等控制電路：模擬控制、數(shù)字控制控制電路：模擬控制、數(shù)字控制

5、相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-7三、對整流電路的基本技術要求三、對整流電路的基本技術要求1、輸出電壓的可調(diào)范圍要大，脈動要小；、輸出電壓的可調(diào)范圍要大，脈動要小；2、交流電源功率因數(shù)要高，諧波電流要小、交流電源功率因數(shù)要高，諧波電流要小 ；3、器件導電時間要盡可能長，承受正反向電壓要低；、器件導電時間要盡可能長，承受正反向電壓要低；4、變壓器利用率要高，盡量防止直流磁化、變壓器利用率要高，盡量防止直流磁化 。四、按理想條件來研究整流電路四、按理想條件來研究整流電路理想電力電子器件：正向?qū)〞r阻抗為零，斷態(tài)時理想電力電子器件：正向?qū)〞r阻抗為零，斷態(tài)時阻抗為無窮大；阻抗

6、為無窮大；理想電源：整流電路的交流輸入電壓為對稱、無畸理想電源：整流電路的交流輸入電壓為對稱、無畸變的正弦波。變的正弦波。 相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-81、分析方法、分析方法要點要點（1）根據(jù)）根據(jù)SCR的導通的導通/關斷條件，確定其導通時刻、關斷關斷條件，確定其導通時刻、關斷時刻，繪出整流輸出電壓和電流波形，由此可進一步繪時刻，繪出整流輸出電壓和電流波形，由此可進一步繪出有關器件上的電壓和電流波形；出有關器件上的電壓和電流波形；（2）應用電工基礎中的平均值、有效值概念，推導出上述）應用電工基礎中的平均值、有效值概念，推導出上述波形隨控制角波形隨控制角 變化的數(shù)學

7、表達式。變化的數(shù)學表達式。相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-92、數(shù)學基礎、數(shù)學基礎（1）平均值和有效值計算）平均值和有效值計算設設f(t)為電壓或電流實時表達式，則為電壓或電流實時表達式，則f(t)在在、期期間的平均值和有效值分別為：間的平均值和有效值分別為：tdtftdtf)(1)(12有效值平均值（2）功率因數(shù)計算）功率因數(shù)計算其中：其中：P負載功率（電源輸出的負載功率（電源輸出的有功功率）。有功功率）。S電源（變壓器）的視在電源（變壓器）的視在功率。功率。SP相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-10單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路控制角

8、控制角 ：從晶閘管開始承受從晶閘管開始承受正向電壓到被觸發(fā)導通這一角正向電壓到被觸發(fā)導通這一角度。度。導通角導通角 ：晶閘管在一個周期晶閘管在一個周期內(nèi)導通的電角度。內(nèi)導通的電角度。移相：移相：改變控制角改變控制角 的大小，的大小，即改變觸發(fā)脈沖的出現(xiàn)時刻即改變觸發(fā)脈沖的出現(xiàn)時刻（相位）。（相位）。移相控制：移相控制：通過控制觸發(fā)脈沖通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓大的相位來控制直流輸出電壓大小的控制方式。小的控制方式。移相范圍：移相范圍：控制角控制角 的允許調(diào)的允許調(diào)節(jié)范圍。節(jié)范圍。同步：同步：觸發(fā)脈沖信號和晶閘管觸發(fā)脈沖信號和晶閘管電壓（即電源電壓）在頻率和電壓（即電源電壓）在頻率

9、和相位上的協(xié)調(diào)配合關系。相位上的協(xié)調(diào)配合關系。換相（換流換相（換流 ）：）：電流從含有變電流從含有變流元件的一個支路轉(zhuǎn)移到另一流元件的一個支路轉(zhuǎn)移到另一個支路的過程個支路的過程 。自然換相點：自然換相點：當電路中的可控當電路中的可控元件全部由不可控元件代替時，元件全部由不可控元件代替時，各元件的導電轉(zhuǎn)換點。各元件的導電轉(zhuǎn)換點。僅在交流正半周輸出電壓，僅在交流正半周輸出電壓，所以叫所以叫半波整流半波整流單相輸入，所以叫單相輸入，所以叫單相整流。單相整流。輸出電壓可通過調(diào)節(jié)輸出電壓可通過調(diào)節(jié) 進行進行控控制，所以叫制，所以叫可控整流?？煽卣?。單相單相半波半波可控可控整流整流相控整流2021-11

10、-3 北京交通大學電氣工程學院3-11 控制角控制角 從晶閘管開始承受正向電壓到被觸發(fā)導通這段從晶閘管開始承受正向電壓到被觸發(fā)導通這段時間所對應的電角度。時間所對應的電角度。 導通角導通角 晶閘管在一個周期內(nèi)導通的電角度。晶閘管在一個周期內(nèi)導通的電角度。 移相移相改變控制角改變控制角 的大小，即改變觸發(fā)脈沖的大小，即改變觸發(fā)脈沖Ug的出現(xiàn)的出現(xiàn)時刻（相位）。時刻（相位）。 移相控制移相控制通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓大小的控制方式。大小的控制方式。相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-12 移相范圍移相范圍控制角控制角 的允

11、許調(diào)節(jié)范圍的允許調(diào)節(jié)范圍。 同步同步觸發(fā)脈沖信號和晶閘管陽極電壓（即電源電壓）在觸發(fā)脈沖信號和晶閘管陽極電壓（即電源電壓）在頻率頻率和和相位相位上的協(xié)調(diào)配合關系。上的協(xié)調(diào)配合關系。 換相（換流換相（換流 ）電流從含有變流元件的一個支路轉(zhuǎn)移到另一個支路電流從含有變流元件的一個支路轉(zhuǎn)移到另一個支路的過程的過程 。 自然換相點自然換相點當電路中的可控元件全部由不可控元件代替時，各當電路中的可控元件全部由不可控元件代替時，各元件的元件的導電轉(zhuǎn)換點導電轉(zhuǎn)換點。相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-13單相半波可控整流電路，電阻性負載。交流電源單相半波可控整流電路，電阻性負載。交流電源2

12、20伏，伏，要求輸出直流平均電壓要求輸出直流平均電壓50伏，輸出直流平均電流伏，輸出直流平均電流20安。安。計算（計算（1）晶閘管的控制角）晶閘管的控制角 ，（，（2）電流有效值，（）電流有效值，（3）負載的功率因數(shù)，（負載的功率因數(shù)，（4）選擇晶閘管。）選擇晶閘管。 解：（解：（1）控制角）控制角 2cos145. 0ttdsinU22122UUd0122045. 0502145. 02cos2UUd90相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-14解：（解：（2）電流有效值）電流有效值 )(4 .445 . 2sin220221sin221222222AtdttdRtUI5

13、. 22050ddIUR（3 3）功率因數(shù)）功率因數(shù) 505. 02205 . 24 .442222UIRISP（4 4）晶閘管定額）晶閘管定額 安564257. 14 .44)25 . 1 (57. 1)25 . 1 (2IITAVU UT T=(2=(23)3)1.414 220=620930V 可選可選KP50-7KP50-7型元件，電壓等級型元件，電壓等級7 7，即額定電壓，即額定電壓700700伏、伏、額定通態(tài)平均電流額定通態(tài)平均電流5050安的器件。安的器件。 相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-15一、電阻一、電阻負載負載（R負載）負載）（1 1）T T1 1

14、和和T T4 4組成一對橋臂，在組成一對橋臂，在u u2 2正半周承受電壓正半周承受電壓u u2 2，得到觸發(fā)脈，得到觸發(fā)脈沖即導通，當沖即導通，當u u2 2過零時關斷。過零時關斷。（2 2）T T2 2和和T T3 3組成另一對橋臂，在組成另一對橋臂，在u u2 2負半周承受電壓負半周承受電壓- -u u2 2，得到觸發(fā)，得到觸發(fā)脈沖即導通，當脈沖即導通，當u u2 2過零時關斷。過零時關斷。移相范圍移相范圍 0 180相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-161、輸出平均電壓、輸出平均電壓 Ud移相范圍移相范圍 0 1802、輸出平均電流、輸出平均電流 Id3、SCR平

15、均電流平均電流 IdT = Id / 22cos19 . 02cos122)( dsin21222dUUttUU2cos19 . 02RURUIdd相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-174、負載電壓有效值、負載電壓有效值 U5、變壓器副邊繞組電流有效值、變壓器副邊繞組電流有效值 I26、流過晶閘管的電流有效值、流過晶閘管的電流有效值7、功率因數(shù)、功率因數(shù) 2sin2-UtdsinU21U222）（t2sin2-RURUII2222sin-UUIUUISP2222/II2T相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-188、SCR承受的最大正向電壓為：承受的最大

16、正向電壓為： 9、SCR承受的最大反向電壓承受的最大反向電壓 為：為：2U22U22相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-19 為便于討論，假設（為便于討論，假設（1 1）電）電路已工作于穩(wěn)態(tài)，路已工作于穩(wěn)態(tài)，i id d的平均的平均值不變；（值不變；（2 2）負載電感很）負載電感很大，負載電流大，負載電流i id d連續(xù)且波形連續(xù)且波形近似為一水平線。近似為一水平線。u u2 2過零變負時，由于電感的過零變負時，由于電感的作用晶閘管作用晶閘管T T1 1和和T T4 4中仍流過電中仍流過電流流i id d，并不關斷。，并不關斷。至至tt= =+ +a a 時刻，給時刻，給T

17、 T2 2和和T T3 3加加觸發(fā)脈沖，因觸發(fā)脈沖，因T T2 2和和T T3 3本已承受本已承受正電壓，故兩管導通。正電壓，故兩管導通。T T2 2和和T T3 3導通后，導通后，u u2 2通過通過T T2 2和和T T3 3分別向分別向T T1 1和和T T4 4施加反壓使施加反壓使T T1 1和和T T4 4關斷，流過關斷，流過T T1 1和和T T4 4的電流迅的電流迅速轉(zhuǎn)移到速轉(zhuǎn)移到T T2 2和和T T3 3上，此過程稱上，此過程稱換相換相，亦稱，亦稱換流換流。移相范圍移相范圍 0 90相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-201、輸出平均電壓、輸出平均電壓 U

18、d移相范圍移相范圍 0 902、輸出平均電流、輸出平均電流 Idcos U0.9tdsinU21U22dtcos RU 0.9RUI2dd相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-213、流過晶閘管的平均電流、流過晶閘管的平均電流 IdT = Id / 24、流過晶閘管的電流有效值、流過晶閘管的電流有效值 5、變壓器副邊繞組電流有效值、變壓器副邊繞組電流有效值 6 6、功率因數(shù)功率因數(shù) 7 7、 SCR承受的最大正、反向電壓為：承受的最大正、反向電壓為： 9cos. 0UUIUIUIURISP2d22dd2222/II2TdT2II 2I2U2相控整流2021-11-3 北京交通

19、大學電氣工程學院3-221、負載電流斷續(xù)時整流電、負載電流斷續(xù)時整流電壓、電流波形壓、電流波形 電流斷續(xù)時電流斷續(xù)時 、 、 的關系：的關系：v 越大，越大， 越小越小v 越大，越大， 越大越大負載阻抗角負載阻抗角 =arctan L/R 電流斷續(xù)電流斷續(xù)電流連電流連續(xù)續(xù)相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-23習題習題3-2 可控整流電路可控整流電路 純電阻負載時，負載電阻上的平均電壓和平均電流的純電阻負載時，負載電阻上的平均電壓和平均電流的乘積是否等于負載功率？乘積是否等于負載功率？ 大電感負載，當電流基本平直時，在負載電阻上的平大電感負載，當電流基本平直時，在負載電阻上

20、的平均電壓和平均電流的乘積是否等于負載功率？為什么？均電壓和平均電流的乘積是否等于負載功率？為什么？。內(nèi)的積分為零）所以電流的乘積在一個周期因為不同頻率的電壓和零。，而交流功率分量等于存在直流功率分量是恒定的直流，所以只因為）相等。（所以：即總有功功率，率功外，交流分量也會產(chǎn)生除了直流分量產(chǎn)生功率是非直流電流和電壓，用在負載上的電流有效值）。由于作（電壓有效值因為負載功率）不等。答：（dddddPPPiPPPPPPPIUP(2)IU(.,PPP.,1dd21d321相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-24電流連電流連續(xù)續(xù)電流斷續(xù)電流斷續(xù)在在| |u u2 2|E E時，才有

21、晶閘管承時，才有晶閘管承受正電壓，有導通的可能。受正電壓，有導通的可能。導通之后，導通之后， u ud d= =u u2 2，直至，直至| |u u2 2|=|=E E，i id d即降至即降至0 0使得晶使得晶閘管關斷，此后閘管關斷，此后u ud d= =E E 。 與電阻負載時相比，晶閘與電阻負載時相比，晶閘管提前了電角度管提前了電角度停止導電，停止導電，稱為停止導電角。稱為停止導電角。212sinUE在在 角相同時，整流輸出角相同時，整流輸出電壓比電阻負載時大。電壓比電阻負載時大。當 時，SCR從 時刻開始導通；時刻開始導通；當 時時tE)dsinU2(1EU-2dt 30的工作情況的工

22、作情況電壓電流波形斷續(xù)電壓電流波形斷續(xù)各晶閘管導電時間各晶閘管導電時間=1500- ，小于，小于1200 相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-46cos U1.17tdsinU2321U26562dt輸出電壓平均值輸出電壓平均值6cos1 U0.675 tdsinU232 1U262dt相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-473、負載電流平均值、負載電流平均值：Id=Ud/R4、晶閘管承受的最大反向電壓，為變壓器二次晶閘管承受的最大反向電壓，為變壓器二次線電壓峰值，即線電壓峰值，即5、晶閘管承受的最大正向電壓等于變壓器二次晶閘管承受的最大正向電壓等于變壓

23、器二次相電壓的峰值，即相電壓的峰值，即 6、移相范圍、移相范圍： =0 150222RM45.2632UUUU22UUFM相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-48假定電感很大，假定電感很大，id平直。平直。Ud波形與波形與R 負載相同負載相同u u2 2過零時，過零時，T T1 1不關斷，直到不關斷，直到T T2 2的脈沖的脈沖到來，才換流，由到來，才換流，由T T2 2導通向負載供電，導通向負載供電，同時向同時向T T1 1施加反壓使其關斷施加反壓使其關斷u ud d波波形中出現(xiàn)負的部分。形中出現(xiàn)負的部分。i id d波形有一定的脈動，但波形有一定的脈動，但為簡化分析及定

24、量計算，為簡化分析及定量計算，可將可將i id d近似為一條水平線。近似為一條水平線。每相晶閘管各導電每相晶閘管各導電1200 移相范圍移相范圍 0 90相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-491、整流電壓、整流電壓 Ud2、整流電流、整流電流 Id3、變壓器副邊電流、變壓器副邊電流有效值有效值I2 ，SCR的電流有的電流有效值效值 ITcos U1.17U2dRUIddddT2I577.03III相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-502 = 3U2I2 = d1 = 3U1I1 = 3U2I1 = d (假設假設W1=W2） d2d2d1I473.0

25、34I3132I3221Id21P35.12SSS三相半波的主要缺點在于其三相半波的主要缺點在于其變壓器副邊電流中含有直流變壓器副邊電流中含有直流分量，為此其應用較少！分量，為此其應用較少！相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-517、晶閘管最大正、反向電壓峰值均為變壓器二晶閘管最大正、反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值次線電壓峰值8、移相范圍、移相范圍： =0 902RMFM45. 2UUU相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-5203060901201500.40.81.21.17321/( )Ud/U2三相半波可控整流電路Ud/U2隨a變化的關系1電

26、阻負載 2大電感負載 3小電感負載如果負載中的電如果負載中的電感量不是很大，感量不是很大，則當則當 3030 后，后，相對大電感負載相對大電感負載u ud d中負的部分減中負的部分減少，少， U Ud d略為增加，略為增加，U Ud d/ /U U2 2與與 的關系的關系將介于曲線將介于曲線1 1和和2 2之間。之間。相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-53 優(yōu)點：優(yōu)點：接線和控制簡單接線和控制簡單 。 缺點缺點變壓器副邊電流中含有直流分量，容易變壓器副邊電流中含有直流分量，容易出現(xiàn)直流磁化現(xiàn)象，引起附加損耗出現(xiàn)直流磁化現(xiàn)象，引起附加損耗 ；變壓器利用率低（每相繞阻的最長導

27、電變壓器利用率低（每相繞阻的最長導電時間只有三分之一周期）；時間只有三分之一周期）；零線上通過較大的負載電流。零線上通過較大的負載電流。 應用場合：應用場合：中等偏小功率的設備上。中等偏小功率的設備上。 相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-54 結構：共陰極三相半波結構：共陰極三相半波+共陽極三相半波共陽極三相半波共陰極組陰極連接在一起的3個晶閘管（T1，T3，T5）共陽極組陽極連接在一起的3個晶閘管(T4，T6，T2)導通順序：T6 、T1 T1 、T2 T2 、T3 T3 、T4 T4 、T5 T5 、T6相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-55假定

28、電感很大，假定電感很大，id平直。平直。移相范圍移相范圍 0 90相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-56相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-57相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-581 1、一周期內(nèi)一周期內(nèi)ud脈動脈動6次，每次脈動的波形都一樣，故該電次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為路為6脈波整流電路。脈波整流電路。相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-592、需要兩個管同時導通才能形成、需要兩個管同時導通才能形成供電回路供電回路，共陰極組和，共陰極組和共陽極組各一個，且不能為同一相器件。電流連續(xù)時每共陽極組

29、各一個，且不能為同一相器件。電流連續(xù)時每個器件導通個器件導通 120120 。3、變壓器副邊、變壓器副邊流過正負電流，無直流磁化；流過正負電流，無直流磁化；電流連續(xù)時電流連續(xù)時變壓器副邊各相繞組每個周期工作變壓器副邊各相繞組每個周期工作240240 ，利用率高。，利用率高。相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-604、對觸發(fā)脈沖的要求：對觸發(fā)脈沖的要求：（1 1）按）按T T1 1-T-T2 2-T-T3 3-T-T4 4-T-T5 5-T-T6 6的順序觸發(fā)，相位依次差的順序觸發(fā)，相位依次差6060 。（2 2）共陰極組共陰極組T T1 1、T T3 3、T T5 5的脈沖

30、依次差的脈沖依次差120120 ，共陽極組，共陽極組 T T4 4、T T6 6、T T2 2也依次相差也依次相差120120 。（3 3）同一相的上下兩個橋臂，即同一相的上下兩個橋臂，即T T1 1與與T T4 4，T T3 3與與T T6 6，T T5 5與與 T T2 2，脈沖相差，脈沖相差180180 。相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-615、為確保電路正常工作，要求、為確保電路正常工作，要求同時導通的同時導通的2 2個晶閘管均個晶閘管均有脈沖，否則有脈沖，否則在電路合閘起動過程中或電流斷續(xù)時，在電路合閘起動過程中或電流斷續(xù)時，電路將不能正常工作。電路將不能正常

31、工作。可采用兩種方法使可采用兩種方法使2個晶閘管均有脈沖：個晶閘管均有脈沖： （1）寬脈沖觸發(fā)）寬脈沖觸發(fā) （2）雙窄脈沖觸發(fā)（常用）雙窄脈沖觸發(fā)（常用）相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-62可采用兩種方法使可采用兩種方法使2 2個晶閘管均有脈沖個晶閘管均有脈沖： （1）寬脈沖觸發(fā)）寬脈沖觸發(fā) （2）雙窄脈沖觸發(fā)（常用）雙窄脈沖觸發(fā)（常用）圖（圖（a）變壓器副邊）變壓器副邊 三相電壓波形三相電壓波形圖（圖（b）寬脈沖觸發(fā)）寬脈沖觸發(fā) （脈寬（脈寬 60 )圖（圖（c）雙窄脈沖觸發(fā)）雙窄脈沖觸發(fā)相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-631、整流電壓、整流電

32、壓 Ud2、變壓器副邊電流、變壓器副邊電流 有效值有效值I2cosU35. 1cos U34. 2 tdsinU231U223232dtd2I32I相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-643、SCR電流電流 有效值有效值ITdTI31I相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-65（一）工作原理（一）工作原理/波形波形分析分析（a） = 60 （b） 60 120移相范圍移相范圍 0 120相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-661、整流電壓、整流電壓 Ud0 60 60 120 cosU35. 1cos U34. 2U22d3cos1 U

33、4 3 . 2tdsinU226U232dt相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-67 三相橋式全控整流電路接三相橋式全控整流電路接反電勢阻感負載反電勢阻感負載時，時，在負載電感足夠大足以使負載電流連續(xù)的情況在負載電感足夠大足以使負載電流連續(xù)的情況下，下，電路工作情況與電感性負載時相似電路工作情況與電感性負載時相似，電路，電路中各處電壓、電流波形均相同，中各處電壓、電流波形均相同，僅在計算僅在計算I Id d時時有所不同有所不同，接反電勢阻感負載時的，接反電勢阻感負載時的I Id d為：為：REUIdd式中式中R R 和和E E 分別為負載中的電阻值和反電動勢的分別為負載中的

34、電阻值和反電動勢的值。值。相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-68 優(yōu)點：優(yōu)點：六脈波電路，輸出電壓脈動更??；六脈波電路，輸出電壓脈動更??；變壓器繞組無直流磁勢；變壓器繞組無直流磁勢；變壓器繞組在正負半周都工作，效率高。變壓器繞組在正負半周都工作，效率高。四、三相橋式全控整流電路的優(yōu)點四、三相橋式全控整流電路的優(yōu)點相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-69圖例圖例3-3 3-3 的三相橋式整流電路，三相電壓對稱，的三相橋式整流電路，三相電壓對稱， 設濾波設濾波電抗非常大，輸出電流連續(xù)，若快速熔斷器電抗非常大，輸出電流連續(xù)，若快速熔斷器F1F1熔斷，試熔斷，

35、試繪出輸出電壓繪出輸出電壓u ud d的波形，并寫出電流的波形，并寫出電流I Id d的計算式，交流的計算式，交流電源的內(nèi)阻抗不計。電源的內(nèi)阻抗不計。 相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-70解：解：（1）故障條件下輸出波形如圖例）故障條件下輸出波形如圖例3-3（b）所示。）所示。 （2）設整流器交流側(cè)相電壓為）設整流器交流側(cè)相電壓為U2，將故障下輸出波形和，將故障下輸出波形和三相橋式整流電路在正常運行情況下三相橋式整流電路在正常運行情況下和和時的輸時的輸出波形相比較可知，輸出由四個出波形相比較可知，輸出由四個時的波頭和兩個時的波頭和兩個時的波頭組成，因此計算可以簡化為：時

36、的波頭組成，因此計算可以簡化為：22294. 16260cos34. 26434. 2UUUUd2294. 194. 1URRURUIdd相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-71由一個三相半由一個三相半波不控整流電波不控整流電路與一個三相路與一個三相半波可控整流半波可控整流電路串聯(lián)而成電路串聯(lián)而成移相范圍移相范圍 0 180相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-72（一）波形分析（一）波形分析相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-73（二）電量計算（二）電量計算1、整流電壓、整流電壓 Ud輸出電壓為輸出電壓為不可控三相半波不可控三相半波電

37、路輸出電壓電路輸出電壓與與可控的三相半波可控的三相半波電路輸出電壓電路輸出電壓之和之和！2、移相范圍移相范圍 0 1802cos1U34. 2)cos(1 U17. 1U22d相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-74（一）波形分析（一）波形分析相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-75（二）電量計算（二）電量計算1、整流電壓、整流電壓 Udv同電阻性負載同電阻性負載v輸出電壓為不可控半波電路輸出電壓與可控輸出電壓為不可控半波電路輸出電壓與可控的三相半波電路輸出電壓之和的三相半波電路輸出電壓之和2cos1U34. 2)cos(1 U17. 1U22d相控整流

38、2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-762、SCR電流的有效值電流的有效值 IT、整流管電流有效值、整流管電流有效值 IDddDTI577.0I 31IIddDdTI 31II3、 SCR電流的平均值電流的平均值 IdD 、整流管電流平均值、整流管電流平均值 IdT相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-774、變壓器副邊繞組電流有效值、變壓器副邊繞組電流有效值 I2 60 dd2I816.0I 32Id2I I60 180 相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-78 當處于關斷狀態(tài)晶閘管當處于關斷狀態(tài)晶閘管的觸發(fā)脈沖突然丟失或的觸發(fā)脈沖突然丟失或

39、控制角控制角 突然增大到突然增大到 180 時，處于導通狀態(tài)時，處于導通狀態(tài)的晶閘管將不能正常關的晶閘管將不能正常關斷、失去控制作用斷、失去控制作用失控現(xiàn)象。失控現(xiàn)象。 避免方法：避免方法：加續(xù)流二極管加續(xù)流二極管相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-79圖例圖例3-4 的三相半控橋式整的三相半控橋式整流電路，已知三相電源對流電路，已知三相電源對稱，濾波電感稱，濾波電感 Ld 充分大，充分大，負載電流負載電流i id近似平直。近似平直。UA B=380V，R=2 ，UC=40V， =90 ，試完成，試完成下列要求：下列要求：（1） 繪出負載電壓繪出負載電壓ud、交、交流側(cè)電流

40、流側(cè)電流i iA的波形；的波形； （2）求負載電壓平均值）求負載電壓平均值Ud、負載電流平均值負載電流平均值Id；（3）求電源側(cè)的功率因數(shù)。）求電源側(cè)的功率因數(shù)。相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-80解：（解：（1）反電勢阻感負載在負載電感足夠大足以使負載電流連續(xù)的情反電勢阻感負載在負載電感足夠大足以使負載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與大電感負載時相似況下，電路工作情況與大電感負載時相似，負載電壓，負載電壓ud、交流側(cè)電、交流側(cè)電流流i iA的波形如圖例的波形如圖例3-4（b）所示。）所示。 （3 3） )(4 .25717. 1)cos1 (17. 122VUUUd)

41、(7 .1082404 .257ARUUICdd（2） )(85.767 .1082118090AIIdA)(6 .5072185.7638033VAIUSAAB)(4 .279797 .1084 .257WIUPPddd55. 06 .507214 .27979SP相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-81 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，該漏感可用一個集中的電感可用一個集中的電感LB表示。表示。 假設大電感負載，負載電流連續(xù)且平直。假設大電感負載，負載電流連續(xù)且平直。一、一、換相過程分析換相過程分析（以三相半波為例

42、）（以三相半波為例）RabcTLudicibiaLBLBLBikVT1VT2VT3udidtOtOiciaibiciaIduaubuc1 1、T T1 1換相至換相至T T2 2的過程：的過程：因因a a、b b兩相均有漏感兩相均有漏感, , 故故i ia a、i ib b均不能突變。均不能突變。當當i ik k增大到等于增大到等于i id d時，時， i ia a=0=0，T T1 1關斷關斷, ,換流結束。換流結束。T T1 1和和T T2 2同時導通，相當于將同時導通，相當于將a a、b b兩相短路，在兩相組成的回兩相短路，在兩相組成的回路中產(chǎn)生環(huán)流路中產(chǎn)生環(huán)流i ik k， i ib

43、b= =i ik k 是逐是逐漸增大的，而漸增大的，而i ia a= =I Id d- -i ik k是逐漸是逐漸減小的。減小的。考慮變壓器漏感時的三相半波可控整流電路及波形換相重疊角換相重疊角 ：換相過換相過程所需的時程所需的時間間T T1 1換相至換相至T T2 2的過程的過程相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-822、相關概念（術語）、相關概念（術語）換相過程：一相晶閘管電流從換相過程：一相晶閘管電流從id 0 ，另一，另一相晶閘管電流從相晶閘管電流從0 id的過程。的過程。換相重疊角換相重疊角 ：換相過程所對應的相角。：換相過程所對應的相角。換相電壓：換相過程中兩相

44、間電位差瞬時值換相電壓：換相過程中兩相間電位差瞬時值 uba = ub - ua3、換相電壓的作用：、換相電壓的作用：強制導通元件中的電流下降為零；強制導通元件中的電流下降為零；保證退出導通的元件恢復阻斷能力。保證退出導通的元件恢復阻斷能力。相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-834、換相重迭對輸出電壓波形的影響、換相重迭對輸出電壓波形的影響換相過程中，整流電壓的瞬時值換相過程中，整流電壓的瞬時值影響：與影響：與 = 0時相比，時相比，產(chǎn)生了產(chǎn)生了換相壓換相壓降降 Ud，使使Ud減小。減小。dtdiLuuuKBbaab22abKBuudtdiL2abKBbduudtdiLu

45、udddUUUcos0RabcTLudicibiaLBLBLBikVT1VT2VT3udidtOtOiciaibiciaIduaubuc相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-84 對于對于單相全控橋單相全控橋，環(huán)流，環(huán)流i ik是從是從0變?yōu)樽優(yōu)?Id，所以必須，所以必須用用 2Id 代替代替 Id 式中符號定義見下頁式中符號定義見下頁 整流輸出電壓的平均值整流輸出電壓的平均值tduumtduumabdb)2(2)(2dIKBKBdixmtdtddiLm022dBImx2dUdddUUUcos0RabcTLudicibiaLBLBLBikVT1VT2VT3udidtOtOic

46、iaibiciaIduaubuc相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-85 符號定義符號定義:m 輸出電壓在一個周期的波頭數(shù)。輸出電壓在一個周期的波頭數(shù)。xB 整流電路交流側(cè)每相電抗值（主要是變壓器漏整流電路交流側(cè)每相電抗值（主要是變壓器漏抗）抗）U2 變壓器二次繞組額定相電壓變壓器二次繞組額定相電壓I2 變壓器二次繞組額定相電流（星接）變壓器二次繞組額定相電流（星接）uK% 變壓器的短路電壓比變壓器的短路電壓比100oo22KBuIUx相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-86 輸出電壓的平均值輸出電壓的平均值 Ud 整流電路的輸出特性整流電路的輸出特性如

47、右圖所示如右圖所示dddUUUcos0dcdIRUcos0)2(BcmxR相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-87) tcoscos(LmsinU2iIi0itttdsinmsinU2L1ditsinmsinU22uu)mt(cosU2u)mt(cosU2uB2kdkk2Bk2ab2b2a解得：；換流結速時，時，因為當相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-88 m 輸出電壓在一個周期內(nèi)的波頭數(shù)。輸出電壓在一個周期內(nèi)的波頭數(shù)。 對于單相全控橋，對于單相全控橋，環(huán)流環(huán)流i ik是從是從0變?yōu)樽優(yōu)?Id，所以，所以必須用必須用 2Id 代替代替 Id 對于三相全

48、控橋，對于三相全控橋，它相當于相電壓為它相當于相電壓為 的的6脈波整脈波整流電路，所以流電路，所以必須用必須用 線電壓（即線電壓（即 ）代替）代替coscossin220BIKdxmUdiIdmUIxdBsin2coscos22U32U2U3相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-89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電路形式單相全波單相全控橋三相半波三相全控橋m脈波整流電路 dUdBIXdB2IXdB23IXdB3IXdB2ImX)cos(cos2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIsin22Bd注：注

49、：單相全控橋電路中，環(huán)流單相全控橋電路中，環(huán)流i ik是從是從0變?yōu)樽優(yōu)?Id。 三相橋等效為相電壓等于三相橋等效為相電壓等于 的的6脈波整流電路，脈波整流電路，故其故其m=6，相電壓按，相電壓按 代入。代入。2U32U3相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-901)1) 出現(xiàn)換相重疊角出現(xiàn)換相重疊角 ，整流輸出電壓平均值，整流輸出電壓平均值U Ud d降低；降低；2)2) 使整流電路的功率因數(shù)降低；使整流電路的功率因數(shù)降低；3)3) 換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，使電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變；換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，使電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變；4)4) 晶閘管的晶閘管的d di/i/d dt t

50、減小，有利于晶閘管的安全開通，減小，有利于晶閘管的安全開通， 有時人為串入進線電抗器以抑制晶閘管的有時人為串入進線電抗器以抑制晶閘管的d di/i/d dt t。RabcTLudicibiaLBLBLBikVT1VT2VT3udidtOtOiciaibiciaIduaubuc相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-91圖例圖例3-5 的單相橋式整流電路，已知電源電壓的單相橋式整流電路，已知電源電壓U2=220V，交流側(cè)電抗，交流側(cè)電抗為為XB，假設濾波電抗，假設濾波電抗Xd非常大，以至于輸出電流非常大，以至于輸出電流i id連續(xù)而平直。連續(xù)而平直。當當i id=Id時，重疊角時

51、，重疊角1=300，如改變負載電阻，如改變負載電阻R，使，使i id=2Id ，試求，試求（1）計算此時的重疊角）計算此時的重疊角2 和輸出電壓平均值和輸出電壓平均值Ud；（2）繪出電流）繪出電流i iD1、i iD2和電壓和電壓ud 的波形。的波形。 相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-92解：解：（1）將）將m相半波可控整流電路計相半波可控整流電路計算重疊角的公式用于本題，可得算重疊角的公式用于本題，可得 ：mUIxdBsin2)cos(cos2取取m=2,m=2, ,且應注意到，對于單相且應注意到，對于單相橋式電路，每次換流交流側(cè)電流變橋式電路，每次換流交流側(cè)電流變化

52、量為化量為2 2倍的穩(wěn)態(tài)電流，因此，據(jù)題倍的穩(wěn)態(tài)電流，因此，據(jù)題意可列出方程組如下：意可列出方程組如下： 22212)2(2cos122cos1UIxUIxdBdB即：即：)cos1 (2cos112432)(5 .171243cos12209 . 02cos19 . 022VUUd（2 2）電流）電流i iD1、i iD2和電壓和電壓ud 的的波形示于圖例波形示于圖例3-53-5中。中。 1Di2Didu相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-93三相全控橋式整流電路接大電感負載，對于三相全控橋式整流電路接大電感負載，對于4000KVA副邊副邊Y形連接形連接的整流變壓器，其短

53、路比的整流變壓器，其短路比20%，副邊線電壓，副邊線電壓U2l=2000V ， Id=1200A， =15 ，求裝置的功率因數(shù)。，求裝置的功率因數(shù)。 解：根據(jù)題中的參數(shù)，整流變壓器副邊額定線電流為：解：根據(jù)題中的參數(shù)，整流變壓器副邊額定線電流為： )(7 .1154200031040003322AUSIlel根據(jù)短路比的定義：根據(jù)短路比的定義： )(2 . 02 . 013%2222elkeBIUUIUx由于由于XB不可忽略，就須考慮由于重疊造成的輸出平均電壓損失不可忽略，就須考慮由于重疊造成的輸出平均電壓損失)( 3 .229120022 . 062VImxUdBd)(7 .23783 .2

54、2915cos200035. 1cos0VUUUddd相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-94該系統(tǒng)輸出功率：該系統(tǒng)輸出功率： )(4 .285412007 .2378kWIUPPddd變壓器副邊實際電流與負載有關，其值為變壓器副邊實際電流與負載有關，其值為 ：)(2 .9791200816. 0322AIId忽略變壓器損耗，則輸入的視在功率為：忽略變壓器損耗，則輸入的視在功率為： ).(9 .33912 .97920003322kVAIUSl裝置的功率因數(shù)為：裝置的功率因數(shù)為： 84. 09 .33914 .2854SP相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院

55、3-95 整流電路的分析方法：整流電路的分析方法：根據(jù)電源電壓根據(jù)電源電壓 u2 和控制角和控制角 以及負載性質(zhì)，繪以及負載性質(zhì)，繪出負載電壓出負載電壓 ud 、負載電流、負載電流 i id 和整流元件的電和整流元件的電壓、電流波形，從而導出基本電量的計算公式壓、電流波形，從而導出基本電量的計算公式及數(shù)量關系。及數(shù)量關系。相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-96 基本電量計算基本電量計算輸出電壓（負載電壓）平均值輸出電壓（負載電壓）平均值 Ud、有效值、有效值U輸出電流（負載電流）平均值輸出電流（負載電流）平均值 Id、有效值、有效值ISCR電流平均值電流平均值 IdT、有

56、效值、有效值IT SCR電流定額電流定額ITAV=(1.52) IT1.57電源（變壓器副邊）電壓有效值電源（變壓器副邊）電壓有效值 U2 電流有效值電流有效值I2、視在功率視在功率S= U2 I2電阻負載功率電阻負載功率 P=I2 R 直流電源負載功率直流電源負載功率 P= Id E當負載中含有大電感時（即：當負載中含有大電感時（即：Id平直時），平直時）， I = Id ， P= Id Ud功率因數(shù)功率因數(shù)= PS本章小結本章小結相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-97)2cos1( U0.9tdsinU21U22dt移相范圍移相范圍 0 180本章小結本章小結相控整流

57、2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-98移相范圍移相范圍 0 90cos U0.9tdsinU21U22dt本章小結本章小結相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-99 時時tE)dsinU2(1EU-2dt 時時tE)dsinU2(1EU-2dt本章小結本章小結要求觸發(fā)脈要求觸發(fā)脈沖有足夠?qū)挍_有足夠?qū)挾?。度。相控整?021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-100 整流電壓整流電壓u ud d的波形和負載電流的波形和負載電流i id d的波形與電感負載電流的波形與電感負載電流連續(xù)時的波形相同，連續(xù)時的波形相同，u ud d的計算公式亦一樣。的計算公式亦一樣。

58、cos U0.9tdsinU21U22dt本章小結本章小結相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-101)2cos1( U0.9tdsinU21U22dtUd 、Id、 U： （R、L負載與負載與R負載）負載）計算公式與單相全控計算公式與單相全控橋（橋（R負載）負載）一樣。一樣。移相范圍移相范圍 0 180本章小結本章小結 不能輸出不能輸出負電壓；負電壓； 帶電感性帶電感性負載時存在負載時存在失控現(xiàn)象。失控現(xiàn)象。相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-102cos U1.17tdsinU2321U26562dt6cos1 U0.675 tdsinU232 1U2

59、62dt移相范圍移相范圍： =0 150本章小結本章小結相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-103移相范圍移相范圍： =0 90cos U1.17U2d本章小結本章小結相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-104cosU35. 1cos U34. 2 tdsinU231U223232dt移相范圍移相范圍 0 90本章小結本章小結要求觸發(fā)脈沖有足夠?qū)捯笥|發(fā)脈沖有足夠?qū)挾龋ù笥诙龋ù笥?0 ）。）?；蚧蛞箝g隔為要求間隔為60的雙窄的雙窄脈沖。脈沖。相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-1050 60 cosU35. 1cos U34. 2

60、U22d60 120 3cos1 U4 3 . 2tdsinU226U232dt移相范圍移相范圍 0 120本章小結本章小結相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-1062cos1U34. 2)cos(1 U17. 1U22dR、L負載與負載與R負載的整負載的整流電壓流電壓 Ud表達式相同表達式相同移相范圍移相范圍 0 180本章小結本章小結 不能輸出負電壓；不能輸出負電壓；帶電感性負載時存在帶電感性負載時存在失控現(xiàn)象。失控現(xiàn)象。相控整流2021-11-3 北京交通大學電氣工程學院3-1071)1) 出現(xiàn)換相重疊角出現(xiàn)換相重疊角 ，整流輸出電壓平均值，整流輸出電壓平均值U Ud