第二章整流電路2

1、2.2 三相可控整流電路交流測由三相電源供電。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，三相橋式全控整流電路應(yīng)用最廣 。2.2.1 三相半波可控整流電路1)電阻負(fù)載b)c)d)e)f)u2Riduaubuca =0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwt 圖2-12 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 電路的特點(diǎn)：1、變壓器二次側(cè)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)。2、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 。自然換相點(diǎn)：二極

2、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 =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。a=30°的波形（圖2-13） 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)。a =30°u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uac· a>30°的情況（圖2-14 ）a =60° 特點(diǎn)：負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角小于120°

3、; 。wwttwtwtu2uaubucOOOOuGudiVT1整流電壓平均值的計(jì)算· a30°時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)，有：當(dāng)a=0時(shí)，Ud最大，為 a>30°時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時(shí)有：負(fù)載電流平均值為晶閘管承受的最大反向電壓，為變壓器二次線電壓峰值，即晶閘管陽極與陰極間的最大正向電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，即2）阻感負(fù)載特點(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。a>30°時(shí)（如a=60°時(shí)的波形如圖2-16所示）。u2過零時(shí)，VT1不關(guān)斷，直到VT2的脈沖到來，才

4、換流，ud波形中出現(xiàn)負(fù)的部分。id波形有一定的脈動(dòng)，但為簡化分析及定量計(jì)算，可將id近似為一條水平線。阻感負(fù)載時(shí)的移相范圍為90°。udiauaubucibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt圖2-16 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)的波形數(shù)量關(guān)系由于負(fù)載電流連續(xù)， Ud 變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值為晶閘管的額定電流為晶閘管最大正、反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值三相半波的主要缺點(diǎn)在于其變壓器二次電流中含有直流分量，為此其應(yīng)用較少。2.2.2 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

5、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）導(dǎo)通順序：VT1VT2VT3 VT4VT5VT61）帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況當(dāng)a60°時(shí)，ud波形均連續(xù)，對于電阻負(fù)載，id波形與ud波形形狀一樣，也連續(xù) 波形圖： a =0 當(dāng)a>60°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°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°iuwwwwu2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucb

6、uabuacuaucubwt1OtOtOtOta = 0°VT1VT1a =0 （圖217 ）晶閘管及輸出整流電壓的情況如表21所示時(shí) 段IIIIIIIVVVI共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽極組中導(dǎo)通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb請參照圖217三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。（2）對觸發(fā)脈沖的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6

7、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VT2，脈沖相差180°。三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)（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。2) 阻感負(fù)載時(shí)的工作情況a60°時(shí)ud波形連續(xù)，

8、工作情況與帶電阻負(fù)載時(shí)十分相似。主要包括：各晶閘管的通斷情況、輸出整流電壓ud波形、晶閘管承受的電壓波形。a >60°時(shí)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) 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=U

9、d /R當(dāng)整流變壓器為圖2-17中所示采用星形接法，帶阻感負(fù)載時(shí)，變壓器二次側(cè)電流波形如圖2-23中所示，其有效值為：晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時(shí)一致。接反電勢阻感負(fù)載時(shí)，在負(fù)載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與電感性負(fù)載時(shí)相似，電路中各處電壓、電流波形均相同。僅在計(jì)算Id時(shí)有所不同，接反電勢阻感負(fù)載時(shí)的Id為：式中R和E分別為負(fù)載中的電阻值和反電動(dòng)勢的值。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。2.3 變壓器漏感對整流電路的影響三相半波可控整流電路及波形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

10、一個(gè)集中的電感LB表示?，F(xiàn)以三相半波為例，然后將其結(jié)論推廣。udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca圖2-18 考慮變壓器漏感時(shí)的電路波形VT1換相至VT2的過程：因a、b兩相均有漏感，故ia、ib均不能突變。于是VT1和VT2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。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。變壓器漏感對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

11、閘管的di/dt 減小，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。2.4 電容濾波的不可控整流電路在交直交變頻器、不間斷電源、開關(guān)電源等應(yīng)用場合中，大量應(yīng)用。最常用的是單相橋和三相橋兩種接法。由于電路中的電力電子器件采用整流二極管，故也稱這類電路為二極管整流電路。2.4.1電容濾波的單相不可控整流電路常用于小功率單相交流輸入的場合，如目前大量普及的微機(jī)、電視機(jī)等家電產(chǎn)品中。1） 工作原理及波形分析b)0iudqdp2pwti,uda)+RC

12、u1u2i2VD1VD3VD2VD4idiCiRuda) 電路 b) 波形圖2-19 電容濾波的單相橋式不可控整流電路及其工作波形基本工作過程：在u2正半周過零點(diǎn)至wt=0期間，因u2<ud，故二極管均不導(dǎo)通，電容C向R放電，提供負(fù)載所需電流。至wt=0之后，u2將要超過ud，使得VD1和VD4開通，ud=u2，交流電源向電容充電，同時(shí)向負(fù)載R供電。2) 主要的數(shù)量關(guān)系輸出電壓平均值2.5 整流電路的有源逆變工作狀態(tài)2.5.1 逆變的概念1) 什么是逆變？為什么要逆變？逆變（Invertion）把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，整流的逆過程。逆變電路把直流電逆變成交流電的電路。有源逆變電路交流側(cè)和電

13、網(wǎng)連結(jié)。 應(yīng)用：直流可逆調(diào)速系統(tǒng)、交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級調(diào)速以及高壓直流輸電等。無源逆變電路變流電路的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而直接接到負(fù)載，將在第5章介紹。對于可控整流電路，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。既工作在整流狀態(tài)又工作在逆變狀態(tài)，稱為變流電路。2) 直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電能的流轉(zhuǎn)a）兩電動(dòng)勢同極性EG >EM b）兩電動(dòng)勢同極性EM >EG c）兩電動(dòng)勢反極性，形成短路圖2-20 直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)之間電能的流轉(zhuǎn)（P80） 電路過程分析。兩個(gè)電動(dòng)勢同極性相接時(shí)，電流總是從電動(dòng)勢高的流向低的，回路電阻小，可在兩個(gè)電動(dòng)勢間交換很大的功率。

14、3) 逆變產(chǎn)生的條件單相全波電路代替上述發(fā)電機(jī)交流電網(wǎng)輸出電功率 電動(dòng)機(jī)輸出電功率圖2-21 單相全波電路的整流和逆變從上述分析中，可以歸納出產(chǎn)生逆變的條件有二：半控橋或有續(xù)流二極管的電路，因其整流電壓ud不能出現(xiàn)負(fù)值，也不允許直流側(cè)出現(xiàn)負(fù)極性的電動(dòng)勢，故不能實(shí)現(xiàn)有源逆變。欲實(shí)現(xiàn)有源逆變，只能采用全控電路。2.5.2三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)逆變和整流的區(qū)別：控制角 a 不同0<a < /2 時(shí)，電路工作在整流狀態(tài)。 /2< a < 時(shí)，電路工作在逆變狀態(tài)?？裳赜谜鞯霓k法來處理逆變時(shí)有關(guān)波形與參數(shù)計(jì)算等各項(xiàng)問題。把a(bǔ) > /2時(shí)的控制角用- a = 表示，

15、 稱為逆變角。逆變角和控制角a的計(jì)量方向相反，其大小自 =0的起始點(diǎn)向左方計(jì)量。三相橋式電路工作于有源逆變狀態(tài)，不同逆變角時(shí)的輸出電壓波形及晶閘管兩端電壓波形如圖2-22所示。uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udwtOwtOb =p4b =p3b =p6b =p4b =p3b =p6wt1wt3wt2圖2-22 三相橋式整流電路工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)的電壓波形有源逆變狀態(tài)時(shí)各電量的計(jì)算：當(dāng)逆變工作時(shí)，由于EM為負(fù)值，故Pd一般為負(fù)值，表示功率由直流電源輸送

16、到交流電源。2.5.3 逆變失敗與最小逆變角的限制逆變失敗（逆變顛覆）逆變時(shí)，一旦換相失敗，外接直流電源就會(huì)通過晶閘管電路短路，或使變流器的輸出平均電壓和直流電動(dòng)勢變成順向串聯(lián)，形成很大短路電流。1) 逆變失敗的原因觸發(fā)電路工作不可靠，不能適時(shí)、準(zhǔn)確地給各晶閘管分配脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時(shí)等，致使晶閘管不能正常換相。晶閘管發(fā)生故障，該斷時(shí)不斷，或該通時(shí)不通。交流電源缺相或突然消失。換相的裕量角不足，引起換相失敗。換相重疊角的影響：udOOidwtwtuaubucuaubpbgb <gagbb >giVT1iVTiVT3iVTiVT322圖2-23 交流側(cè)電抗對逆變換相過程的影響當(dāng) >時(shí)，換相結(jié)束時(shí)，晶閘管能承受反壓而關(guān)斷。如果 < 時(shí)（從圖2-47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。 2) 確定最小逆變角min的依據(jù)逆變時(shí)允許采用的最小逆變角 應(yīng)等于min=+q （2-109） 晶閘管的關(guān)斷時(shí)間tq折合的電角度 換相重疊角q安全裕量角tq大的可達(dá)200300ms，折算到電角度約4°5°。隨直流平均電流和換相電抗的增加而增大。主要針對