第2章電力電子技術(shù)王云亮第三版

1、第第2 2章章 可控整流器可控整流器與有源逆變器與有源逆變器本章主要內(nèi)容整流器的結(jié)構(gòu)形式、工作原理，分析整流器的工作波形，整流器各參數(shù)的數(shù)量關(guān)系和設(shè)計方法;整流器工作在逆變狀態(tài)時的工作原理、工作波形。變壓器漏抗對整流器的影響、整流器帶電動機負載時的機械特性、觸發(fā)電路等內(nèi)容。 2.1 引 言 整流電路：整流器是將交流電變換為固定的或可調(diào)的直流電。 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 工頻可控整流器2.2 單相整流電路2.2.1 單相半波可控整流電路1. 電阻性負載（1）工作原理在實際應用中，某些負載基本上是電阻性的，

2、如電阻加熱爐、電解和電鍍等。電阻性負載的特點是電壓與電流成正比，波形相同并且同相位，電流可以突變。首先假設(shè)以下幾點：(1) 開關(guān)元件是理想的，即開關(guān)元件導通時，通態(tài)壓降為零，關(guān)斷時電阻為無窮大；(2) 變壓器是理想的，即變壓器漏抗為零，繞組的電阻為零、勵磁電流為零。單相半波整流電路阻性負載演示帶電阻負載的工作情況變壓器T起變換電壓和隔離的作用電阻負載的特點：電壓與電流成正比，兩者波形相同 幾個概念的解釋：ud為脈動直流，波形只在u2正半周內(nèi)出現(xiàn)，故稱“半波”整流 采用了可控器件晶閘管，且交流輸入為單相，故該電路為單相半波可控整流電路 ud波形在一個電源周期中只脈動1次，故該電路為單脈波整流電路

3、 幾個重要的基本概念： 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a表示,也稱觸發(fā)角或控制角 導通角：晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為導通角，用表示 移相范圍: 是指觸發(fā)脈沖ug的移動范圍，它決定了輸出電壓的變化范圍。單相半波可控整流器電阻性負載時的移相范圍是 0180。 通過改變觸發(fā)角的大小，直流輸出電壓ud的波形發(fā)生變化，負載上的輸出電壓平均值發(fā)生變化，顯然=180時，Ud=0。由于晶閘管只在電源電壓正半波內(nèi)導通，輸出電壓ud為極性不變但瞬時值變化的脈動直流，故稱“半波”整流。（2） 基本數(shù)量關(guān)系 輸出電壓平均值 Ud與輸出電流平均值Id輸出電壓平均值

4、 Ud:=0時， Ud=0.45U2，=180時， Ud=0，所以控制角的移相范圍是0180 輸出電流平均值Id:2cos145. 02cos12dsin221222dUUttUU2cos145. 0L2dRUI 輸出電壓有效值U與輸出電流有效值I輸出電壓有效值U：輸出電流有效值I： 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器中，負載、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：22sin41d2sin22122UttUU22sin41L2LRURUI22sin41L22TRUIII 晶閘管承受的最大正反向電壓Um 由圖2-2 (f)可以看出晶閘管承受的最大正反向電

5、壓Um是相電壓峰值 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，當忽略晶閘管的壓降時，電源供給的有功功率為P=UI 式中 P變壓器二次側(cè)有功功率 S變壓器二次側(cè)視在功率2m2UU22sin41cos222IUUISP例2-1 如圖所示單相半波可控整流器，電阻性負載，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 試計算：(1) 晶閘管的控制角。(2) 輸出電流的有效值(3) 電路功率因數(shù)。(4) 晶閘管的額定電壓和額定電流。解 (1) 則=90 (2) 當 =90時，輸出電流有效值 0122045. 0502145. 02cos2dUUA

6、 44.4 22sin412RURUI505. 022020504 .44cos2222UUIUUISP5 . 22050 ddIUR(3) 晶閘管電流有效值IT 與輸出電流有效值相等，即：則 取2倍安全裕量，晶閘管的額定電流為：（5）晶閘管承受的最高電壓：考慮(23)倍安全裕量，晶閘管的額定電壓為 根據(jù)計算結(jié)果可以選取滿足要求的晶閘管。 IIT)25 . 1 (57. 1TT(AV)IIA 6 .56T(AV)IV311220222mUUV 933622311)32()32(mTNUU2 2. . 電感性負載（1）工作原理n電感性負載通常是電機的勵磁線圈和負載串聯(lián)電抗器等。n當流過電感的電流

7、變化時，電感兩端產(chǎn)生感應電勢，感應電勢對負載電流的變化有阻止作用，使得負載電流不能突變。當電流增大時，電感吸收能量儲能，電感的感應電勢阻止電流增大；當電流減小時，電感釋放出能量，感應電勢阻止電流的減小，輸出電壓、電流有相位差。 單相半波整流電路電感性負載演示 在t=0到期間，晶閘管陽極和陰極之間的電壓uAK大于零，但晶閘管門極沒有觸發(fā)信號，晶閘管處于正向關(guān)斷狀態(tài)，輸出電壓、電流都等于零。在t=時，門極有觸發(fā)信號，晶閘管被觸發(fā)導通，負載電壓ud= u2。當t=時，交流電壓u2過零，由于有電感電勢的存在，晶閘管的電壓uAK仍大于零，晶閘管會繼續(xù)導通，電感的儲能全部釋放完后，晶閘管在u2反壓作用下而

8、截止。直到下一個周期的正半周。（2 2）數(shù)量關(guān)系）數(shù)量關(guān)系直流輸出電壓平均值Ud為)(sin2212ttdUUdp當取不同的角時， =f()的曲線圖 3 電感性負載加續(xù)流二極管（1 1）工作原理）工作原理 從ud的波形可以看出，在負載兩端并聯(lián)一個續(xù)流二極管后,輸出電壓波形和電阻性負載一樣,但電流卻有著本質(zhì)的區(qū)別。單相半波帶續(xù)流二級管演示電源電壓正半波u20，晶閘管電壓uAK0。t=，觸發(fā)晶閘管導通，負載上有輸出電壓和電流，續(xù)流二極管VDR承受反向電壓而處于斷態(tài)。電源電壓負半波u20，通過續(xù)流二極管VDR使晶閘管承受反向電壓而關(guān)斷。電感的感應電壓使VDR承受正向電壓導通續(xù)流，負載兩端的電壓僅為續(xù)

9、流二極管的管壓降。如果電感足夠大，續(xù)流二極管一直導通到下一周期晶閘管導通，使id連續(xù)。由以上分析可以看出，電感性負載加續(xù)流二極管后，輸出電壓波形與電阻性負載波形相同，續(xù)流二極管可以起到提高輸出電壓的作用。在大電感負載時負載電流波形連續(xù)且近似一條直線，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。對于電感性負載加續(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器電阻性負載相同為0180，且有+=180。（2 2） 基本數(shù)量關(guān)系基本數(shù)量關(guān)系 輸出電壓平均值Ud輸出電壓平均值Ud 晶閘管電流有效值和變壓器二次側(cè)電流有效值 晶閘管和變壓器二次側(cè)電流有效值相等，即：2cos145. 0

10、2cos122dsin22212dUUttUUd2)(d212d2ItIIIT 續(xù)流二極管的電流平均值IdDR與續(xù)流二極管的電流有效值IDR 續(xù)流二極管的電流平均值IdDR為 續(xù)流二極管的電流有效值IDR 晶閘管和續(xù)流二極管承受的最大正反向電壓 晶閘管承受的最大正反向電壓均為電源電壓的峰值 續(xù)流二極管承受的最大反向電壓為電源電壓的峰值。ddDR2IId22dDR2)(d21ItII2m2UU2m2UU單相半波可控整流器的優(yōu)點是電路簡單，調(diào)整方便，容易實現(xiàn)。但整流電壓脈動大，每周期脈動一次。變壓器二次側(cè)流過單方向的電流，存在直流磁化、利用率低的問題，為使變壓器不飽和，必須增大鐵心截面，這樣就導致

11、設(shè)備容量增大。 1 電阻性負載 單相橋式整流電路阻性負載演示2.2.2 單相橋式全控整流電路 （1 1） 工作原理工作原理在電源電壓u2正半波，晶閘管VT1、VT4承受正向電壓。假設(shè)四個晶閘管的漏電阻相等，則在0區(qū)間由于四個晶閘管都不導通，uAK1，4=1/2 u2。在t=處觸發(fā)晶閘管VT1、VT4導通，電流沿aVT1RVT4b流通，此時負載上輸出電壓ud=u2。電源電壓反向施加到晶閘管VT2、VT3上，處于關(guān)斷狀態(tài)，到t=時，因電源電壓過零，晶閘管VT1、VT4陽極電流也下降為零而關(guān)斷。 在電源電壓負半波，晶閘管VT2、VT3承受正向電壓，在+區(qū)間，uAK2，3=1/2u2，在t=+處觸發(fā)晶

12、閘管VT2、VT3，元件導通，電流沿bVT3RVT2a流通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負載電阻上，負載上有輸出電壓 ud=-u2。此時電源電壓反向施加到晶閘管VT1、VT4上，使其處于關(guān)斷狀態(tài)。到t=2，電源電壓再次過零，VT2、VT3陽極電流也下降為零而關(guān)斷。 單相橋式整流器電阻性負載時的移相范圍是 0180。=0時，輸出電壓最高；=180時，輸出電壓最小。晶閘管承受最大反向電壓Um是相電壓峰值，晶閘管承受最大正向電壓是Um/2負載上正負兩個半波內(nèi)均有相同方向的電流流過，從而使直流輸出電壓、電流的脈動程度較前述單相半波得到了改善。變壓器二次繞組在正、負半周內(nèi)均有大小相等、方向相反的電流流

13、過，從而改善了變壓器的工作狀態(tài)并提高了變壓器的有效利用率。 （2 2） 基本數(shù)量關(guān)系基本數(shù)量關(guān)系 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為=0時， Ud=0.9U2，=180時， Ud=0，所以控制角的移相范圍是0180輸出電流平均值Id為 輸出電壓有效值U2cos19 . 02cos122dsin21222dUUttUU2cos19 . 0L2LddRURUI2sin21dsin22122UttUU 晶閘管電流有效值和變壓器二次側(cè)電流 輸出電流有效值I與變壓器二次側(cè)電流I2相同為晶閘管的電流平均值是輸出電流的二分之一，其有效值為 晶閘管承受的最大正反向電壓Um晶閘管承受的最

14、大反向電壓為電源電壓的峰值晶閘管承受的最大正向電壓為電源電壓的峰值的一半所以晶閘管承受的正反向電壓的最大值是 2sin21L22RUIIIRUI2122sin41L2T22U22U2/22U3 電感性負載 (1) 工作原理電源電壓正半波，在t=處觸發(fā)晶閘管VT1、VT4，晶閘管VT1、VT4承受正向電壓，元件導通，電流沿aVT1LRVT4b流通，此時負載上電壓ud=u2。此時電源電壓反向施加到晶閘管VT2、VT3上，使其承受反向陽極電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)。當t=時，電源電壓自然過零，電感感應電勢使晶閘管繼續(xù)導通。在電源電壓負半波，晶閘管VT2、VT3承受正向電壓，但沒有觸發(fā)脈沖而不導通；在t=+處

15、觸發(fā)晶閘管VT2、VT3，元件導通，電流沿bVT3LRVT2a流通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負載上，負載上有輸出電壓ud= -u2。此時VT1、VT4承受反向電壓由導通狀態(tài)變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。晶閘管VT2、VT3直會導通到下一周期t=2+處再次觸發(fā)晶閘管VT1、VT4為止。 單相橋式整流電路感性負載從波形可以看出90輸出電壓波形正負面積相同，平均值為零，所以移相范圍是090?？刂平窃?90之間變化時，晶閘管導通角，導通角與控制角無關(guān)。晶閘管承受的最大正、反向電壓2m2UU （2） 基本數(shù)量關(guān)系 輸出電壓平均值Ud 輸出電壓平均值Ud當=0時， Ud=0.9U2，=90時， Ud=0，所以控制角

16、的移相范圍是090 cos9 . 0cos22dsin21222dUUttUU 晶閘管電流有效值和變壓器副邊電流有效值 晶閘管的電流是輸出電流的一半，輸出電流波形是一條水平線，因此其有效值 變壓器繞組的電流波形是對稱的正負矩形波，其有效值與輸出電流平均值相等 晶閘管承受的最大正反向電壓Um 晶閘管承受的最大正反向電壓均為電源電壓的峰值dT21IId2II2m2UU（3）反電勢負載 反電勢電阻負載的情況 單相全控橋電路圖和工作波形單相全控橋電路圖和工作波形( (反電勢無負載反電勢無負載) )在負載回路無電感時，反電勢電阻負載的特點是：當整流電壓的瞬時值ud小于反電勢E 時，晶閘管承受反壓而關(guān)斷，

17、這使得晶閘管導通角減小。晶閘管導通時，ud=u2晶閘管關(guān)斷時，ud=E。與電阻負載相比晶閘管提前了電角度停止導電，稱作停止導電角。 若 時,在這種條件下其工作情況與電感性負載相同。與單相半波可控整流器相比，整流電壓脈動減小，每周期脈動兩次。變壓器二次側(cè)流過正反兩個方向的電流，不存在直流磁化，利用率高cos9 . 02dUU 2.2.3 電容濾波的不可控整流電路1工作原理及波形分析在u2正半周過零點至t=0期間，因u2 ud，故二極管均不導通，電容C向負載電阻RL放電，提供負載所需電流，同時輸出電壓ud下降。至t=0之后， u2將要超過ud ，VD1和VD4承受正壓導通， ud = u2 ，交流

18、電源向電容充電，同時向負載RL供電。至之后， u2 ud ，VD1和VD4關(guān)斷，電容開始以指數(shù)規(guī)律放電。通過分析，可知和決定于RC的乘積。 2主要的數(shù)量關(guān)系(1) 輸出電壓平均值 在設(shè)計時根據(jù)負載的情況選擇電容C值，使 T為交流電源的周期 此時輸出電壓為(2) 輸出電流平均值 輸出電流平均值為2)53(TRC RUIdd2d2 . 1 UU (3) 二極管電流二極管電流平均值IdVD為 二極管電流波形由于是脈沖波形，電流有效值與波形形狀有關(guān)，波形形狀與電容和負載電阻有關(guān)，一般的應該按照輸出電壓等于1.2U2時計算有效值?？梢愿鶕?jù)工程計算的方法得出二極管電流有效值。(4) 二極管承受的電壓 二極

19、管承受的反向電壓的最大值為變壓器二次電壓最大值 2 ddVDII22U3 感容濾波的二極管整流電路2.2.4 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。單相全波只用2個晶閘管，比單相全控橋少2個，相應地，門極驅(qū)動電路也少2個；但是晶閘管承受的最大電壓是單相全控橋的2倍。單相全波導電回路只含1個晶閘管，比單相橋少1個，因而管壓降也少1個。單相雙半波整流電路感性負載2.3 三相整流電路 1 電阻性負載(1) 1) 工作原理工作原理為了得到零線，整流變壓器二次繞組接成星形。為了給三次諧波電流提供通路，減少高次諧波對電網(wǎng)的影響，

20、變壓器一次繞組接成三角形。圖中三個晶閘管的陰極連在一起，為共陰極接法。 2.3.1 三相半波可控整流電路 三相半波可控整流電路=0時的波形穩(wěn)定工作時，三個晶閘管的觸發(fā)脈沖互差120，規(guī)定t=/6為控制角的起點，稱為自然換相點。三相半波共陰極可控整流電路自然換相點是三相電源相電壓正半周波形的交叉點，在各相相電壓的/6處，即t1、t2、t3點， 自然換相點之間互差2/3，三相脈沖也互差120。在t1時刻觸發(fā)VT1，在t1t2區(qū)間有uuuv、uuuw，u相電壓最高，VT1承受正向電壓而導通，輸出電壓uduu。其他晶閘管承受反向電壓而不能導通。VT1通過的電流iT1與變壓器二次側(cè)u相電流波形相同，大小

21、相等。 在t2時刻觸發(fā)VT2，在t2t3區(qū)間 v相電壓最高，由于uuuv，VT2承受正向電壓而導通， uduv。VT1兩端電壓uT1=uu-uv= uuv0，晶閘管VT1承受反向電壓關(guān)斷。在VT2導通期間，VT1兩端電壓uT1= uu-uv= uuv。在t2時刻發(fā)生的一相晶閘管導通變換為另一相晶閘管導通的過程稱為換相。在t3時刻觸發(fā)VT3，在t3t4區(qū)間w相電壓最高，由于uvuw，VT3承受正向電壓而導通，uduw。VT2兩端電壓 uT2= uv-uw=uvw-E1，V5又重新導通。這時V5集電極電壓又立即降到-E1，使V7、V8截止，輸出脈沖終止?？梢?，脈沖前沿由V4導通時刻確定，脈沖寬度由

22、反向充電時間常數(shù)R11C3決定。 2 鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)鋸齒波電壓形成電路由V1、V2、V3和C2等元件組成，其中V1、VS、RP2和R3為一恒流源電路。當V2截止時，恒流源電流I1C對電容C2充電，所以C2兩端的電壓uC為uC按線性增長,即ub3按線性增長。調(diào)節(jié)電位器RP2，可以改變C2的恒定充電電流I1C。 當V2導通時，因R4很小所以C2迅速放電，使得ub3電位迅速降到零伏附近。當V2周期性地導通和關(guān)斷時，ub3便形成一鋸齒波。射極跟隨器V3的作用是減小控制回路電流對鋸齒波電壓ub3的影響。V4基極電位由鋸齒波電壓、控制電壓uco、直流偏移電壓up三者疊加所定,它們分別通過電阻R

23、6、R7、R8 與V4基極連接。 tICdtIuC1C1c1根據(jù)疊加原理，先設(shè)uh為鋸齒波電壓ue3單獨作用在基極時的電壓，其值為 所以uh仍為鋸齒波，但斜率比ue3低。同理，直流偏移電壓up單獨作用在V4基極時的電壓 為 控制電壓uco單獨作用在V4基極時的電壓 為 所以， 仍為一條與up平行的直線，但絕對值比up小； 仍為一條與uco平行的直線，但絕對值比uco小。 )/(/87687e3hRRRRRuu)/(/76876ppRRRRRuu)/(/86786c0c0RRRRRuupuc0upuc0u當V4不導通時，V4的基極b4的波形由 確定。當b4點電壓等于0.7V后，V4導通。產(chǎn)生觸發(fā)

24、脈沖。改變uco便可以改變脈沖產(chǎn)生時刻，脈沖被移相。加up的目的是為了確定控制電壓uco=0時脈沖的初始相位。以三相全控橋為例，當接反電勢電感負載時，脈沖初始相位應定在=90；當uco=0時，調(diào)節(jié)up的大小使產(chǎn)生脈沖的M點對應=90的位置。當uco為0，=90，則輸出電壓為0；如uco為正值，M點就向前移，控制角90，處于逆變狀態(tài)。cophuuu 鋸齒波的觸發(fā)電路的工作波形 3 3 同步環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié)是由同步變壓器TS、VD1、VD2、C1、R1和晶體管V2組成。同步變壓器和整流變壓器接在同一電源上，用同步變壓器的二次電壓來控制V2的通斷作用，這就保證了觸發(fā)脈沖與主電路電源同步。 與主電路同步是

25、指要求鋸齒波的頻率與主電路電源的頻率相同且相位關(guān)系確定。鋸齒波是由開關(guān)管V2控制的，也就是由V2的基極電位決定的。同步電壓uTS經(jīng)二極管VD1加在V2的基極上。當電壓波形在負半周的下降段時，因O點為零電位，S點為負電位，VD1導通，電容C1被迅速充電。Q點電位與S點相近，故在這一階段V2基極為反向偏置，V2截止。在負半周的上升段，+E1電源通過R1給電容C1充電，其上升速度比uTS波形慢，故VD1截止，uQ為電容反向充電波形。當Q點電位達1.4V時，V2導通，Q點電位被鉗位在1.4V。直到TS二次電壓的下一個負半周到來，VD1重新導通，C1放電后又被充電，V2截止。如此循環(huán)往復，在一個正弦波周

26、期內(nèi)，包括截止與導通兩個狀態(tài)，對應鋸齒波波形恰好是一個周期，與主電路電源頻率和相位完全同步，達到同步的目的?？梢钥闯鲣忼X波的寬度是由充電時間常數(shù)R1C1決定的。 4 4 雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)觸發(fā)電路自身在一個周期內(nèi)可輸出兩個間隔60的脈沖，稱內(nèi)雙脈沖電路。而在觸發(fā)器外部通過脈沖變壓器的連接得到雙脈沖稱為外雙脈沖。本觸發(fā)電路屬于內(nèi)雙脈沖電路。當V5、V6都導通時，V7、V8截止，沒有脈沖輸出。只要V5、V6有一個截止，就會使V7、V8導通，有脈沖輸出。因此本電路可以產(chǎn)生符合要求的雙脈沖。第一個脈沖由本相觸發(fā)單元的uco對應的控制角使V4由截止變導通造成V5瞬時截止，使得V8輸出脈沖。隔60的第二個脈

27、沖是由后一相觸發(fā)單元通過連接到引腳Y使本單元V6截止，使本觸發(fā)電路第二次輸出觸發(fā)脈沖。其中VD4和R17的作用主要是防止雙脈沖信號相互干擾。在三相橋式全控整流電路中，雙脈沖環(huán)節(jié)的可按下圖接線。六個觸發(fā)器的連接順序是：1Y-2X、2Y-3X、3Y-4X、4Y-5X、5Y-6X、6Y-1X。 5 強觸發(fā)環(huán)節(jié)36V交流電壓經(jīng)整流、濾波后得到50V直流電壓，經(jīng)R15對C6充電，B點電位為50V。當V8導通時，C6經(jīng)脈沖變壓器一次側(cè)R16、V8迅速放電，形成脈沖尖峰，由于有R15的電阻，且電容C6的存儲能量有限，B點電位迅速下降。當B點電位下降到14.3V時，VD15導通，B點電位被15V電源鉗位在14

28、.3V，形成脈沖平臺。C5組成加速電路，用來提高觸發(fā)脈沖前沿陡度。 6 脈沖封鎖二極管 VD5陰極接零電位或負電位，使V7、V8截止，可以實現(xiàn)脈沖封鎖。VD5用來防止接地端與負電源之間形成大電流通路。 2.3.3 集成觸發(fā)電路2.3.4 觸發(fā)電路的定相初始脈沖是指Ud0時，控制電壓uco與偏移電壓up為固定值條件下的觸發(fā)脈沖。因此，必須根據(jù)被觸發(fā)晶閘管陽極電壓的相位，正確供給各觸發(fā)電路特定相位的同步電壓，才能使觸發(fā)電路分別在各晶閘管需要觸發(fā)脈沖的時刻輸出脈沖。這種選擇同步電壓相位以及得到要求的觸發(fā)時刻的方法，稱為觸發(fā)電路的定相?，F(xiàn)以三相全控橋為例說明定相的方法。晶閘管VT1的陽極與uu相接，

29、VT1所接主電路電壓為+uu，觸發(fā)脈沖從0至180對應的范圍為t1t2。采用鋸齒波同步的觸發(fā)電路時，同步信號負半周的起點對應于鋸齒波的起點，通常使鋸齒波的上升段為240，上升段起始的30和終了段30線性度不好，舍去不用，使用中間的180。所以取同步波- uu。三相橋整流電路大量用于直流電機調(diào)速系統(tǒng)，且通常要求可實現(xiàn)再生制動，使Ud=0時的觸發(fā)角為90。當90時為逆變工作。將=90確定為鋸齒波的中點，鋸齒波向前向后各有90的移相范圍。=0對應于uu的30的位置，說明VT1的同步電壓應滯后于uu 180。對于其他5個晶閘管，也存在同樣的關(guān)系，即同步電壓滯后于主電路電壓180。因此一旦確定了整流變壓

30、器和同步變壓器的接法，即可選定每一個晶閘管的同步電壓信號。 同步變壓器和整流變壓器的接法及矢量圖 同步電壓的選取結(jié)果見表。 晶閘管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主電路電壓+ uu- uw+ uv- uu+ uw- uv同步電壓- usu+ usw- usv+ usu- usw+ usv為防止電網(wǎng)電壓波形畸變對觸發(fā)電路產(chǎn)生干擾，可對同步電壓進行R-C濾波，當R-C濾波器滯后角為60時，同步電壓選取結(jié)果見表 晶閘管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主電路電壓+ uu- uw+ uv- uu+ uw- uv同步電壓- usv+ usu- usw+ usv- usu+ usw2.5 變壓器漏抗

31、對整流電路的影響 前面我們介紹的各種整流電路都是在理想工作狀態(tài)下的工作情況，即假設(shè)： (1)變壓器的漏抗、繞組電阻和勵磁電流都可忽略； (2)晶閘管元件是理想的。 但實際的交流供電電源總存在電源阻抗，如電源變壓器的漏電抗、導線電阻以及為了限制短路電流而加上的交流進線電抗器等。由于電感電流不能突變，因此換相過程不能瞬時完成。 1 換相過程 以三相半波可控整流電路為例來討論換相過程，假設(shè)三相漏抗相等，忽略交流側(cè)的電阻，負載電感足夠大，則負載電流連續(xù)且平直。以晶閘管從u相換到v相為例，VT1已導通。當=30時觸發(fā)VT2，由于變壓器漏抗的作用，VT1不立即關(guān)斷，u相電流iu=Id- ik逐漸減小到零；

32、VT2導通，iv=0逐漸增加到Id。換相過程中，兩個晶閘管同時導通，在 uvu電壓作用下產(chǎn)生短路電流ik，當 iu=0， iv= Id時，u相和v相之間完成了換相。 變壓器漏感對整流電路的影響 2 換相期間的整流電壓換相回路電壓平衡方程換相期間變壓器漏感LB兩端的電壓 換相期間輸出電壓dtdiLudtdiLuudkBukBv)(21uvkBuudtdiL)(21vuduuu3 換相壓降由波形可以看出：與不考慮變壓器漏抗的情況比較，整流電壓波形少了一塊陰影部分，缺少部分為：式中 XB漏感為LB的變壓器每相折算到二次側(cè)的漏電抗， 單相雙半波電路m=2，三相半波m=3，三相橋式電路m=6 BBB2

33、fLLXdBk0BkBdvd22)(/21)()(/21dIXmdiLmtddtdiLmtduumuI4. 4. 換相重疊角 以自然換相點=0作為坐標的原點，以m相普遍形式表示，uu和uv的表達式分別為 則有將上式帶入式(2-49)可得)mcos(22tUuu)mcos(22tUuvtUuuuvsinmsin222)(sinsin212BkttdmULdi對上式兩邊積分可得積分整理后得(1) 對于單相全控橋，與前面對換相壓降的討論一樣，所以對于單相全控橋有m=2，Id應該帶入2Id，故有 (2) 對于三相橋式電路，m=6，三相橋式電路等效為相電壓為 的六相半波整流電路，)(dsinsin212

34、Bd0kttmULdiImUIXsin2)cos(cos2dB2Bd22)cos(cosUXI2Bd62)cos(cosUXI23U【例2-2】三相橋式整流電路，反電勢電感性負載，E=100V，U2=220V，RL=2，L=，=30，LB=1mH，試計算(1) 輸出電壓Ud和輸出電流Id(2) 晶閘管額定電壓和額定電流(3) 輸出電壓波形、晶閘管VT1的電流波形和端電壓波形解 (1) 考慮到漏抗的影響，其輸出電壓平衡方程式應該為其中，XB=LB=2fLBLddB2d26cos34. 2RIEIXUU將本題的已知條件代入輸出電壓平衡方程式，得LB2d3cos34. 2RXEUI4 .150210

35、502310030cos22034. 23odI8 .40024 .150100ddRIEU(2) 三相整流電路中晶閘管承受的正反向電壓最大值是 ，考慮到23倍的安全裕量，晶閘管的額定電壓應該為晶閘管流過的有效值為考慮到1.52倍的安全裕量，晶閘管的額定電流為選擇滿足要求的晶閘管 AII84.86732. 14 .1503dTVUU)16161077(2206)32(6)32(2TNAII)11183(57. 184.86)25 . 1 (57. 1)25 . 1 (TT(AV)26U2.6 有源逆變電路 2.6.1 逆變的概念 1. 整流與逆變關(guān)系前面我們介紹的各種可控整流電路都工作在整流狀

36、態(tài)，是將交流電能變換成直流電提供給負載。逆變是把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，是整流的逆過程，是將直流電能變換成交流電回饋電網(wǎng)。上述的電路也可以工作在逆變狀態(tài)。以三相全控橋式電路為例，這時電流Id仍保持與整流運行狀態(tài)相同的流動方向，但Ud改變了極性，功率由直流側(cè)流向可控整流電路的交流側(cè)電網(wǎng)。三相可控整流電路的這種逆變模式的工作狀態(tài)，只有如圖所示在直流側(cè)存在一個穩(wěn)定的能源時才是有可能的。注意，兩個電源的不能形成順向串聯(lián)。 2. 有源逆變時能量的流轉(zhuǎn)關(guān)系由于晶閘管具有單向?qū)щ娦?，電流Id方向不能改變，為實現(xiàn)有源逆變必須要求 Ud為負，電源E極性也為負，整流和有源逆變的根本區(qū)別即在于能量的傳遞方向不同。 p由

37、三相橋構(gòu)成的有源逆變電路 3. 為什么要逆變節(jié)能，吊車、礦井提升機等的下放貨物、有軌電車的制動等新能源發(fā)電，一個光電或風電發(fā)電系統(tǒng)所轉(zhuǎn)換出來的電能，經(jīng)過逆變電路變換成三相交流電再連接到統(tǒng)一的電網(wǎng)中去。逆變可以起到節(jié)能、提高系統(tǒng)性能的作用。逆變按照負載是否為交流電源分為有源逆變和無源逆變。如果把變換器的交流側(cè)接到交流電源上，把直流電逆變?yōu)橥l率的交流電反送到電網(wǎng)去，稱作有源逆變。如果變換器的交流側(cè)不與電網(wǎng)連接，而直接接到普通負載，稱作無源逆變。 3. 有源逆變的條件通過上述分析，可歸納出整流電路工作于有源逆變狀態(tài)的條件如下：整流（逆變）電路直流側(cè)有直流電動勢，其極性必須與晶閘管導通方向一致；整流（逆變）電路輸出的直流平均電壓Ud必須為負值，即晶閘管控制角90。以上兩條必須同時滿足，變流器才能工作在逆變狀態(tài)。還應指出，并不是所有整流電路都可以工作于有源逆變狀態(tài)。半控橋電路和有續(xù)流二極管的