電力電子技術(shù)：第3章 整流電路 3-6-8

1/1313.6大功率可控整流電路

3.6.1帶平衡電抗器的雙反星

形可控整流電路

3.6.2多重化整流電路

2/1313.6大功率可控整流電路·引言■帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路的特點(diǎn)

◆適用于低電壓、大電流的場(chǎng)合?！龆嘀鼗麟娐返奶攸c(diǎn)：

◆在采用相同器件時(shí)可達(dá)到更大的功率。◆可減少交流側(cè)輸入電流的諧波或提高功率因數(shù)，從而減小對(duì)供電電網(wǎng)的干擾。3/1313.6.1帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路◆電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

?二次側(cè)為兩組匝數(shù)相同極性相反的繞阻，分別接成兩組三相半波電路。

?二次側(cè)兩繞組的極性相反可消除鐵芯的直流磁化，如圖3-38，雖然兩組相電流的瞬時(shí)值不同，但是平均電流相等而繞組的極性相反，所以直流安匝互相抵消。

?平衡電抗器保證兩組三相半波整流電路能同時(shí)導(dǎo)電。

?與三相橋式電路相比，雙反星形電路的輸出電流可大一倍。圖3-37帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路4/1313.6.1帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路twwtud1uaubuciaud2ia'uc'ua'ub'uc'OwtOOwtOId12Id16Id12Id16圖3-38雙反星形電路，

=0時(shí)兩組整流電壓、電流波形

5/1313.6.1帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路◆平衡電抗器

?接平衡電抗器的原因

√兩個(gè)直流電源并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，只有當(dāng)電壓平均值和瞬時(shí)值均相等時(shí)，才能使負(fù)載均流，在雙反星形電路中，兩組整流電壓平均值相等，但瞬時(shí)值不等。

√兩個(gè)星形的中點(diǎn)n1和n2間的電壓等于ud1和ud2之差，該電壓加在Lp上，產(chǎn)生電流ip，它通過(guò)兩組星形自成回路，不流到負(fù)載中去，稱(chēng)為環(huán)流或平衡電流?！虨榱耸箖山M電流盡可能平均分配，一般使Lp值足夠大，以便限制環(huán)流在負(fù)載額定電流的1%～2%以?xún)?nèi)。6/131

√雙反星形電路中如不接平衡電抗器，即成為六相半波整流電路。

√六相半波整流電路中，只能有一個(gè)晶閘管導(dǎo)電，其余五管均阻斷，每管最大導(dǎo)通角為60

，平均電流為Id/6；當(dāng)=0時(shí)，Ud為1.35U2，比三相半波時(shí)的1.17U2略大些；因晶閘管導(dǎo)電時(shí)間短，變壓器利用率低，極少采用。3.6.1帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路7/1313.6.1帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路圖3-39平衡電抗器作用下輸出電壓的波形和平衡電抗器上電壓的波形圖3-40平衡電抗器作用下兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)電的情況?平衡電抗器的工作原理分析

√平衡電抗器Lp承擔(dān)了n1、n2間的電位差，它補(bǔ)償了ub'和ua的電動(dòng)勢(shì)差，使得ub'和ua兩相的晶閘管能同時(shí)導(dǎo)電。t1時(shí)刻

√t1時(shí)，ub'>ua，VT6導(dǎo)通，此電流在流經(jīng)LP時(shí)，LP上要感應(yīng)一電動(dòng)勢(shì)up，其方向是要阻止電流增大。可導(dǎo)出Lp兩端電壓、整流輸出電壓的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：8/1313.6.1帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路(3-97)(3-98)3.6.1帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路圖3-39平衡電抗器作用下輸出電壓的波形和平衡電抗器上電壓的波形√雖然ud1<ud2，但由于Lp的平衡作用，使得晶閘管VT6和VT1同時(shí)導(dǎo)通?！虝r(shí)間推遲至ub'與ua的交點(diǎn)時(shí)，ub'=ua，up=0?！讨髐b'<ua，則流經(jīng)b'相的電流要減小，但Lp有阻止此電流減小的作用，up的極性反向，Lp仍起平衡的作用，使VT6繼續(xù)導(dǎo)電?！讨钡絬c'>ub'，電流才從VT6換至VT2，此時(shí)VT1、VT2同時(shí)導(dǎo)電?！堂恳唤M中的每一個(gè)晶閘管仍按三相半波的導(dǎo)電規(guī)律而各輪流導(dǎo)電。√平衡電抗器中點(diǎn)作為整流電壓輸出的負(fù)端，其輸出的整流電壓瞬時(shí)值為兩組三相半波整流電壓瞬時(shí)值的平均值。10/1313.6.1帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路3.6.1帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路■諧波分析

◆將圖3-38中ud1和ud2的波形用傅氏級(jí)數(shù)展開(kāi)，可得當(dāng)=0時(shí)的ud1、ud2，即由式（3-97）和（3-98）可得(3-99)(3-100)(3-101)(3-102)12/1313.6.1帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路

◆負(fù)載電壓ud中的諧波分量比直流分量要小得多，而且最低次諧波為六次諧波。◆直流平均電壓為■=30、=60和=90時(shí)輸出電壓的波形分析◆當(dāng)需要分析各種控制角時(shí)的輸出波形時(shí)，可根據(jù)式（3-98）先求出兩組三相半波電路的ud1和ud2波形，然后做出波形(ud1+ud2)/2。13/1313.6.1帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路14/1313.6.1帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路◆輸出電壓波形與三相半波電路比較，脈動(dòng)程度減小了，脈動(dòng)頻率加大一倍，f=300Hz。

圖3-41當(dāng)=30、60、90時(shí)，雙反星形電路的輸出電壓波形U2cos◆在電感負(fù)載情況下，移相范圍是90。

◆在電阻負(fù)載情況下，移相范圍為120。

◆整流電壓平均值為Ud=1.1715/1313.6.1帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路■將雙反星形電路與三相橋式電路進(jìn)行比較可得出以下結(jié)論◆三相橋?yàn)閮山M三相半波串聯(lián)，而雙反星形為兩組三相半波并聯(lián)，且后者需用平衡電抗器。

◆當(dāng)U2相等時(shí)，雙反星形的Ud是三相橋的1/2，而Id是三相橋的2倍。

◆兩種電路中，晶閘管的導(dǎo)通及觸發(fā)脈沖的分配關(guān)系一樣，ud和id的波形形狀一樣。■可采用多重化整流電路減輕整流裝置所產(chǎn)生的諧波、無(wú)功功率等對(duì)電網(wǎng)的干擾，將幾個(gè)整流電路多重聯(lián)結(jié)可以減少交流側(cè)輸入電流諧波，而對(duì)晶閘管多重整流電路采用順序控制的方法可提高功率因數(shù)。16/1313.6.2多重化整流電路3.6.2多重化整流電路■移相多重聯(lián)結(jié)

◆有并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)和串聯(lián)多重聯(lián)結(jié)。圖3-42并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)的12脈波整流電路

◆可減少輸入電流諧波，減小輸出電壓中的諧波并提高紋波頻率，因而可減小平波電抗器。

◆使用平衡電抗器來(lái)平衡2組整流器的電流?！魣D3-42的電路是2個(gè)三相橋并聯(lián)而成的12脈波整流電路?！鰧?duì)于交流輸入電流，采用并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)合串聯(lián)多重聯(lián)結(jié)的效果是相同的，著重分析串聯(lián)多重聯(lián)結(jié)的情況。

◆可以減少交流輸入電流的諧波；

◆減小直流輸出電壓中的諧波幅值并調(diào)高紋波頻率；◆減小平波電抗器。■為了簡(jiǎn)化分析，不考慮變壓器漏抗引起的重疊角，并假設(shè)整流變壓器各繞組的線電壓之比為1：1.18/1313.6.2多重化整流電路19/1313.6.2多重化整流電路圖3-43移相30串聯(lián)2重聯(lián)結(jié)電路◆移相30構(gòu)成的串聯(lián)2重聯(lián)結(jié)電路

?整流變壓器二次繞組分別采用星形和三角形接法構(gòu)成相位相差30、大小相等的兩組電壓，接到相互串聯(lián)的2組整流橋。星形接法三角形接法

?因繞組接法不同，變壓器一次繞組和兩組二次繞組的匝比如圖所示，為1:1:。

?該電路為12脈波整流電路。20/1313.6.2多重化整流電路0a)b)c)d)ia1Id180°360°ia2iab2'iAIdiab2wtwtwtwt000Id2333Id33IdId323(1+)Id323(1+)Id33Id13圖3-44移相30串聯(lián)2重聯(lián)結(jié)電路的輸入電流波形3.6.2多重化整流電路?對(duì)圖3-44波形iA進(jìn)行傅里葉分析，可得其基波幅值Im1和n次諧波幅值Imn分別如下：即輸入電流諧波次數(shù)為12k±1，其幅值與次數(shù)成反比而降低。(3-103)(3-104)22/131?其他特性如下：

√直流輸出電壓√功率因數(shù)√位移因數(shù)（單橋時(shí)相同）3.6.2多重化整流電路3.6.2多重化整流電路◆利用變壓器二次繞阻接法的不同，互相錯(cuò)開(kāi)20，可將三組橋構(gòu)成串聯(lián)3重聯(lián)結(jié)電路

?整流變壓器采用星形三角形組合無(wú)法移相20，需采用曲折接法。

?整流電壓ud在每個(gè)電源周期內(nèi)脈動(dòng)18次，故此電路為18脈波整流電路。

?交流側(cè)輸入電流諧波更少，為18k±1次（k=1,2,3…），ud的脈動(dòng)也更小。?輸入位移因數(shù)和功率因數(shù)分別為：cos1=cos=0.9949cos24/131◆將整流變壓器的二次繞組移相15，可構(gòu)成串聯(lián)4重聯(lián)結(jié)電路

?為24脈波整流電路。

?其交流側(cè)輸入電流諧波次為24k±1，k=1，2，3…。?輸入位移因數(shù)功率因數(shù)分別為：cos1=cos=0.9971cos◆采用多重聯(lián)結(jié)的方法并不能提高位移因數(shù)，但可使輸入電流諧波大幅減小，從而也可以在一定程度上提高功率因數(shù)。3.6.2多重化整流電路■多重聯(lián)結(jié)電路的順序控制

◆只對(duì)一個(gè)橋的角進(jìn)行控制，其余各橋的工作狀態(tài)則根據(jù)需要輸出的整流電壓而定，或者不工作而使該橋輸出直流電壓為零，或者=0而使該橋輸出電壓最大。

◆根據(jù)所需總直流輸出電壓從低到高的變化，按順序依次對(duì)各橋進(jìn)行控制，因而被稱(chēng)為順序控制。25/1313.6.2多重化整流電路3.6.2多重化整流電路db)c)iId2IduOap+aa)圖3-45單相串聯(lián)3重聯(lián)結(jié)電路及順序控制時(shí)的波形

?當(dāng)需要輸出的直流電壓低于三分之一最高電壓時(shí)，只對(duì)第I組橋的角進(jìn)行控制，同時(shí)VT23、VT24、VT33、VT34保持導(dǎo)通，這樣第II、III組橋的直流輸出電壓就為零。◆以用于電氣機(jī)車(chē)的3重晶閘管整流橋順序控制為例27/1313.6.2多重化整流電路?當(dāng)需要輸出的直流電壓達(dá)到三分之一最高電壓時(shí)，第I組橋的角為0。?需要輸出電壓為三分之一到三分之二最高電壓時(shí)，第I組橋的角固定為0，VT33和VT34維持導(dǎo)通，僅對(duì)第II組橋的角進(jìn)行控制。?需要輸出電壓為三分之二最高電壓以上時(shí)，第I、II組橋的角固定為0，僅對(duì)第III組橋的角進(jìn)行控制。db)c)iId2IduOap+a圖3-45單相串聯(lián)3重聯(lián)結(jié)電路及順序控制時(shí)的波形

a）28/1313.6.2多重化整流電路圖3-45a)單相串聯(lián)3重聯(lián)結(jié)電路

◆使直流輸出電壓波形不含負(fù)的部分，可采取如下控制方法

?以第I組橋?yàn)槔?，?dāng)電壓相位為時(shí)，觸發(fā)VT11、VT14使其導(dǎo)通并流過(guò)直流電流。

?在電壓相位為時(shí)，觸發(fā)VT13，則VT11關(guān)斷，通過(guò)VT13、VT14續(xù)流，橋的輸出電壓為零而不出現(xiàn)負(fù)的部分。

?電壓相位為+時(shí)，觸發(fā)VT12，則VT14關(guān)斷，由VT12、VT13導(dǎo)通而輸出直流電壓。

?電壓相位為2時(shí)，觸發(fā)VT11，則VT13關(guān)斷，由VT11和VT12續(xù)流，橋的輸出電壓為零。◆順序控制的電流波形中，正（或負(fù)）半周期內(nèi)前后四分之一周期波形不對(duì)稱(chēng)，因此含有一定的偶次諧波，但其基波分量比電壓的滯后少，因而位移因數(shù)高，從而提高了總的功率因數(shù)。29/1313.6.2多重化整流電路30/13131/1313.7整流電路的有源逆變工作狀態(tài)

3.7.1逆變的概念

3.7.2三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)

3.7.3逆變失敗與最小逆變角的限制

32/1313.7.1逆變的概念■什么是逆變？為什么要逆變？

◆逆變（invertion）：把直流電轉(zhuǎn)變成交流電的過(guò)程。◆逆變電路：把直流電逆變成交流電的電路。

?當(dāng)交流側(cè)和電網(wǎng)連結(jié)時(shí)，為有源逆變電路。?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，即把直流電逆變?yōu)槟骋活l率或可調(diào)頻率的交流電供給負(fù)載，稱(chēng)為無(wú)源逆變?！魧?duì)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(chēng)為變流電路。33/1313.7.1逆變的概念34/1313.7.1逆變的概念圖3-46直流發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)之間電能的流轉(zhuǎn)a）兩電動(dòng)勢(shì)同極性EG>EMb）兩電動(dòng)勢(shì)同極性EM>EG

c）兩電動(dòng)勢(shì)反極性，形成短路35/131■直流發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電能的流轉(zhuǎn)

◆M作電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，EG>EM，電流Id從G流向M，電能由G流向M，轉(zhuǎn)變?yōu)镸軸上輸出的機(jī)械能。

◆回饋制動(dòng)狀態(tài)中，M作發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)，EM>EG，電流反向，從M流向G，M軸上輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊此徒oG。

◆兩電動(dòng)勢(shì)順向串聯(lián)，向電阻R供電，G和M均輸出功率，由于R一般都很小，實(shí)際上形成短路，在工作中必須嚴(yán)防這類(lèi)事故發(fā)生。◆兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)同極性相接時(shí)，電流總是從電動(dòng)勢(shì)高的流向電動(dòng)勢(shì)低的，由于回路電阻很小，即使很小的電動(dòng)勢(shì)差值也能產(chǎn)生大的電流，使兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)之間交換很大的功率，這對(duì)分析有源逆變電路是十分有用的。3.7.1逆變的概念3.7.1逆變的概念■逆變產(chǎn)生的條件

◆以單相全波電路代替上述發(fā)電機(jī)來(lái)分析

?電動(dòng)機(jī)M作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，全波電路應(yīng)工作在整流狀態(tài)，的范圍在0~/2間，直流側(cè)輸出Ud為正值，并且Ud>EM。在Ud≈EM的條件下，交流電網(wǎng)輸出電功率，電動(dòng)機(jī)則輸入電功率。37/1313.7.1逆變的概念?電動(dòng)機(jī)M作發(fā)電回饋制動(dòng)運(yùn)行，由于晶閘管器件的單向?qū)щ娦?，電路?nèi)Id的方向依然不變，而M軸上輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊此徒oG，只能改變EM的極性，為了避免兩電動(dòng)勢(shì)順向串聯(lián)，Ud的極性也必須反過(guò)來(lái)，故的范圍在/2~，且|EM|>|Ud|。

圖3-47單相全波電路的整流和逆變

38/1313.7.1逆變的概念◆產(chǎn)生逆變的條件

?要有直流電動(dòng)勢(shì)，其極性須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)大于變流器直流側(cè)的平均電壓。

?要求晶閘管的控制角>/2，使Ud為負(fù)值。

?兩者必須同時(shí)具備才能實(shí)現(xiàn)有源逆變。◆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(shì)，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。39/131EM3.7.2三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)■逆變角

◆通常把>/2時(shí)的控制角用-=表示，稱(chēng)為逆變角。

◆的大小自=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3-48所示。逆流和整流的區(qū)別僅僅是控制角，當(dāng)/2>>0時(shí)，電路工作在整流狀態(tài)；當(dāng)>>/2時(shí)，電路工作在逆變狀態(tài)。為實(shí)現(xiàn)逆變，需要一個(gè)反向的EM，而Ud=Ud0cos變?yōu)樨?fù)值，完全滿足逆變條件。所以可以采用整流的辦法來(lái)處理逆變時(shí)有關(guān)波形和計(jì)算等問(wèn)題。3.7.2三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udwtOwtOb=p4b=p3b=p6b=p4b=p3b=p6wt1wt3wt2圖3-48三相橋式整流電路工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)的電壓波形

3.7.2三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)■基本的數(shù)量關(guān)系

◆三相橋式電路的輸出電壓Ud=-3.34U2cos=-1.35U2Lcos◆輸出直流電流的平均值◆流過(guò)晶閘管的電流有效值(3-105)(3-106)42/131EM◆從交流電源送到直流側(cè)負(fù)載的有功功率為◆變壓器二次側(cè)線電流的有效值當(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到交流電源。(3-107)(3-108)3.7.2三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)43/1313.7.3逆變失敗與最小逆變角的限制■逆變運(yùn)行時(shí)，一旦發(fā)生換相失敗，外接的直流電源就會(huì)通過(guò)晶閘管電路形成短路，或者使變流器的輸出平均電壓和直流電動(dòng)勢(shì)變成順向串聯(lián)，由于逆變電路的內(nèi)阻很小，形成很大的短路電流，這種情況稱(chēng)為逆變失敗，或稱(chēng)為逆變顛覆。44/131EM3.7.3逆變失敗與最小逆變角的限制■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?！艚涣麟娫慈毕嗷蛲蝗幌?。

◆換相的裕量角不足，引起換相失敗，應(yīng)該考慮變壓器漏抗引起重疊角對(duì)逆變電路換相的影響。45/1313.7.3逆變失敗與最小逆變角的限制udOOidwtwtuaubucuaubpbgb<gagbb>giVT1iVTiVT3iVTiVT322◆考慮變壓器漏抗引起重疊角對(duì)逆變電路換相的影響

?以VT3和VT1的換相過(guò)程來(lái)分析，在>時(shí)，經(jīng)過(guò)換相過(guò)程后，a相電壓ua仍高于c相電壓uc，所以換相結(jié)束時(shí)，能使VT3承受反壓而關(guān)斷。

?當(dāng)<時(shí)，換相尚未結(jié)束，電路的工作狀態(tài)到達(dá)自然換相點(diǎn)p點(diǎn)之后，uc將高于ua，晶閘管VT1承受反壓而重新關(guān)斷，使得應(yīng)該關(guān)斷的VT3不能關(guān)斷卻繼續(xù)導(dǎo)通，且c相電壓隨著時(shí)間的推遲愈來(lái)愈高，電動(dòng)勢(shì)順向串聯(lián)導(dǎo)致逆變失敗。?為了防止逆變失敗，不僅逆變角不能等于零，而且不能太小，必須限制在某一允許的最小角度內(nèi)。

圖3-49交流側(cè)電抗對(duì)逆變換相過(guò)程的影響

3.7.3逆變失敗與最小逆變角的限制■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?為晶閘管的關(guān)斷時(shí)間tq折合的電角度,約4~5?為換相重疊角，可查閱相關(guān)手冊(cè)，也可根據(jù)表3-2計(jì)算，即(3-109)(3-110)47/131EM3.7.3逆變失敗與最小逆變角的限制?'為安全裕量角，主要針對(duì)脈沖不對(duì)稱(chēng)程度（一般可達(dá)5），約取為10?！粼O(shè)計(jì)逆變電路時(shí)，必須保證，因此常在觸發(fā)電路中附加一保護(hù)環(huán)節(jié)，保證觸發(fā)脈沖不進(jìn)入小于min的區(qū)域內(nèi)。根據(jù)逆變工作時(shí)=-，并設(shè)=，上式可改寫(xiě)成由此計(jì)算出(3-111)48/131EM49/1313.8相控電路的驅(qū)動(dòng)控制

3.8.1同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路

3.8.2集成觸發(fā)器

3.8.3觸發(fā)電路的定相50/1313.8相控電路的驅(qū)動(dòng)控制·引言■相控電路◆晶閘管可控整流電路，通過(guò)控制觸發(fā)角a的大小即控制觸發(fā)脈沖起始相位來(lái)控制輸出電壓大小。◆采用晶閘管相控方式時(shí)的交流電力變換電路和交交變頻電路（第4章）?！鱿嗫仉娐返尿?qū)動(dòng)控制

◆為保證相控電路正常工作，很重要的是應(yīng)保證按觸發(fā)角a的大小在正確的時(shí)刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發(fā)脈沖。

◆晶閘管相控電路，習(xí)慣稱(chēng)為觸發(fā)電路?！龃?、中功率的變流器廣泛應(yīng)用的是晶體管觸發(fā)電路，其中以同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路應(yīng)用最多。51/131同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)電網(wǎng)電壓同步環(huán)節(jié)鋸齒波形成脈沖形成雙窄脈沖放大控制信號(hào)3.8.1同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路52/1313.8.1同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路■電路輸出可為雙窄脈沖（適用于有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通的電路），也可為單窄脈沖?！鋈齻€(gè)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)。此外，還有強(qiáng)觸發(fā)和雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。■脈沖形成環(huán)節(jié)

◆由晶體管V4、V5組成，V7、V8起脈沖放大作用。

◆控制電壓uco加在V4基極上

?電路的觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器TP二次側(cè)輸出，其一次繞組接在V8集電極電路中。

?脈沖前沿由V4導(dǎo)通時(shí)刻確定，脈沖寬度與反向充電回路時(shí)間常數(shù)R11C3有關(guān)。圖3-50同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路53/1313.8.1同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路■鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)

◆鋸齒波電壓形成的方案較多，如采用自舉式電路、恒流源電路等，本電路采用恒流源電路。

◆恒流源電路方案由V1、V2、V3和C2等元件組成，其中V1、VS、RP2和R3為一恒流源電路■同步環(huán)節(jié)

◆觸發(fā)電路與主電路的同步是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。

圖3-50同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路54/1313.8.1同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路◆鋸齒波是由開(kāi)關(guān)V2管來(lái)控制的

?V2開(kāi)關(guān)的頻率就是鋸齒波的頻率——由同步變壓器所接的交流電壓決定。

?V2由導(dǎo)通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波——鋸齒波起點(diǎn)基本就是同步電壓由正變負(fù)的過(guò)零點(diǎn)。

?V2截止?fàn)顟B(tài)持續(xù)的時(shí)間就是鋸齒波的寬度——取決于充電時(shí)間常數(shù)R1C1。圖3-50同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路55/1313.8.1同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路■雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)◆內(nèi)雙脈沖電路：每個(gè)觸發(fā)單元的一個(gè)周期內(nèi)輸出兩個(gè)間隔60的脈沖的電路。

◆V5、V6構(gòu)成一個(gè)“或”門(mén)

?當(dāng)V5、V6都導(dǎo)通時(shí)，V7、V8都截止，沒(méi)有脈沖輸出。

?只要V5、V6有一個(gè)截止，都會(huì)使V7、V8導(dǎo)通，有脈沖輸出。

?第一個(gè)脈沖由本相觸發(fā)單元的uco對(duì)應(yīng)的控制角產(chǎn)生。隔60的第二個(gè)脈沖是由滯后60相位的后一相觸發(fā)單元產(chǎn)生（通過(guò)V6）。

◆在三相橋式全控整流電路中，器件的導(dǎo)通次序?yàn)閂T1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6，彼此間隔60，相鄰器件成雙接通，所以某個(gè)器件導(dǎo)通的同時(shí)，觸發(fā)單元需要給前一個(gè)導(dǎo)通的器件補(bǔ)送一個(gè)脈沖。

56/1313.8.2集成觸發(fā)器圖3-52KJ004電路原理圖■集成電路可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便，已逐步取代分立式電路?！?/p>

KJ004

◆與分立元件的鋸齒波移相觸發(fā)電路相似,分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個(gè)環(huán)節(jié)。57/1313.8.2集成觸發(fā)器圖3-53三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路■完整的三相全控橋觸發(fā)電路

◆3個(gè)KJ004集成塊和1個(gè)KJ041集成塊，可形成六路雙脈沖，再由六個(gè)晶體管進(jìn)行脈沖放大即可。

◆KJ041內(nèi)部是由12個(gè)二極管構(gòu)成的6個(gè)或門(mén)，其作用是將6路單脈沖輸入轉(zhuǎn)換為6路雙脈沖輸出?！瞿M觸發(fā)電路與數(shù)字觸發(fā)電路

◆模擬觸發(fā)電路的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠;缺點(diǎn)是易受電網(wǎng)電壓影響，觸發(fā)脈沖不對(duì)稱(chēng)度較高，可達(dá)3~4，精度低。

◆數(shù)字觸發(fā)電路的脈沖對(duì)稱(chēng)度很好，如基于8位單片機(jī)的數(shù)字觸發(fā)器精度可達(dá)0.7~1.5。58/1313.8.3觸發(fā)電路的定相■觸發(fā)電路的定相：觸發(fā)電路應(yīng)保證每個(gè)晶閘管觸發(fā)脈沖與施加于晶閘管的交流電壓保持固定、正確的相位關(guān)系?！鲇|發(fā)電路的定相

◆利用一個(gè)同步變壓器保證觸發(fā)電路和主電路頻率一致。

◆接下來(lái)的問(wèn)題是觸發(fā)電路的定相，即選擇同步電壓信號(hào)的相位，以保證觸發(fā)脈沖相位正確，關(guān)鍵是確定同步信號(hào)與晶閘管陽(yáng)極電壓的關(guān)系。

59/1313.8.3觸發(fā)電路的定相Ott1t2uaubucu2ua-圖3-54三相全控橋中同步電壓與主電路電壓關(guān)系示意圖◆分析三相全控橋

?VT1所接主電路電壓為+ua，VT1的觸發(fā)脈沖從0至180的范圍為t1~t2。

?鋸齒波的上升段為240，上升段起始的30和終了的30線性度不好，舍去不用，使用中間的180，鋸齒波的中點(diǎn)與同步信號(hào)的300位置對(duì)應(yīng)。

?將=90確定為鋸齒波的中點(diǎn)，鋸齒波向前向后各有90的移相范圍。于是=90與同步電壓的300對(duì)應(yīng)，也就是=0與同步電壓的210對(duì)應(yīng)。

?=0對(duì)應(yīng)于ua的30的位置，則同步信號(hào)的180與ua的0對(duì)應(yīng)，說(shuō)明VT1的同步電壓應(yīng)滯后于ua180。?對(duì)于其他5個(gè)晶閘管，也存在同樣的對(duì)應(yīng)關(guān)系。60/1313.8.3觸發(fā)電路的定相◆圖3-55給出了變壓器接法的一種情況及相應(yīng)的矢量圖，其中主電路整流變壓器為D,y-11聯(lián)結(jié)，同步變壓器為D,y-11,5聯(lián)結(jié)，同步電壓選取的結(jié)果如表3-4所示，為防止電網(wǎng)電壓波形畸變對(duì)觸發(fā)電路產(chǎn)生干擾，可對(duì)同步電壓進(jìn)行R-C濾波，當(dāng)R-C濾波器滯后角為60時(shí)，同步電壓選取結(jié)果如表3-5所示。

圖3-53同步變壓器和整流變壓器的接法及矢量圖

61/1313.8.3觸發(fā)電路的定相表3-4三相全控橋各晶閘管的同步電壓（采用圖3-59變壓器接法時(shí)）

表3-5三相橋各晶閘管的同步電壓（有R-C濾波滯后60）晶閘管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主電路電壓+ua

-uc

+ub

-ua

+uc

-ub

同步電壓-usa

+usc

-usb+usa

-usc

+usb

晶閘管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主電路電壓+ua

-uc

+ub

-ua

+uc

-ub

同步電壓+usb

-usa

+usc

-usb

+usa

-usc

62/1313.8.3觸發(fā)電路的定相◆例：三相全控橋，電動(dòng)機(jī)負(fù)載，要求可逆，整流變壓器的接法是D，y-5，采用NPN鋸齒波觸發(fā)器，并附有滯后30的R-C濾波器，決定晶閘管的同步電壓和同步變壓器的聯(lián)結(jié)形式。解：整流變壓器接法如圖3-56所示

以a相為例，ua的120對(duì)應(yīng)于α=90，此時(shí)Ud=0，處于整流和逆變的臨界點(diǎn)。該點(diǎn)與鋸齒波的中點(diǎn)重合，即對(duì)應(yīng)于同步信號(hào)的300，所以同步信號(hào)滯后ua180°，又因?yàn)镽-C濾波已使同步信號(hào)滯后30°，所以同步信號(hào)只要再滯后150°就可以了。滿足上述關(guān)系的同步電壓相量圖及同步變壓器聯(lián)結(jié)形式如下兩幅圖所示。圖3-56整流變壓器接法

各晶閘管的同步電壓選取如下表：晶閘管VT1VT2VT3VT4VT5VT6同步電壓-usbusa-uscusb-usausc圖3-57同步電壓相量圖及同步變壓器聯(lián)接圖a同步電壓相量圖b同步變壓器聯(lián)接圖

63/131本章小結(jié)■可控整流電路，重點(diǎn)掌握：電力電子電路作為分段線性電路進(jìn)行分析的基本思想、單相全控橋式整流電路和三相全控橋式整流電路的原理分析與計(jì)算、各種負(fù)載對(duì)整流電路工作情況的影響?！鲭娙轂V波的不可控整流電路的工作情況，重點(diǎn)了解其工作特點(diǎn)?！雠c整流電路相關(guān)的一些問(wèn)題，包括：◆變壓器漏抗對(duì)整流電路的影響，重點(diǎn)建立換相壓降、重疊角等概念，并掌握相關(guān)的計(jì)算，熟悉漏抗對(duì)整流電路工作情況的影響?！粽麟娐返闹C波和功率因數(shù)分析，重點(diǎn)掌握諧波的概念、各種整流電路產(chǎn)生諧波情況的定性分析，功率因數(shù)分析的特點(diǎn)、各種整流電路的功率因數(shù)分析。64/131本章小結(jié)■大功率可控整流電路的接線形式及特點(diǎn)，熟悉雙反星形可控整流電路的工作情況，建立整流電路多重化的概念?！隹煽卣麟娐返挠性茨孀児ぷ鳡顟B(tài)，重點(diǎn)掌握產(chǎn)生有源逆變的條件、三相可控整流電路有源逆變工作狀態(tài)的分析計(jì)算、逆變失敗及最小逆變角的限制等?！鲇糜诰чl管的觸發(fā)電路。重點(diǎn)熟悉鋸齒波移相的觸發(fā)電路的原理，了解集成觸發(fā)芯片及其組成的三相橋式全控整流電路的觸發(fā)電路，建立同步的概念，掌握同步電壓信號(hào)的選取方法。65/1313.2.2三相橋式全控整流電路wwwwu2ud1ud2u2LuduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacⅠ