可控整流器與有源逆變器培訓教案課件

第2章可控整流器與有源逆變器第2章可控整流器與有源逆變器1本章主要內容整流器的結構形式、工作原理，分析整流器的工作波形，整流器各參數的數量關系和設計方法;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)電路等內容。

晶閘管觸發(fā)電路

本章主要內容22.1簡介整流電路：整流器是將交流電變換為固定的或可調的直流電。

按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種按電路結構可分為橋式電路和零式電路按交流輸入相數分為單相電路和多相電路2.1簡介整流電路：整流器是將交流電變換為固定的3工頻可控整流器工頻可控整流器42.2單相半波可控整流器2.2單相半波可控整流器52.2.1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，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。首先假設以下幾點：(1)開關元件是理想的，即開關元件導通時，通態(tài)壓降為零，關斷時電阻為無窮大；(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。2.2.1電阻性負載1.工作原理6單相半波整流電路阻性負載演示單相半波整流電路阻性負載演示7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正半周內出現，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帶電阻負載的工作情況8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，用θ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0～180o。通過改變觸發(fā)角α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α=180o時，Ud=0。由于晶閘管只在電源電壓正半波內導通，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。幾個重要的基本概念：92基本數量關系(1)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:α=0o時，Ud=0.45U2，α=180o時，Ud=0，所以控制角的移相范圍是0~180o輸出電流平均值Id:2基本數量關系10(2)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:(2)輸出電壓有效值U與輸出電流有效值I11(3)晶閘管電流有效值和變壓器二次側電流有效值

單相半波可控整流器中，負載、晶閘管和變壓器二次側流過相同的電流，故其有效值相等，即：(3)晶閘管電流有效值和變壓器二次側電流有效值12(4)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壓Um是相電壓峰值。(5)功率因數cosφ整流器功率因數是變壓器二次側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—變壓器二次側有功功率

S—變壓器二次側視在功率(4)晶閘管承受的最大正反向電壓Um13〖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50V，直流輸出平均電流為20A

試計算：(1)晶閘管的控制角。(2)電路功率因數。(3)晶閘管的額定電壓和額定電流?！祭?-1〗如圖所示單相半波可控整流器，電阻性負載，電源電14可控整流器與有源逆變器培訓教案課件15解(1)則α=90o(2)

當α=90o時，輸出電流有效值(3)解(1)16(4)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(2~3)倍安全裕量，晶閘管的額定電壓為

根據計算結果可以選取滿足要求的晶閘管。

(4)晶閘管電流有效值IT與輸出電流有效值相等，即：172.2.2電感性負載1.工作原理電感性負載通常是電機的勵磁線圈和負載串聯電抗器等。當流過電感的電流變化時，電感兩端產生感應電勢，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。2.2.2電感性負載1.工作原理18單相半波整流電路感性負載演示

單相半波整流電路感性負載演示19在ωt=0到α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，晶閘管處于正向關斷狀態(tài)，輸出電壓、電流都等于零。在ωt=α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ωt=π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反壓作用下而截止。直到下一個周期的正半周。在ωt=0到α期間，晶閘管陽極和陰極之間的電壓uAK大于零，202.數量關系直流輸出電壓平均值Ud為當取不同的φ角時，θ=f(α)的曲線如圖所示，

2.數量關系當取不同的φ角時，θ=f(α)的曲線如圖所示212.2.3電感性負載加續(xù)流二極管1.工作原理

從ud的波形可以看出，在負載兩端并聯一個續(xù)流二極管后,輸出電壓波形和電阻性負載一樣,但電流卻有著本質的區(qū)別。單相半波帶續(xù)流二級管演示2.2.3電感性負載加續(xù)流二極管1.工作原理22電源電壓正半波u2＞0，晶閘管電壓uAK＞0。在ωt=α處觸發(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u2＜0，通過續(xù)流二極管VDR使晶閘管承受反向電壓而關斷。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)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0～180o，且有α+θ=180o。電源電壓正半波u2＞0，晶閘管電壓uAK＞0。在ωt=α處觸232.基本數量關系(1)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輸出電流平均值Id(2)晶閘管電流有效值和變壓器二次側電流有效值晶閘管和變壓器二次側電流有效值相等，即：2.基本數量關系24

（3）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

（3）續(xù)流二極管的電流平均值IdDR與續(xù)流二極管25（4）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。（4）晶閘管和續(xù)流二極管承受的最大正反向電壓26(3)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(4)晶閘管和續(xù)流二極管承受的最大正反向電壓晶閘管和續(xù)流二極管承受的最大正反向電壓均為電源電壓的峰值。

(3)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27單相半波可控整流器的優(yōu)點是電路簡單，調整方便，容易實現。但整流電壓脈動大，每周期脈動一次。變壓器二次側流過單方向的電流，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，這樣就導致設備容量增大。

單相半波可控整流器的優(yōu)點是電路簡單，調整方便，容易實現。但整282.3單相橋式全控整流器

2.3單相橋式全控整流器292.3.1電阻性負載

單相全控橋式整流器圖和工作波形(電阻性負載)

單相橋式整流電路阻性負載演示2.3.1電阻性負載單相全控橋式整流器圖和工作波形(電301.工作原理在電源電壓u2正半波，晶閘管VT1、VT4承受正向電壓。假設四個晶閘管的漏電阻相等，則在0～α區(qū)間由于四個晶閘管都不導通，uAK1，4=1/2u2。在ωt=α處觸發(fā)晶閘管VT1、VT4導通，電流沿a→VT1→R→VT4→b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，處于關斷狀態(tài)，到ωt=π時，因電源電壓過零，晶閘管VT1、VT4陽極電流也下降為零而關斷。

1.工作原理31在電源電壓負半波，晶閘管VT2、VT3承受正向電壓，在π～π+α區(qū)間，uAK2，3=1/2u2，在ωt=π+α處觸發(fā)晶閘管VT2、VT3，元件導通，電流沿b→VT3→R→VT2→a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，使其處于關斷狀態(tài)。到ωt=2π，電源電壓再次過零，VT2、VT3陽極電流也下降為零而關斷。

在電源電壓負半波，晶閘管VT2、VT3承受正向電壓，在π～π32單相橋式整流器電阻性負載時的移相范圍是0～180o。α=0o時，輸出電壓最高；α=180o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、負半周內均有大小相等、方向相反的電流流過，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。

單相橋式整流器電阻性負載時的移相范圍是332.基本數量關系(1)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α=0o時，Ud=0.9U2，α=180o時，Ud=0，所以控制角的移相范圍是0~180o輸出電流平均值Id為2.基本數量關系34(2)輸出電壓有效值U(3)晶閘管電流有效值和變壓器二次側電流輸出電流有效值I與變壓器二次側電流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

(2)輸出電壓有效值U35(4)晶閘管承受的最大正反向電壓Um晶閘管承受的最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(4)晶閘管承受的最大正反向電壓Um362.3.2電感性負載

1.工作原理電源電壓正半波，在ωt=α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a→VT1→L→R→VT4→b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斷狀態(tài)。當ωt=π時，電源電壓自然過零，電感感應電勢使晶閘管繼續(xù)導通。

2.3.2電感性負載1.工作原理37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ωt=π+α處觸發(fā)晶閘管VT2、VT3，元件導通，電流沿b→VT3→L→R→VT2→a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斷狀態(tài)。晶閘管VT2、VT3—直要導通到下一周期ωt=2π+α處再次觸發(fā)晶閘管VT1、VT4為止。

在電源電壓負半波，晶閘管VT2、VT3承受正向電壓，但沒有觸38單相橋式整流電路感性負載單相橋式整流電路感性負載39從波形可以看出α＞90o輸出電壓波形正負面積相同，平均值為零，所以移相范圍是0～90o?？刂平铅猎?～90o之間變化時，晶閘管導通角θ≡π，導通角θ與控制角α無關。晶閘管承受的最大正、反向電壓

從波形可以看出α＞90o輸出電壓波形正負面積相同，平均值為零402.基本數量關系(1)輸出電壓平均值Ud和輸出電流平均值Id

當α=0o時，Ud=0.9U2，α=90o時，Ud=0，所以控制角的移相范圍是0~90o輸出電流平均值Id為2.基本數量關系41(2)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

(3)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(2)晶閘管電流有效值和變壓器副邊電流有效值423.反電勢負載(1)反電勢電阻負載的情況單相全控橋電路圖和工作波形(反電勢無負載)3.反電勢負載43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斷，這使得晶閘管導通角減小。晶閘管導通時，ud=u2晶閘管關斷時，ud=E。與電阻負載相比晶閘管提前了電角度δ停止導電，δ稱作停止導電角。若α<δ時，觸發(fā)脈沖到來時，晶閘管承受負電壓，不可能導通。為了使晶閘管可靠導通，要求觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當晶閘管開始承受正電壓時，觸發(fā)脈沖仍然存在。輸出電壓為: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44(2)反電勢電感性負載的情況若負載為直流電動機時，此時負載性質為反電動勢電感性負載，電感不足夠大，輸出電流波形會斷續(xù)。在負載回路串接平波電抗器可以減小電流脈動，如果電感足夠大，電流就能連續(xù)，α>δ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。變壓器二次側流過正反兩個方向的電流，不存在直流磁化，利用率高。

(2)反電勢電感性負載的情況452.3.4電容濾波的不可控整流電路1．工作原理及波形分析2.3.4電容濾波的不可控整流電路1．工作原理及波形分析46在u2正半周過零點至ωt=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ωt=0之后，u2將要超過ud，VD1和VD4承受正壓導通，ud

=u2，交流電源向電容充電，同時向負載RL供電。至之后，u2<ud，VD1和VD4關斷，電容開始以指數規(guī)律放電。通過分析，可知δ和θ決定于ωRC的乘積。

在u2正半周過零點至ωt=0期間，因u2<ud，故二極管均472．主要的數量關系(1)輸出電壓平均值在設計時根據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．主要的數量關系48(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，波形形狀與電容和負載電阻有關，一般的應該按照輸出電壓等于1.2U2時計算有效值?？梢愿鶕こ逃嬎愕姆椒ǖ贸龆O管電流有效值。(4)二極管承受的電壓二極管承受的反向電壓的最大值為變壓器二次電壓最大值(3)二極管電流493感容濾波的二極管整流電路3感容濾波的二極管整流電路50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2.3.3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51單相半控橋式整流電路在阻感負載時的情況阻性負載演示感性負載演示失控現象演示為防止失控現象,在負載端反并聯續(xù)流二極管2.3.4單相半控橋式整流電路

單相半控橋式整流電路在阻感負載時的情況阻性負載演示感性負載演52續(xù)流二極管的作用若無續(xù)流二極管，則當a

突然增大至180或觸發(fā)脈沖丟失時，會發(fā)生一個晶閘管持續(xù)導通而兩個二極管輪流導通的情況，這使ud成為正弦半波，即半周期ud為正弦，另外半周期ud為零，其平均值保持恒定，稱為失控。有續(xù)流二極管VDR時，續(xù)流過程由VDR完成，晶閘管關斷，避免了某一個晶閘管持續(xù)導通從而導致失控的現象。同時，續(xù)流期間導電回路中只有一個管壓降，有利于降低損耗。續(xù)流二極管的作用532.4三相半波可控整流電路

2.4三相半波可控整流電路542.4.1電阻性負載1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的影響，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。

2.4.1電阻性負載1工作原理55三相半波可控整流電路α=0o時的波形

三相半波可控整流電路α=0o時的波形56穩(wěn)定工作時，三個晶閘管的觸發(fā)脈沖互差120o，規(guī)定ωt=π/6為控制角α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π/6處，即ωt1、ωt2、ωt3點，

自然換相點之間互差2π/3，三相脈沖也互差120o。在ωt1時刻觸發(fā)VT1，在ωt1～ωt2區(qū)間有uu＞uv、uu＞uw，u相電壓最高，VT1承受正向電壓而導通，輸出電壓ud＝uu。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u相電流波形相同，大小相等。

穩(wěn)定工作時，三個晶閘管的觸發(fā)脈沖互差120o，規(guī)定ωt=π/57在ωt2時刻觸發(fā)VT2，在ωt2～ωt3區(qū)間

v相電壓最高，由于uu＜uv，VT2承受正向電壓而導通，ud＝uv。VT1兩端電壓uT1=uu-uv=uuv<0，晶閘管VT1承受反向電壓關斷。在VT2導通期間，VT1兩端電壓uT1=uu-uv=uuv。在ωt2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ωt3時刻觸發(fā)VT3，在ωt3～ωt4區(qū)間w相電壓最高，由于uv＜uw，VT3承受正向電壓而導通，ud＝uw。VT2兩端電壓

uT2=uv-uw=uvw<0，晶閘管VT2承受反向電壓關斷。在VT3導通期間VT1兩端電壓uT1=uu-uw=uuw。這樣在一周期內，VT1只導通2π/3，在其余4π/3時間承受反向電壓而處于關斷狀態(tài)。

在ωt2時刻觸發(fā)VT2，在ωt2～ωt3區(qū)間v相電壓最高，58只有承受高電壓的晶閘管元件才能被觸發(fā)導通，輸出電壓ud波形是相電壓的一部分，每周期脈動三次，是三相電源相電壓正半波完整包絡線，輸出電流id與輸出電壓ud波形相同(id=ud/R)。電阻性負載α=0o

時，VT1在VT2、VT3導通時僅承受反壓，隨著α的增加，晶閘管承受正向電壓增加；其他兩個晶閘管承受的電壓波形相同，僅相位依次相差120o。

只有承受高電壓的晶閘管元件才能被觸發(fā)導通，輸出電壓ud波形是59三相半波可控整流電路電阻負載α=300時的波形

三相半波可控整流電路電阻負載α=300時的波形60三相半波可控整流電路電阻負載α=600時的波形

三相半波可控整流電路電阻負載α=600時的波形61增大α，則整流電壓相應減小。α=30o是輸出電壓、電流連續(xù)和斷續(xù)的臨界點。當α＜30o時，后一相的晶閘管導通使前一相的晶閘管關斷。當α＞30o時，導通的晶閘管由于交流電壓過零變負而關斷后，后一相的晶閘管未到觸發(fā)時刻，此時三個晶閘管都不導通，直到后一相的晶閘管被觸發(fā)導通。從上述波形圖可以看出晶閘管承受最大正向電壓是變壓器二次相電壓的峰值，UFM=U2，晶閘管承受最大反向電壓是變壓器二次線電壓的峰值，URM=×U2=U2。α=150o時輸出電壓為零，所以三相半波整流電路電阻性負載移相范圍是0o～150o。

增大α，則整流電壓相應減小。622數量關系(1)輸出電壓平均值Ud和輸出電流平均值Idα=30o是ud波形連續(xù)和斷續(xù)的分界點。因此，計算輸出電壓平均值Ud時應分兩種情況進行。1)α≤30o時當α=0o時，Ud=Ud0=1.17U22)α＞30o時當α=150o時，Ud=0,所以控制角的移相范圍是0~150o

2數量關系63輸出電流平均值Id(2)晶閘管電流有效值IT和變壓器副邊電流有效值

1)α≤30o時

2)α＞30o時

三相半波可控整流電路中，變壓器副邊電流有效值和晶閘管電流有效值相等I2=IT輸出電流平均值Id64(3)晶閘管承受的最大正反向電壓Um

從圖2-9可以看出，晶閘管承受的最大反向電壓為電源線電壓的峰值

其承受的正向電壓為：當控制角α≤30o時當α＞30o時，其承受的最大電壓是相電壓的峰值所以晶閘管承受的正反向電壓的最大值是(3)晶閘管承受的最大正反向電壓Um652.4.2電感性負載

1工作原理

當α≤30o

時的工作情況與電阻性負載相同，輸出電壓ud波形、uT波形也相同。由于負載電感的儲能作用，輸出電流id是近似平直的直流波形，晶閘管中分別流過幅度Id、寬度2π/3的矩形波電流，導通角θ=120o。當α＞30o

時，假設α=60o，VT1已經導通，在u相交流電壓過零變負后，VT1在負載電感產生的感應電勢作用下維持導通，輸出電壓ud＜0，直到VT2

被觸發(fā)導通，VT1承受反向電壓關斷，輸出電壓ud＝uv。顯然，α=90o時輸出電壓為零，所以移相范圍是0o～90o。

顯然，晶閘管承受的最大正反向電壓是變壓器二次線電壓的峰值。

2.4.2電感性負載1工作原理66三相半波可控整流電路感性負載時的波形

三相半波可控整流電路感性負載時的波形672數量關系(1)輸出電壓平均值和輸出電流平均值由于ud波形是連續(xù)的，所以計算輸出電壓Ud時只需一個計算公式α=0o時，Ud=1.17U2α=90o時，

Ud=0，所以控制角的移相范圍是0~90o

輸出電流平均值

2數量關系68(2)晶閘管電流有效值和變壓器副邊電流有效值

晶閘管電流平均值是輸出電流的三分之一，其有效值

三相半波可控整流電路中，變壓器副邊電流和晶閘管電流相同，故有

(3)晶閘管承受的最大正反向電壓晶閘管承受的最大正反向電壓為電源線電壓的峰值(2)晶閘管電流有效值和變壓器副邊電流有效值69把三只晶閘管的陽極接成公共端連在一起就構成了共陽極接法的三相半波可控整流電路，由于陰極不同電位，要求三相的觸發(fā)電路必須彼此絕緣。由于晶閘管只有在陽極電位高于陰極電位時才能導通，因此晶閘管只在相電壓負半周被觸發(fā)導通，換相總是換到陰極更負的那一相。下圖給出了共陽極接法的三相半波可控整流和α=30o時的工作波形。

2.4.3三相半波共陽極接法的可控整流電路2.4.3三相半波共陽極接法的可控整流電路70三相半波可控整流電路共陽極接法及波形

三相半波可控整流電路共陽極接法及波形712.5三相全控橋式整流電路

2.5三相全控橋式整流電路72三相半波可控整流的變壓器存在直流磁化的問題，造成變壓器發(fā)熱和利用率下降。三相全控橋式整流電路是由三相半波可控整流電路演變而來，它可看作是三相半波共陰極接法(VT1，VT3，VT5)和三相半波共陽極接法(VT4，VT6，VT2)的串聯組合.三相半波可控整流的變壓器存在直流磁化的問題，造成變壓器發(fā)熱和732.5.1電阻性負載

1工作原理三相全控整流電路中共陰極接法(VT1，VT3，VT5)和共陽極接法(VT4，VT6，VT2)的控制角α分別與三相半波可控整流電路共陰極接法和共陽極接法相同。在一個周期內，晶閘管的導通順序為VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6。

三相橋式全控整流電路2.5.1電阻性負載1工作原理三相橋式全控整流74將一周期相電壓分為六個區(qū)間：

時段ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ輸出電壓uuvuuwuvwuvuuwuuwv導通晶閘管VT6VT1VT1VT2VT2VT3VT3VT4VT4VT5VT5VT6將一周期相電壓分為六個區(qū)間：時段ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ輸出電壓u75三相橋式全控整流電路帶電阻負載α=0o時的波形

三相橋式全控整流電路帶電阻負載α=0o時的波形76三相橋式全控整流電路帶電阻負載α=60o時的波形

三相橋式全控整流電路帶電阻負載α=60o時的波形77三相橋式全控整流電路帶電阻負載α=90時的波形

三相橋式全控整流電路帶電阻負載α=90時的波形78從上述分析可以總結出三相全控橋式整流電路的工作特點：(1)任何時候共陰、共陽極組各有一只元件同時導通才能形成電流通路。(2)共陰極組晶閘管VT1、VT3、VT5，按相序依次觸發(fā)導通，相位相差120o，共陽極組晶閘管VT2、VT4、VT6，相位相差120o，同一相的晶閘管相位相差180o。每個晶閘管導通角120o；(3)輸出電壓ud由六段線電壓組成，每周期脈動六次，每周期脈動頻率為300HZ。(4)晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，它只與晶閘管導通情況有關，其波形由3段組成：一段為零(忽略導通時的壓降)，兩段為線電壓。晶閘管承受最大正、反向電壓的關系也相同。(5)變壓器二次繞組流過正負兩個方向的電流，消除了變壓器的直流磁化，提高了變壓器的利用率。

從上述分析可以總結出三相全控橋式整流電路的工作特79(6)對觸發(fā)脈沖寬度的要求：整流橋開始工作時以及電流中斷后，要使電路正常工作，需保證應同時導通的2個晶閘管均有脈沖，常用的方法有兩種：一種是寬脈沖觸發(fā)，它要求觸發(fā)脈沖的寬度大于60o(一般為80o～100o)，另一種是雙窄脈沖觸發(fā)，即觸發(fā)一個晶閘管時，向小一個序號的晶閘管補發(fā)脈沖。寬脈沖觸發(fā)要求觸發(fā)功率大，易使脈沖變壓器飽和，所以多采用雙窄脈沖觸發(fā)。

電阻性負載α≤60o時的ud波形連續(xù)，α＞60o時ud波形斷續(xù)。α=120o時，輸出電壓為零Ud=0，因此三相全控橋式整流電路電阻性負載移相范圍為0o～120o?？梢钥闯?，晶閘管元件兩端承受的最大正反向電壓是變壓器二次線電壓的峰值

(6)對觸發(fā)脈沖寬度的要求：整流橋開始工作時以及電流中斷后802參數計算(1)輸出電壓平均值Ud和輸出電流平均值Id由于α=60o是輸出電壓Ud波形連續(xù)和斷續(xù)的分界點，輸出電壓平均值應分兩種情況計算：1)α≤60o當α=0o時，Ud=Ud

0=2.34U22)α＞60o當α=120o時，Ud=0，所以控制角的移相范圍是0~120o輸出電流平均值Id2參數計算81(2)晶閘管電流有效值和變壓器二次側電流有效值α≤60o時

α＞60o時變壓器二次側電流是晶閘管電流的2倍，因此，變壓器二次側電流有效值為可控整流器與有源逆變器培訓教案課件82（3）晶閘管承受的最大正反向電壓Um晶閘管承受的正反向電壓的最大值為電源線電壓的峰值（3）晶閘管承受的最大正反向電壓Um832.5.2電感性負載

1工作原理當α≤60o時電感性負載的工作情況與電阻負載時相似，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等都一樣；區(qū)別在于由于電感的作用，使得負載電流波形變得平直，當電感足夠大的時候，負載電流的波形可近似為一條水平線。

α＞60o時電感性負載時的工作情況與電阻負載時不同，由于負載電感感應電勢的作用，ud波形會出現負的部分。圖2-18為帶電感性負載α=90o時的波形，可以看出，α=90o時，ud波形上下對稱，平均值為零，因此帶電感性負載三相橋式全控整流電路的α角移相范圍為90。

2.5.2電感性負載1工作原理84三相橋式全控整流電路帶電感性負載α=0時的波形

三相橋式全控整流電路帶電感性負載α=0時的波形85三相橋式全控整流電路帶電感性負載α=60時的波形

三相橋式全控整流電路帶電感性負載α=60時的波形86三相橋式整流電路帶電感性負載，α=90o時的波形三相橋式整流電路帶電感性負載，α=90o時的波形872參數計算(1)輸出電壓平均值和輸出電流平均值

由于ud波形是連續(xù)的，

α=0o時，Ud0=2.34U2,當α=90o時，Ud=0，所以控制角的移相范圍是0~90o輸出電流平均值

2參數計算88(2)晶閘管電流有效值和變壓器二次電流有效值

晶閘管電流有效值

變壓器二次電流有效值(3)晶閘管承受的最大正反向電壓晶閘管承受的正反向電壓的最大值為電源線電壓的峰值

(2)晶閘管電流有效值和變壓器二次電流有效值89在反電勢電感性負載時

在負載電感足夠大足以使負載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與電感性負載時相似，電路中各處電壓、電流波形均相同;輸出電壓為:接反電勢電感性負載時,Id為,2.5.3反電勢負載在反電勢電感性負載時2.5.3反電勢負載902.5.4其他形式的大功率可控整流電路

雙反星形可控整流電路在電解電鍍等工業(yè)中，常常使用低電壓大電流(例如幾十伏，幾千至幾萬安)可調直流電源。由于三相橋式整流電路有2倍的晶閘管壓降，因此常常使用雙反星形可控整流電路

2.5.4其他形式的大功率可控整流電路雙反星形可控整流91多重化整流電路整流裝置功率很大時，所產生的諧波、無功功率等對電網的干擾也隨之加大，為減輕干擾，可采用多重化整流電路。

并聯多重連接的12脈波整流電路

多重化整流電路并聯多重連接的12脈波整流電路922.6變壓器漏抗對整流電路的影響

2.6變壓器漏抗對整流電路的影響93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：(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。可控整流器與有源逆變器培訓教案課件941換相過程與換相重疊角以三相半波可控整流電路為例來討論換相過程，假設三相漏抗相等，忽略交流側的電阻，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α=30°時觸發(fā)VT2，由于變壓器漏抗的作用，VT1不立即關斷，u相電流iu=Id-ik逐漸減小到零；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電壓作用下產生短路電流ik，當

iu=0，iv=Id時，u相和v相之間完成了換相。

1換相過程與換相重疊角95變壓器漏感對整流電路的影響

變壓器漏感對整流電路的影響962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2換相期間的整流電壓973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

3換相壓降98這里需要特別說明的是對于單相全控橋，換相壓降的計算上述通式不成立，因為單相全控橋雖然每周期換相2次(m=2)，但換相過程中ik是從-Id增加到Id，所以對式(2-50)中的Id應該帶入2Id，故對于單相全控橋有：

這里需要特別說明的是對于單相全控橋，換相壓降的計算上述通式不99思考題1:三相半波整流電路、三相橋式整流電路、單相橋式整流電路的輸出電壓、變壓器二次電流、晶閘管端電壓的波形？思考題1:三相半波整流電路、三相橋式整流電路、單相橋式整流100換相重疊角γ以自然換相點α=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)可得對上式兩邊積分可得積分整理后得

換相重疊角γ101思考題2：為什么當α一定時，XB、Id增大，則γ增大，換流時間增大；XB、Id一定時，γ隨U2、α角的增大而減小。思考題2：為什么當α一定時，XB、Id增大，則γ增大，換流時102(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，

變壓器漏感LB的存在可以限制短路電流，限制電流變化率di/dt

。但是變壓器漏感會引起電網波形畸變，出現電壓缺口，使du/dt加大，影響其他負載；而且由于變壓器漏感的存在會使功率因數降低，輸出電壓脈動增大，降低電壓調整率。

可控整流器與有源逆變器培訓教案課件103三相半波整流電路在控制角60o時VT1上的電壓波形三相半波整流電路在控制角60o時VT1上的電壓波形104三相橋式整流電路在逆變角60o時VT4上的電壓波形三相橋式整流電路在逆變角60o時VT4上的電壓波形105【例2-2】三相橋式整流電路，反電勢電感性負載，E=100V，U2=220V，RL=2Ω，L=∞，α=30o，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=ωLB=2πfLB【例2-2】三相橋式整流電路，反電勢電感性負載，E=100V106將本題的已知條件代入輸出電壓平衡方程式，得

將本題的已知條件代入輸出電壓平衡方程式，得107(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2~3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1.5~2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(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1082.7有源逆變電路

2.7有源逆變電路1091.什么是逆變?2.為什么要逆變?1.什么是逆變?1102.7.1逆變的概念

前面我們介紹的各種可控整流電路都工作在整流狀態(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。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，功率由直流側流向可控整流電路的交流側電網。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。

2.7.1逆變的概念前面我們介紹的各種可控整流電路都工111由三相橋構成的有源逆變電路由三相橋構成的有源逆變電路112舉例來說，這個穩(wěn)定的能源可以是一個光電或風電發(fā)電系統(tǒng)所轉換出來的電能，經過逆變電路變換成三相交流電再連接到統(tǒng)一的電網中去。逆變可以節(jié)能、提高系統(tǒng)性能的作用。如：有軌電車的制動、吊車的下放貨物、電氣可逆調速系統(tǒng)等。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去，稱作有源逆變。如果變換器的交流側不與電網連接，而直接接到普通負載，稱作無源逆變。

舉例來說，這個穩(wěn)定的能源可以是一個光電或風電發(fā)電系統(tǒng)所轉換出1132.7.2三相橋式有源逆變電路

假設電感足夠大，直流電流近似為一個恒定值，為直流反電勢電感負載。為實現有源逆變必須使控制角α＞90°，Ud為負，電源E極性與圖中一致，并且有。無論在整流狀態(tài)或逆變狀態(tài)，晶閘管總是受正向電壓時才能被觸發(fā)導通，晶閘管的導電順序不變；處于關斷狀態(tài)的晶閘管承受正向電壓的時間比在整流運行時長。

2.7.2三相橋式有源逆變電路114三相橋式整流電路工作于有源逆變狀態(tài)時的電壓波形三相橋式整流電路工作于有源逆變狀態(tài)時的電壓波形115逆變狀態(tài)的控制角為逆變角β：輸出直流電壓的平均值如果考慮變壓器的漏抗，則有：輸出直流電流的平均值亦可用整流的公式，即逆變狀態(tài)的控制角為逆變角β：116每個晶閘管導通2π/3，故流過晶閘管的電流有效值為從交流電源送到直流側負載的有功功率為:當逆變工作時，故Pd為負值，表示功率由直流電源輸送到交流電源。在三相橋式電路中，變壓器二次側線電流的有效值為：

每個晶閘管導通2π/3，故流過晶閘管的電流有效值為117三相半波逆變電路工作過程演示三相半波逆變電路工作過程演示1182.7.3逆變失敗與最小逆變角的限制

1逆變失敗可控整流電路在逆變運行時，外接的直流電源就會通過晶閘管電路形成短路，或者使可控整流電路的輸出平均電壓和直流電動勢變成順向串聯，由于逆變電路的內阻很小，將出現極大的短路電流流過晶閘管和負載，這種情況稱為逆變失敗，或稱為逆變顛覆。

2.7.3逆變失敗與最小逆變角的限制1逆變失敗119造成逆變失敗的原因：(1)觸發(fā)電路工作不可靠。不能適時、準確地給各晶閘管分配觸發(fā)脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時等。(2)晶閘管發(fā)生故障。器件失去阻斷能力，或器件不能導通。(3)交流電源異常。在逆變工作時，電源發(fā)生缺相或突然消失而造成逆變失敗。(4)換相裕量角不足，引起換相失敗。應考慮變壓器漏抗引起的換相重疊角、晶閘管關斷時間等因素的影響。

造成逆變失敗的原因：120交流側電抗對逆變換相過程的影響

交流側電抗對逆變換相過程的影響1212最小逆變角β確定的方法最小逆變角β的大小要考慮以下因素：(1)換相重疊角γ。此值隨電路形式、工作電流大小、觸發(fā)角的不同而不同。即根據逆變工作時，α=π-β，由于β越小，γ越大，考慮惡劣情況，設β=γ：

(2)晶閘管關斷時間tq所對應的電角度δ。大的可達200～300μs，折算到電角度約4o～5o；

2最小逆變角β確定的方法122(3)安全裕量角θ′考慮到脈沖調整時不對稱、電網波動、畸變與溫度等影響，還必須留一個安全裕量角，一般取θ′為10左右。綜上所述，最小逆變角為：為了可靠防止β進入βmin區(qū)內，在要求較高的場合，可在觸發(fā)電路中加一套保護線路，使β在減小時移不到βmin區(qū)內，或在βmin處設置產生附加安全脈沖的裝置，萬一當工作脈沖移入βmin區(qū)內時，則安全脈沖保證在βmin處觸發(fā)晶閘管，防止逆變失敗。

(3)安全裕量角θ′1232.8晶閘管觸發(fā)電路

2.8晶閘管觸發(fā)電路1242.8.1晶閘管對觸發(fā)電路的要求

觸發(fā)電路除滿足驅動電路的要求外，還應滿足如下要求：1．觸發(fā)脈沖與晶閘管主電路電源必須同步。2．觸發(fā)脈沖應滿足要求的移相范圍。3．為滿足三相全控橋的要求，觸發(fā)電路應能輸出雙窄脈沖或寬脈沖。4.為滿足反并聯可逆電路的要求，觸發(fā)電路應有αmin、βmin

限制。2.8.1晶閘管對觸發(fā)電路的要求觸發(fā)電路除滿足驅動電路1252.8.2同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路

觸發(fā)電路組成2.8.2同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路觸發(fā)電路組成1261脈沖形成與放大環(huán)節(jié)脈沖形成環(huán)節(jié)由V4、V5構成；放大環(huán)節(jié)由V7、V8組成?？刂齐妷簎co加在V4基極上，觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器TP二次輸出，經整流提供。

1脈沖形成與放大環(huán)節(jié)127當V4的基極電壓uco=0時，V4截止。+E1電源通過R11提供給V5一個足夠大的基極電流，使V5飽和導通。所以V5集電極電壓接近于-E1，V7、V8處于截止狀態(tài)，無脈沖輸出。電源+E1經R9、V5的發(fā)射極到-E1對電容C3充電，充滿后電容兩端電壓接近2E1，極性如圖所示。當uco≥0.7V時，V4導通。A點電位從+E1突降到1V，由于電容C3兩端電壓不能突變，所以V5基極電位也突降到-2E1，V5基射極反偏置，V5立即截止。它的集電極電壓由-E1迅速上升到鉗位電壓2.1V時，使得V7、V8導通，輸出觸發(fā)脈沖。同時電容C3由+E1經R11、VD4、V4放電并反向充電，使V5基極電位逐漸上升。直到V5基極電位ub5>-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，脈沖寬度由反向充電時間常數R11C3決定。

當V4的基極電壓uco=0時，V4截止。+E1電源通過R111282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。2鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)129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R6、R7、R8

與V4基極連接。

當V2截止時，恒流源電流I1C對電容C2充電，所以C2兩端的130根據疊加原理，先設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。

根據疊加原理，先設uh為鋸齒波電壓ue3單獨作用在基極時的電131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。產生觸發(fā)脈沖。改變uco便可以改變脈沖產生時刻，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α=90；當uco=0時，調節(jié)up的大小使產生脈沖的M點對應α=90的位置。當uco為0，α=90，則輸出電壓為0；如uco為正值，M點就向前移，控制角α<90，處于整流工作狀態(tài)；如uco為負值，M點就向后移，控制角α>90，處于逆變狀態(tài)。當V4不導通時，V4的基極b4的波形由132鋸齒波的觸發(fā)電路的工作波形鋸齒波的觸發(fā)電路的工作波形1333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。

3同步環(huán)節(jié)134與主電路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系確定。鋸齒波是由開關管V2控制的，也就是由V2的基極電位決定的。同步電壓uTS經二極管VD1加在V2的基極上。當電壓波形在負半周的下降段時，因Q點為零電位，R點為負電位，VD1導通，電容C1被迅速充電。Q點電位與R點相近，故在這一階段V2基極為反向偏置，V2截止?？煽卣髌髋c有源逆變器培訓教案課件135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，在一個正弦波周期內，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R1C1決定的。

可控整流器與有源逆變器培訓教案課件1364雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)觸發(fā)電路自身在一個周期內可輸出兩個間隔60的脈沖，稱內雙脈沖電路。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α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。4雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)137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。

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)1385強觸發(fā)環(huán)節(jié)36V交流電壓經整流、濾波后得到50V直流電壓，經R15對C6充電，B點電位為50V。當V8導通時，C6經脈沖變壓器一次側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14.3V，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。

5強觸發(fā)環(huán)節(jié)1396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。

6脈沖封鎖1402.8.4觸發(fā)電路的定相初始脈沖是指Ud＝0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。2.8.4觸發(fā)電路的定相141現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，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ωt1～ωt2。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?，F以三相全控橋為例說明定相的方法。142三相橋整流電路大量用于直流電機調速系統(tǒng)，且通常要求可實現再生制動，使Ud=0時的觸發(fā)角α為90o。當α

<90o時為整流工作，α>90o時為逆變工作。將α=90o確定為鋸齒波的中點，鋸齒波向前向后各有90o的移相范圍。α=0o對應于uu的30o的位置，說明VT1的同步電壓應滯后于uu180o。對于其他5個晶閘管，也存在同樣的關系，即同步電壓滯后于主電路電壓180o。

因此一旦確定了整流變壓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。三相橋整流電路大量用于直流電機調速系統(tǒng)，且通常要求可實現再生143同步變壓器和整流變壓器的接法及矢量圖同步變壓器和整流變壓器的接法及矢量圖144同步電壓的選取結果見表。

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同步電壓的選取結果見表。晶閘管VT1VT2VT3VT4VT145為防止電網電壓波形畸變對觸發(fā)電路產生干擾，可對同步電壓進行R-C濾波，當R-C濾波器滯后角為60o時，同步電壓選取結果見表

晶閘管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主電路電壓+Uu-Uw+Uv-Uu+Uw-Uv同步電壓+Usv-Usu+Usw-Usv+Usu-Usw為防止電網電壓波形畸變對觸發(fā)電路產生干擾，可對同步電壓進行R1462.9晶閘管-直流電動機系統(tǒng)的機械特性

2.9晶閘管-直流電動機系統(tǒng)的機械特性147晶閘管可控整流裝置帶直流電動機負載組成的系統(tǒng)習慣稱為晶閘管-直流電動機系統(tǒng)，是電力拖動系統(tǒng)中主要的一種，也是可控整流裝置的主要用途之一。其一是在帶電動機負載時整流電路的工作情況，其二是由整流電路供電時電動機的工作情況。本節(jié)主要分析由整流電路供電時電動機的工作情況。晶閘管可控整流裝置帶直流電動機負載組成的系統(tǒng)習慣稱為晶閘管-1482.9.1工作于整流狀態(tài)時

1電流連續(xù)時電動機的機械特性直流電機傳動時負載就是反電勢電感負載，在負載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與電感性負載時相似，電動機穩(wěn)態(tài)時，雖然ud波形脈動較大，但由于電動機有較大的機械慣量，故其轉速和反電動勢都基本無脈動。此時整流電壓的平均值由電動機的反電動勢及電路中負載平均電流Id所引起的各種電壓降所平衡，整流電壓的交流分量則全部降落在電抗器上。2.9.1工作于整流狀態(tài)時1電流連續(xù)時電動機的機械149整流電路直流電壓的平衡方程為式中

在負載電流連續(xù)的情況下，機械特性方程為：整流電路直流電壓的平衡方程為150三相橋式全控整流電路電動機負載電流連續(xù)時的機械特性三相橋式全控整流電路電動機負載電流連續(xù)時的機械特性1512.電流斷續(xù)時電動機的機械特性

當電機工作在電感較小或負載較輕的情況下，電流要出現斷續(xù)的現象。電流斷續(xù)時電動機的機械特性呈現出非線性，變軟。實際的空載反電動勢遠大于理想的空載反電動勢，這使得理想空載轉速升高。實際應用中，串平波電抗器使電動機在工作范圍內保持在電流連續(xù)狀態(tài)，提高直流電動機的機械特性硬度。2.電流斷續(xù)時電動機的機械特性152串聯電抗器的電感量決定著主回路最小連續(xù)電流值三相半波主回路電感量

三相全控橋主回路電感量Idmin

是最小連續(xù)電流值，一般取Idmin==(5％～10％)Id串接的平波電抗器的電感量為

串聯電抗器的電感量決定著主回路最小連續(xù)電流值153考慮電流斷續(xù)時不同α時反電動勢的機械特性曲線

考慮電流斷續(xù)時不同α時反電動勢的機械特性曲線1542.9.2工作于有源逆變狀態(tài)時

電流連續(xù)時電動機的機械特性主回路電流連續(xù)時的機械特性由電壓平衡方程式決定逆變時由于，因為，電動機的機械特性方程式2.9.2工作于有源逆變狀態(tài)時電流連續(xù)時電動機的機械特1552電流斷續(xù)時電動機的機械特性電機理想空載轉速上翹很多，機械特性變軟，且呈現非線性。當控制角α由小變大，電動機的機械特性則逐漸的由第1象限往下移，進而到達第4象限。圖中第1、第4象限中的特性和第3、第2象限中的特性是分別屬于兩組整流電路的，它們輸出整流電壓的極性彼此相反，故分別標以正組和反組變流器。2電流斷續(xù)時電動機的機械特性156電動機在四象限中的機械特性

電動機在四象限中的機械特性1572.10整流電路的諧波分析

2.10整流電路的諧波分析158(1)諧波使電網中的元件產生附加的諧波損耗，降低發(fā)電、輸電及用電效率，大量的3次諧波流過中線會使線路過熱甚至發(fā)生火災。(2)諧波影響各種電氣設備的正常工作，使電機發(fā)生機械振動、噪聲和過熱，使變壓器局部嚴重過熱，使電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短以致損壞。(3)諧波會引起電網中局部的并聯諧振和串聯諧振，從而使諧波放大，會使上述(1)和(2)兩項的危害大大增加，甚至引起嚴重事故。(4)諧波會導致繼電保護和自動裝置的誤動作，并使電氣測量儀表計量不準確。(5)諧波會對鄰近的通信系統(tǒng)產生干擾，輕者產生噪聲，降低通信質量，重者導致信息丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。諧波的危害(1)諧波使電網中的元件產生附加的諧波損耗，降低發(fā)電、輸電159對于周期為的非正弦電壓，一般滿足狄里赫利條件，可分解為如下形式的傅里葉級數式中

n=1,2,3,…

或對于周期為的非正弦電壓160式中,cn，φn和

an，bn的關系為式中,cn，φn和an，bn的關系為1612.10.1整流電路輸出電壓和負載電流的諧波分析整流電路的輸出電壓中主要成分為直流，同時還包含有大量的高次諧波分量。采用諧波分析的方法，對于研究整流電路的質量指標和為減小電流的脈動分量，保持輸出負載電流連續(xù)而選擇合適的平波電抗器的電感量是非常有用的。2.10.1整流電路輸出電壓和負載電流的諧波分析162

在交流電源的一個周期2π中，有m個形狀相同但相差2π/m的電壓脈波。若脈波的周期為T，則每個脈波寬度為ωT=2π/m，則如下關系式成立，即ud(ωt)=ud(ωt+2π/m)。輸出電壓波形的時間原點如圖所示，則ud的傅里葉級數表達式為式中，直流平均值：n次諧波的幅值：在交流電源的一個周期2π中，有m個形狀相同163n次諧波的相位角：n次諧波的系數：經推導可得m脈波整流電壓中的n次諧波幅值Un為(推導過程見書)n次諧波的相位角：164m脈波整流電壓中的諧波階次為n＝Km，K＝1，2，3，…。將n＝Km，n/m=K(K＝1，2，3，…)代入上式得到

令m＝2、3、6，即得到單相橋式、三相半波、三相全橋相控整流電路輸出電壓的各次諧波，令α=0°即可得到功率二極管整流電路在單相橋式、三相半波、三相全橋相控整流電路輸出電壓的各次諧波。m脈波整流電壓中的諧波階次為n＝Km，K＝1，2，3，…。將165左圖畫出了n＝6(Ｋ＝1)、12(Ｋ＝2)、18(Ｋ＝3)的諧波特性。由圖可見，輸出電壓的諧波幅值隨控制角α的增大而增大，在α=90o時諧波幅值最大，在α~180°之間，輸出電壓的諧波幅值隨控制角α的增大而減小。三相橋式整流電路n次諧波幅值(取標幺值)對的關系左圖畫出了n＝6(Ｋ＝1)、12(Ｋ＝2)、18(Ｋ＝3)1662.10.2可控整流電路在電感性負載時交流側電流的諧波分析

本節(jié)將只討論忽略換相過程和直流側電流脈動時的交流側電流的諧波情況。

1.單相橋式整流電路單相橋式整流電路在電感性負載時交流側電壓和電流的波形如圖2-40所示，取ωt=α時刻為橫坐標軸的原點，交流側電流為180o矩形波，與原點對稱。2.10.2可控整流電路在電感性負載時交流側電流的諧波分167交流側電流為理想方波，其有效值等于直流電流，即

I=Id

將電流波形分解為傅里葉級數，可得

其中，基波和各次諧波有效值為(n=1,3,5,…)

其頻譜如圖所示交流側電流為理想方波，其有效值等于直流電流，即I=Id168交流側電流頻譜交流側電流頻譜1692.三相橋式整流電路三相橋式整流電路在電感性負載忽略換相過程和電流脈動時的交流側電壓和電流波形如圖所示。2.三相橋式整流電路170以a相電流為例，將電流負、正兩半波之間的中點作為為橫坐標軸的原點，則有電流基波和各次諧波有效值分別為

以a相電流為例，將電流負、正兩半波之間的中點作為為橫坐標軸的171相電流頻譜

相電流頻譜172

小

結

本章的學習重點包括：(1)學習不同型式整流電路的工作原理，波形分析與數值計算、各種負載對整流電路工作情況的影響。(2)變壓器漏抗對整流電路的影響，重點建立換相壓降、換相重疊角等概念，并掌握相關的計算，熟悉漏抗對整流電路工作情況的影響。(3)掌