電力電子技術(shù)03課件

第3章整流電路3.1單相可控整流電路

3.2三相可控整流電路

3.3變壓器漏感對(duì)整流電路的影響

3.4電容濾波的不可控整流電路

3.5整流電路的諧波和功率因數(shù)

3.6大功率可控整流電路

3.7整流電路的有源逆變工作狀態(tài)

3.8整流電路相位控制的實(shí)現(xiàn)本章小結(jié)1電力電子技術(shù)03第3章整流電路·引言整流電路的分類：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。按變壓器二次側(cè)電流的方向是單向或雙向，又分為單拍電路和雙拍電路。整流電路：出現(xiàn)最早的電力電子電路，將交流電變?yōu)橹绷麟姟?電力電子技術(shù)033.1

單相可控整流電路3.1.1單相半波可控整流電路

3.1.2單相橋式全控整流電路

3.1.3單相全波可控整流電路

3.1.4單相橋式半控整流電路返回3電力電子技術(shù)031.電路分析前提；2.課本中的標(biāo)識(shí)符號(hào)定義3.電路模型；4.不同負(fù)載的各類波形分析；5.重要名詞的理解掌握；6.相關(guān)數(shù)值計(jì)算；7.元器件選擇；8.習(xí)題、例題。掌握內(nèi)容3.1.1單相半波可控整流電路返回4電力電子技術(shù)03開關(guān)器件為理想器件，無開通、關(guān)斷延時(shí)時(shí)間，無功率損耗；iA=0，晶閘管關(guān)斷；iA>0，晶閘管不關(guān)斷；不考慮變壓器漏感在內(nèi)的交流側(cè)電感；換相過程是瞬時(shí)完成的；電源為理想的50HZ正弦波；不考慮變壓器的損耗；電路分析前提3.1.1單相半波可控整流電路返回5電力電子技術(shù)03

瞬時(shí)值符號(hào)

u1：一次電壓瞬時(shí)值；u2：二次電壓瞬時(shí)值；

ud：直流輸出電壓瞬時(shí)值；id：直流輸出電流瞬時(shí)值；

uVT：晶閘管承受的電壓瞬時(shí)值；

iVT：晶閘管流過的電流瞬時(shí)值；

iVD：二極管流過的電流瞬時(shí)值；

i2：變壓器二次側(cè)電流瞬時(shí)值；3.1.1單相半波可控整流電路課本中的標(biāo)識(shí)符號(hào)定義返回6電力電子技術(shù)03

有效值符號(hào)

U1：一次電壓有效值；U2：二次電壓有效值；

U：負(fù)載輸出電壓有效值；I：負(fù)載輸出電流有效值；

IVT:流過晶閘管電流有效值；I2:變壓器二次側(cè)電流有效值;

IVDR:流過二極管電流有效值；3.1.1單相半波可控整流電路課本中的標(biāo)識(shí)符號(hào)定義返回7電力電子技術(shù)03平均值符號(hào)

Ud：直流輸出電壓平均值；

Id：直流輸出電流平均值；

IdVT:流過晶閘管電流平均值；

IdVDR:流過二極管電流平均值;3.1.1單相半波可控整流電路課本中的標(biāo)識(shí)符號(hào)定義返回8電力電子技術(shù)033.1.1單相半波可控整流電路圖3-1

單相半波可控整流電路及波形1）帶電阻負(fù)載的工作情況變壓器T起變換電壓和電氣隔離的作用。電阻負(fù)載的特點(diǎn)：電壓與電流成正比，兩者波形相同。wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00電路模型波形分析返回9電力電子技術(shù)033.1.1單相半波可控整流電路

通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式，簡稱相控方式。

基本數(shù)量關(guān)系直流輸出電壓平均值為(3-1)VT的a移相范圍為0~180

返回10電力電子技術(shù)03wtuda

qa：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、觸發(fā)延遲角或控制角。q：即晶閘管在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通的電角度，稱導(dǎo)通角。3.1.1單相半波可控整流電路兩個(gè)重要的基本概念：返回11電力電子技術(shù)03

思考以下問題：負(fù)載R上流過的電流平均值表達(dá)式。負(fù)載R上流過的電流有效值表達(dá)式。晶閘管上流過的電流有效值表達(dá)式。變壓器二次側(cè)流過的電流有效值表達(dá)式。變壓器（電源）供給的有功功率表達(dá)式。變壓器提供的視在功率表達(dá)式。計(jì)算這些參數(shù)的意義所在。（有效值、平均值）3.1.1單相半波可控整流電路返回12電力電子技術(shù)033.1.1單相半波可控整流電路2)帶阻感負(fù)載的工作情況

圖3-2

帶阻感負(fù)載的單相半波電路及其波形阻感負(fù)載的特點(diǎn)：電感對(duì)電流變化有抗拒作用，使得流過電感的電流不發(fā)生突變?！?/p>

※回顧電路阻抗角、電感儲(chǔ)能特性、感應(yīng)電動(dòng)勢、二極管“續(xù)流”等知識(shí)。返回13電力電子技術(shù)033.1.1單相半波可控整流電路2)帶阻感負(fù)載的工作情況

圖3-2

帶阻感負(fù)載的單相半波電路及其波形電路中加接一續(xù)流二極管?。?！若φ為定值，a

越大，在u2正半周L儲(chǔ)能越少，維持導(dǎo)電的能力就越弱，θ越小?！?/p>

分析負(fù)載阻抗角φ

、觸發(fā)角a、晶閘管導(dǎo)通角θ的關(guān)系若a為定值，φ

越大，則L貯能越多，θ越大；※在u2負(fù)半周L維持晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間若越接近晶閘管在u2正半周導(dǎo)通的時(shí)間，則ud中負(fù)的部分越接近正的部分，則平均值Ud越接近零。該電路不好，不實(shí)用?。?！需改進(jìn)電路形式。如何改？？？返回14電力電子技術(shù)033.1.1單相半波可控整流電路3）加續(xù)流二極管的u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRa)圖3-4

單相半波帶阻感負(fù)載有續(xù)流二極管的電路及波形當(dāng)u2過零變負(fù)時(shí)，VDR導(dǎo)通，ud為零，VT承受反壓關(guān)斷。L儲(chǔ)存的能量保證了電流id在L-R-VDR回路中流通，此過程通常稱為續(xù)流。

數(shù)量關(guān)系(id近似恒為Id）（2-5）（2-6）（2-7）（2-8）返回15電力電子技術(shù)033.1.1單相半波可控整流電路VT的a移相范圍為0~180

。簡單，但輸出脈動(dòng)大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化。實(shí)際上很少應(yīng)用此種電路。分析該電路的主要目的建立起整流電路的基本概念。單相半波可控整流電路的特點(diǎn)：返回16電力電子技術(shù)033.1.2單相橋式全控整流電路1)帶電阻負(fù)載的工作情況a)u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4圖3-5

單相全控橋式帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形工作原理及波形分析VT1和VT4組成一對(duì)橋臂，在u2正半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時(shí)關(guān)斷。VT2和VT3組成另一對(duì)橋臂，在u2正半周承受電壓-u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時(shí)關(guān)斷。電路結(jié)構(gòu)返回17電力電子技術(shù)033.1.2單相橋式全控整流電路數(shù)量關(guān)系（3-9）a角的移相范圍為0~180

。向負(fù)載輸出的平均電流值為：流過晶閘管的電流平均值只有輸出直流平均值的一半，即：（3-10）(3-11)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4返回18電力電子技術(shù)033.1.2單相橋式全控整流電路流過晶閘管的電流有效值：變壓器二次測電流有效值I2與輸出直流電流I有效值相等：由式（2-12）和式（2-13）得：不考慮變壓器的損耗時(shí)，要求變壓器的容量S=U2I2。（3-12）（3-13）（2-14）pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4返回19電力電子技術(shù)033.1.2單相橋式全控整流電路2）帶阻感負(fù)載的工作情況

u2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4圖3-6

單相全控橋帶阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)，id的平均值不變。假設(shè)負(fù)載電感很大，負(fù)載電流id連續(xù)且波形近似為一水平線。u2過零變負(fù)時(shí)，晶閘管VT1和VT4并不關(guān)斷。至ωt=π+a時(shí)刻，晶閘管VT1和VT4關(guān)斷，VT2和VT3兩管導(dǎo)通。VT2和VT3導(dǎo)通后，VT1和VT4承受反壓關(guān)斷，流過VT1和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2和VT3上，此過程稱換相，亦稱換流。返回20電力電子技術(shù)033.1.2單相橋式全控整流電路

數(shù)量關(guān)系（3-15）晶閘管移相范圍為0~90

。晶閘管導(dǎo)通角θ與a無關(guān)，均為180

。電流的平均值和有效值：變壓器二次側(cè)電流i2的波形為正負(fù)各180

的矩形波，其相位由a角決定，有效值I2=Id。晶閘管承受的最大正反向電壓均為。2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4返回21電力電子技術(shù)033.1.2單相橋式全控整流電路3）帶反電動(dòng)勢負(fù)載時(shí)的工作情況圖3-7單相橋式全控整流電路接反電動(dòng)勢—電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形在|u2|>E時(shí)，才有晶閘管承受正電壓，有導(dǎo)通的可能。在a

角相同時(shí)，整流輸出電壓比電阻負(fù)載時(shí)大。導(dǎo)通之后，

ud=u2，，直至|u2|=E，id即降至0使得晶閘管關(guān)斷，此后ud=E。與電阻負(fù)載時(shí)相比，晶閘管提前了電角度δ停止導(dǎo)電，δ稱為停止導(dǎo)電角，（2-16）b)idOEudwtIdOwtaqd返回22電力電子技術(shù)033.1.2單相橋式全控整流電路當(dāng)α

<d時(shí)，觸發(fā)脈沖到來時(shí)，晶閘管承受負(fù)電壓，不可能導(dǎo)通。圖3-7b單相橋式全控整流電路接反電動(dòng)勢—電阻負(fù)載時(shí)的波形電流斷續(xù)觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當(dāng)wt=d時(shí)刻有晶閘管開始承受正電壓時(shí)，觸發(fā)脈沖仍然存在。這樣，相當(dāng)于觸發(fā)角被推遲為d。如圖2-7b所示id波形所示：電流連續(xù)ub)idOEdwtIdOwtαqd返回23電力電子技術(shù)033.1.2單相橋式全控整流電路負(fù)載為直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，如果出現(xiàn)電流斷續(xù)，則電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性將很軟。為了克服此缺點(diǎn)，一般在主電路中直流輸出側(cè)串聯(lián)一個(gè)平波電抗器。這時(shí)整流電壓ud的波形和負(fù)載電流id的波形與阻感負(fù)載電流連續(xù)時(shí)的波形相同，ud的計(jì)算公式也一樣。為保證電流連續(xù)所需的電感量L可由下式求出：（3-17）圖3-8

單相橋式全控整流電路帶反電動(dòng)勢負(fù)載串平波電抗器，電流連續(xù)的臨界情況twwOud0Eidtpdaq=p返回24電力電子技術(shù)033.1.3單相全波可控整流電路單相全波可控整流與單相橋式全控整流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。圖3-9

單相全波可控整流電路及波形返回25電力電子技術(shù)033.1.3單相全波可控整流電路單相全波與單相全控橋的區(qū)別：單相全波中變壓器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，材料的消耗多。單相全波只用2個(gè)晶閘管，比單相全控橋少2個(gè)，相應(yīng)地，門極驅(qū)動(dòng)電路也少2個(gè)；但是晶閘管承受的最大電壓是單相全控橋的2倍，即單相全波導(dǎo)電回路只含1個(gè)晶閘管，比單相橋少1個(gè)，因而管壓降也少1個(gè)。從上述后兩點(diǎn)考慮，單相全波電路有利于在低輸出電壓的場合應(yīng)用。返回26電力電子技術(shù)033.1.4單相橋式半控整流電路電路結(jié)構(gòu)

單相全控橋中，每個(gè)導(dǎo)電回路中有2個(gè)晶閘管，1個(gè)晶閘管可以用二極管代替，從而簡化整個(gè)電路。如此即成為單相橋式半控整流電路。ud1）電阻負(fù)載情況

※單相橋式半控電路與單相橋式全控電路在電阻負(fù)載時(shí)的工作情況相同。2）阻感負(fù)載（無VDR）請(qǐng)同學(xué)分析以下波形：

ud

，id，ivt，ivD，i2返回易失控27電力電子技術(shù)033.1.4單相橋式半控整流電路3）阻感負(fù)載（有VDR）的情況

圖3-10單相橋式半控整流電路，有續(xù)流二極管，阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形在u2正半周，u2經(jīng)VT1和VD4向負(fù)載供電。

u2過零變負(fù)時(shí)，因電感作用電流不再流經(jīng)變壓器二次繞組，而是由VT1和VD2續(xù)流。在u2負(fù)半周觸發(fā)角a時(shí)刻觸發(fā)VT3，VT3導(dǎo)通，u2經(jīng)VT3和VD2向負(fù)載供電。u2過零變正時(shí)，VD4導(dǎo)通，VD2關(guān)斷。VT3和VD4續(xù)流，ud又為零。Ob)2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdawtwtwtwtwtwtwtap-ap-aiVT1iVD4iVT2iVD3iVDR返回28電力電子技術(shù)033.1.4單相橋式半控整流電路續(xù)流二極管的作用避免可能發(fā)生的失控現(xiàn)象。若無續(xù)流二極管，則當(dāng)a

突然增大至180

或觸發(fā)脈沖丟失時(shí)，會(huì)發(fā)生一個(gè)晶閘管持續(xù)導(dǎo)通而兩個(gè)二極管輪流導(dǎo)通的情況，這使ud成為正弦半波，其平均值保持恒定，稱為失控。有續(xù)流二極管VDR時(shí)，續(xù)流過程由VDR完成，避免了失控的現(xiàn)象。續(xù)流期間導(dǎo)電回路中只有一個(gè)管壓降，有利于降低損耗。返回29電力電子技術(shù)033.1.4單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路的另一種接法相當(dāng)于把圖3-5a中的VT3和VT4換為二極管VD3和VD4，這樣可以省去續(xù)流二極管VDR，續(xù)流由VD3和VD4來實(shí)現(xiàn)。圖3-5單相全控橋式帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形圖3-11單相橋式半控整流電路的另一接法返回30電力電子技術(shù)033.2三相可控整流電路3.2.1三相半波可控整流電路3.2.2三相橋式全控整流電路返回31電力電子技術(shù)033.2三相可控整流電路·引言交流側(cè)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?；镜氖侨喟氩煽卣麟娐?，應(yīng)用最廣的是三相橋式全控整流電路。32電力電子技術(shù)033.2三相可控整流電路·引言對(duì)比單相可控整流電路，掌握以下知識(shí)：自然換相點(diǎn)定義；a=0

定義(與電源波形參照位置)；晶閘管脈沖給出規(guī)律；導(dǎo)通角大小分析；脈沖移相范圍分析；負(fù)載電流連續(xù)與斷續(xù)的臨界點(diǎn)；相關(guān)參數(shù)計(jì)算公式；直流電壓脈動(dòng)次數(shù)，直流磁化問題；晶閘管額定電壓、額定電流求解；負(fù)載容量大小考慮。33電力電子技術(shù)033.2.1三相半波可控整流電路電路的特點(diǎn)：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)。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。1)電阻負(fù)載自然換相點(diǎn)：二極管換相時(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)返回34電力電子技術(shù)033.2.1三相半波可控整流電路35電力電子技術(shù)03b)c)d)e)f)u2Riduaubuca=0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwta)3.2.1三相半波可控整流電路自然換相點(diǎn)：二極管換相時(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

。圖3-12

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

動(dòng)畫演示36電力電子技術(shù)033.2.1三相半波可控整流電路相電壓電壓波形線電壓電壓波形37電力電子技術(shù)033.2.1三相半波可控整流電路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。圖3-12三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

a=30

的波形（圖3-13）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

的情況（圖3-14

）特點(diǎn)：負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角小于120

。b)c)d)e)f)u2uaubuca=0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwta)R返回38電力電子技術(shù)033.2.1三相半波可控整流電路（3-18）當(dāng)a=0時(shí)，Ud最大，為。(3-19)整流電壓平均值的計(jì)算a≤30

時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)，有：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：返回39電力電子技術(shù)033.2.1三相半波可控整流電路

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（3-20）（3-21）（3-22）返回40電力電子技術(shù)03思考在電阻性負(fù)載三相半波可控整流電路中,如果窄脈沖出現(xiàn)過早,即在自然換相點(diǎn)之前,會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?畫出負(fù)載電壓波形！a)41電力電子技術(shù)033.2.1三相半波可控整流電路2）阻感負(fù)載圖3-16

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)的波形特點(diǎn)：阻感負(fù)載，L值很大，id波形基本平直。a≤30

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3-16所示）。u2過零時(shí)，VT1不關(guān)斷，直到VT2的脈沖到來，才換流，——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動(dòng)畫演示返回42電力電子技術(shù)033.2.1三相半波可控整流電路相電壓電壓波形線電壓電壓波形43電力電子技術(shù)033.2.1三相半波可控整流電路數(shù)量關(guān)系由于負(fù)載電流連續(xù)，

Ud可由式（3-18）求出，即Ud/U2與a成余弦關(guān)系，如圖3-15中的曲線2所示。如果負(fù)載中的電感量不是很大，Ud/U2與a的關(guān)系將介于曲線1和2之間，曲線3給出了這種情況的一個(gè)例子。圖3-15三相半波可控整流電路Ud/U2隨a變化的關(guān)系1－電阻負(fù)載2－電感負(fù)載

3－電阻電感負(fù)載返回44電力電子技術(shù)032.2.1三相半波可控整流電路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。（3-23）（3-24）（3-25）返回45電力電子技術(shù)033.2.2三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）圖3-17三相橋式全控整流電路原理圖導(dǎo)通順序：

VT1－VT2

－VT3－

VT4

－VT5－VT6返回46電力電子技術(shù)033.2.2三相橋式全控整流電路1）帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況當(dāng)a≤60

時(shí)，ud波形均連續(xù)，對(duì)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（圖3－18）

a=30

（圖3－19）

a=60

（圖3－20）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

（圖3－21）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

動(dòng)畫演示返回47電力電子技術(shù)033.2.2三相橋式全控整流電路晶閘管及輸出整流電壓的情況如表3－1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(qǐng)參照?qǐng)D3－18返回48電力電子技術(shù)033.2.2三相橋式全控整流電路（2）對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6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)（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。返回49電力電子技術(shù)033.2.2三相橋式全控整流電路（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。

三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)返回50電力電子技術(shù)03a≤60

時(shí)（a=0

圖3－22；a=30

圖3－23）ud波形連續(xù)，工作情況與帶電阻負(fù)載時(shí)十分相似。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3.2.2三相橋式全控整流電路2)阻感負(fù)載時(shí)的工作情況主要包括a>60

時(shí)（a=90

圖3－24）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。動(dòng)畫演示返回51電力電子技術(shù)033.2.2三相橋式全控整流電路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a≤60

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=Ud/R（3-26）（3-27）返回52電力電子技術(shù)033.2.2三相橋式全控整流電路當(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：（3-28）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：（3-29）式中R和E分別為負(fù)載中的電阻值和反電動(dòng)勢的值。返回53電力電子技術(shù)03ik=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。3.3

變壓器漏感對(duì)整流電路的影響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(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。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。圖3-25

考慮變壓器漏感時(shí)的三相半波可控整流電路及波形udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca返回54電力電子技術(shù)033.3

變壓器漏感對(duì)整流電路的影響換相重疊角g——換相過程持續(xù)的時(shí)間，用電角度g表示。g隨其它參數(shù)變化的規(guī)律：（1）Id越大則g越大；（2）XB越大g越大；（3）當(dāng)a≤90

時(shí)，

越小g越大。1）定性分析可得以下結(jié)論：返回55電力電子技術(shù)033.3

變壓器漏感對(duì)整流電路的影響換相過程中，整流電壓ud為同時(shí)導(dǎo)通的兩個(gè)晶閘管所對(duì)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。（3-30）（3-31）2）定量分析可得以上結(jié)論（略）返回56電力電子技術(shù)033.3

變壓器漏感對(duì)整流電路的影響換相重疊角g的計(jì)算由上式得：進(jìn)而得出：（3-32）（3-33）（3-34）返回57電力電子技術(shù)033.3

變壓器漏感對(duì)整流電路的影響由上述推導(dǎo)過程，已經(jīng)求得：

當(dāng)時(shí)，，于是g隨其它參數(shù)變化的規(guī)律：（1）

Id越大則g越大；（2）

XB越大g越大；（3）當(dāng)a≤90

時(shí)，

越小g越大。（3-35）（3-36）返回58電力電子技術(shù)033.3

變壓器漏感對(duì)整流電路的影響

變壓器漏抗對(duì)各種整流電路的影響②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①表3-2

各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計(jì)算注：①單相全控橋電路中，環(huán)流ik是從-Id變?yōu)镮d。本表所列通用公式不適用；

②三相橋等效為相電壓等于的6脈波整流電路，故其m=6，相電壓按代入。返回59電力電子技術(shù)033.3

變壓器漏感對(duì)整流電路的影響變壓器漏感對(duì)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。返回60電力電子技術(shù)033.4

電容濾波的不可控整流電路3.4.1

電容濾波的單相不可控整流電路3.4.2

電容濾波的三相不可控整流電路返回61電力電子技術(shù)033.4

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。62電力電子技術(shù)033.4.1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。工作原理及波形分析圖3-26

電容濾波的單相橋式不可控整流電路及其工作波形a)電路

b)波形b)0iudqdp2pwti,uda)+RCu1u2i2VD1VD3VD2VD4idiCiRud返回63電力電子技術(shù)032.4.1電容濾波的單相不可控整流電路

感容濾波的二極管整流電路實(shí)際應(yīng)用為此情況，但分析復(fù)雜。ud波形更平直，電流i2的上升段平緩了許多，這對(duì)于電路的工作是有利的。圖3-29

感容濾波的單相橋式不可控整流電路及其工作波形a）電路圖b）波形a)b)u2udi20dqpwti2,u2,ud返回64電力電子技術(shù)033.4.2電容濾波的三相不可控整流電路基本原理某一對(duì)二極管導(dǎo)通時(shí)，輸出電壓等于交流側(cè)線電壓中最大的一個(gè)，該線電壓既向電容供電，也向負(fù)載供電。當(dāng)沒有二極管導(dǎo)通時(shí)，由電容向負(fù)載放電，ud按指數(shù)規(guī)律下降。圖3-30

電容濾波的三相橋式不可控整流電路及其波形a)b)Oiaudiduduabuac0dqwtpp3wt返回65電力電子技術(shù)033.4.2電容濾波的三相不可控整流電路R/XC的值與負(fù)載電流斷續(xù)和連續(xù)的關(guān)系；Ud的值。圖3-30

電容濾波的三相橋式不可控整流電路及其波形a)b)Oiaudiduduabuac0dqwtpp3wt返回66電力電子技術(shù)033.4.2電容濾波的三相不可控整流電路考慮實(shí)際電路中存在的交流側(cè)電感以及為抑制沖擊電流而串聯(lián)的電感時(shí)的工作情況：圖3-32

考慮電感時(shí)電容濾波的三相橋式整流電路及其波形a）電路原理圖

b）輕載時(shí)的交流側(cè)電流波形

c）重載時(shí)的交流側(cè)電流波形b)c)iaiaOO

t

t返回67電力電子技術(shù)03思考問題：注意：可控整流電路不宜在直流側(cè)接大電容濾波！問：1）請(qǐng)分析以上原因；2）可控整流電路如何考慮濾波問題？68電力電子技術(shù)03補(bǔ)充知識(shí)：整流電路（器）基本的性能指標(biāo)1、電壓諧波系數(shù)或紋波系數(shù)RF;2、電壓脈動(dòng)系數(shù)Sn;3、輸入電流總畸變率THD；4、輸入功率因數(shù)PF。69電力電子技術(shù)033.5整流電路的諧波和功率因數(shù)（了解）3.5.1

諧波和無功功率分析基礎(chǔ)3.5.2

可控整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析3.5.3

不可控整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析3.5.4

整流電路直流側(cè)電壓和電流的諧波分析返回70電力電子技術(shù)033.5整流電路的諧波和功率因數(shù)·引言隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用日益廣泛，由此帶來的諧波(harmonics)和無功(reactivepower)問題日益嚴(yán)重，引起了關(guān)注。無功的危害：導(dǎo)致設(shè)備容量增加。使設(shè)備和線路的損耗增加。線路壓降增大，沖擊性負(fù)載使電壓劇烈波動(dòng)。諧波的危害：降低設(shè)備的效率。影響用電設(shè)備的正常工作。引起電網(wǎng)局部的諧振，使諧波放大，加劇危害。導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作。對(duì)通信系統(tǒng)造成干擾。返回71電力電子技術(shù)033.5.1

諧波和無功功率分析基礎(chǔ)1）諧波對(duì)于非正弦波電壓，滿足狄里赫利條件，可分解為傅里葉級(jí)數(shù)：n次諧波電流含有率以HRIn（HarmonicRatioforIn）表示

（3-57）電流諧波總畸變率THDi（TotalHarmonicdistortion）定義為

（3-58）正弦波電壓可表示為：基波（fundamental）——頻率與工頻相同的分量諧波——頻率為基波頻率大于1整數(shù)倍的分量諧波次數(shù)——諧波頻率和基波頻率的整數(shù)比返回72電力電子技術(shù)033.5.1

諧波和無功功率分析基礎(chǔ)2）功率因數(shù)正弦電路中的情況電路的有功功率就是其平均功率：（3-59）視在功率為電壓、電流有效值的乘積，即S=UI

（3-60）無功功率定義為：Q=UIsinj

（3-61）功率因數(shù)l

定義為有功功率P和視在功率S的比值：（3-62）

此時(shí)無功功率Q與有功功率P、視在功率S之間有如下關(guān)系：（3-63）功率因數(shù)是由電壓和電流的相位差j決定的：l=cosj

（3-64）返回73電力電子技術(shù)033.5.1

諧波和無功功率分析基礎(chǔ)非正弦電路中的情況有功功率、視在功率、功率因數(shù)的定義均和正弦電路相同，功率因數(shù)仍由式定義。不考慮電壓畸變，研究電壓為正弦波、電流為非正弦波的情況有很大的實(shí)際意義。非正弦電路的有功功率：P=UI1

cosj1（3-65）功率因數(shù)為：（3-66）

基波因數(shù)——n=I1/I，即基波電流有效值和總電流有效值之比位移因數(shù)（基波功率因數(shù)）——cosj1功率因數(shù)由基波電流相移和電流波形畸變這兩個(gè)因素共同決定的。返回74電力電子技術(shù)033.5.1

諧波和無功功率分析基礎(chǔ)非正弦電路的無功功率定義很多，但尚無被廣泛接受的科學(xué)而權(quán)威的定義。一種簡單的定義是仿照式（2-63）給出的：（3-67）無功功率Q反映了能量的流動(dòng)和交換，目前被較廣泛的接受。返回75電力電子技術(shù)032.5.2

帶阻感負(fù)載時(shí)可控整流電路

交流側(cè)諧波分析1)單相橋式全控整流電路忽略換相過程和電流脈動(dòng)，帶阻感負(fù)載，直流電感L為足夠大（電流i2的波形見圖2-6）i2Owtd（3-72）變壓器二次側(cè)電流諧波分析：n=1,3,5,…（3-73）電流中僅含奇次諧波。各次諧波有效值與諧波次數(shù)成反比，且與基波有效值的比值為諧波次數(shù)的倒數(shù)。返回76電力電子技術(shù)032.5.2

帶阻感負(fù)載時(shí)可控整流電路

交流側(cè)諧波分析

功率因數(shù)為

（3-77）

功率因數(shù)計(jì)算返回77電力電子技術(shù)032.5.2

帶阻感負(fù)載時(shí)可控整流電路

交流側(cè)諧波分析2）三相橋式全控整流電路圖3-23三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載a=30

時(shí)的波形阻感負(fù)載，忽略換相過程和電流脈動(dòng)，直流電感L為足夠大。以

=30

為例，此時(shí)，電流為正負(fù)半周各120

的方波，其有效值與直流電流的關(guān)系為：（2-78）tud1a=30°ud2uduabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥwtOwOwtOwtOidiawt1uaubuc（2-78）返回78電力電子技術(shù)032.5.2

帶阻感負(fù)載時(shí)可控整流電路

交流側(cè)諧波分析變壓器二次側(cè)電流諧波分析：電流基波和各次諧波有效值分別為（3-80）電流中僅含6k

1（k為正整數(shù)）次諧波。各次諧波有效值與諧波次數(shù)成反比，且與基波有效值的比值為諧波次數(shù)的倒數(shù)。功率因數(shù)計(jì)算功率因數(shù)為：（3-83）返回79電力電子技術(shù)032.5.3

電容濾波的不可控整流電路

交流側(cè)諧波分析1)單相橋式不可控整流電路實(shí)用的單相不可控整流電路采用感容濾波。電容濾波的單相不可控整流電路交流側(cè)諧波組成有如下規(guī)律：諧波次數(shù)為奇次。諧波次數(shù)越高，諧波幅值越小。諧波與基波的關(guān)系是不固定的。越大，則諧波越小。關(guān)于功率因數(shù)的結(jié)論如下：位移因數(shù)接近1，輕載超前，重載滯后。諧波大小受負(fù)載和濾波電感的影響。返回80電力電子技術(shù)032.5.3

電容濾波的不可控整流電路

交流側(cè)諧波分析2)三相橋式不可控整流電路實(shí)際應(yīng)用的電容濾波三相不可控整流電路中通常有濾波電感。交流側(cè)諧波組成有如下規(guī)律：諧波次數(shù)為6k±1次，k=1，2，3…。諧波次數(shù)越高，諧波幅值越小。諧波與基波的關(guān)系是不固定的。關(guān)于功率因數(shù)的結(jié)論如下：位移因數(shù)通常是滯后的,但與單相時(shí)相比,位移因數(shù)更接近1。隨負(fù)載加重（wRC的減?。?，總的功率因數(shù)提高；同時(shí)，隨濾波電感加大，總功率因數(shù)也提高。返回81電力電子技術(shù)033.5.4

整流輸出電壓和電流的諧波分析

整流電路的輸出電壓中主要成分為直流，同時(shí)包含各種頻率的諧波，這些諧波對(duì)于負(fù)載的工作是不利的。圖3-33

a=0

時(shí)，m脈波整流電路的整流電壓波形

=0

時(shí)，m脈波整流電路的整流電壓和整流電流的諧波分析。整流輸出電壓諧波分析整流輸出電流諧波分析詳見書P72返回82電力電子技術(shù)033.5.4

整流輸出電壓和電流的諧波分析

=0

時(shí)整流電壓、電流中的諧波有如下規(guī)律：m脈波整流電壓ud0的諧波次數(shù)為mk（k=1，2，3...）次，即m的倍數(shù)次；整流電流的諧波由整流電壓的諧波決定，也為mk次。當(dāng)m一定時(shí)，隨諧波次數(shù)增大，諧波幅值迅速減小，表明最低次（m次）諧波是最主要的，其它次數(shù)的諧波相對(duì)較少；當(dāng)負(fù)載中有電感時(shí)，負(fù)載電流諧波幅值dn的減小更為迅速。m增加時(shí)，最低次諧波次數(shù)增大，且幅值迅速減小，電壓紋波因數(shù)迅速下降。返回83電力電子技術(shù)033.5.4

整流輸出電壓和電流的諧波分析

不為0

時(shí)的情況：整流電壓諧波的一般表達(dá)式十分復(fù)雜，下面只說明諧波電壓與

角的關(guān)系。圖3-34

三相全控橋電流連續(xù)時(shí)，以n為參變量的與

的關(guān)系以n為參變量，n次諧波幅值對(duì)

的關(guān)系如圖2-34所示：當(dāng)

從0

~90

變化時(shí)，ud的諧波幅值隨

增大而增大，

=90

時(shí)諧波幅值最大。

從90

~180

之間電路工作于有源逆變工作狀態(tài)，ud的諧波幅值隨

增大而減小。返回84電力電子技術(shù)033.6

大功率可控整流電路（不講）3.6.1

帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路3.6.2

多重化整流電路返回85電力電子技術(shù)033.7

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返回86電力電子技術(shù)033.7.1

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——逆變電路的交流側(cè)和電網(wǎng)連結(jié)。應(yīng)用：直流可逆調(diào)速系統(tǒng)、交流異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速以及高壓直流輸電等。無源逆變電路——逆變電路的交流側(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(duì)于可控整流電路，滿足一定條件可工作于有源逆變狀態(tài)，其電路形式未變，只是電路工作條件轉(zhuǎn)變。返回87電力電子技術(shù)033.7.1

逆變的概念2)直流發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電能的流轉(zhuǎn)圖3-44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，若回路電阻小，可在兩個(gè)電動(dòng)勢間交換很大的功率。從“P=UI<0,吸收功率；P=UI>0發(fā)出功率”來分析能量的流轉(zhuǎn)方向。返回88電力電子技術(shù)033.7.1

逆變的概念3)逆變產(chǎn)生的條件單相全波電路代替上述發(fā)電機(jī)圖3-45

單相全波電路的整流和逆變交流電網(wǎng)輸出電功率電動(dòng)機(jī)輸出電功率a)b)u10udu20u10aOOwtwtIdidUd>EMu10udu20u10OOwtwtIdidUd<EMaiVT1iVT2iVT2id=iVT+iVT12id=iVT+iVT12iVT1iVT2iVT1返回89電力電子技術(shù)033.7.1

逆變的概念從上述分析中，可以歸納出產(chǎn)生逆變的條件有二：有直流電動(dòng)勢，其極性和晶閘管導(dǎo)通方向一致，其值大于變流器直流側(cè)平均電壓。晶閘管的控制角

>/2，使Ud為負(fù)值。思考：什么樣的電路可能工作于有源逆變狀態(tài)呢？？？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。返回90電力電子技術(shù)033.7.2三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)逆變和整流的控制：控制角

不同

0<

<p

/2

時(shí)，電路工作在整流狀態(tài)。

p

/2<

<

p時(shí)，電路工作在逆變狀態(tài)。把a(bǔ)>p/2時(shí)的控制角用p-

=b表示，b稱為逆變角。逆變角b和控制角a的計(jì)量方向相反，其大小自b=0的起始點(diǎn)向左方計(jì)量。思考：逆變狀態(tài)的波形分析、相關(guān)參數(shù)計(jì)算工作如何開展？？返回91電力電子技術(shù)033.7.2三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)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2-46所示。圖3-46

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uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udwtOwtOb=p4b=p3b=p6b=p4b=p3b=p6wt1wt3wt2返回92電力電子技術(shù)033.7.2三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)有源逆變狀態(tài)時(shí)各電量的計(jì)算：輸出直流電流的平均值亦可用整流的公式，即（3-105）每個(gè)晶閘管導(dǎo)通2p/3，故流過晶閘管的電流有效值為：（3-106）從交流電源送到直流側(cè)負(fù)載的有功功率為：（3-107）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。（3-108）在三相橋式電路中，變壓器二次側(cè)線電流的有效值為：返回93電力電子技術(shù)033.7.3

逆變失敗與最小逆變角的限制逆變失?。孀冾嵏玻?/p>

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。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。1)逆變失敗的原因返回94電力電子技術(shù)033.7.3

逆變失敗與最小逆變角的限制換相重疊角的影響：圖3-47交流側(cè)電抗對(duì)逆變換相過程的影響當(dāng)b>g時(shí)，換相結(jié)束時(shí)，晶閘管能承受反壓而關(guān)斷。如果b<g時(shí)（從圖3-47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。udOOidwtwtuaubucuaubpbgb<gagbb>giVT1iVTiVT3iVTiVT322返回95電力電子技術(shù)033.7.3

逆變失敗與最小逆變角的限制2)確定最小逆變角bmin的依據(jù)逆變時(shí)允許采用的最小逆變角b應(yīng)等于bmin=d+g+q′

（3-109）d——晶閘管的關(guān)斷時(shí)間tq折合的電角度g——

換相重疊角q′——安全裕量角tq大的可達(dá)200~300ms，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。最小逆變角一般約取值為30

~35

。返回96電力電子技術(shù)033.8

相控電路的驅(qū)動(dòng)控制同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路分析97電力電子技術(shù)033.8

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，通過控制觸發(fā)角a的大小即控制觸發(fā)脈沖起始相位來控制輸出電壓大小。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6章）。相控電路的驅(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)慣稱為觸發(fā)電路。大、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。返回98電力電子技術(shù)033.8.1

同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路圖2-54同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路99電力電子技術(shù)03

（1）脈沖形成和放大環(huán)節(jié)100電力電子技術(shù)03（2）鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)101電力電子技術(shù)03（3）同步環(huán)節(jié)102電力電子技術(shù)033.8.1

同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路同步環(huán)節(jié)同步——要求觸發(fā)脈沖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)V2管來控制的。V2開關(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。103電力電子技術(shù)033.8.1

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

V5、V6構(gòu)成“或”門當(dāng)V5、V6都導(dǎo)通時(shí)，V7、V8都截止，沒有脈沖輸出。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V6）。104電力電子技術(shù)033.8.2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)。105電力電子技術(shù)033.8.2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，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

。106電力電子技術(shù)033.8.3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。■觸發(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。

◆接下來的問題是觸發(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)與晶閘管陽極電壓的關(guān)系。

107電力電子技術(shù)033.8.3觸發(fā)電路的定相O

t

t1

t2uaubucu2ua-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。108電力電子技術(shù)033.8.3觸發(fā)電路的定相◆圖3-55給出了變壓器接法的一種情