電力電子技術(shù)第五版課件-第3章-整流電路

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相控電路的驅(qū)動(dòng)控制

本章小結(jié)

2引言■整流電路（Rectifier）是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種，它的作用是將交流電能變?yōu)橹绷麟娔芄┙o直流用電設(shè)備。

■整流電路的分類(lèi)

◆按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種?！舭措娐方Y(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?！舭醋儔浩鞫蝹?cè)電流的方向是單向或雙向，分為單拍電路和雙拍電路。33.1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43.1.1單相半波可控整流電路TVTRa)u1u2uVTudidwwwwt0wt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00圖3-1單相半波可控整流電路及波形■帶電阻負(fù)載的工作情況

◆變壓器T起變換電壓和隔離的作用，其一次側(cè)和二次側(cè)電壓瞬時(shí)值分別用u1和u2表示，有效值分別用U1和U2表示，其中U2的大小根據(jù)需要的直流輸出電壓ud的平均值Ud確定。

◆電阻負(fù)載的特點(diǎn)是電壓與電流成正比，兩者波形相同。

◆在分析整流電路工作時(shí)，認(rèn)為晶閘管（開(kāi)關(guān)器件）為理想器件，即晶閘管導(dǎo)通時(shí)其管壓降等于零，晶閘管阻斷時(shí)其漏電流等于零，除非特意研究晶閘管的開(kāi)通、關(guān)斷過(guò)程，一般認(rèn)為晶閘管的開(kāi)通與關(guān)斷過(guò)程瞬時(shí)完成。

5◆改變觸發(fā)時(shí)刻，ud和id波形隨之改變，直流輸出電壓ud為極性不變但瞬時(shí)值變化的脈動(dòng)直流，其波形只在u2正半周內(nèi)出現(xiàn)，故稱(chēng)“半波”整流。加之電路中采用了可控器件晶閘管，且交流輸入為單相，故該電路稱(chēng)為單相半波可控整流電路。整流電壓ud波形在一個(gè)電源周期中只脈動(dòng)1次，故該電路為單脈波整流電路?！艋緮?shù)量關(guān)系

?

：從晶閘管開(kāi)始承受正向陽(yáng)極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度稱(chēng)為觸發(fā)延遲角，也稱(chēng)觸發(fā)角或控制角。?

：晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度稱(chēng)為導(dǎo)通角。

?直流輸出電壓平均值

?隨著

增大，Ud減小，該電路中VT的

移相范圍為180

。

◆通過(guò)控制觸發(fā)脈沖的相位來(lái)控制直流輸出電壓大小的方式稱(chēng)為相位控制方式，簡(jiǎn)稱(chēng)相控方式。

3.1.1單相半波可控整流電路（3-1）63.1.1單相半波可控整流電路uwttwwtwtw20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)++圖3-2帶阻感負(fù)載的單相半波可控整流電路及其波形■帶阻感負(fù)載的工作情況

◆阻感負(fù)載的特點(diǎn)是電感對(duì)電流變化有抗拒作用，使得流過(guò)電感的電流不能發(fā)生突變。

◆電路分析?晶閘管VT處于斷態(tài),id=0,ud=0,uVT=u2。

?在

t1時(shí)刻，即觸發(fā)角

處

√ud=u2?！蘈的存在使id不能突變，id從0開(kāi)始增加。?u2由正變負(fù)的過(guò)零點(diǎn)處，id已經(jīng)處于減小的過(guò)程中，但尚未降到零，因此VT仍處于通態(tài)。

?

t2時(shí)刻，電感能量釋放完畢，id降至零，VT關(guān)斷并立即承受反壓。

?由于電感的存在延遲了VT的關(guān)斷時(shí)刻，使ud波形出現(xiàn)負(fù)的部分，與帶電阻負(fù)載時(shí)相比其平均值Ud下降。

73.1.1單相半波可控整流電路◆電力電子電路的一種基本分析方法

?把器件理想化，將電路簡(jiǎn)化為分段線(xiàn)性電路。

?器件的每種狀態(tài)組合對(duì)應(yīng)一種線(xiàn)性電路拓?fù)?，器件通斷狀態(tài)變化時(shí)，電路拓?fù)浒l(fā)生改變。?以前述單相半波電路為例

√當(dāng)VT處于斷態(tài)時(shí)，相當(dāng)于電路在VT處斷開(kāi)，

id=0。當(dāng)VT處于通時(shí)，相當(dāng)于VT短路。兩種情況的等效電路如圖3-3所示。

圖3-3單相半波可控整流電路的分段線(xiàn)性等效電路

a)VT處于關(guān)斷狀態(tài)

b)VT處于導(dǎo)通狀態(tài)83.1.1單相半波可控整流電路VTb)RLu2√VT處于通態(tài)時(shí)，如下方程成立：

在VT導(dǎo)通時(shí)刻，有

t=

，id=0，這是式（3-2）的初始條件。求解式（3-2）并將初始條件代入可得式中，，。由此式可得出圖3-2e所示的id波形。當(dāng)

t=

+

時(shí)，id=0，代入式（3-3）并整理得

圖3-3b)VT處于導(dǎo)通狀態(tài)

(3-2)(3-3)(3-4)93.1.1單相半波可控整流電路√若

為定值，

角大，

越小。若

為定值，

越大，

越大，且平均值Ud越接近零。為解決上述矛盾，在整流電路的負(fù)載兩端并聯(lián)一個(gè)二極管，稱(chēng)為續(xù)流二極管，用

VDR表示?！粲欣m(xù)流二極管的電路

?電路分析

√u2正半周時(shí)，與沒(méi)有續(xù)流二極管時(shí)的情況是一樣的。

√當(dāng)u2過(guò)零變負(fù)時(shí)，VDR導(dǎo)通，ud

為零，此時(shí)為負(fù)的u2通過(guò)VDR向VT

施加反壓使其關(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(guò)程通常稱(chēng)為續(xù)流。

√若L足夠大，id連續(xù)，且id波形接近一條水平線(xiàn)。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

10

?基本數(shù)量關(guān)系

√流過(guò)晶閘管的電流平均值IdT和有效值IT分別為：

√續(xù)流二極管的電流平均值IdDR和有效值IDR分別為

√其移相范圍為180

，其承受的最大正反向電壓均為u2的峰值即。續(xù)流二極管承受的電壓為-ud，其最大反向電壓為，亦為u2的峰值?！鰡蜗喟氩煽卣麟娐返奶攸c(diǎn)是簡(jiǎn)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。為使變壓器鐵芯不飽和，需增大鐵芯截面積，增大了設(shè)備的容量。

3.1.1單相半波可控整流電路(3-5)(3-6)(3-7)(3-8)11單相半波可控整流電路的特點(diǎn)VT的a移相范圍為180

。簡(jiǎn)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。123.1.2單相橋式全控整流電路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a)■帶電阻負(fù)載的工作情況

◆電路分析

?閘管VT1和VT4組成一對(duì)橋臂，VT2

和VT3組成另一對(duì)橋臂。

?在u2正半周（即a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位）

√若4個(gè)晶閘管均不導(dǎo)通，id=0,ud=0,VT1、VT4串聯(lián)承受電壓u2。

√在觸發(fā)角

處給VT1和VT4加觸發(fā)脈沖，VT1和VT4即導(dǎo)通，電流從電源a端經(jīng)VT1、R、VT4流回電源b端。

?當(dāng)u2過(guò)零時(shí)，流經(jīng)晶閘管的電流也降到零，VT1和VT4關(guān)斷。

?在u2負(fù)半周，仍在觸發(fā)角

處觸發(fā)VT2和VT3，VT2和VT3導(dǎo)通，電流從電源b端流出，經(jīng)VT3、R、VT2流回電源a端。

?到u2過(guò)零時(shí)，電流又降為零，VT2和VT3關(guān)斷。

VT2和VT3的

=0處為

t=

13◆基本數(shù)量關(guān)系

?晶閘管承受的最大正向電壓和反向電壓分別為和。

?整流電壓平均值為：

α=0時(shí)，Ud=Ud0=0.9U2。α=180

時(shí)，Ud=0?？梢?jiàn)，α角的移相范圍為180

。

?向負(fù)載輸出的直流電流平均值為：

3.1.2單相橋式全控整流電路(3-9)(3-10)14?流過(guò)晶閘管的電流平均值：

?流過(guò)晶閘管的電流有效值為：?變壓器二次側(cè)電流有效值I2與輸出直流電流有效值I相等，為由式（3-12）和（3-13）可見(jiàn)：?不考慮變壓器的損耗時(shí)，要求變壓器的容量為S=U2I2。3.1.2單相橋式全控整流電路(3-11)(3-12)(3-13)(3-14)153.1.2單相橋式全控整流電路2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u圖3-6單相橋式全控整流電流帶阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形■帶阻感負(fù)載的工作情況

◆電路分析?在u2正半周期√觸發(fā)角

處給晶閘管VT1和VT4加觸發(fā)脈沖使其開(kāi)通，ud=u2?！特?fù)載電感很大，id不能突變且波形近似為一條水平線(xiàn)。

?u2過(guò)零變負(fù)時(shí)，由于電感的作用晶閘管VT1和VT4中仍流過(guò)電流id，并不關(guān)斷。?

t=

+

時(shí)刻，觸發(fā)VT2和VT3，VT2和VT3導(dǎo)通，u2通過(guò)VT2和VT3分別向VT1和VT4施加反壓使VT1和VT4關(guān)斷，流過(guò)VT1和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2和VT3上，此過(guò)程稱(chēng)為換相，亦稱(chēng)換流。

163.1.2單相橋式全控整流電路◆基本數(shù)量關(guān)系

?整流電壓平均值為：

當(dāng)

=0時(shí)，Ud0=0.9U2。

=90

時(shí)，Ud=0。晶閘管移相范圍為90

。?晶閘管承受的最大正反向電壓均為。?晶閘管導(dǎo)通角

與

無(wú)關(guān)，均為180

，其電流平均值和有效值分別為：和。

?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

角決定，有效值I2=Id。

(3-15)17■帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的工作情況

◆當(dāng)負(fù)載為蓄電池、直流電動(dòng)機(jī)的電樞（忽略其中的電感）等時(shí)，負(fù)載可看成一個(gè)直流電壓源，對(duì)于整流電路，它們就是反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載。

◆電路分析?|u2|>E時(shí)，才有晶閘管承受正電壓，有導(dǎo)通的可能。

?晶閘管導(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

停止導(dǎo)電，

稱(chēng)為停止導(dǎo)電角。?當(dāng)

<

時(shí)，觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí)，晶閘管承受負(fù)電壓，不可能導(dǎo)通。3.1.2單相橋式全控整流電路b)idOEudwtIdOwtaqd圖3-7單相橋式全控整流電路接反電動(dòng)勢(shì)—電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形(3-16)183.1.2單相橋式全控整流電路?觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當(dāng)

t=

時(shí)刻有晶閘管開(kāi)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

。

?在

角相同時(shí)，整流輸出電壓比電阻負(fù)載時(shí)◆電流斷續(xù)

?id波形在一周期內(nèi)有部分時(shí)間為0的情況，稱(chēng)為電流斷續(xù)。

?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。19twwOud0Eidtpdaq=p3.1.2單相橋式全控整流電路?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。?電感量足夠大使電流連續(xù)，晶閘管每次導(dǎo)通180

，這時(shí)整流電壓ud的波形和負(fù)載電流id的波形與電感負(fù)載電流連續(xù)時(shí)的波形相同，ud的計(jì)算公式亦一樣。?為保證電流連續(xù)所需的電感量L可由下式求出：圖3-8單相橋式全控整流電路帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載串平波電抗器，電流連續(xù)的臨界情況

(3-17)203.1.2單相橋式全控整流電路■例：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐?，U2=100V，負(fù)載中R=2Ω，L值極大，反電勢(shì)E=60V，當(dāng)

=30

時(shí)，要求：①作出ud、id和i2的波形；②求整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側(cè)電流有效值I2；③考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解：①u(mài)d、id和i2的波形如圖3-9：

圖3-9ud、id和i2的波形圖213.1.2單相橋式全控整流電路②整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次側(cè)電流有效值I2分別為

Ud＝0.9U2

cos

＝0.9×100×cos30°＝77.97(A)

Id

＝(Ud－E)/R＝(77.97－60)/2＝9(A)

I2＝Id＝9(A)③晶閘管承受的最大反向電壓為：

U2＝100＝141.4（V）流過(guò)每個(gè)晶閘管的電流的有效值為：

IVT＝Id∕＝6.36（A）故晶閘管的額定電壓為：

UN＝(2~3)×141.4＝283~424（V）晶閘管的額定電流為：

IN＝(1.5~2)×6.36∕1.57＝6~8（A）晶閘管額定電壓和電流的具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。223.1.3單相全波可控整流電路a)wtwab)udi1OOt圖3-10單相全波可控整流電路及波形■帶電阻負(fù)載時(shí)

◆電路分析

?變壓器T帶中心抽頭。

?在u2正半周，VT1工作，變壓器二次繞組上半部分流過(guò)電流。?u2負(fù)半周，VT2工作，變壓器二次繞組下半部分流過(guò)反方向的電流。?變壓器也不存在直流磁化的問(wèn)題。

233.1.3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(mén)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。?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)?！魪纳鲜龊髢牲c(diǎn)考慮，單相全波電路有利于在低輸出電壓的場(chǎng)合應(yīng)用。243.1.4單相橋式半控整流電路圖3-11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Ob)2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdawtwtwtwtwtwtwtap-ap-aiVT1iVD4iVT2iVD3iVDRu3.1.4單相橋式半控整流電路■與全控電路在電阻負(fù)載時(shí)的工作情況相同?！鰩щ姼胸?fù)載

◆電路分析（先不考慮VDR

）?每一個(gè)導(dǎo)電回路由1個(gè)晶閘管和1個(gè)二極管構(gòu)成。?在u2正半周，

處觸發(fā)VT1，u2經(jīng)VT1和VD4向負(fù)載供電。?u2過(guò)零變負(fù)時(shí)，因電感作用使電流連續(xù)，VT1繼續(xù)導(dǎo)通，但因a點(diǎn)電位低于b點(diǎn)電位，電流是由VT1和VD2續(xù)流，ud=0。

?在u2負(fù)半周，

處觸發(fā)觸發(fā)VT3，向VT1加反壓使之關(guān)斷，u2經(jīng)VT3和VD2向負(fù)載供電。

?u2過(guò)零變正時(shí)，VD4導(dǎo)通，VD2關(guān)斷。VT3和VD4續(xù)流，ud又為零。

25263.1.4單相橋式半控整流電路◆續(xù)流二極管VDR

?若無(wú)續(xù)流二極管，則當(dāng)

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，即半周期ud為正弦，另外半周期ud為零，其平均值保持恒定，相當(dāng)于單相半波不可控整流電路時(shí)的波形，稱(chēng)為失控。?有續(xù)流二極管VDR時(shí)，續(xù)流過(guò)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，少了一個(gè)管壓降，有利于降低損耗。

273.1.4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3-5(a)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(lái)實(shí)現(xiàn)。

◆這種接法的兩個(gè)晶閘管陰極電位不同，二者的觸發(fā)電路需要隔離。單相橋式半控整流電路的另一接法圖3-4(a)單相全控橋式電路283.2三相可控整流電路

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293.2三相可控整流電路·引言■其交流側(cè)由三相電源供電。

■當(dāng)整流負(fù)載容量較大，或要求直流電壓脈動(dòng)較小、易濾波時(shí)，應(yīng)采用三相整流電路?！鲎罨镜氖侨喟氩煽卣麟娐?。■應(yīng)用最為廣泛的三相橋式全控整流電路、以及雙反星形可控整流電路、十二脈波可控整流電路等。

303.2.1三相半波可控整流電路

a)■電阻負(fù)載

◆電路分析

?為得到零線(xiàn)，變壓器二次側(cè)必須接成星形，而一次側(cè)接成三角形，避免3次諧波流入電網(wǎng)。

?三個(gè)晶閘管按共陰極接法連接,這種接法觸發(fā)電路有公共端，連線(xiàn)方便。

?假設(shè)將晶閘管換作二極管，三個(gè)二極管對(duì)應(yīng)的相電壓中哪一個(gè)的值最大，則該相所對(duì)應(yīng)的二極管導(dǎo)通，并使另兩相的二極管承受反壓關(guān)斷，輸出整流電壓即為該相的相電壓。

?自然換相點(diǎn)

√在相電壓的交點(diǎn)

t1、

t2、

t3處，均出現(xiàn)了二極管換相，稱(chēng)這些交點(diǎn)為自然換相點(diǎn)。

√將其作為

的起點(diǎn)，即

=0。31圖3-13三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

=0

時(shí)的波形

動(dòng)畫(huà)演示323.2.1三相半波可控整流電路?

=0(波形見(jiàn)上頁(yè))

√三個(gè)晶閘管輪流導(dǎo)通120

，ud波形為三個(gè)相電壓在正半周期的包絡(luò)線(xiàn)。

√變壓器二次繞組電流有直流分量。

√晶閘管電壓由一段管壓降和兩段線(xiàn)電壓組成，隨著

增大，晶閘管承受的電壓中正的部分逐漸增多。?

=30

√負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)的臨界狀態(tài)，各相仍導(dǎo)電120

。圖3-14三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載，

=30

時(shí)的波形動(dòng)畫(huà)演示343.2.1三相半波可控整流電路?

>30

√當(dāng)導(dǎo)通一相的相電壓過(guò)零變負(fù)時(shí)，該相晶閘管關(guān)斷，但下一相晶閘管因未觸發(fā)而不導(dǎo)通，此時(shí)輸出電壓電流為零。

√負(fù)載電流斷續(xù)，各晶閘管導(dǎo)通角小于120

。

動(dòng)畫(huà)演示圖3-15三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載，

=60

時(shí)的波形363.2.1三相半波可控整流電路◆基本數(shù)量關(guān)系?電阻負(fù)載時(shí)

角的移相范圍為150

。

?整流電壓平均值

√

≤30

時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)，有

當(dāng)

=0時(shí)，Ud最大，為Ud=Ud0=1.17U2。

√

>30

時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時(shí)有

(3-18)(3-19)373.2.1三相半波可控整流電路?Ud/U2隨

變化的規(guī)律

圖3-16三相半波可控整流電路Ud/U2與

的關(guān)系電阻負(fù)載電感負(fù)載電阻電感負(fù)載383.2.1三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(xiàn)電壓峰值,即

?晶閘管陽(yáng)極與陰極間的最大電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，即

(3-20)(3-21)(3-22)393.2.1三相半波可控整流電路■阻感負(fù)載

◆電路分析

?L值很大，整流電流id的波形基本是平直的，流過(guò)晶閘管的電流接近矩形波。

?

≤30

時(shí)，整流電壓波形與電阻負(fù)載時(shí)相同。

?

＞30

時(shí)，當(dāng)u2過(guò)零時(shí)，由于電感的存在，阻止電流下降，因而VT1繼續(xù)導(dǎo)通，直到下一相晶閘管VT2的觸發(fā)脈沖到來(lái)，才發(fā)生換流，由VT2導(dǎo)通向負(fù)載供電，同時(shí)向VT1施加反壓使其關(guān)斷。

uuuu40圖3-17三相半波可控整流電路，阻感負(fù)載時(shí)的電路及

=60

時(shí)的波形動(dòng)畫(huà)演示413.2.1三相半波可控整流電路◆基本數(shù)量關(guān)系

?

的移相范圍為90

。

?整流電壓平均值

?Ud/U2與

的關(guān)系√L很大，如曲線(xiàn)2所示。

√L不是很大，則當(dāng)

>30

后，ud中負(fù)的部分可能減少，整流電壓平均值Ud略為增加，如曲線(xiàn)3所示。圖3-16三相半波可控整流電路Ud/U2與

的關(guān)系423.2.1三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(xiàn)電壓峰值，即

■三相半波可控整流電路的主要缺點(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)433.2.2三相橋式全控整流電路■原理圖

◆陰極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT1，VT3，VT5）稱(chēng)為共陰極組；陽(yáng)極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT4，VT6，VT2）稱(chēng)為共陽(yáng)極組。

◆共陰極組中與a，b，c三相電源相接的3個(gè)晶閘管分別為VT1，VT3，VT5，共陽(yáng)極組中與a，b，c三相電源相接的3個(gè)晶閘管分別為VT4，VT6，VT2。

◆晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)閂T1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。

圖3-18三相橋式全控整流電路原理圖443.2.2三相橋式全控整流電路■帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況

◆電路分析?各自然換相點(diǎn)既是相電壓的交點(diǎn)，同時(shí)也是線(xiàn)電壓的交點(diǎn)。?當(dāng)

≤60

時(shí)√ud波形均連續(xù)，對(duì)于電阻負(fù)載，id波形與ud波形的形狀是一樣的，也連續(xù)。

√

=0

時(shí)，ud為線(xiàn)電壓在正半周的包絡(luò)線(xiàn)。波形見(jiàn)

圖3-19

時(shí)段ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽(yáng)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表3-1三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載

=0

時(shí)晶閘管工作情況453.2.2三相橋式全控整流電路√

=30

時(shí)，晶閘管起始導(dǎo)通時(shí)刻推遲了30

，組成ud的每一段線(xiàn)電壓因此推遲30

，ud平均值降低，波形見(jiàn)

圖3-20。

√

=60

時(shí)，ud波形中每段線(xiàn)電壓的波形繼續(xù)向后移，ud平均值繼續(xù)降低。

=60

時(shí)ud出現(xiàn)了為零的點(diǎn)，波形見(jiàn)

圖3-21。?當(dāng)

>60

時(shí)

√因?yàn)閕d與ud一致，一旦ud降為至零，id也降至零，晶閘管關(guān)斷，輸出整流電壓ud為零，ud波形不能出現(xiàn)負(fù)值。

√

=90

時(shí)的波形見(jiàn)

圖3-22。

463.2.2三相橋式全控整流電路◆三相橋式全控整流電路的一些特點(diǎn)

?每個(gè)時(shí)刻均需2個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，形成向負(fù)載供電的回路，共陰極組的和共陽(yáng)極組的各1個(gè)，且不能為同一相的晶閘管。

?對(duì)觸發(fā)脈沖的要求

√6個(gè)晶閘管的脈沖按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(yáng)極組VT4、VT6、VT2也依次差120

?！掏幌嗟纳舷聝蓚€(gè)橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180

。473.2.2三相橋式全控整流電路?整流輸出電壓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。?在整流電路合閘啟動(dòng)過(guò)程中或電流斷續(xù)時(shí)，為確保電路的正常工作，需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖

√寬脈沖觸發(fā)：使脈沖寬度大于60

（一般取80

~100

）

√雙脈沖觸發(fā)：用兩個(gè)窄脈沖代替寬脈沖，兩個(gè)窄脈沖的前沿相差60

，脈寬一般為20

~30

?！坛Ｓ玫氖请p脈沖觸發(fā)。?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)系也一樣。483.2.2三相橋式全控整流電路■阻感負(fù)載時(shí)的工作情況

◆電路分析

?當(dāng)

≤60

時(shí)

√ud波形連續(xù)，電路的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等都一樣。

√區(qū)別在于電流，當(dāng)電感足夠大的時(shí)候，id、iVT、ia的波形在導(dǎo)通段都可近似為一條水平線(xiàn)。

√

=0

時(shí)的波形見(jiàn)

圖3-23，

=30時(shí)的波形見(jiàn)

圖3-24。

?當(dāng)

>60

時(shí)√由于電感L的作用，ud波形會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分。

√

=90

時(shí)的波形見(jiàn)

圖3-25。

493.2.2三相橋式全控整流電路■基本數(shù)量關(guān)系

◆帶電阻負(fù)載時(shí)三相橋式全控整流電路

角的移相范圍是120

，帶阻感負(fù)載時(shí)，三相橋式全控整流電路的

角移相范圍為90

。◆整流輸出電壓平均值

?帶阻感負(fù)載時(shí)，或帶電阻負(fù)載

≤60

時(shí)

?帶電阻負(fù)載且

>60

時(shí)

(3-26)(3-27)503.2.2三相橋式全控整流電路◆輸出電流平均值為Id=Ud/R?！舢?dāng)整流變壓器為圖3-17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3-23中所示，為正負(fù)半周各寬120

、前沿相差180

的矩形波，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。◆三相橋式全控整流電路接反電勢(shì)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(shì)的值。

(3-28)(3-29)513.3變壓器漏感對(duì)整流電路的影響■變壓器漏感

◆實(shí)際上變壓器繞組總有漏感，該漏感可用一個(gè)集中的電感LB表示，并將其折算到變壓器二次側(cè)。

◆由于電感對(duì)電流的變化起阻礙作用，電感電流不能突變，因此換相過(guò)程不能瞬間完成，而是會(huì)持續(xù)一段時(shí)間?！霈F(xiàn)以三相半波為例來(lái)分析，然后將其結(jié)論推廣

◆假設(shè)負(fù)載中電感很大，負(fù)載電流為水平線(xiàn)。

523.3變壓器漏感對(duì)整流電路的影響udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca◆分析從VT1換相至VT2的過(guò)程

?在

t1時(shí)刻之前VT1導(dǎo)通，

t1時(shí)刻觸發(fā)VT2，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，兩相間電壓差為ub-ua，它在兩相組成的回路中產(chǎn)生環(huán)流ik如圖所示。?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(guò)程結(jié)束。

?換相過(guò)程持續(xù)的時(shí)間用電角度

表示，稱(chēng)為換相重疊角。

t1時(shí)刻

圖3-26考慮變壓器漏感時(shí)的三相半波可控整流電路及波形

533.3變壓器漏感對(duì)整流電路的影響◆基本數(shù)量關(guān)系

?換相過(guò)程中，整流輸出電壓瞬時(shí)值為

?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，即

(3-30)(3-31)543.3變壓器漏感對(duì)整流電路的影響√

隨其它參數(shù)變化的規(guī)律：

⑴Id越大則

越大；

⑵XB越大

越大；⑶當(dāng)

≤90

時(shí)，

越小

越大?換相重疊角

√

553.3變壓器漏感對(duì)整流電路的影響

?其它整流電路的分析結(jié)果

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①②

注：①單相全控橋電路中，XB在一周期的兩次換相中都起作用，等效為m=4；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。表3-2各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計(jì)算

563.3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

，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(kāi)通，有時(shí)人為串入進(jìn)線(xiàn)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。573.4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

583.4電容濾波的不可控整流電路·引言■交—直—交變頻器、不間斷電源、開(kāi)關(guān)電源等應(yīng)用場(chǎng)合大都采用不可控整流電路?！鲎畛Ｓ玫氖菃蜗鄻蚴胶腿鄻蚴絻煞N接法?！鲇捎陔娐分械碾娏﹄娮悠骷捎谜鞫O管，故也稱(chēng)這類(lèi)電路為二極管整流電路。593.4.1電容濾波的單相不可控整流電路■工作原理及波形分析

◆基本工作過(guò)程?在u2正半周過(guò)零點(diǎn)至

t=0期間，因u2<ud，故二極管均不導(dǎo)通，此階段電容C向R放電，提供負(fù)載所需電流，同時(shí)ud下降。

?至

t=0之后，u2將要超過(guò)ud，使得VD1和VD4開(kāi)通，ud=u2，交流電源向電容充電，同時(shí)向負(fù)載R供電。

?電容被充電到

t=

時(shí)，ud=u2，VD1和VD4關(guān)斷。電容開(kāi)始以時(shí)間常數(shù)RC按指數(shù)函數(shù)放電。

?當(dāng)

t=

，即放電經(jīng)過(guò)

-

角時(shí)，ud降至開(kāi)始充電時(shí)的初值，另一對(duì)二極管VD2和VD3導(dǎo)通，此后u2又向C充電，與u2正半周的情況一樣。

圖3-28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60■主要的數(shù)量關(guān)系

◆輸出電壓平均值

?空載時(shí)，

?重載時(shí)，Ud逐漸趨近于0.9U2，即趨近于接近電阻負(fù)載時(shí)的特性。?在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)負(fù)載的情況選擇電容C值，使,此時(shí)輸出電壓為：

Ud≈1.2U2(3-46)◆電流平均值

?輸出電流平均值IR為：IR=Ud

/R(3-47)

Id=IR(3-48)?二極管電流iD平均值為：ID=Id

/2=IR/2(3-49)◆二極管承受的電壓

?為變壓器二次側(cè)電壓最大值，即。

3.4.1電容濾波的單相不可控整流電路613.4.1電容濾波的單相不可控整流電路a)b)u2udi20dqpwti2,u2,ud■感容濾波的單相橋式不可控整流電路

◆實(shí)際應(yīng)用中為了抑制電流沖擊，常在直流側(cè)串入較小的電感。

◆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3-31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623.4.2電容濾波的三相不可控整流電路uduuua)b)Oiaiddabac0dqwtpp3wt■基本原理

◆當(dāng)某一對(duì)二極管導(dǎo)通時(shí)，輸出直流電壓等于交流側(cè)線(xiàn)電壓中最大的一個(gè)，該線(xiàn)電壓既向電容供電，也向負(fù)載供電。

◆當(dāng)沒(méi)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。■電流id斷續(xù)和連續(xù)

◆比如在VD1和VD2同時(shí)導(dǎo)通之前VD6和VD1是關(guān)斷的，交流側(cè)向直流側(cè)的充電電流id是斷續(xù)的。

◆VD1一直導(dǎo)通，交替時(shí)由VD6導(dǎo)通換相至VD2導(dǎo)通，id是連續(xù)的。

圖3-32電容濾波的三相橋式不可控整流電路及其波形a)電路b)波形633.5整流電路的諧波和功率因數(shù)3.5.1諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ)3.5.2帶阻感負(fù)載時(shí)可控整流電路交流側(cè)諧

波和功率因數(shù)分析3.5.3電容濾波的不可控整流電路交流側(cè)諧

波和功率因數(shù)分析3.5.4整流輸出電壓和電流的諧波分析

643.5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(lái)的諧波(harmonics)和無(wú)功(reactivepower)問(wèn)題日益嚴(yán)重，引起了關(guān)注?！鰺o(wú)功的危害

◆導(dǎo)致設(shè)備容量增加。

◆使設(shè)備和線(xiàn)路的損耗增加?！艟€(xiàn)路壓降增大，沖擊性負(fù)載使電壓劇烈波動(dòng)?！鲋C波的危害◆降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率。

◆影響用電設(shè)備的正常工作?！粢痣娋W(wǎng)局部的諧振，使諧波放大，加劇危害?！魧?dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作?！魧?duì)通信系統(tǒng)造成干擾。

65■諧波

◆正弦波電壓可表示為

式中U為電壓有效值；

u為初相角；

為角頻率，

=2

f=2

/T；f為頻率；T為周期?！舴钦译妷簎(

t)分解為如下形式的傅里葉級(jí)數(shù)

3.5.1諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ)式中n=1,2,3…(3-54)(3-55)663.5.1諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ)或式中，cn、

n和an、bn的關(guān)系為◆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?！鬾次諧波電流含有率以HRIn（HarmonicRatioforIn）表示◆電流諧波總畸變率THDi（TotalHarmonicdistortion）分別定義為（Ih為總諧波電流有效值）(3-56)(3-57)(3-58)673.5.1諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ)■功率因數(shù)

◆正弦電路

?有功功率就是其平均功率：

式中U、I分別為電壓和電流的有效值，

為電流滯后于電壓的相位差。?視在功率為：

S=UI

?無(wú)功功率為：

Q=UIsin

?功率因數(shù)為：

?無(wú)功功率Q與有功功率P、視在功率S之間的關(guān)系：

?在正弦電路中，功率因數(shù)是由電壓和電流的相位差

決定的，其值為：

=cos

(3-59)(3-60)(3-61)(3-62)(3-63)(3-64)683.5.1諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ)◆非正弦電路

?有功功率為?功率因數(shù)為：式中I1為基波電流有效值，

1為基波電流與電壓的相位差。式中，

=I1/I，即基波電流有效值和總電流有效值之比，稱(chēng)為基波因數(shù)，而cos

1稱(chēng)為位移因數(shù)或基波功率因數(shù)。

?無(wú)功功率

√定義很多，但尚無(wú)被廣泛接受的科學(xué)而權(quán)威的定義。

√一般簡(jiǎn)單定義為（反映了能量的流動(dòng)和交換）：

√仿照式（2-61）定義為：

?畸變功率D為：(3-65)(3-66)(3-67)(3-68)(3-71)693.6.1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是單相橋的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。703.6.2多重化整流電路■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)?！鲆葡喽嘀芈?lián)結(jié)

◆有并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)和串聯(lián)多重聯(lián)結(jié)。

◆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。◆圖3-42的電路是2個(gè)三相橋并聯(lián)而成的12脈波整流電路。圖3-42并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)的12脈波整流電路713.6.2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。

?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。

星形接法三角形接法72?其他特性如下：

√直流輸出電壓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?！坦β室驍?shù)(3-103)(3-104)√位移因數(shù)（單橋時(shí)相同）733.6.2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：cos

1=cos

=0.9949cos

◆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：cos

1=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)。743.6.2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

■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。

◆以用于電氣機(jī)車(chē)的3重晶閘管整流橋順序控制為例

?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。

753.6.2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）763.6.2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?！繇樞蚩刂频碾娏鞑ㄐ沃校ɑ蜇?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)。

773.7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

783.7.1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?！裟孀冸娐罚喊阎绷麟娔孀兂山涣麟姷碾娐贰?/p>

?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(mǎn)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。793.7.1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■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?！魞蓚€(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。803.7.1逆變的概念EMuuua)b)u10udu20u10aOOwtIdidUd>EM10ud2010OOIdidUd<aVT1VT2VT2id=iVT+iVT12id=iVT+iVT12iVT1iVT2iVT1iiiwtwtwt圖3-47單相全波電路的整流和逆變

■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，交流電網(wǎng)輸出電功率，電動(dòng)機(jī)則輸入電功率。

?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娦裕娐穬?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|。

823.7.1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?！舭肟貥蚧蛴欣m(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。833.7.2三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

■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。843.7.2三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◆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(xiàn)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。(3-105)(3-106)(3-107)(3-108)853.7.3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?！瞿孀兪〉脑?/p>

◆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А?/p>

◆換相的裕量角不足，引起換相失敗。863.7.3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

873.7.3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

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

?

'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)。(3-109)(3-110)(3-111)883.8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893.8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。903.8.1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。■三個(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)?！雒}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913.8.1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923.8.1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933.8.1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。

943.8.2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。■

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)。953.8.2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。■模擬觸發(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

。963.8.3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