相控整流電路

1、第第2章：相控整流電路章：相控整流電路 2.1 整流器的性能指標(biāo)整流器的性能指標(biāo) 2.2 單相相控整流電路單相相控整流電路 2.3 三相相控整流電路三相相控整流電路 2.4 大容量相控整流電路大容量相控整流電路 2.5 相控整流電路的換相壓降相控整流電路的換相壓降 2.6 整流電路的有源逆變工作狀態(tài)整流電路的有源逆變工作狀態(tài) 2.7 晶閘管相控電路的驅(qū)動控制晶閘管相控電路的驅(qū)動控制 第第2章：相控整流電路章：相控整流電路 整流電路；交流轉(zhuǎn)換為直流整流電路；交流轉(zhuǎn)換為直流 按照輸入交流電源的相數(shù)按照輸入交流電源的相數(shù): :單相、三相和多相整流電路；單相、三相和多相整流電路； 按電路中組成的電力電

2、子器件控制特性按電路中組成的電力電子器件控制特性: :不可控、半控整不可控、半控整流電路；流電路； 根據(jù)整流電路的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)整流電路的結(jié)構(gòu)形式: :半波、全波和橋式整流電路等半波、全波和橋式整流電路等類型。類型。 相控整流電路相控整流電路: :電壓可調(diào)；電壓可調(diào)； 二極管整流電路二極管整流電路:電壓固定；電壓固定； 相控整流電路的類型相控整流電路的類型 ：2.1 整流器的性能指標(biāo)整流器的性能指標(biāo) （1）輸出的）輸出的直流電壓直流電壓大小可以控制；大小可以控制； （2）輸出直流側(cè)電壓和交流側(cè)電流中的紋波都必）輸出直流側(cè)電壓和交流側(cè)電流中的紋波都必須限制在須限制在允許范圍允許范圍內(nèi)；內(nèi)； （3）

3、整流器的）整流器的效率效率要高。要高。 利用電力電子器件的可控開關(guān)特性把交流電能利用電力電子器件的可控開關(guān)特性把交流電能變?yōu)橹绷麟娔艿恼麟娐窐?gòu)成的系統(tǒng)稱為變?yōu)橹绷麟娔艿恼麟娐窐?gòu)成的系統(tǒng)稱為整流器整流器。l整流器電路性能和控制方式必須滿足的要求：整流器電路性能和控制方式必須滿足的要求：l定義：定義：5.1 整流器的性能指標(biāo)整流器的性能指標(biāo)(續(xù)續(xù)) 整流器的輸出電壓是脈動的，其中除了有主要的直流成分外，整流器的輸出電壓是脈動的，其中除了有主要的直流成分外，還有一定的交流諧波成分。定義整流器的輸出電壓的交流紋波有還有一定的交流諧波成分。定義整流器的輸出電壓的交流紋波有效值效值UH與直流平均值與直

4、流平均值UD之比為電壓紋波系數(shù)之比為電壓紋波系數(shù)u。即即 1、電壓紋波系數(shù)、電壓紋波系數(shù)u（2.1.1）如果直流輸出電壓有效值用如果直流輸出電壓有效值用U表示，則表示，則 ， 因此有：因此有：若第若第n次諧波峰值為次諧波峰值為Unm, 則定義則定義Unm與與UD之比為電壓脈動系數(shù)之比為電壓脈動系數(shù)Sn，（2.1.3）（2.1.2）DHuUU22DHUUU 12 DuUU 2、電壓脈動系數(shù)、電壓脈動系數(shù)SnDnmnUUS 2.1 整流器的性能指標(biāo)整流器的性能指標(biāo)(續(xù)續(xù)) 整流電路輸出為各次諧波電流之和。整流電路輸出為各次諧波電流之和。 輸入電流總畸變率輸入電流總畸變率THD（Total Harm

5、onic Distortion）又稱諧波因數(shù)又稱諧波因數(shù)HF（Harmonic Factor），），是指除基波電流以是指除基波電流以外的所有諧波電流有效值與基波電流有效值之比，即外的所有諧波電流有效值與基波電流有效值之比，即 3、 輸入電流總畸變率輸入電流總畸變率THD（2.1.4） 2122212112121nssnsnsssssIIIIIIIITHD式中式中Isn為為n次諧波電流有效值。次諧波電流有效值。4、 輸入功率因數(shù)輸入功率因數(shù)PF 定義交流電源輸入有功功率平均值定義交流電源輸入有功功率平均值P與其視在功率與其視在功率S之比為輸入之比為輸入功率因數(shù)功率因數(shù)PF（Power facto

6、r）, 即即 對于無畸變的正弦波，諧波電流在一個周期內(nèi)的平均功率為零，對于無畸變的正弦波，諧波電流在一個周期內(nèi)的平均功率為零，只有基波電流只有基波電流Is1形成有功功率形成有功功率 SPPF ssIUS 11cos ssIUP 1cos 上式中上式中1是輸入電壓與輸入電流基波分量之間的相位角。則是輸入電壓與輸入電流基波分量之間的相位角。則 稱為基波位移因數(shù)稱為基波位移因數(shù)(或基波功率因數(shù)或基波功率因數(shù))，于是輸入功率因數(shù)為，于是輸入功率因數(shù)為:1111coscos ssssssIIIUIUSPPF （2.1.5）（2.1.6） 上式表明：功率因數(shù)由基波電流相移和電流波形畸變這兩個因素共同上式表

7、明：功率因數(shù)由基波電流相移和電流波形畸變這兩個因素共同決定。決定。1越小，基波功率因數(shù)越小，基波功率因數(shù) 越大，相應(yīng)的越大，相應(yīng)的PF也越大。另一方面，也越大。另一方面，輸入電流總畸變率輸入電流總畸變率THD越小，功率因數(shù)越小，功率因數(shù)PF也越大。也越大。 4、 輸入功率因數(shù)輸入功率因數(shù)PF(續(xù)續(xù))（2.1.7）ssII122122221111111THDIIIIIIInssnnsnssss 211cosTHDPF 式中式中 稱為基波因數(shù)，且有稱為基波因數(shù)，且有 所以所以1cos 1cosssII1第第2章：相控整流電路章：相控整流電路 2.1 整流器的性能指標(biāo)整流器的性能指標(biāo) 2.2 單相相

8、控整流電路單相相控整流電路 2.3 三相相控整流電路三相相控整流電路 2.4 大容量相控整流電路大容量相控整流電路 2.5 相控整流電路的換相壓降相控整流電路的換相壓降 2.6 整流電路的有源逆變工作狀態(tài)整流電路的有源逆變工作狀態(tài) 2.7 晶閘管相控電路的驅(qū)動控制晶閘管相控電路的驅(qū)動控制 在單相相控整流電路中，定義晶閘管從承受正向電壓起到觸發(fā)導(dǎo)在單相相控整流電路中，定義晶閘管從承受正向電壓起到觸發(fā)導(dǎo)通之間的電角度通之間的電角度稱為控制角稱為控制角(或移相角或移相角)，晶閘管在一個周期內(nèi)導(dǎo)通，晶閘管在一個周期內(nèi)導(dǎo)通的電角度稱為導(dǎo)通角，用的電角度稱為導(dǎo)通角，用表示。表示。 tUusin222圖圖2

9、.2.1 單相半波可控整流單相半波可控整流 1. 電阻性負載電阻性負載(1)電路圖電路圖（2.2.2）2.2.1 單相半波相控整流電路續(xù)單相半波相控整流電路續(xù)) ) 上式表明，只要改變控制角上式表明，只要改變控制角(即改變觸發(fā)時刻即改變觸發(fā)時刻)，就可，就可以改變整流輸出電壓的平均值，達到相控整流的目的。以改變整流輸出電壓的平均值，達到相控整流的目的。 (2) 電阻性負載時參數(shù)計算：電阻性負載時參數(shù)計算：根據(jù)波形圖根據(jù)波形圖2.2.1 (b)，可求出可求出整流輸出電壓平均值整流輸出電壓平均值為：為：2cos145. 02cos12)(sin221222 UUttdUUd 移相范圍：移相范圍：整

10、流輸出電壓整流輸出電壓Ud的平均值從最大值變的平均值從最大值變化到零時，控制角化到零時，控制角的變化范圍為移相范圍。的變化范圍為移相范圍。當(dāng)當(dāng)=0時，時，Ud=0，當(dāng)當(dāng)=時，時，Ud=0.45U2為最大值。為最大值。 這種通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓這種通過控制觸發(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，簡稱大小的方式稱為相位控制方式，簡稱相控方式相控方式。單相半波相控整流電路帶電阻性負載時移相范圍為單相半波相控整流電路帶電阻性負載時移相范圍為。圖圖2.2.1 單相半波可控單相半波可控 整流波形圖整流波形圖 (2) 電阻性負載時參數(shù)計算（續(xù)）：電阻性負載時參數(shù)計算（

11、續(xù)）：圖圖2.2.1 單相半波可控單相半波可控 整流波形圖整流波形圖 242sin)()sin2(21222 UtdtUU根據(jù)有效值的定義，根據(jù)有效值的定義，整流輸出電壓的有效值整流輸出電壓的有效值為為 （2.2.4）那么，整流輸出電流的平均值那么，整流輸出電流的平均值Id和有效值和有效值I分別為分別為RUI RUIdd 電流的波形系數(shù)電流的波形系數(shù)Kf為為 )cos1(2)(22sin2cos12242sin dfIIK（2.2.7）（2.2.5）（2.2.6）上式上式(2.2.7)表明，控制角表明，控制角越大，波形系數(shù)越大，波形系數(shù)Kf越大。越大。 2.2.1 單相半波相控整流電路單相半波

12、相控整流電路( (續(xù)續(xù)) ) (2) 電阻性負載時參數(shù)計算（續(xù)）：電阻性負載時參數(shù)計算（續(xù)）： 圖圖2.2.1 單相半波可控單相半波可控 整流原理整流原理（2.2.8）如果忽略晶閘管如果忽略晶閘管T的損耗，則變壓器二次側(cè)輸出的的損耗，則變壓器二次側(cè)輸出的有功功率為有功功率為 電源輸入的視在功率為電源輸入的視在功率為（2.2.10）（2.2.9） 從上式可知，功率因數(shù)是控制角從上式可知，功率因數(shù)是控制角的函數(shù)，且越的函數(shù)，且越大，相控整流輸出電壓越低，功率因數(shù)大，相控整流輸出電壓越低，功率因數(shù)PF越小。越小。 當(dāng)當(dāng)=0時，時，PF=0.707為最大值。這是因為電路的輸為最大值。這是因為電路的輸出

13、電流中不僅存在諧波，而且基波電流與基波電壓出電流中不僅存在諧波，而且基波電流與基波電壓(即即電源輸入正弦電壓電源輸入正弦電壓)也不同相，即是使電阻性負載，也不同相，即是使電阻性負載，PF也不會等于也不會等于1。UIRIPd 2IUS2 電路的功率因數(shù)電路的功率因數(shù)242sin22UUIUUISPPF2.2.1 單相半波相控整流電路單相半波相控整流電路( (續(xù)續(xù)) ) 2. 電感性負載電感性負載（等效為電感（等效為電感L和電阻和電阻R串聯(lián)串聯(lián)）圖圖2.2.3 感性負載單相半波可控整流電路及其波形感性負載單相半波可控整流電路及其波形工作原理工作原理2.2.1 單相半波相控整流電路單相半波相控整流電

14、路( (續(xù)續(xù)) ) 2. 電感性負載電感性負載(續(xù)續(xù)) )(21)(21tdutduUUULRdLdRd02)(21)(2100 diLtddtdiLtduULdL )(21tduURd故故 （2.2.11）（2.2.12）（2.2.13）2.2.1 單相半波相控整流電路單相半波相控整流電路( (續(xù)續(xù)) ) 2. 電感性負載（大電感電感性負載（大電感LLR R ） 22 0 dU2.2.1 單相半波相控整流電路單相半波相控整流電路( (續(xù)續(xù)) ) 2. 電感性負載（大電感）電感性負載（大電感） 在電源電壓正半周，在電源電壓正半周，負載電流由晶閘管導(dǎo)通提負載電流由晶閘管導(dǎo)通提供；供； 電源電壓負

15、半周時，電源電壓負半周時，續(xù)流二極管續(xù)流二極管D D維持負載電流；維持負載電流； 因此負載電流是一個因此負載電流是一個連續(xù)且平穩(wěn)的直流電流。連續(xù)且平穩(wěn)的直流電流。大電感負載時，負載電流大電感負載時，負載電流波形是一條平行于橫軸的波形是一條平行于橫軸的直線，其值為直線，其值為I Id； 2.2.1 單相半波相控整流電路單相半波相控整流電路( (續(xù)續(xù)) )晶閘管與續(xù)流管承受的最大電壓均為晶閘管與續(xù)流管承受的最大電壓均為 2. 電感性負載（大電感）參數(shù)計算電感性負載（大電感）參數(shù)計算22UddTdTIII 22 ddDdDIII 22 ddDDIII 22 ddTTIII 22 （2.2.17）（2

16、.2.14）（2.2.15）（2.2.16）2.2.1 單相半波相控整流電路單相半波相控整流電路( (續(xù)續(xù)) ) 優(yōu)點：優(yōu)點： 線路簡單，調(diào)整方便；線路簡單，調(diào)整方便； 缺點：缺點： （1）輸出電壓脈動大，負載電流脈動大（電阻性負載）輸出電壓脈動大，負載電流脈動大（電阻性負載時）。時）。 （2）整流變壓器次級繞組中存在直流電流分量，）整流變壓器次級繞組中存在直流電流分量， 使鐵使鐵芯磁化，變壓器容量不能充分利用。若不用變壓器，則交芯磁化，變壓器容量不能充分利用。若不用變壓器，則交流回路有直流電流，使電網(wǎng)波形畸變引起額外損耗。流回路有直流電流，使電網(wǎng)波形畸變引起額外損耗。 應(yīng)用：應(yīng)用： 單相半波

17、可控整流電路只適于小容量、波形要求不高的單相半波可控整流電路只適于小容量、波形要求不高的場合。場合。3、單相半波可控整流電路特點：、單相半波可控整流電路特點：2.2.1 單相半波相控整流電路單相半波相控整流電路( (續(xù)續(xù)) )2.2.2 單相橋式相控整流電路單相橋式相控整流電路 1、阻性負載、阻性負載圖圖2.2.6 單相全控橋式整流電路單相全控橋式整流電路帶電阻性負載的電路與工作波形帶電阻性負載的電路與工作波形tUtUum sin2sin222 （的移相范圍是的移相范圍是0 0180180）工作原理分析：工作原理分析：2.2.2 單相橋式相控整流電路單相橋式相控整流電路(續(xù)續(xù)) 1、阻性負載參

18、數(shù)計算：、阻性負載參數(shù)計算：3 3）輸出電流的平均值和有效值分別為）輸出電流的平均值和有效值分別為2 2）整流輸出電壓的有效值為）整流輸出電壓的有效值為 即即U Ud d為最小值時，為最小值時，=180=180，UdUd為最大值時為最大值時=0=0，所以單相全控所以單相全控橋式整流電路帶電阻性負載時，橋式整流電路帶電阻性負載時，的移相范圍是的移相范圍是0 0180180。1 1）整流輸出電壓的平均值）整流輸出電壓的平均值 2cos19.0)cos1(2)(sin21222 UUttdUUd 22sin)()sin2(1222UtdtUU2cos19 . 02 ddddRURUI 22sin2d

19、dRURUI（2.2.18）（2.2.19）（2.2.20）（2.2.21）1、阻性負載參數(shù)計算：、阻性負載參數(shù)計算：4 4）流過每個晶閘管的平均電流為輸出電流平均值的一半，即）流過每個晶閘管的平均電流為輸出電流平均值的一半，即5 5）流過每個晶閘管的電流有效值為）流過每個晶閘管的電流有效值為2cos145. 0212 dddTRUII222sin2)()sin2(21222IRUtdtRUIddT （2.2.23）（2.2.22）26 6）晶閘管承受的最大反向電壓為）晶閘管承受的最大反向電壓為 U U2 2。 7 7）在一個周期內(nèi)每個晶閘管只導(dǎo)通一次，流過晶閘管的電流）在一個周期內(nèi)每個晶閘管

20、只導(dǎo)通一次，流過晶閘管的電流波形系數(shù)為波形系數(shù)為 )cos1(2)(22sin2cos1222sin222 dddTTfTRURUIIK（2.2.24）2.2.2 單相橋式相控整流電路單相橋式相控整流電路(續(xù)續(xù)) 21、阻性負載參數(shù)計算：、阻性負載參數(shù)計算： 9） 在一個周期內(nèi)電源通過變壓器兩次向負載提供能量，因此負在一個周期內(nèi)電源通過變壓器兩次向負載提供能量，因此負載電流有效值載電流有效值d d與變壓器次級電流有效值與變壓器次級電流有效值I2相同。那么電路的功率因相同。那么電路的功率因數(shù)可以按下式計算數(shù)可以按下式計算8 8）負載電流的波形系數(shù)為）負載電流的波形系數(shù)為)cos1(2)(22si

21、n dfIIK 22sin2222UUUUIUIUSPPFddd（2.2.26）（2.2.25）2.2.2 單相橋式相控整流電路單相橋式相控整流電路(續(xù)續(xù)) 、 的移相范圍相等，均為的移相范圍相等，均為0 0180180；、輸出電壓平均值、輸出電壓平均值U Ud是半波整流電路的倍；是半波整流電路的倍；、在相同的負載功率下，流過晶閘管的平均電流減、在相同的負載功率下，流過晶閘管的平均電流減 小一半；小一半；、功率因數(shù)提高了、功率因數(shù)提高了 倍。倍。2 通過上述數(shù)量關(guān)系的分析，通過上述數(shù)量關(guān)系的分析，電阻負載時，電阻負載時，對單相全對單相全控橋式整流電路與半波整流電路可作如下比較：控橋式整流電路與

22、半波整流電路可作如下比較：2.2.2 單相橋式相控整流電路單相橋式相控整流電路(續(xù)續(xù)) 2大電感負載大電感負載 圖圖2.2.8 2.2.8 單相全控橋式整流電路帶電感性負載電路與波形圖單相全控橋式整流電路帶電感性負載電路與波形圖工作原理分析：工作原理分析：電路控制角的電路控制角的移相范圍為移相范圍為0 0/2/22.2.2 單相橋式相控整流電路單相橋式相控整流電路(續(xù)續(xù)) 2大電感負載大電感負載參數(shù)計算：參數(shù)計算：1 1）在電流連續(xù)的情況下整流輸出電壓的平均值為）在電流連續(xù)的情況下整流輸出電壓的平均值為2 2）整流輸出電壓有效值為）整流輸出電壓有效值為3 3）晶閘管承受的最大正反向電壓為）晶閘

23、管承受的最大正反向電壓為 U U2 2。 cos22)(sin2122UttdUUd cos9 . 02U (0(09090) )222)()sin2(1UtdtUU 2(2.2.27) (2.2.28) 4）在一個周期內(nèi)每組晶閘管各導(dǎo)通）在一個周期內(nèi)每組晶閘管各導(dǎo)通180180，兩組輪流導(dǎo)通，兩組輪流導(dǎo)通，變壓器次級中的電流是正負對稱的方波，電流的平均值變壓器次級中的電流是正負對稱的方波，電流的平均值I Id d和和有效值有效值I I相等，其波形系數(shù)為。相等，其波形系數(shù)為。2.2.2 單相橋式相控整流電路單相橋式相控整流電路(續(xù)續(xù)) 2大電感負載大電感負載參數(shù)計算：參數(shù)計算：5 5）在電流連

24、續(xù)的情況下整流輸出電壓的平均值為）在電流連續(xù)的情況下整流輸出電壓的平均值為(2.2.29) (2.2.30) 單相全控橋式整流電路具有輸出電流脈動小，功率因數(shù)高，單相全控橋式整流電路具有輸出電流脈動小，功率因數(shù)高，變壓器次級中電流為兩個等大反向的半波，沒有直流磁化問題，變壓器次級中電流為兩個等大反向的半波，沒有直流磁化問題，變壓器的利用率高。變壓器的利用率高。 在大電感負載情況下，在大電感負載情況下，接近接近/2時，輸出電壓的平均值接時，輸出電壓的平均值接近于零，負載上的電壓太小。且理想的大電感負載是不存在的，近于零，負載上的電壓太小。且理想的大電感負載是不存在的，故實際電流波形不可能是一條直

25、線，而且在故實際電流波形不可能是一條直線，而且在之前，電流就之前，電流就出現(xiàn)斷續(xù)。電感量越小，電流開始斷續(xù)的出現(xiàn)斷續(xù)。電感量越小，電流開始斷續(xù)的值就越小。值就越小。dddTdTIIII2122 dddTTIIII2122 6）結(jié)論：）結(jié)論：2.2.2 單相橋式相控整流電路單相橋式相控整流電路(續(xù)續(xù)) 圖圖2.2.9 單相全控橋式整流電路帶反電勢負載電路與波形圖單相全控橋式整流電路帶反電勢負載電路與波形圖3反電勢負載工作原理反電勢負載工作原理 反電動勢負載：反電動勢負載：對于可控整流電路來說，被充電的蓄電池、對于可控整流電路來說，被充電的蓄電池、電容器、正在運行的直流電動機的電樞（電樞旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生

26、感應(yīng)電電容器、正在運行的直流電動機的電樞（電樞旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生感應(yīng)電動勢動勢E）等本身是一個直流電壓的負載。等本身是一個直流電壓的負載。dddREui 2.2.2 單相橋式相控整流電路單相橋式相控整流電路(續(xù)續(xù)) dddRiEu 圖圖5.2.9 單相全控橋式整流電路單相全控橋式整流電路 帶反電勢負載電路波形圖帶反電勢負載電路波形圖3 3反電勢負載工作原理反電勢負載工作原理 導(dǎo)電角導(dǎo)電角時，整流電流波形出現(xiàn)斷流。其波形如圖時，整流電流波形出現(xiàn)斷流。其波形如圖5.2.9(5.2.9(c)c)所示，圖中的所示，圖中的為停止導(dǎo)電角。也就是說與電阻負載時相比，晶為停止導(dǎo)電角。也就是說與電阻負載時相比，晶閘管提

27、前了閘管提前了電角度停止導(dǎo)電。電角度停止導(dǎo)電。 22arcsinUE (2.2.31) 時，若觸發(fā)脈沖到來，時，若觸發(fā)脈沖到來，晶閘管因承受負電壓不可能導(dǎo)晶閘管因承受負電壓不可能導(dǎo)通。為了使晶閘管可靠導(dǎo)通，通。為了使晶閘管可靠導(dǎo)通，要求觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，要求觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當(dāng)保證當(dāng) 時刻晶閘管時刻晶閘管開始承受正電壓時，觸發(fā)脈沖開始承受正電壓時，觸發(fā)脈沖仍然存在。這樣就要求觸發(fā)角仍然存在。這樣就要求觸發(fā)角。 t2.2.2 單相橋式相控整流電路單相橋式相控整流電路(續(xù)續(xù)) 3 3反電勢負載參數(shù)計算反電勢負載參數(shù)計算(2.2.33) (2.2.32) l1）整流器輸出端直流電壓平均值

28、）整流器輸出端直流電壓平均值 l2）整流電流平均值）整流電流平均值 )()cos(cos21)()sin2(122 EUEtdEtUEUd EU )cos(cos2212 dddREtUtdiIsin21)(12 EURd )cos(cos2122.2.2 單相橋式相控整流電路單相橋式相控整流電路(續(xù)續(xù)) 1 1大電感負載時的工作情況大電感負載時的工作情況 例例2.2.3 單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路 圖圖2.2.10 單相半控橋式整流電路帶單相半控橋式整流電路帶大電感負載時的電壓、電流波形圖大電感負載時的電壓、電流波形圖 晶閘管在觸發(fā)時刻被迫換流，晶閘管在觸發(fā)時刻被迫換流，二極管

29、則在電源電壓過零時自二極管則在電源電壓過零時自然換流；由于自然續(xù)流的作用，然換流；由于自然續(xù)流的作用，整流輸出電壓整流輸出電壓u ud的波形沒有負的波形沒有負半波的部分，與全控橋電路帶半波的部分，與全控橋電路帶電阻性負載相同。電阻性負載相同。 的移相范圍為的移相范圍為0 0180180，U Ud、d d的計算公式和全控橋帶電的計算公式和全控橋帶電阻性負載時相同；流過晶閘管阻性負載時相同；流過晶閘管和二極管的電流都是寬度為和二極管的電流都是寬度為180180的方波且與無關(guān)，交流的方波且與無關(guān)，交流側(cè)電流為正負對稱的交變方波。側(cè)電流為正負對稱的交變方波。工作特點：工作特點：1 1大電感負載時的工作

30、情況大電感負載時的工作情況 圖圖2.2.10 單相半控橋式整流電路帶單相半控橋式整流電路帶大電感負載時的電壓、電流波形圖大電感負載時的電壓、電流波形圖 在實際運行中，當(dāng)突然在實際運行中，當(dāng)突然把控制角把控制角 增大到增大到180以以上或突然切斷觸發(fā)電路時，上或突然切斷觸發(fā)電路時，會發(fā)生正在導(dǎo)通的晶閘管會發(fā)生正在導(dǎo)通的晶閘管一直導(dǎo)通兩個二極管輪導(dǎo)一直導(dǎo)通兩個二極管輪導(dǎo)通的失控現(xiàn)象。此時觸發(fā)通的失控現(xiàn)象。此時觸發(fā)信號對輸出電壓失去了控信號對輸出電壓失去了控制作用，失控在使用中是制作用，失控在使用中是不允許的，為了消除失控，不允許的，為了消除失控，帶電感性負載的半控橋式帶電感性負載的半控橋式整流電路

31、還需加接續(xù)流二整流電路還需加接續(xù)流二極管。極管。 續(xù)流二極管的作用：續(xù)流二極管的作用：消除失控消除失控2 2大電感負載時參數(shù)計算大電感負載時參數(shù)計算 輸出電壓平均值為輸出電壓平均值為2cos19 . 0)cos1 (2)(sin21222 UUttdUUd輸出電壓有效值為輸出電壓有效值為 22sin)()sin21222UtdtUU（ 在控制角為在控制角為時，每個晶閘管一周期內(nèi)的導(dǎo)通角為時，每個晶閘管一周期內(nèi)的導(dǎo)通角為 ，續(xù)，續(xù)流管的流通角為流管的流通角為 ，2 2大電感負載時參數(shù)計算大電感負載時參數(shù)計算 ddTdTIII 22 ddTTIII 22 ddDdDIII 2ddDDIII 2流經(jīng)

32、續(xù)流二極管的平均電流和有效電流分別為流經(jīng)續(xù)流二極管的平均電流和有效電流分別為則流過晶閘管的電流平均值和有效值分別為則流過晶閘管的電流平均值和有效值分別為 T 2 D第第2章：相控整流電路章：相控整流電路 2.1 整流器的性能指標(biāo)整流器的性能指標(biāo) 2.2 單相相控整流電路單相相控整流電路 2.3 三相相控整流電路三相相控整流電路 2.4 大容量相控整流電路大容量相控整流電路 2.5 相控整流電路的換相壓降相控整流電路的換相壓降 2.6 整流電路的有源逆變工作狀態(tài)整流電路的有源逆變工作狀態(tài) 2.7 晶閘管相控電路的驅(qū)動控制晶閘管相控電路的驅(qū)動控制 1 1）在）在t1t2期間，相電壓比、相都高，如果

33、在期間，相電壓比、相都高，如果在t1時刻觸發(fā)晶閘管時刻觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，負載上得到相電壓導(dǎo)通，負載上得到相電壓uA。 2 2）在）在t2t3期間，相電壓最高，若在期間，相電壓最高，若在t2時刻觸發(fā)時刻觸發(fā)導(dǎo)導(dǎo)通，負載上得到通，負載上得到B相電壓相電壓uB， 關(guān)斷關(guān)斷 。 3 3）在）在t3 t4時期間，時期間，C C相電壓最高，若在相電壓最高，若在t3刻觸發(fā)刻觸發(fā)導(dǎo)導(dǎo)通，負載上得到相電壓通，負載上得到相電壓uC，并關(guān)斷并關(guān)斷。 2.3.1 三相半波相控整流電路三相半波相控整流電路 1 1、電阻性負載工作原理分析、電阻性負載工作原理分析圖圖2.3.1 2.3.1 電阻性負載的三相半波相控整流電路及

34、波形電阻性負載的三相半波相控整流電路及波形( (=0=0) ) 自然換流點：自然換流點：tt1 1、tt2 2和和tt3 3時刻距相電壓波形過時刻距相電壓波形過零點零點3030電角度，它是各相晶閘管能被正常觸發(fā)導(dǎo)通的電角度，它是各相晶閘管能被正常觸發(fā)導(dǎo)通的最早時刻，在該點以前，對應(yīng)的晶閘管因承受反壓，不最早時刻，在該點以前，對應(yīng)的晶閘管因承受反壓，不能觸發(fā)導(dǎo)通，所以把它叫做自然換流點。能觸發(fā)導(dǎo)通，所以把它叫做自然換流點。 在三相相控整流電路中，把自然換流點作為計算控在三相相控整流電路中，把自然換流點作為計算控制角制角的起點，即該處的起點，即該處=0=0（注意：這與單相可控整注意：這與單相可控整

35、流電路是不同的）。流電路是不同的）。 2.3.1 三相半波相控整流電路三相半波相控整流電路( (續(xù)續(xù)) ) 1 1、電阻性負載工作原理分析、電阻性負載工作原理分析圖圖2.3.1 2.3.1 電阻性負載的三相半波相控整流電路及波形電阻性負載的三相半波相控整流電路及波形( (=0=0) )1 1、電阻性負載工作原理分析、電阻性負載工作原理分析當(dāng)當(dāng)=30=30時，時，u ud、i id波形臨界連續(xù)。波形臨界連續(xù)。 當(dāng)當(dāng)=150=150時，整流輸出電壓為零。時，整流輸出電壓為零。 在在30時，輸出電壓和電流波形將時，輸出電壓和電流波形將不再連續(xù)；不再連續(xù)；在電源交流電路中不存在電感在電源交流電路中不存

36、在電感情況下，晶閘管之間的電流轉(zhuǎn)移是在情況下，晶閘管之間的電流轉(zhuǎn)移是在瞬間完成的；瞬間完成的；負載上的電壓波形是相電壓的負載上的電壓波形是相電壓的一部分；一部分；晶閘管處于截止?fàn)顟B(tài)時所承受晶閘管處于截止?fàn)顟B(tài)時所承受的電壓是線電壓而不是相電壓。的電壓是線電壓而不是相電壓。整流輸出電壓的脈動頻率為整流輸出電壓的脈動頻率為 HZ( (脈波數(shù)脈波數(shù)m=3)。結(jié)論：結(jié)論：圖圖2.3.2 2.3.2 三相半波相控整流三相半波相控整流=18=18、6060時的波形圖時的波形圖150503 2.3.1 三相半波相控整流電路三相半波相控整流電路( (續(xù)續(xù)) ) 2 2、電阻性負載數(shù)量關(guān)系、電阻性負載數(shù)量關(guān)系 若

37、若A相電源輸入相電壓相電源輸入相電壓 ，B、C相相相相應(yīng)滯后應(yīng)滯后 則有如下數(shù)量關(guān)系：則有如下數(shù)量關(guān)系：tUuA sin222 120)300(cos17. 1)(sin23/2126562 UttdUUd 式中式中2 2為整流變壓器二次側(cè)相電壓有效值。為整流變壓器二次側(cè)相電壓有效值。 (2.3.1) 當(dāng)當(dāng)3030時，負載電流連續(xù)，各相晶閘管每周期時，負載電流連續(xù)，各相晶閘管每周期輪流導(dǎo)電輪流導(dǎo)電120120，即導(dǎo)通角，即導(dǎo)通角T T =120=120。輸出電壓平均值為輸出電壓平均值為 當(dāng)當(dāng)=0時整流輸出電壓平均值時整流輸出電壓平均值d最大。增大最大。增大，Ud減小，當(dāng)減小，當(dāng)=150時，時，

38、Ud=0。所以帶電阻性負載的三相所以帶電阻性負載的三相半波相控整流電路的半波相控整流電路的移相范圍為移相范圍為01502.3.1 三相半波相控整流電路三相半波相控整流電路( (續(xù)續(xù)) ) 2 2、電阻性負載數(shù)量關(guān)系、電阻性負載數(shù)量關(guān)系(2.3.1) 當(dāng)當(dāng)30時，負載電流斷續(xù)，時，負載電流斷續(xù)， ，輸出電壓平均值輸出電壓平均值d為為150 62)(sin23/21ttdUUd3)30cos(117. 12 U)15030( (4) 晶閘管承受的最大反向電壓為電源線電壓峰值，晶閘管承受的最大反向電壓為電源線電壓峰值，即即 ，最大正向電壓為電源相電壓，即最大正向電壓為電源相電壓，即 。22U26U2

39、.3.1 三相半波相控整流電路三相半波相控整流電路( (續(xù)續(xù)) ) 2 2、電阻性負載數(shù)量關(guān)系、電阻性負載數(shù)量關(guān)系(2.3.4) （5 5）負載電流的平均值）負載電流的平均值 dddRUI ddTII31 )2cos2332(212 dTRUI30 o)2sin412cos4365(212 dTRUI15030 流過每個晶閘管的平均電流流過每個晶閘管的平均電流流過每個晶閘管的電流有效值為流過每個晶閘管的電流有效值為(2.3.5) (2.3.3) (2.3.6) 2.3.1 三相半波相控整流電路三相半波相控整流電路( (續(xù)續(xù)) ) 3 3、大電感負載、大電感負載 (1) (1)在在3030時，時

40、，u ud d的波形與電的波形與電阻性負載時相同。阻性負載時相同。 (2)30 (2)30時時u ud d波形出現(xiàn)部分負壓。波形出現(xiàn)部分負壓。 (3) (3)盡管盡管3030，由于大電感負由于大電感負載的作用，仍然使各相晶閘管導(dǎo)通載的作用，仍然使各相晶閘管導(dǎo)通120120，保證了電流的連續(xù)。，保證了電流的連續(xù)。 電路特點：電路特點：圖圖2.3.32.3.3 大電感負載的三相半波整流電路及波形大電感負載的三相半波整流電路及波形 2.3.1 三相半波相控整流電路三相半波相控整流電路( (續(xù)續(xù)) ) 大電感負載數(shù)量關(guān)系大電感負載數(shù)量關(guān)系流過每個晶閘管的平均電流與有效電流分別為流過每個晶閘管的平均電流

41、與有效電流分別為 65622cos17. 1)(sin23/21UttdUUd 當(dāng)當(dāng)=0時時Ud最大最大，當(dāng)當(dāng)=90時，時，Ud=0。因此，大電感因此，大電感負載時，負載時，三相半波整流電路的移相范圍為三相半波整流電路的移相范圍為090。整流輸出電壓平均值整流輸出電壓平均值ud為為dddTdTIIII313601202 dddTTIIII577. 0312 (2.3.8) (2.3.7) (2.3.9) 2.3.1 三相半波相控整流電路三相半波相控整流電路( (續(xù)續(xù)) ) 大電感負載接續(xù)流二極管時數(shù)量關(guān)系大電感負載接續(xù)流二極管時數(shù)量關(guān)系4 4）續(xù)流二極管在一周期內(nèi)導(dǎo)通三）續(xù)流二極管在一周期內(nèi)導(dǎo)

42、通三次，其導(dǎo)通角次，其導(dǎo)通角D D=3(=3(3030) )。 1）ud的波形與純電阻性負載時一樣，的波形與純電阻性負載時一樣，Ud的計算公式也一樣。的計算公式也一樣。)300(cos17. 1)(sin23/2126562 UttdUUd圖圖2.3.3 大電感負載的大電感負載的 三相半波整流電路三相半波整流電路2 2）負載電流）負載電流i id=i=iT1+i+iT2+i+iT3+i+iD。3 3）一周期內(nèi)晶閘管的導(dǎo)通角）一周期內(nèi)晶閘管的導(dǎo)通角 T=150=150。2.3.1 三相半波相控整流電路三相半波相控整流電路( (續(xù)續(xù)) ) 圖圖2.3.3 大電感負載的大電感負載的 三相半波整流電路

43、三相半波整流電路（2.3.13）5 5）流過晶閘管的平均電流和有效電流分別為）流過晶閘管的平均電流和有效電流分別為6 6）流過續(xù)流管的平均電流和）流過續(xù)流管的平均電流和有效電流分別為有效電流分別為ddTdTIII 3601502 ddTTIII 3601502 ddDdDIII 120302 ddDDIII 120302 （2.3.10）（2.3.11）（2.3.12）2.3.1 三相半波相控整流電路三相半波相控整流電路( (續(xù)續(xù)) ) 大電感負載接續(xù)流二極管時數(shù)量關(guān)系大電感負載接續(xù)流二極管時數(shù)量關(guān)系2.3.2 三相橋式相控整流電路三相橋式相控整流電路 共陰極組的自然換流點共陰極組的自然換流點

44、( (=0=0) )在在tt1 1、tt、tt時刻，分別時刻，分別觸發(fā)觸發(fā)、晶閘管。晶閘管。 共陽極組的自然換流點共陽極組的自然換流點( (=0=0) )在在tt、tt、tt時刻，分別時刻，分別觸發(fā)觸發(fā)2 2、晶閘管。晶閘管。 晶閘管的導(dǎo)通順序為：晶閘管的導(dǎo)通順序為：1 12 23 34 45 56 6。 圖圖2.3.42.3.4 三相橋式相控整流電路帶電阻負載三相橋式相控整流電路帶電阻負載 時的情況時的情況01 1、電阻性負載工作原理電阻性負載工作原理2、三相橋式全控整流電路的特點三相橋式全控整流電路的特點 2.3.2 三相橋式相控整流電路三相橋式相控整流電路( (續(xù)續(xù)) ) （l l）每個

45、時刻均需每個時刻均需2 2個不同組的晶閘管同時導(dǎo)通，形個不同組的晶閘管同時導(dǎo)通，形成向負載供電的回路，其中且不能為同一相的晶閘管；成向負載供電的回路，其中且不能為同一相的晶閘管； （2）對觸發(fā)脈沖的要求：）對觸發(fā)脈沖的要求：6個晶閘管的觸發(fā)脈沖按個晶閘管的觸發(fā)脈沖按 ug1ug2ug3ug4ug5ug6的順序（相位依次差的順序（相位依次差60） 分別觸發(fā)晶閘管分別觸發(fā)晶閘管123456；共陰極組共陰極組1、3、5的觸發(fā)脈沖依次相差的觸發(fā)脈沖依次相差120，共陽極組共陽極組、的觸發(fā)脈沖也依次差的觸發(fā)脈沖也依次差 120, 同一相的上下兩個橋臂，即同一相的上下兩個橋臂，即 T1、與與T4，T3與與

46、 T6，T5與與 T2脈沖相差脈沖相差180；2、三相橋式全控整流電路的特點三相橋式全控整流電路的特點 寬脈沖觸發(fā)：寬脈沖觸發(fā)：使脈沖寬度大于使脈沖寬度大于60( (一般取一般取80100););雙脈沖觸發(fā)：雙脈沖觸發(fā)：用兩個窄脈沖代替寬脈沖，兩個窄脈沖的前沿用兩個窄脈沖代替寬脈沖，兩個窄脈沖的前沿相差相差60，脈寬一般為，脈寬一般為2030。 （3）全控橋觸發(fā)脈沖類型：）全控橋觸發(fā)脈沖類型： （4 4）帶電阻負載時三相橋式全控整流電路角）帶電阻負載時三相橋式全控整流電路角的移相的移相范圍是范圍是 120。 2.3.2 三相橋式相控整流電路三相橋式相控整流電路( (續(xù)續(xù)) ) 3、三相橋式全控

47、整流三相橋式全控整流電路電路不同時工作原理不同時工作原理 =30=30時工作波形：時工作波形：圖圖2.3.5 三相橋式相控整流電路三相橋式相控整流電路 帶電阻負載帶電阻負載=30=30 時的情況時的情況2.3.2 三相橋式相控整流電路三相橋式相控整流電路( (續(xù)續(xù)) ) 3、三相橋式全控整流三相橋式全控整流電路電路不同時工作原理不同時工作原理 =60=60時工作波形：時工作波形：圖圖2.3.6 三相橋式相控整流電路三相橋式相控整流電路 帶電阻負載帶電阻負載=60=60 時的情況時的情況2.3.2 三相橋式相控整流電路三相橋式相控整流電路( (續(xù)續(xù)) ) =90=90時工作波形：時工作波形：圖圖

48、2.3.7 三相橋式相控整流電路三相橋式相控整流電路 帶電阻負載帶電阻負載=90=90 時的情況時的情況3、三相橋式全控整流三相橋式全控整流電路電路不同時工作原理不同時工作原理 2.3.2 三相橋式相控整流電路三相橋式相控整流電路( (續(xù)續(xù)) ) 4、三相橋式全控整流電路參數(shù)計算三相橋式全控整流電路參數(shù)計算 2）當(dāng)）當(dāng)6060時，負載電流不連續(xù)，整流輸出電壓時，負載電流不連續(xù)，整流輸出電壓的平均值為的平均值為 1）當(dāng)）當(dāng)6060時，負載電流連續(xù)，負載上承受的是線電時，負載電流連續(xù)，負載上承受的是線電壓設(shè)其表達式為壓設(shè)其表達式為 ，在，在 內(nèi)積分上內(nèi)積分上 、下限為下限為 和和 。因此當(dāng)控制角為

49、時，整流輸出電壓。因此當(dāng)控制角為時，整流輸出電壓的平均值為的平均值為tUuAB sin232 3 32 3 cos34. 2cos63)(sin631222323UUttdUUd 3cos134. 23cos163)(sin6312223UUttdUUd（2.3.14）（2.3.15）晶閘管承受的最大正、反向峰值電壓為晶閘管承受的最大正、反向峰值電壓為 26U2.3.2 三相橋式相控整流電路三相橋式相控整流電路( (續(xù)續(xù)) ) 5 5、大電感負載、大電感負載 圖圖2.3.8 2.3.8 帶大電感負載的帶大電感負載的三相全控橋式三相全控橋式 整流電路及整流電路及=0=0時的電流電壓波形時的電流電

50、壓波形 1 1）=0=0時工作波形時工作波形電路移向范圍為電路移向范圍為0 09 90 02.3.2 三相橋式相控整流電路三相橋式相控整流電路( (續(xù)續(xù)) ) 5 5、大電感負載、大電感負載 圖圖2.3.9 2.3.9 帶大電感負載的三相全控橋式整流電路在帶大電感負載的三相全控橋式整流電路在=30=30、9090時的電流電壓波形時的電流電壓波形 2 2）=30=30、 90 90時工作波形時工作波形2.3.2 三相橋式相控整流電路三相橋式相控整流電路( (續(xù)續(xù)) ) 6 6、大電感負載參數(shù)計算、大電感負載參數(shù)計算 在在0 09090范圍內(nèi)負載電流連續(xù)，負載上承受的是范圍內(nèi)負載電流連續(xù)，負載上承

51、受的是線電壓，設(shè)其表達式為線電壓，設(shè)其表達式為 ，而線電壓，而線電壓超前于相電壓超前于相電壓3030，在內(nèi)，在內(nèi) 積分上、下限為積分上、下限為 和和 。因此當(dāng)控制角為因此當(dāng)控制角為時：時：(2.3.16)(2.3.16)tUuAB sin232 cos34. 2cos63)(sin63/1222323UUttdUUd 3 32 31）整流輸出電壓的平均值為）整流輸出電壓的平均值為（0 09090）2）負載電流平均值為）負載電流平均值為 cos34. 22ddddRURUI (2.3.17)(2.3.17)2.3.2 三相橋式相控整流電路三相橋式相控整流電路( (續(xù)續(xù)) ) 三相全控橋式整流電路

52、中，晶閘管換流只在本組內(nèi)進三相全控橋式整流電路中，晶閘管換流只在本組內(nèi)進行，每隔行，每隔120120換流一次，即在電流連續(xù)的情況下，每個換流一次，即在電流連續(xù)的情況下，每個晶閘管的導(dǎo)通角晶閘管的導(dǎo)通角T T=120=120。因此因此3）流過晶閘管的電流平均值和有效值）流過晶閘管的電流平均值和有效值dddTdTIIII313601202 dddTTIIII577. 0312 (2.3.18)(2.3.18)(2.3.19)(2.3.19)4） 流進變壓器次級的電流有效值為流進變壓器次級的電流有效值為 35232022)()(21)(21 tdItdIIddddII816. 032 5）晶閘管承受

53、的最大電壓為）晶閘管承受的最大電壓為26U(2.3.20)(2.3.20)6 6、大電感負載參數(shù)計算、大電感負載參數(shù)計算 2.3.2 三相橋式相控整流電路三相橋式相控整流電路( (續(xù)續(xù)) ) 第第2章：相控整流電路章：相控整流電路 2.1 整流器的性能指標(biāo)整流器的性能指標(biāo) 2.2 單相相控整流電路單相相控整流電路 2.3 三相相控整流電路三相相控整流電路 2.4 大容量相控整流電路大容量相控整流電路 2.5 相控整流電路的換相壓降相控整流電路的換相壓降 2.6 整流電路的有源逆變工作狀態(tài)整流電路的有源逆變工作狀態(tài) 2.7 晶閘管相控電路的驅(qū)動控制晶閘管相控電路的驅(qū)動控制 1. 帶平衡電抗器的雙

54、反星形相控整流電路工作原理帶平衡電抗器的雙反星形相控整流電路工作原理2.4 大容量相控整流電路大容量相控整流電路圖圖2.4.1 帶平衡電抗器的雙反星形帶平衡電抗器的雙反星形 相控整流電路及其波形圖相控整流電路及其波形圖2.4 大容量相控整流電路大容量相控整流電路平衡電抗器平衡電抗器工作原理：工作原理： 由于平衡電抗器由于平衡電抗器 的接入，瞬時電壓差的接入，瞬時電壓差 加在電抗加在電抗器兩端，器兩端， ，當(dāng)，當(dāng) 時，時， ， ，使，使 降低降低 后接入負載，后接入負載， ，使使 升高升高 后接入負載，電感使兩組整流橋輸出到負載后接入負載，電感使兩組整流橋輸出到負載的電壓達到平衡，正、負兩組同時

55、導(dǎo)電，故稱之為平衡電的電壓達到平衡，正、負兩組同時導(dǎo)電，故稱之為平衡電抗器?？蛊?。 pu2pdBAduUU 21dduu 021 ddpuuu021 pAduU1du2pu02 pdBuU2du2pupL2 2、帶平衡電抗器的雙反星形相控整流電路數(shù)量關(guān)系、帶平衡電抗器的雙反星形相控整流電路數(shù)量關(guān)系2.4 大容量相控整流電路大容量相控整流電路(2.4.4)(2.4.4)圖圖2.4.1(a)中如果正、負整流組輸出電流和在周期內(nèi)連續(xù)，則中如果正、負整流組輸出電流和在周期內(nèi)連續(xù)，則T1、T3、T5和和T4、T6、T2的導(dǎo)電角都為的導(dǎo)電角都為 ，在控制角，在控制角=0 0時時32 ttttUumd 12cos131119cos10816cos7513cos421213321U Ud1、