電力電子技術(shù)教學(xué)_整流電路

1、1會計學(xué)電力電子技術(shù)教學(xué)電力電子技術(shù)教學(xué)_整流電路整流電路2/213/214/21wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2 ptttu2uguduVTaq0b)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，認(rèn)為晶閘管（開關(guān)器件）為理想器件，即晶閘管導(dǎo)通時其管壓降等于零，晶閘管阻斷時其漏電流等于零，除非特意研究晶閘管

2、的開通、關(guān)斷過程，一般認(rèn)為晶閘管的開通與關(guān)斷過程瞬時完成。 5/21paaapwwp2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222UUttdUUd（3-1）6/21uwttwwtwtw20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)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)是電感對電流變化有抗拒作用，使得流過電感的電流不能發(fā)生突變。 電路分析 晶閘管VT處于斷態(tài),id=0,ud=0,uVT=u2。 在wt1時刻，即觸發(fā)角a處 ud=u2。 L的存在使id不能突變，id從0開始增加。 u2由正變負(fù)的過零點(diǎn)處，id已經(jīng)

3、處于減小的過程中，但尚未降到零，因此VT仍處于通態(tài)。 wt2時刻，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)斷時刻，使ud波形出現(xiàn)負(fù)的部分，與帶電阻負(fù)載時相比其平均值Ud下降。 7/21a)b)VTRLVTRLu2u2圖3-3 單相半波可控整流電路的分段線性等效電路 a) VT處于關(guān)斷狀態(tài) b) VT處于導(dǎo)通狀態(tài)8/21VTb)RLu2VT處于通態(tài)時，如下方程成立： 在VT導(dǎo)通時刻，有wt=a，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tURitiLwsin2dd2dd)sin(2)sin(22)(2waawwtZUeZ

4、UitLRd式中， ， 。由此式可得出圖3-2e所示的id波形。當(dāng)wt=q+a時，id=0，代入式（3-3）并整理得 22)( LRZwRLtgw1)sin()sin(aqaqtge圖3-3 b) VT處于導(dǎo)通狀態(tài) (3-2)(3-3)(3-4)9/21u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp -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 10/21ddTIIpap2ddTItdIIpapwppa2)(212ddDRIIpap2ddDRItdIIpapwpapp2)(2122(3-5)(3-6)(3-7

5、)(3-8)22U22U11/21u (i )pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4圖3-5 單相全控橋式帶電阻負(fù)載時的電路及波形a)帶電阻負(fù)載的工作情況 電路分析 閘管VT1和VT4組成一對橋臂，VT2 和VT3組成另一對橋臂。 在u2正半周（即a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位） 若4個晶閘管均不導(dǎo)通，id=0,ud=0,VT1、VT4串聯(lián)承受電壓u2。 在觸發(fā)角a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過零時，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a處觸發(fā)VT2和VT3，V

6、T2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過零時，電流又降為零，VT2和VT3關(guān)斷。 VT2和VT3的a=0處為wt=p12/21222U22Upaaapwwp2cos19 . 02cos122)( dsin21222UUttUUd2cos19 . 02cos12222aapRURURUIdd(3-9)(3-10)13/212cos145. 0212aRUIIddTpapapwwppa2sin212)(d)sin2(21222RUttRUITpapapwwppa2sin21)()sin2(12222RUtdtRUIIIIT21(3-11)(3-12)(3-

7、13)(3-14)14/212OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u圖3-6 單相橋式全控整流電流帶阻感負(fù)載時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a處給晶閘管VT1和VT4加觸發(fā)脈沖使其開通，ud=u2。 負(fù)載電感很大，id不能突變且波形近似為一條水平線。 u2過零變負(fù)時，由于電感的作用晶閘管VT1和VT4中仍流過電流id，并不關(guān)斷。 wt=p+a時刻，觸發(fā)VT2和VT3，VT2和VT3導(dǎo)通，u2通過VT2和VT3分別向VT1和VT4施加反壓使VT1和VT4關(guān)斷，流過VT1和VT4的電流迅速

8、轉(zhuǎn)移到VT2和VT3上，此過程稱為換相，亦稱換流。 15/21apaaapwwpcos9 . 0cos22)( dsin21222dUUttUU22UddT21IIddT707. 021III(3-15)16/21帶反電動勢負(fù)載時的工作情況 當(dāng)負(fù)載為蓄電池、直流電動機(jī)的電樞（忽略其中的電感）等時，負(fù)載可看成一個直流電壓源，對于整流電路，它們就是反電動勢負(fù)載。 電路分析 |u2|E時，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)載時相比，晶閘管提前了電角度停止導(dǎo)電，稱為停止導(dǎo)電角。 當(dāng)a30 當(dāng)導(dǎo)通一

9、相的相電壓過零變負(fù)時，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。 33/21aapwwpapapcos17.1cos263)(sin2321226562UUttdUUd)6cos(1675.0)6cos(1223)(sin2321262apappwwppapUttdUUd(3-18)(3-19)34/2103060901201501.17321a/( )Ud/U2圖3-16 三相半波可控整流電路Ud/U2與a的關(guān)系電阻負(fù)載電感負(fù)載電阻電感負(fù)載35/21RUIdd22245. 2632UUUURM22UUFM

10、(3-20)(3-21)(3-22)36/21uuuudiaabcibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwtu圖3-17 三相半波可控整流電路，阻感負(fù)載時的電路及a=60時的波形37/21acos17.12dUU03060901201501.17321a/( )Ud/U2圖3-16 三相半波可控整流電路Ud/U2與a的關(guān)系38/21ddTIIII577. 0312ddAVTIII368. 057. 1)(245. 2UUURMFM(3-23)(3-24)(3-25)39/21原理圖 陰極連接在一起的3個晶閘管（VT1，VT3，VT5）稱為共陰極組；陽極連接在一起

11、的3個晶閘管（VT4，VT6，VT2）稱為共陽極組。 共陰極組中與a，b，c三相電源相接的3個晶閘管分別為VT1，VT3，VT5，共陽極組中與a，b，c三相電源相接的3個晶閘管分別為VT4，VT6，VT2。 晶閘管的導(dǎo)通順序為VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6。 圖3-18 三相橋式全控整流電路原理圖40/21時段時段共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽極組中導(dǎo)通的晶閘管共陽極組中導(dǎo)通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓整流輸出電壓udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-u

12、a=ucauc-ub=ucb表3-1 三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載a=0時晶閘管工作情況41/2142/2143/2144/2145/21awwpapapcos34.2)(sin63123232UttdUUd)3cos(134. 2)(sin63232apwwppapUttdUUd(3-26)(3-27)46/212221222()0.8162333ddddIIIIIppp REUIdd(3-28)(3-29)47/2148/21udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca分析從VT1換相至VT2的過程 在wt1時刻之前VT1導(dǎo)通， wt1時刻觸發(fā)VT2，因a、b兩相均有漏感，

13、故ia、ib均不能突變，于是VT1和VT2同時導(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，ia=0，VT1關(guān)斷，換流過程結(jié)束。 換相過程持續(xù)的時間用電角度g表示，稱為換相重疊角。 wt1時刻 圖3-26 考慮變壓器漏感時的三相半波可控整流電路及波形 49/212ddddbabaduutiLutiLuukBkB556655dbdbbB66565BBB d06d13()d()()d()2 /32dd333d()d2d22dkIkkiUuutuuLttiLtL

14、iX Itppa ga gppaapa gpawwppwwppp (3-30)(3-31)50/21B2Bab2)65(sin62)(ddLtULuutikpw2Bd65sin ()d26kiUttXpww2256BB6655sin()d()coscos()2626tkUUitttXXwpappwwawgawtdIik)cos(cos26B2dgaaXUI2dB62)cos(cosUIXgaa(3-32)(3-33)(3-34)(3-35)(3-36)51/21 電路形式電路形式單相全波單相全波單相全控橋單相全控橋三相半波三相半波三相全控橋三相全控橋m脈波整流電路脈波整流電路 dU)cos(c

15、osgaadBIXpdB2IXpdB23IXpdB3IXpdB2ImXp2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIpsin22Bd注：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； 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。23U23U表3-2 各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計算 52/2153/21acos)cos(gaBdXI6gcos3254/2155/2156/21工作原理及波形分析 基本工作過程 在u2正半周過零點(diǎn)至wt=0期間，因u2ud，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u

16、d下降。 至wt=0之后，u2將要超過ud，使得VD1和VD4開通，ud=u2，交流電源向電容充電，同時向負(fù)載R供電。 電容被充電到wt=q時，ud=u2，VD1和VD4關(guān)斷。電容開始以時間常數(shù)RC按指數(shù)函數(shù)放電。 當(dāng)wt=p，即放電經(jīng)過p-q角時，ud降至開始充電時的初值，另一對二極管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57/21)sin(222wtUu2021)0(sin2)0(udtiCuUutCdd)cos(22wwtCUiC)sin(222wtRURuiR)sin(2)cos(

17、222wwwtRUtCUiiiRCd(3-37)(3-38)(3-39)(3-40)(3-41)58/21RCwq)(tgqwqpsin2)sin(222UeURC)(arctgRCwqpwwwwwsin1)()(arctg2RCRCRCeeRCRC可由式（3-45）求出，進(jìn)而由式（3-44）求出q,顯然和q僅由乘積wRC決定。 (3-42)(3-43)(3-44)(3-45)圖3-29 、q與wRC的關(guān)系曲線則當(dāng)wt=q時，VD1和VD4關(guān)斷。將id(q)=0代入式（3-41），得： 二極管導(dǎo)通后u2開始向C充電時的ud與二極管關(guān)斷后C放電結(jié)束時的ud相等，故有下式成立： 由式（3-42）和

18、（3-43）得 59/21 q的另外一種確定方法：VD1和VD4的關(guān)斷時刻，從物理意義上講，就是兩個電壓下降速度相等的時刻，一個是電源電壓的下降速度|du2 /d(wt)|，另一個是假設(shè)二極管VD1和VD4關(guān)斷而電容開始單獨(dú)向電阻放電時電壓的下降速度|dud/d(wt)|p（下標(biāo)表示假設(shè)），據(jù)此即可確定q。圖3-29 、q與wRC的關(guān)系曲線60/2122UUd2/53TRC22U61/21a)b)u2udi20qpwti2,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，這對于電路的工作是有利的。圖

19、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62/21uduuua)b)Oiaiddabac0qwtpp3wt基本原理 當(dāng)某一對二極管導(dǎo)通時，輸出直流電壓等于交流側(cè)線電壓中最大的一個，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，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63/2132=+t)-32(

20、 - tRC1232=+t2t)(d32sin6d)(d)+tsin(6dpwpwwpwwpwqweUtU333a)b)wtwtwtwtaidaidOOOO圖3-33電容濾波的三相橋式整流電路當(dāng)wRC等于和小于時 的電流波形a）wRC= b）wRCua，VT6導(dǎo)通，此電流在流經(jīng)LP時，LP上要感應(yīng)一電動勢up，其方向是要阻止電流增大?？蓪?dǎo)出Lp兩端電壓、整流輸出電壓的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：12ddpuuu2112111()222ddpdpdduuuuuuu(3-97)(3-98)wt1時刻89/21圖3-39 平衡電抗器作用下輸出電壓的波形和平衡電抗器上電壓的波形圖3-40 平衡電抗器作用下兩個晶閘

21、管同時導(dǎo)電的情況雖然ud1ud2，但由于Lp的平衡作用，使得晶閘管VT6和VT1同時導(dǎo)通。時間推遲至ub與ua的交點(diǎn)時，ub =ua，up=0。之后ub ub，電流才從VT6換至VT2，此時VT1、VT2同時導(dǎo)電。每一組中的每一個晶閘管仍按三相半波的導(dǎo)電規(guī)律而各輪流導(dǎo)電。平衡電抗器中點(diǎn)作為整流電壓輸出的負(fù)端，其輸出的整流電壓瞬時值為兩組三相半波整流電壓瞬時值的平均值。wtupud1,ud2OO60360wt1 wtb)a)uaubucucuaubub90/21諧波分析 將圖3-38中ud1和ud2的波形用傅氏級數(shù)展開，可得當(dāng)a=0時的ud1、ud2，即9cos4016cos3523cos411

22、 26321 tttUudwwwp9cos4016cos3523cos411 263)60(9cos401)60(6cos352)60( 3cos411 263222 tttUtttUudwwwpwwwp由式（3-97）和（3-98）可得 9cos2013cos212632 ttUupwwp6cos3521 2632 tUudwp 負(fù)載電壓ud中的諧波分量比直流分量要小得多，而且最低次諧波為六次諧波。 直流平均電壓為 22017. 1)2(63UUUdp(3-99)(3-100)(3-101)(3-102)91/21。90a。60a。30audududwtOwtOwtOuaubucucuaub

23、ubucucuaububucucuauba=30、a=60和a=90時輸出電壓的波形分析 當(dāng)需要分析各種控制角時的輸出波形時，可根據(jù)式（3-98）先求出兩組三相半波電路的ud1和ud2波形，然后做出波形(ud1+ud2)/2。 輸出電壓波形與三相半波電路比較，脈動程度減小了，脈動頻率加大一倍，f=300Hz。 在電感負(fù)載情況下，移相范圍是90。 在電阻負(fù)載情況下，移相范圍為120。 整流電壓平均值為Ud=1.17圖3-41 當(dāng)a =30、60、90時，雙反星形電路的輸出電壓波形U2cosa92/2193/21可采用多重化整流電路減輕整流裝置所產(chǎn)生的諧波、無功功率等對電網(wǎng)的干擾，將幾個整流電路多

24、重聯(lián)結(jié)可以減少交流側(cè)輸入電流諧波，而對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)。 移相多重聯(lián)結(jié) 有并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)和串聯(lián)多重聯(lián)結(jié)。 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。 使用平衡電抗器來平衡2組整流器的電流。 圖3-42的電路是2個三相橋并聯(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94/21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

25、，為1:1: 。 該電路為12脈波整流電路。 3星形接法三角形接法95/21其他特性如下： 直流輸出電壓 acoscos1對圖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：)32(341ddmIIIpp單橋時為, 3 , 2 , 1, 112341kknInIdmnp即輸入電流諧波次數(shù)為12k1，其幅值與次數(shù)成反比而降低。apcos662UUd功率因數(shù)(3-103)(3-104)acos9886. 0cos1位移因數(shù)（單橋時相同）96/21利用變壓器二次繞阻接法的不同，互相錯開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法移相20，需

26、采用曲折接法。 整流電壓ud在每個電源周期內(nèi)脈動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18k1次（k=1, 2, 3），ud的脈動也更小。 輸入位移因數(shù)和功率因數(shù)分別為：cos1=cosa=0.9949cosa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24k1，k=1，2，3。 輸入位移因數(shù)功率因數(shù)分別為：cos1=cosa=0.9971cosa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)。97/21db)c)iId2 IduOap +aa)圖3-45

27、單相串聯(lián)3重聯(lián)結(jié)電路及順序控制時的波形 多重聯(lián)結(jié)電路的順序控制 只對一個橋的a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a =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，按順序依次對各橋進(jìn)行控制，因而被稱為順序控制。 以用于電氣機(jī)車的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，只對第I組橋的a角進(jìn)行控制，同時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。 98/21db)c)iId2 IduOap +a圖3-45 單相串聯(lián)3重聯(lián)結(jié)電路及順序控

28、制時的波形 a）99/21圖3-45 a)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組橋為例，當(dāng)電壓相位為a時，觸發(fā)VT11、VT14使其導(dǎo)通并流過直流電流。 在電壓相位為p時，觸發(fā)VT13，則VT11關(guān)斷，通過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p+a時，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2p時，觸發(fā)VT11，則VT13關(guān)斷，由VT11和VT12續(xù)流，橋的輸出電壓為零。順序控制的電流波形中，正（或負(fù)）半周期內(nèi)前后四分之一周期波形不對稱，因此含有一定的偶次諧波，但其基波分量比

29、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)。 100/21101/21102/21圖3-46 直流發(fā)電機(jī)電動機(jī)之間電能的流轉(zhuǎn)a）兩電動勢同極性EGEM b）兩電動勢同極性EMEG c）兩電動勢反極性，形成短路直流發(fā)電機(jī)電動機(jī)系統(tǒng)電能的流轉(zhuǎn) M作電動運(yùn)轉(zhuǎn)，EGEM，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。 回饋制動狀態(tài)中，M作發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)，EMEG，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。 兩電動勢順向串聯(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)防這類事故發(fā)生。 兩個電動勢同極性相接時，電流總是從電動勢高

30、的流向電動勢低的，由于回路電阻很小，即使很小的電動勢差值也能產(chǎn)生大的電流，使兩個電動勢之間交換很大的功率，這對分析有源逆變電路是十分有用的。 103/21EM逆變產(chǎn)生的條件 以單相全波電路代替上述發(fā)電機(jī)來分析 電動機(jī)M作電動機(jī)運(yùn)行，全波電路應(yīng)工作在整流狀態(tài)，a的范圍在0p/2間，直流側(cè)輸出Ud為正值，并且UdEM，交流電網(wǎng)輸出電功率，電動機(jī)則輸入電功率。 電動機(jī)M作發(fā)電回饋制動運(yùn)行，由于晶閘管器件的單向?qū)щ娦?，電路?nèi)Id的方向依然不變， 而M軸上輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊此徒oG，只能改變EM的極性，為了避免兩電動勢順向串聯(lián)，Ud的極性也必須反過來，故a的范圍在p/2p，且|EM|Ud|。 uuu

31、a)b)u10udu20u10aOOwtIdidUdEM10ud2010OOIdidUdp/2時的控制角用p-a=b表示，b稱為逆變角。 b的大小自b=0的起始點(diǎn)向左方計量。 三相橋式電路工作于有源逆變狀態(tài)，不同逆變角時的輸出電壓波形及晶閘管兩端電壓波形如圖3-48所示。 106/21IIIddVT577. 03REUIMdd基本的數(shù)量關(guān)系 三相橋式電路的輸出電壓Ud=-2.34U2cosb=-1.35U2Lcosb輸出直流電流的平均值 流過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)線電流的有效值 當(dāng)逆變工作時，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

32、交流電源。 (3-105)(3-106)(3-107)(3-108)IEIRPdMdd2IIIIddVT816. 03222107/21108/21udOOidwtwtuaubucuaubpbgb giVT1iVTiVT3iVTiVT322考慮變壓器漏抗引起重疊角對逆變電路換相的影響 以VT3和VT1的換相過程來分析，在bg時，經(jīng)過換相過程后，a相電壓ua仍高于c相電壓uc，所以換相結(jié)束時，能使VT3承受反壓而關(guān)斷。 當(dāng)bg時，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相電壓隨著時間的推遲愈來

33、愈高，電動勢順向串聯(lián)導(dǎo)致逆變失敗。 為了防止逆變失敗，不僅逆變角b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)電抗對逆變換相過程的影響 109/21mUXIBdpgsin21cos2mUXIBdpgaasin2)cos(cos2確定最小逆變角bmin的依據(jù) 逆變時允許采用的最小逆變角b應(yīng)等于 為晶閘管的關(guān)斷時間tq折合的電角度,約45g為換相重疊角，可查閱相關(guān)手冊，也可根據(jù)表3-2計算，即 根據(jù)逆變工作時a=p-b，并設(shè)b=g，上式可改寫成 由此計算出gq為安全裕量角，主要針對脈沖不對稱程度（一般可達(dá)5），約取為10。設(shè)計逆變電路時，必須保證 ，因此常在觸發(fā)電

34、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bmin的區(qū)域內(nèi)。 minbbminqgb(3-109)(3-110)(3-111)110/21111/21112/21電路輸出可為雙窄脈沖（適用于有兩個晶閘管同時導(dǎo)通的電路），也可為單窄脈沖。三個基本環(huán)節(jié)：脈沖的形成與放大、鋸齒波的形成和脈沖移相、同步環(huán)節(jié)。此外，還有強(qiáng)觸發(fā)和雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。脈沖形成環(huán)節(jié) 由晶體管V4、V5組成，V7、V8起脈沖放大作用。 控制電壓uco加在V4基極上 電路的觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器TP二次側(cè)輸出，其一次繞組接在V8集電極電路中。 脈沖前沿由V4導(dǎo)通時刻確定，脈沖寬度與反向充電回路時間常數(shù)R11C3有關(guān)。圖3-50 同步

35、信號為鋸齒波的觸發(fā)電路113/21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 同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路114/21圖3-50 同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路115/21116/211112161151413943578R23+15V+15V+15VRP1R24R2R20RP4R5R1R3R4R6R7R8R12R10R11R14R19R13

36、R25R26R27R28R20R22R16R17R21R18R15V3V2V1V18V19V20V4V5V6V12V13V14V15V16V9V10V11V8V7V17VS5VS1VS2VS3VS4VS6VS7VS8VS9VD1VD2VD3VD4VD5VD6VD7C1C2ubucous圖3-52 KJ004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環(huán)節(jié)。117/21usa12345671110914131281615123456711109

37J004KJ004-15V+15V12345671110914131281615KJ004RP6RP3(1 6腳為6路單脈沖輸入)12345671110914131281615KJ041(1510腳為6路雙脈沖輸出)至VT1usbuscupucoR19R13R20R14R21R15R9R3R6R18R8R2R5R17R7R1R4R16R10R11R12C7C4C1C8C5C2C9C6C3RP4RP1RP5RP2至VT2至VT3至VT4至VT5至VT6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KJ004集成塊和1個KJ041集成塊，可形成六

38、路雙脈沖，再由六個晶體管進(jìn)行脈沖放大即可。 KJ041內(nèi)部是由12個二極管構(gòu)成的6個或門，其作用是將6路單脈沖輸入轉(zhuǎn)換為6路雙脈沖輸出。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)簡單、可靠;缺點(diǎn)是易受電網(wǎng)電壓影響，觸發(fā)脈沖不對稱度較高， 可達(dá)34，精度低。 數(shù)字觸發(fā)電路的脈沖對稱度很好，如基于8位單片機(jī)的數(shù)字觸發(fā)器精度可達(dá)0.71.5。118/21119/21Owtwt1wt2uaubucu2ua-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wt1wt2。 鋸齒波的上升段為240，上升段起始的

39、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)與同步信號的300位置對應(yīng)。 將a=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a=90與同步電壓的300對應(yīng)，也就是a=0與同步電壓的210對應(yīng)。 a=0對應(yīng)于ua的30的位置，則同步信號的180與ua的0對應(yīng)，說明VT1的同步電壓應(yīng)滯后于ua180。 對于其他5個晶閘管，也存在同樣的對應(yīng)關(guān)系。 120/21圖3-55給出了變壓器接法的一種情況及相應(yīng)的矢量圖，其中主電路整流變壓器為D,y-11聯(lián)結(jié)，同步變壓器為D,y-11,5聯(lián)結(jié)，同步電壓選取的結(jié)果如表3-4所示，為防止電網(wǎng)電壓波形畸變對觸發(fā)電路產(chǎn)生干擾，

40、可對同步電壓進(jìn)行R-C濾波，當(dāng)R-C濾波器滯后角為60時，同步電壓選取結(jié)果如表3-5所示。 D,y 11D,y 5-11TRTSuAuBuCuaubuc- usa- usb- usc- usa- usb- uscUcUsc-UsaUbUsb-Usc-UsbUaUsaUAB圖3-53 同步變壓器和整流變壓器的接法及矢量圖 121/21表3-4 三相全控橋各晶閘管的同步電壓（采用圖3-59變壓器接法時） 表3-5 三相橋各晶閘管的同步電壓（有R-C濾波滯后60）晶閘管晶閘管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主電路主電路電壓電壓+ua -uc +ub -ua +uc -ub 同步電同步電壓壓-us

41、a +usc -usb +usa -usc +usb 晶閘管晶閘管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主電路主電路電壓電壓+ua -uc +ub -ua +uc -ub 同步電同步電壓壓+usb -usa +usc -usb +usa -usc 122/21例：三相全控橋，電動機(jī)負(fù)載，要求可逆，整流變壓器的接法是D，y-5，采用NPN鋸齒波觸發(fā)器，并附有滯后30的R-C濾波器，決定晶閘管的同步電壓和同步變壓器的聯(lián)結(jié)形式。 解：整流變壓器接法如圖3-56所示 abcABC以a相為例，ua的120對應(yīng)于=90，此時Ud=0，處于整流和逆變的臨界點(diǎn)。該點(diǎn)與鋸齒波的中點(diǎn)重合，即對應(yīng)于同步信號的300，

42、所以同步信號滯后ua180，又因為R-C濾波已使同步信號滯后30，所以同步信號只要再滯后150就可以了。滿足上述關(guān)系的同步電壓相量圖及同步變壓器聯(lián)結(jié)形式如下兩幅圖所示。圖3-56 整流變壓器接法 各晶閘管的同步電壓選取如下表：晶閘管VT1VT2VT3VT4VT5VT6同步電壓-usbusa-uscusb-usausc圖3-57 同步電壓相量圖及同步變壓器聯(lián)接圖a 同步電壓相量圖 b同步變壓器聯(lián)接圖 123/21124/21125/21wwwwu2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubwt1OtOtOtOta = 0iVT1uVT1圖3-19 三相橋