電力電子技術(shù)：第三章 整流電路

1、第三章 整流電路可控整流：交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榭烧{(diào)節(jié)大小的直流電整流電路：出現(xiàn)最早的電力電子電路， 將交流電變?yōu)橹绷麟姲唇M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狀態(tài)3. 8 整流電路相位控制的實現(xiàn)本章要點： 1.整流電路的基本類型、換相規(guī)律、輸出電壓控制和負(fù)載性質(zhì)的

2、影響。2.可控整流電路研究的有關(guān)基本概念、內(nèi)容和步驟。3.單相、三相；半波、全波、橋式（全控、半控）；電阻負(fù)載、電阻電感負(fù)載、含直流電動勢負(fù)載電路的分析。4.各種電路的負(fù)載上的電壓、電流、整流器件上的電壓、電流、電源變壓器電流波形分析。5.負(fù)載電壓平均值、負(fù)載電流平均值、有效值、整流器件電壓最大值、整流器件電流有效值、電源變壓器電流有效值、整流電路的功率因數(shù)的計算。6.根據(jù)上述計算結(jié)果選擇器件和設(shè)計電源變壓器。7.電源變壓器存在漏感時的影響。8.有源逆變。 首先學(xué)習(xí)幾種常用的晶閘管可控整流電路,包括電路組成、工作原理、數(shù)量關(guān)系及特點和適用范圍。其中，最基本的電路就是單相半波可控整流電路。 （1

3、）電阻性負(fù)載（2）電感性負(fù)載（3）反電動勢負(fù)載（4）電容性負(fù)載重點注意：工作原理（波形分析）、定量計算、不同負(fù)載的影響。不同性質(zhì)的負(fù)載對于整流電路輸出的電壓、電流波形均有很大的影響。交流側(cè)接單相電源3.1 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3. 1 單相可控整流電路3.1.1 單相半波可控整流電路一. 帶電阻負(fù)載的工作情況特點：負(fù)載兩端的電壓和流過負(fù)載的電流成一定的比例關(guān)系，且兩者的波形相似；負(fù)載電壓和電流均允許突變。如電阻加熱爐、電解、電鍍和電焊等都屬于電阻性負(fù)載。 變壓器T

4、主要用來變換電壓, 其次它還有隔離一、二次側(cè)的作用。 2. 工作原理0t1 ： u2為正，uT為正，但因無ug，故VT不會導(dǎo)通，此時，t1 ：uT為正，且有ug，滿足VT導(dǎo)通的兩個條件，VT導(dǎo)通，則2：至過零，因為是阻性負(fù)載，id波形與ud一致，故此時流過VT的電流也過零，VT關(guān)斷，則1. 電路wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00id3. 幾個概念（1）控制角（也叫觸發(fā)角）：單相電路中，從晶閘管開始承受正向電壓，到 其加上觸發(fā)脈沖的這一段時間所對應(yīng)的電角度（0t1）。（2）導(dǎo)通角 晶閘管在一個周期內(nèi)導(dǎo)通的電角度（t1）。（

5、3）移相 改變控制角的過程，即改變觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的時刻的過程。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，簡稱相控方式。幾個概念的解釋：ud為脈動直流，波形只在u2正半周內(nèi)出現(xiàn)，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4. 數(shù)量關(guān)系（1）直流輸出電壓的平均值Ud 為當(dāng) 時，Ud= Ud0=0.45U2 隨著的增大，Ud 將減小，至 時，Ud=0。直流輸出電流的平均值Id 為（2）負(fù)載上得到的直流輸出電壓有效值U 和電流有效值 I 分別為（3） 流過VT及變壓器二次

6、側(cè)的電流（4）流過晶閘管的電流的波形系數(shù)Kf 為當(dāng) 時，即為單相半波波形，有 ，與晶閘管額定電 流定義的情況一致。（5）晶閘管可能承受的正反向峰值電壓均為（6）電路的功率因數(shù)為（7）移相范圍 0180。二.阻感性負(fù)載和帶續(xù)流二極管的電路特別當(dāng)負(fù)載的L比R的數(shù)值大得多（10倍以上）時，就認(rèn)為是大電感負(fù)載，特點是負(fù)載電流波形連續(xù)，并接近一條直線。各種電機(jī)的勵磁繞組以及經(jīng)電抗器濾波的負(fù)載都屬于此類負(fù)載。特點：由于電感本身為儲能元件，而能量的儲存與釋放是不能瞬間完成的，因而流過電感的電流是不能突變的。當(dāng)電感中流過的電流發(fā)生變化時，在其兩端就會產(chǎn)生自感電動勢eL，以阻礙電流的變化。負(fù)載中既有電阻又有電感

7、, 且負(fù)載的L與R的數(shù)值相比不可忽略; 1. 電路2. 工作原理0-t1：無ug,VT不導(dǎo)通, 同電阻性負(fù)載 t1-t2：加ug,VT導(dǎo)通,ud=u2, uT=0,電感產(chǎn)生自感電動勢eL阻礙電流的增大, 電源提供能量電阻消耗的能量+電感吸收的磁場能量 t2：電流id開始減小，電源提供能量+電感釋放的能量電阻消耗的能量 uwttwwtwtw20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+t2t3-+-+t3：至電源電壓雖然過零變負(fù)，但電流id還沒有降低為零，還存在eL。只要eL比u2大，晶閘管就仍受正壓而處于通態(tài)。電感釋放的能量電阻消耗的能量+電源(變壓器二次側(cè))吸收的能量

8、至電流降為零，電感能釋放完畢。VT關(guān)斷uwttwwtwtw20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+t2t3-+ 特點：電壓平均值降低(因為負(fù)載電壓出現(xiàn)負(fù)值); 大電感負(fù)載時，即LR(10倍以上), 輸出電壓波形正負(fù)半周面積近似相等， 。改進(jìn)措施：加續(xù)流二極管3. 加續(xù)流二極管的電路 在電源u2 正半周工作同前，續(xù)流二極管VDR 受反壓不通。在負(fù)半周時，VDR 承受正向電壓而導(dǎo)通。電感經(jīng)VDR 續(xù)流不再經(jīng)電源，故此時輸出為VDR 的管壓降。VT承受反壓關(guān)斷。 此時，u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)

9、f)g)iVDRa)4.數(shù)量關(guān)系（加VDR） （1）輸出電壓、電流平均值Ud 和 Id （2）流過VT的電流平均值 IdT 和有效值 IT （3）流過VDR 的電流平均值IdDR和有效值 IDR （4）VT、VDR 承受的最大電壓（5）移相范圍仍是 0180。u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRa)單相半波可控整流電路電路簡單，簡單易學(xué)，建立起整流電路的基本概念輸出脈動大變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，易造成變壓器鐵心直流磁化3. 1. 2 單相橋式全控整流電路一.電阻性負(fù)載 1. 電路晶閘管VTI 和VT4 為一

10、組橋臂，而VT2 和VT3 組成了另一組橋臂。 2. 工作原理 u2 正半周,在觸發(fā)角 處，VTI和VT4同時加觸發(fā)脈沖，則VTI和VT4會導(dǎo)通。 u2 負(fù)半周, 仍在觸發(fā)延遲角處，VT2 和VT3 同時加觸發(fā)脈沖，則VT2 和VT3會導(dǎo)通。在正負(fù)半周四只管子都不導(dǎo)通的區(qū)間u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4VT2和VT3的=0處為t=3. 數(shù)量關(guān)系（1）直流輸出電壓、電流平均值Ud 和 Id （2）直流輸出電壓有效值U和電流有效值I （3）流過一只晶閘管的電流的平均值、有效值 （4）電路的功率因數(shù)為（5）晶閘管可能承受的反向電壓為晶閘管承受的最大正向電壓為

11、（6）移相范圍是 0180。 二. 阻感性負(fù)載 2. 工作原理 兩組管子輪流導(dǎo)通，且電流連續(xù) ，VT導(dǎo)通時間延長。與無關(guān)。1. 電路+-換相或換流3. 數(shù)量關(guān)系 （1）直流輸出電壓、電流平均值Ud 和 Id 當(dāng)=0時，輸出Ud最大， Ud0=0.9 U2，至=90時，輸出Ud最小，等于零。 （2）流過一只晶閘管的電流平均值、有效值（3）流過變壓器二次側(cè)繞組的電流有效值（4）晶閘管可能承受的正反向峰值電壓為（5）角的有效移相范圍是090。為了擴(kuò)大移相范圍，且去掉輸出電壓的負(fù)值，提高的Ud值，也可以在負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管。 三. 帶反電動勢負(fù)載 指本身含有直流電動勢E，且其方向?qū)﹄娐分械木чl管而

12、言是反向電壓的負(fù)載。 1. 電路蓄電池、直流電動機(jī)的電樞2. 工作原理0t1 ： u2為正，但由于Eu2 ，晶閘管仍承受反向電壓，反向阻斷。t1 t2 ：u2 E，承受正向電壓，無ug，故VT不會導(dǎo)通。t2t3：加ug1、4，VT1、4導(dǎo)通。t3：在u2 =E 的時刻，id降為零,VT提前角關(guān)斷。 機(jī)械特性軟換向時易產(chǎn)生火花電源容量大為獲得連續(xù)的負(fù)載電流，一般要在負(fù)載側(cè)串接足夠大的平波電抗器。分析同帶大電感負(fù)載時一樣。 Ud的計算也同電感負(fù)載一樣，只是其他的電量也是一樣的。為保證電流連續(xù)所需電感量為：式中，L為主電路總電感量，其單位為H。3. 1. 3 單相全波可整流電路1. 電路2. 工作原

13、理3. 特點（與全控橋相比）（1）全波電路變壓器要帶中心抽頭（2）全波電路簡單，器件少，但電壓容量大。（3）導(dǎo)通損耗小。 (4) 變壓器有效利用率低，是全控橋的一半3. 1. 4 單相橋式半控整流電路1. 電路（阻感性負(fù)載，不加VDR）2. 工作原理有自然續(xù)流作用，無負(fù)電壓輸出。半控電路與全控電路在電阻負(fù)載時的工作情況相同3. 失控現(xiàn)象4. 加續(xù)流二極管VDR電路5. 另一種半控橋電路其他電路：例 有一反電動勢負(fù)載，采用單相半控橋式串平波電抗器并加續(xù)流二極管的電路，其中平波電抗器的電感量足夠大，電動勢E=30V，負(fù)載的內(nèi)阻R=5，交流側(cè)電壓為220V，晶閘管的控制角=60，求流過晶閘管、整流二

14、極管以及續(xù)流二極管的電流平均值和有效值。解 先求整流輸出電壓平均值再來求流過負(fù)載的電流平均值，因串接的平波電抗器的電感量足夠大，所以得到的電流波形為一直線。則流過續(xù)流二極管的電流平均值和有效值為流過晶閘管及整流二極管的電流平均值和有效值為3. 2 三相可控整流電路 雖然單相可控整流電路具有線路簡單，維護(hù)、調(diào)試方便等優(yōu)點，但輸出整流電壓脈動大，又會影響三相交流電網(wǎng)的平衡。因此，當(dāng)整流負(fù)載容量較大（一般指4KW以上），或要求的直流電壓脈動較小、易濾波時，通常采用三相可控整流電路。 先重點介紹三相半波可控整流電路不同負(fù)載時的組成、工作原理、波形分析、電路各電量的計算等，然后再介紹三相橋式全控整流電路

15、。 3. 2. 1 三相半波可控整流電路 一. 電阻性負(fù)載1. 三相半波不可控整流電路二極管換相時刻(1、3、5點)為自然換相點，是各相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時刻，將其作為計算各晶閘管觸發(fā)角的起點，即=02. 三相半波可控整流電路（共陰極）注意：（1）T的接法、共陰極的特點。（2）角的起始點不再是坐標(biāo)原點，而是自然換相點1、3、5處。 3. 工作原理（1） 30時輸出的電壓、電流的波形都是連續(xù)的（2）輸出電壓斷續(xù) 晶閘管的導(dǎo)通角是150-。 注意:在輸出電壓斷續(xù)情況下，晶閘管所承受的電壓除了前面提到的三部分外，還多了一種情況，就是當(dāng)三只晶閘管都不導(dǎo)通時，每只晶閘管均承受各自的相電壓。 4. 數(shù)

16、量關(guān)系：（1）直流輸出電壓的平均值Ud當(dāng)=0時，Ud最大，為 時，Ud最小，為 0。（2）直流輸出電流的平均值Id（3）晶閘管兩端承受的最大的峰值電壓 晶閘管承受的最大反向電壓是變壓器二次側(cè)線電壓的峰值即在電流斷續(xù)時，晶閘管承受的是各自的相電壓，故其承受的最大正向電壓是相電壓的峰值為 。二. 阻感性負(fù)載ud波形沒有出現(xiàn)負(fù)值 ，電流也是連續(xù)的 ud的波形出現(xiàn)了負(fù)值 ，電流id的波形既連續(xù)又平穩(wěn) =90時，ud的波形的正負(fù)面積相等 數(shù)量關(guān)系：（1）直流輸出電壓的平均值Ud（2）直流輸出電流的平均值Id（3）變壓器相電流和流過一只晶閘管的電流（4）晶閘管承受的最大正反向電壓 （5）有效移相范圍是 注

17、：為了擴(kuò)大移相范圍以及使電流id平穩(wěn)，也可在負(fù)載兩端并接續(xù)流二極管VDR。特點：阻感負(fù)載，L值很大，id波形基本平直a30時：整流電壓波形與電阻負(fù)載時相同a 30時u2過零時，VT1不關(guān)斷，直到VT3的脈沖到來，才換流，由VT3導(dǎo)通向負(fù)載供電，同時向VT1施加反壓使其關(guān)斷ud波形中出現(xiàn)負(fù)的部分阻感負(fù)載時的移相范圍為0 90三. 反電動勢負(fù)載在負(fù)載側(cè)串接足夠大的平波電抗器。分析同帶大電感負(fù)載時一樣。 Ud的計算也同電感負(fù)載一樣，只是四. 共陽極三相半波可控整流電路 對于螺栓式的晶閘管來說，可以將晶閘管的陽極固定在同一塊大散熱器上，散熱效果好，安裝方便。此電路的觸發(fā)電路不能再像共陰極電路的觸發(fā)電路

18、那樣，引出公共的一條接陰極的線，而且輸出脈沖變壓器二次側(cè)繞組也不能有公共線，這就給調(diào)試和使用帶來了不便。A三相半波可控整流電路小結(jié)：不論是共陰極還是共陽極接法的電路，都只用了三只晶閘管，所以接線都較簡單，相對單相輸出脈動小，基波150Hz。變壓器繞組利用率較低，每相的二次側(cè)繞組一周期最多工作120。 變壓器繞組中的電流（波形與相連的晶閘管的電流波形一樣）是單方向的，因此也會存在鐵心的直流磁化現(xiàn)象。 晶閘管承受的反向峰值電壓較高（與三相橋式電路相比）。因電路中負(fù)載電流要經(jīng)過電網(wǎng)零線，也會引起額外的損耗。 三相半波可控整流電路一般只用于中等偏小容量的場合。3. 2. 2 三相橋式全控整流電路為改善

19、三相半波電路變壓器利用率低等缺點，可將三相半波共陰極和共陽極電路串聯(lián)起來，形成三相橋式全控整流電路。應(yīng)用最為廣泛共陰極組陰極連接在一起的3個晶閘管 （VT1，VT3，VT5）共陽極組陽極連接在一起的3個晶閘管（VT4，VT6，VT2）一. 電阻性負(fù)載t1t2 ：在t1時刻，給VT1加觸發(fā)脈沖，滿足其導(dǎo)通的兩個條件，假設(shè)此時共陽極組陰極電位最低的晶閘管VT6已導(dǎo)通。 t2t3 ：u相相電壓uu仍是最高 ，w相相電壓uw為最負(fù)，在2點，給晶閘管VT2加觸發(fā)脈沖，使其導(dǎo)通。t3 t4 ：VT3和VT2導(dǎo)通，ud=uvwt4 t5： VT4和VT3導(dǎo)通，ud=uvut5 t6：VT5 和VT4導(dǎo)通,

20、ud=uwut6 t7： VT6 和VT5導(dǎo)通, ud=uwv任意時刻共陽極組和共陰極組中各有1個晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)特點:晶閘管的觸發(fā)導(dǎo)通順序為VT1VT2VT3VT4VT5VT6VT1。輸出電壓的波形為三相線電壓的包絡(luò)線.對脈沖的要求： （1）單寬脈沖：寬度大于60，小于120，一般80 100。 特點：要求有較大的輸出功率，脈沖變壓器體積大。 （2）雙窄脈沖：寬度小于60 ，加一輔助脈沖。 特點：線路雖然復(fù)雜，但可以減小裝置的輸出功率，減小TP的體積。 不同角時的輸出波形 導(dǎo)通時間比=0時推遲了30正負(fù)各120的對稱的波形。 ud波形出現(xiàn)了零點,是一臨界情況VT1導(dǎo)通 電阻性負(fù)載，只要60

21、 ，ud和id 的波形就是連續(xù)的。 VT4導(dǎo)通 角的移相范圍是0 120 當(dāng)60時ud的波形就出現(xiàn)斷續(xù) 了,每個線電壓輸出小于60 30VT1導(dǎo)通 VT4導(dǎo)通 iv、iw的波形與iu波形形狀一致，只是相位依次相差。此三相電流均可統(tǒng)一用i2來表示。小結(jié)當(dāng)a60時，ud波形均連續(xù)，對于電阻負(fù)載，id波形與ud波形形狀一樣，也連續(xù)當(dāng)a60時，ud波形每60中有一段為零，ud波形不能出現(xiàn)負(fù)值帶電阻負(fù)載時三相橋式全控整流電路a 角的移相范圍是0 120二.阻感性負(fù)載1.電路2.原理與電阻負(fù)載不同與電阻負(fù)載相同臨界情況，即ud正好沒有負(fù)電壓的輸出。 3. 數(shù)量關(guān)系 （1）直流輸出電壓的平均值Ud（2）直流

22、輸出電流的平均值Id（3）流過一只晶閘管的電流（4）變壓器二次側(cè)繞組的電流有效值I2 （5）晶閘管承受的最大正反向電壓 （在相同輸出時，為三相半波的一半） （6）有效移相范圍（電感）是 三相橋式全控整流電路小結(jié)： 1.電路需有兩只晶閘管同時導(dǎo)通，各120換相一次。 2. 六只晶閘管依次導(dǎo)通，順序與下標(biāo)相同。 3.脈沖間隔為60，要求單寬或雙窄脈沖觸發(fā)。 4.輸出電壓波形每周期脈動6次，基波頻率為300Hz。相同U2時，輸出電壓為半波時的兩倍。5.變壓器利用率高，二次側(cè)每周期有120+120流過電流，且電流波形正負(fù)面積相等，無直流分量。另外，將共陽極的三只晶閘管換成三只二極管，就組成了三相橋式半

23、控整流電路，其分析方法同單相半控橋。6. 晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同.單相可控整流電路三相可控整流電路3.3 變壓器漏感對整流電路的影響 變壓器繞組上總是存在有一定的漏感的，交流回路也會有一定的自感，將所有這些電感都折算到變壓器的二次側(cè)，用一個集中的電感來LB代替。電流的換相是不可能在瞬時完成的，而要有一個過程，即經(jīng)過一段時間，這個過程就稱為換相過程。 換相過程對應(yīng)的時間常用相應(yīng)的電角度來表示，稱為換相重疊角，用來表示。 一. 換流期間的整流輸出電壓ud電流換相的過程中，兩相的晶閘管都導(dǎo)通，相當(dāng)于兩相短路，兩相之間的電位差（瞬時值）即為短路電壓

24、用uk表示如 假想的短路電流ik :換相前:換相中:換相后:LBLBLB換相期間換流回路的電壓方程式為換相期間的整流輸出電壓的瞬時值ud就變?yōu)?二.換相壓降的計算 LBLBLBXB是變壓器每相折算到二次側(cè)的漏抗，且XB=LB _+_+如果是m脈波電路，其換相壓降可表示為三. 考慮了變壓器漏抗后的整流電壓為 Ud0為整流電路理想情況下，當(dāng)=0時的輸出電壓平均值。 上面三相半波電路的輸出電壓就變?yōu)樗? 對換相重疊角 的計算移相得：當(dāng)角為某一固定值時，則XB越大換相重疊角越大； Id越大換相重疊角也越大。 例 三相橋式全控整流電路，帶電感性負(fù)載，其中R=5，L=，變壓器二次側(cè)電壓有效值為220V，折

25、算到變壓器二次側(cè)的每相漏感為LB=2mH。求當(dāng)時=30：（1）換相壓降；（2）輸出電壓；（3）負(fù)載上的電流；（4）流過晶閘管的電流的平均值和有效值；（5）換相重疊角。解 ： 直流回路的電壓平衡方程式為將此結(jié)果及已知條件代入上面的電壓平衡方程式，可求出 流過晶閘管的電流的平均值和有效值為 解得：3.7 整流電路的有源逆變工作狀態(tài)3.7.1 逆變的概念 1逆變及有源逆變 逆變是將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，是整流的逆過程。 逆變分為有源逆變和無源逆變。 有源逆變是將直流電逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率的交流電，直接回送給電網(wǎng)，即其逆變電路的交流側(cè)和電網(wǎng)相連。無源逆變則是將直流電逆變?yōu)槟骋活l率或頻率可調(diào)的交流電，直接供

26、負(fù)載使用，即其逆變電路的交流側(cè)和負(fù)載相連。 2. 兩電源之間的能量傳遞 同極性相連；EGEM; 同極性相連；EMEG; 反極性相連 電動運行發(fā)電運行短路3. 有源逆變的工作原理及條件 (1) 90，輸出Ud 為正值，EM上正下負(fù) ，且UdEM ，則晶閘管裝置工作在整流狀態(tài)，供能；M吸收能量, 電動運行。交流電網(wǎng)輸出電功率，電動機(jī)則輸入電功率。(2) 90，Ud為負(fù)值， EM上負(fù)下正 ，且|Ud|EM|，VT會導(dǎo)通。M供能，工作于發(fā)電回饋制動狀態(tài)；晶閘管裝置吸收能量，并送交流電網(wǎng)，實現(xiàn)有源逆變。 UdEM總結(jié)(1)在一周期內(nèi)，并不是每一瞬時都進(jìn)行有源逆變，只是一周期內(nèi)逆變時間大于整流時間（因為9

27、0），總的來看，電路工作在有源逆變狀態(tài)。 (2)在逆變工作狀態(tài)下，雖然晶閘管的陽極電位大部分處于交流電壓為負(fù)的半周期，但由于有外接直流電動勢的存在，使晶閘管仍能承受正向電壓而導(dǎo)通。實現(xiàn)有源逆變的條件： 必要條件（1）要有直流電源E，且滿足E的方向為使晶閘管導(dǎo)通的方向及E的數(shù)值應(yīng)大于變流器直流側(cè)的平均電壓； （2）要求90，使Ud為負(fù)值。 充分條件：要有足夠大的電感L，以使逆變連續(xù)進(jìn)行。 逆變和整流的區(qū)別：控制角 不同 0 p /2 時，電路工作在整流狀態(tài)。 p /2 p時，電路工作在逆變狀態(tài)。討論:單相橋式全控整流電路帶阻感性負(fù)載，當(dāng)工作在0 p /2時，是否在一個周期內(nèi)都處于整流狀態(tài)？ 2.

28、以下電路哪些可以實現(xiàn)有源逆變？為什么？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)極性的電動勢，故不能實現(xiàn)有源逆變。3.7.2 三相整流電路的有源逆變工作狀態(tài) 1.逆變角定義: =-，即 +=，則=- 。 Ud=Udocos = - Udocos 、是從兩個方向表示晶閘管的觸發(fā)時刻。 2. 三相半波有源逆變電路 能量傳遞關(guān)系：EM的正極流出電流，因此它提供能量，經(jīng)晶閘管電路把直流電能逆變?yōu)榻涣麟娔芑仞侂娋W(wǎng)。3. 三相橋式全控整流電路的有源逆變狀態(tài) 計算:(以三相電路為例） Ud、EM均為負(fù)值 EM為負(fù)值，Pd 故為負(fù)值，表示功率由直流側(cè)送交流電源 注意：在變流

29、器中確定電網(wǎng)是輸入功率還是輸出功率一般從直流側(cè)來分析決定，因變換的有功功率為Pd=UdId，整流時，Ud0，電網(wǎng)輸出功率；逆變時，Ud0，電網(wǎng)輸入功率。逆變運行時若Ud平均負(fù)值過小或變?yōu)?，外接的反電動勢電源就會通過晶閘管形成短路；若輸出Ud變?yōu)檎?，則會造成順向串聯(lián)，同樣形成很大的環(huán)流。逆變失敗提出的原因 整流：逆變：逆變失?。孀冾嵏玻耗孀儠r，一旦換相失敗，外接直流電源就會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勢變成順向串聯(lián)，形成很大短路電流。3.7.3 逆變失敗與最小逆變角的限制 一.失敗的原因1.觸發(fā)電路的原因 脈沖丟失 、脈沖延時、脈沖分布不均勻 。2.晶閘管本身的

30、原因3.交流電源方面的原因缺相、電源突然斷電、電壓波動使同步電壓波動,造成脈沖丟失 。4.逆變角太小 (換相重疊角)，正常。 若：即=0時換流還沒有結(jié)束，前一相繼續(xù)導(dǎo)通，換相失敗。二.最小逆變角min的確定 1. 考慮的因素 (1) 換相重疊角(1520)，可查手冊或由公式計算。 (2) 晶閘管的關(guān)斷時間tq所對應(yīng)的電角度，可達(dá)200300s, 為45。 (3) 安全裕量，根據(jù)經(jīng)驗一般取10。 min=+=(1520)+（45）+10=30352. 限制方法 (1) 觸發(fā)電路在=min處附加一組固定脈沖。(2) 逆變角保護(hù)電路 (3) Uc加限幅電路。 3.8 整流電路相位控制的實現(xiàn) 通過控制

31、觸發(fā)角的大小，即控制觸發(fā)脈沖起始相位來控制輸出電壓大小,這樣的電路稱為相控電路。由于相控電路一般都使用晶閘管器件，故習(xí)慣上也將實現(xiàn)對相控電路相位控制的電路總稱為觸發(fā)電路。3.8.1 同步信號為鋸齒波的觸發(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)：同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路脈沖的形成與放大 鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié) 同步環(huán)節(jié) 強觸發(fā)環(huán)節(jié) 雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)3.8.1 同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路 雙窄脈沖形成環(huán)節(jié) 強觸發(fā)環(huán)節(jié)+-確定uco=0時脈沖的初始相位脈沖的移相3.8.2 集成觸發(fā)器 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。K

32、J004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)。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)電路與數(shù)字觸發(fā)電路模擬觸發(fā)電路的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、可靠；缺點是易受電網(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。3.8.3 觸發(fā)電路的定相 定相：保證晶閘管的觸

33、發(fā)脈沖與晶閘管上所承受的交流電壓保持固定、正確的相位關(guān)系。即選擇同步電壓的相位以保證觸發(fā)脈沖相位的正確。措施：同步變壓器原邊接入為主電路供電的電網(wǎng)，保證頻率一致。觸發(fā)電路定相的關(guān)鍵是確定同步信號與晶閘管陽極電壓的關(guān)系。 對于三相橋式變流器，6個同步電壓均由三相同步變壓器的二次繞組提供。變壓器一次側(cè)與二次側(cè)： 接法相同時，是偶數(shù)點鐘 接法不同時，是奇數(shù)點鐘本節(jié)只討論三相橋式整流器，采用鋸齒波同步觸發(fā)電路時的情況。 同步變壓器二次電壓要分別接到6個觸發(fā)電路，要有公共接地端，只能是星形接法，所以實際方案有12種。討論三相橋式整流器，采用鋸齒波同步觸發(fā)電路時的情況。步驟 (1)根據(jù)觸發(fā)電路與脈沖移相范

34、圍的要求，確定同步電壓us與對應(yīng)晶閘管陽極電壓之間的相位關(guān)系。為得到角180的移相范圍，對于鋸齒波其usu應(yīng)和uu相差180。（2）畫矢量圖 （3）確定TS接法 若主變壓器采用D，y-11接法同步變壓器的接法應(yīng)為D，y5-111CF3CF5CF4CF6CF2CF-usu-usv-uswusuusvuswg1g3g5g4g6g2D,y11D,y11-5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加R-C濾波：為防止電網(wǎng)電壓波形畸變對觸發(fā)電路產(chǎn)生干擾。 例： R-C濾波滯后60。3CF5CF4CF6

35、CF2CF1CFD,y11-5usv-usu-usv-uswusuusw同步變壓器的接法應(yīng)為D, y3-9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習(xí) 題 課1. 三相半波變流器，整流運行。若主變壓器采用D, y11接法，觸發(fā)電路采用 NPN鋸齒波觸發(fā)電路，并且要求鋸齒波前端留有有60的裕量。求：同步變壓器的接法。解：(1) 確定同步電壓us與對應(yīng)晶閘管陽極電壓之間的相位關(guān)系。usu應(yīng)滯后uu150。(2) 畫矢量圖 同步變壓器的接法應(yīng)為Y，y4(3) 確定TS接法 1CF3CF5CFusvu

36、swusug1g3g5k1k3k5假設(shè)同步變壓器已接成Y，y02. 三相橋式全控整流電路，要求可逆運行，主變壓器TR已經(jīng)接成Y，y0，而同步變壓器TS也已經(jīng)接成D，y11-5。如果觸發(fā)電路采用NPN鋸齒波觸發(fā)電路，而同步電壓又經(jīng)過阻容移相滯后了30。求（1）確定同步電壓與對應(yīng)晶閘管陽極電壓之間的相位關(guān)系。（2）畫矢量圖，確定同步電壓的聯(lián)結(jié)方式。（3）畫出系統(tǒng)聯(lián)結(jié)示意圖。同步變壓器的接法應(yīng)為D，y5-11解：(1) 確定同步電壓us與對應(yīng)晶閘管陽極電壓之間的相位關(guān)系。usu應(yīng)滯后uu150。(2) 畫矢量圖 (3)系統(tǒng)聯(lián)結(jié)示意圖1CF-usu2CF3CF4CF5CF6CFD，y11-5課后習(xí) 題

37、 3-3. 單相橋式全控整流電路， U2=100V，負(fù)載中R=2，L值極大，當(dāng) =30時 ，要求：作出ud 、 id和i2的波形；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 ；考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解：取2倍裕量，故額定電壓選300V。取2倍裕量，故額定電流為3-6.晶閘管串聯(lián)的單相半控橋（橋中VT1、VT2為晶閘管），電路如圖所示，U2 100V，電阻電感負(fù)載，R=2，L值極大，當(dāng) 60時求流過器件中電流的有效值，并作出ud、id、iVT、iVD的波形。 解：3-15 解：3-17. 三相橋式全控整流電路，反電動勢阻感負(fù)載。E=200V，R=1，L=，U2=220V，=60。當(dāng)LB=0mH和LB=1mH的情況下，分別求Ud和Id的值，后者還要求出角。解（1） LB=0mH（2） LB=1mH又由電壓平衡方程式：補： 單相橋式半控整流電路，由220V經(jīng)變壓器供電。負(fù)載為大電感負(fù)載并接有續(xù)流二極管。要求整流電壓20V80V連續(xù)可調(diào)，最大負(fù)