交流直流變換電路

1、關于交流直流變換電路第1頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四13.1 概述整流電路的分類：按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種。按電路結構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?。?頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四3.2 單相可控整流電路3.2.1 單相半波可控整流電路3.2.2 單相全控橋式整流電路3.2.3 單相半控橋式整流電路第3頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四3.

2、2.1 單相半波可控整流電路一、電阻性負載電爐、電焊機及白熾燈等均屬于電阻性負載變壓器T起變換電壓和電氣隔離的作用。電阻負載的特點：電壓與電流成正比，兩者波形相同。工作原理分析圖3-2-1 單相半波可控整流電路（電阻性負載）及波形wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00第4頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四4工作原理分析在電源電壓正半周，晶閘管承受正向電壓，在t=處觸發(fā)晶閘管，晶閘管開始導通；負載上的電壓等于變壓器輸出電壓u2。在t=時刻，電源電壓過零，晶閘管電流小于維持電流而關斷，負載電流為零。在電

3、源電壓負半周，uAK0，晶閘管承受反向電壓而處于關斷狀態(tài)，負載電流為零，負載上沒有輸出電壓，直到電源電壓u2的下一周期，直流輸出電壓ud和負載電流id的波形相位相同。通過改變觸發(fā)角的大小，直流輸出電壓ud的波形發(fā)生變化，負載上的輸出電壓平均值發(fā)生變化，顯然=180時，Ud=0。由于晶閘管只在電源電壓正半波內導通，輸出電壓ud為極性不變但瞬時值變化的脈動直流，故稱“半波”整流。3.2.1 單相半波可控整流電路wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00圖3-2-1 單相半波可控整流電路（電阻性負載）及波形第5頁，共107頁，2022

4、年，5月20日，20點47分，星期四5 首先，引入兩個重要的基本概念：觸發(fā)延遲角：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,用表示,也稱觸發(fā)角或控制角。導通角：晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為導通角，用表示 。 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。 在單相半波可控整流電阻性負載電路中,移相角的控制范圍為:0，對應的導通角的可變范圍是0，兩者關系為 =。3.2.1 單相半波可控整流電路第6頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四62. 基本數(shù)量關系(1) 直流輸出電壓平均值Ud與輸出電流平均值Id3.2.1

5、 單相半波可控整流電路 輸出電流平均值Id : 直流輸出電壓平均值Ud :第7頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四7(2) 輸出電壓有效值U與輸出電流有效值I3.2.1 單相半波可控整流電路 輸出電流有效值I : 直流輸出電壓有效值U :第8頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四8(3) 晶閘管電流有效值和變壓器二次側電流有效值單相半波可控整流電路中，負載、晶閘管和變壓器二次側流過相同的電流，故其有效值相等，即：3.2.1 單相半波可控整流電路第9頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四9(4) 功率因數(shù)cos整流器功率因數(shù)是變

6、壓器二次側有功功率與視在功率的比值式中 P變壓器二次側有功功率，P=UI=I2R S變壓器二次側視在功率，S=U2I2 (5) 晶閘管承受的最大正反向電壓UTM晶閘管承受的最大正反向電壓UTM是相電壓峰值。3.2.1 單相半波可控整流電路第10頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四10例3-1 如圖所示單相半波可控整流器，電阻性負載，電源電壓U2為220V，要求的直流輸出電壓為50 V，直流輸出平均電流為20A。 試計算：(1) 晶閘管的控制角。(2) 輸出電流有效值。(3) 電路功率因數(shù)。(4) 晶閘管的額定電壓和額定電流。3.2.1 單相半波可控整流電路第11頁，共1

7、07頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四11解 : (1) 當=90時，輸出電流有效值(3) (2)則=90第12頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四12(4) 晶閘管電流有效值IT 與輸出電流有效值相等，即：（5）晶閘管承受的最高電壓：考慮(23)倍安全裕量，晶閘管的額定電壓為根據計算結果可以選取滿足要求的晶閘管。取2倍安全裕量，晶閘管的額定電流為：則第13頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四133.2.1 單相半波可控整流電路2）電感性負載電感性負載通常是電機的勵磁線圈和負載串聯(lián)電抗器等。電感性負載的特點：電感對電流變化有抗拒作用

8、，使得流過電感的電流不發(fā)生突變。 圖3-2-2 帶阻感負載的 單相半波電路及其波形第14頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四14 圖3-2-3 帶阻感負載(不接續(xù)流管)的 單相半波電路及其波形1. 無續(xù)流二極管時工作原理0：uAK大于零，但門極沒有觸發(fā)信號，晶閘管處于正向關斷狀態(tài)，輸出電壓、電流都等于零。在t=時，門極有觸發(fā)信號，晶閘管被觸發(fā)導通，負載電壓ud= u2。當t=時，交流電壓u2過零，由于有電感電勢的存在，晶閘管的電壓uAK仍大于零，晶閘管會繼續(xù)導通，電感的儲能全部釋放完后，晶閘管在u2反壓作用下而截止。直到下一個周期的正半周。3.2.1 單相半波可控整流電

9、路有負面積第15頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四15數(shù)量關系 直流輸出電壓平均值Ud為 從Ud的波形可以看出，由于電感負載的存在，電源電壓由正到負過零點也不會關斷，輸出電壓出現(xiàn)了負波形，輸出電壓和電流的平均值減小；當大電感負載時輸出電壓正負面積趨于相等，輸出電壓平均值趨于零，則Id也很小。所以，實際的大電感電路中，常常在負載兩端并聯(lián)一個續(xù)流二極管。3.2.1 單相半波可控整流電路第16頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四162.接續(xù)流二極管時工作原理u20：uAK0。在t=處觸發(fā)晶閘管導通， ud= u2續(xù)流二極管VDR承受反向電壓而處于斷態(tài)

10、。u20：電感的感應電壓使VDR承受正向電壓導通續(xù)流，晶閘管承受反壓關斷,ud=0。如果電感足夠大，續(xù)流二極管一直導通到下一周期晶閘管導通，使id連續(xù)。3.2.1 單相半波可控整流電路 圖3-2-4 帶阻感負載(接續(xù)流管)的 單相半波電路及其波形u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRa)第17頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四17由以上分析可以看出，電感性負載加續(xù)流二極管后，輸出電壓波形與電阻性負載波形相同，續(xù)流二極管可以起到提高輸出電壓的作用。在大電感負載時負載電流波形連續(xù)且近似一條直線

11、，流過晶閘管的電流波形和流過續(xù)流二極管的電流波形是矩形波。對于電感性負載加續(xù)流二極管的單相半波可控整流器移相范圍與單相半波可控整流電路電阻性負載相同為0180，且有+=180。3.2.1 單相半波可控整流電路第18頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四18基本數(shù)量關系(1) 輸出電壓平均值Ud與輸出電流平均值Id輸出電壓平均值Ud輸出電流平均值Id3.2.1 單相半波可控整流電路第19頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四19(2) 晶閘管的電流平均值IdT與晶閘管的電流有效值IT晶閘管的電流平均值IdT ：晶閘管的電流有效值IT：3.2.1 單相半

12、波可控整流電路第20頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四20(3) 續(xù)流二極管的電流平均值IdD與續(xù)流二極管的電流有效值ID3.2.1 單相半波可控整流電路第21頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四21單相半波可控整流電路的特點 簡單，但輸出脈動大，變壓器二次側電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化。實際上很少應用此種電路。分析該電路的主要目的是建立起整流電路的基本概念。 3.2.1 單相半波可控整流電路第22頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四223.2.2 單相全控橋式整流電路1) 帶電阻負載的工作情況a)u(i)p

13、wtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4圖3-2-5 單相全控橋式帶電阻負載時的電路及波形工作原理及波形分析VT1和VT4組成一對橋臂，在u2正半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖即導通，當u2過零時關斷。VT2和VT3組成另一對橋臂，在u2正半周承受電壓-u2，得到觸發(fā)脈沖即導通，當u2過零時關斷。電路結構單相全控橋式整流電路(Single Phase Bridge Contrelled Rectifier)第23頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四數(shù)量關系1)輸出直流電壓平均值Ud及有效值U（a 角的移相范圍為180。）3.2.2 單相全控橋式整流電

14、路2) 輸出直流電流平均值Id 3) 晶閘管電流平均值IdT和有效值ITpwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4第24頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四243.2.2 單相全控橋式整流電路5) 功率因數(shù)4)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：不考慮變壓器的損耗時，要求變壓器的容量 S=U2I2。pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4第25頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四253.2.2 單相全控橋式整流電路2）帶阻感負載的工作情況u2OwtOwtOwtudidi2b)OwtO

15、wtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4圖3-2-6 單相全控橋帶阻感負載時的電路及波形 假設電路已工作于穩(wěn)態(tài)，id的平均值不變。假設負載電感很大，負載電流id連續(xù)且波形近似為一水平線。u2過零變負時，晶閘管VT1和VT4并不關斷。至t=+a 時刻，晶閘管VT1和VT4關斷，VT2和VT3兩管導通。VT2和VT3導通后，VT1和VT4承受反壓關斷，流過VT1和VT4的電流迅速轉移到VT2和VT3上，此過程稱換相，亦稱換流。第26頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四3.2.2 單相全控橋式整流電路數(shù)量關系晶閘管移相范圍為90。晶閘管導通角與

16、a無關，均為180。電流的平均值和有效值：變壓器二次側電流i2的波形為正負各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第27頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四電感性負載（接續(xù)流二極管）為了擴大移相范圍，使波形不出現(xiàn)負值且輸出電流更加平穩(wěn)，可在負載兩端并接續(xù)流二極管，如圖3-2-7a電路所示。接續(xù)流管后，的移相范圍可擴大到0。在這區(qū)間內變化，只要電感量足夠大，輸出電流id就可保持連續(xù)且平穩(wěn)。在電源電壓u2過零變負

17、時，續(xù)流管承受正向電壓而導通，晶閘管承受反向電壓被關斷。這樣ud波形與電阻性負載相同，如圖3-2-7b所示。負載電流id是由晶閘管VT1和VT 3、VT2和VT、續(xù)流管VD相繼輪流導通而形成的。uT波形與電阻負載時相同。3.2.2 單相全控橋式整流電路第28頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四28圖3-2-7 單相全控橋帶阻感負載時的電路及波形 （接續(xù)流管）接入VD：擴大移相范圍，不讓ud出現(xiàn)負面積。移相范圍：0 180ud波形與電阻性負載相同Id由VT1和VT3，VT2和VT4，以及VD輪流導通形成。uT波形與電阻負載時相同。第29頁，共107頁，2022年，5月20

18、日，20點47分，星期四293. 帶反電動勢負載時的工作情況 在|u2|E時，才有晶閘管承 受正電壓，有導通的可能。 圖3-2-8 單相全控橋式整流電路接反電動勢電阻負載時的電路及波形 3.2.2 單相全控橋式整流電路電流斷續(xù) 導通之后， ud=u2， 直至|u2|=E，id即降至0,使得晶閘管關斷，此后ud=E 。與電阻負載時相比，晶閘管提前了電角度停止導電， 稱為停止導電角，在a 角相同時，反電動勢整流輸出電壓比電阻負載時大。b)idOEudwtIdOwtaqd第30頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四303.2.2 單相全控橋式整流電路負載為直流電動機時，如果出現(xiàn)

19、電流斷續(xù)，則電動機 的機械特性將很軟 。為了克服此缺點，一般在主電路中直流輸出側串聯(lián)一個平波電抗器。這時整流電壓ud的波形和負載電流id的波形與阻感負載電流連續(xù)時的波形相同，ud的計算公式也一樣。為保證電流連續(xù)所需的電感量L可由下式求出：圖3-2-9 單相全控橋式整流電路帶反電動勢負載串平波電抗器，電流連續(xù)的臨界情況twwOud0Eidtpdaq =p第31頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四為了使電流連續(xù)，一般在主電路中直流輸出側串聯(lián)一個平波電抗器，用來減少電流的脈動和延長晶閘管導通的時間。電感量足夠大時，電流波形近似一直線。3.2.2 單相全控橋式整流電路電流連續(xù)有

20、負面積 由于電感存在Ud波形出現(xiàn)負面積，使Ud下降。 可調范圍： 0 90圖3-2-9 單相全控橋式整流電路帶反電動勢負載串平波電抗器，電流連續(xù)的臨界情況twwOud0Eidtpdaq =p第32頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四323.2.2 單相全控橋式整流電路接入VD：擴大移相范圍，不讓ud出現(xiàn)負面積。移相范圍：0 180ud波形與電阻性負載相同Id由VT1和VT4，V2和VT3，以及VD輪流導通形成。圖3-2-10 單相全控橋式整流電路，有反電動勢負載串平波電抗器、接續(xù)流二極管第33頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四33 單相全波可控

21、整流電路 單相全波可控整流電路（Single Phase Full Wave Controlled Rectifier)，又稱單相雙半波可控整流電路。單相全波與單相全控橋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3-2-11 單相全波可控整流電路及波形a)wtwab)udi1OOt第34頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四34 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構較復雜，材料的消耗多。單相全波只用2個晶閘管，比單相全控橋少2個，相應地，門極驅動電路也少2個；但是晶閘管承受的最大電壓是單相全控橋的2倍。單相全

22、波導電回路只含1個晶閘管，比單相橋少1個，因而管壓降也少1個。從上述后兩點考慮，單相全波電路有利于在低輸出電壓的場合應用。第35頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四353.2.3 單相半控橋式整流電路單相全控橋中，每個導電回路中有2個晶閘管，為了對每個導電回路進行控制，只需1個晶閘管就可以了，另1個晶閘管可以用二極管代替，從而簡化整個電路。如此即成為單相橋式半控整流電路（先不考慮VDR）。半控電路與全控電路在電阻負載時的工作情況相同。圖3-2-12 單相橋式半控整流電路，有續(xù)流二極管，阻感負載時的電路及波形第36頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期

23、四36單相半控橋帶阻感負載的情況 假設負載中電感很大，且電路已工作于穩(wěn)態(tài)在u2正半周，觸發(fā)角a處給晶閘管VT1加觸發(fā)脈沖，u2經VT1和VD4向負載供電。 u2過零變負時，因電感作用使電流連續(xù)，VT1繼續(xù)導通。但因a點電位低于b點電位，使得電流從VD4轉移至VD2，VD4關斷，電流不再流經變壓器二次繞組，而是由VT1和VD2續(xù)流。在u2負半周觸發(fā)角a 時刻觸發(fā)VT3，VT3導通，則向VT1加反壓使之關斷，u2經VT3和VD2向負載供電。u2過零變正時，VD4導通，VD2關斷。VT3和VD4續(xù)流，ud又為零。圖3-2-12 單相橋式半控整流電路，有續(xù)流二極管，阻感負載時的電路及波形3.2.3 單

24、相半控橋式整流電路第37頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四37續(xù)流二極管的作用若無續(xù)流二極管，則當a 突然增大至180或觸發(fā)脈沖丟失時，會發(fā)生一個晶閘管持續(xù)導通而兩個二極管輪流導通的情況，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，稱為失控。（見圖3-2-13）有續(xù)流二極管VDR時，續(xù)流過程由VDR完成，晶閘管關斷，避免了某一個晶閘管持續(xù)導通從而導致失控的現(xiàn)象。續(xù)流期間導電回路中只有一個管壓降，有利于降低損耗。3.2.3 單相橋式可控整流電路第38頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四38圖3-2-13 單相半

25、控橋電感性負載不接續(xù)流二極管的情況分析 返回第39頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四393.2.3 單相半控橋式整流電路單相半控橋式整流電路的另一種接法把圖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來實現(xiàn)。圖3-2-14 單相全控橋式帶電阻負載時的電路及波形圖3-2-15 單相橋式半控整流電路的另一接法第40頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四403.3 三相可控整流電路引言交流測由三相電源供電。負載容量較大，或要求直流電壓脈動較小、容易濾波?；镜氖侨喟氩煽卣麟娐?，三相全控橋式

26、整流電路應用最廣 。第41頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四413.3 三相可控整流電路3.3.1 三相半波可控整流電路3.3.2 三相全控橋式整流電路3.3.3 變壓器漏感對整流電路的影響第42頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四423.3.1 三相半波可控整流電路電路的特點：變壓器二次側接成星形得到零線，而一次側接成三角形避免3次諧波流入電網。三個晶閘管分別接入a、b、c三相電源，其陰極連接在一起共陰極接法 。圖3-3-1 三相半波可控整流電路共陰極接法電阻負載時的電路及a =0時的波形 1、電阻負載自然換相點：二極管換相時刻為自然換相點，

27、是各相晶閘管能觸發(fā)導通的最早時刻，將其作為計算各晶閘管觸發(fā)角a的起點，即a =0。b)c)d)e)f)u2Riduaubuca =0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwta)第43頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四433.3.1 三相半波可控整流電路a =0時的工作原理分析變壓器二次側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3-3-1 三相半波可控整流電路共陰極接法電阻負載時的電路及a =0時的波形 a=30的波形（圖3-3-2） 特點：負載電流處于連續(xù)和斷續(xù)之間的臨

28、界狀態(tài)。a30的情況（圖3-3-3 ） 特點：負載電流斷續(xù)，晶閘管導通角小于120 。b)c)d)e)f)u2uaubuca =0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwta)R第44頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四44圖3-3-2 三相半波可控整流電路，電阻負載， a=30時的波形a =30u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uaca=30時的特點：負載電流處于連續(xù)和斷續(xù)之間的臨界狀態(tài)。a)R第45頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四45圖3-3-

29、3 三相半波可控整流電路，電阻負載， a=60時的波形wwttwtwta =60u2uaubucOOOOuGudiVT1a30時的特點：負載電流斷續(xù)，晶閘管導通角小于120 。 a移相范圍： 0 150a)R第46頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四463.3.1 三相半波可控整流電路當a=0時，Ud最大，為 。整流電壓平均值的計算a30時，負載電流連續(xù)，有：a30時，負載電流斷續(xù)，晶閘管導通角減小，此時有：uuuO2a =30uabcwtuOduuuO2a =60uabcwtud第47頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四47 負載電流平均值為

30、流過晶閘管的電流平均值為 晶閘管承受的最大電壓，為變壓器二次線電壓峰值，即3.3.1 三相半波可控整流電路第48頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四483.3.1 三相半波可控整流電路2、阻感負載圖3-3-4 三相半波可控整流電路，阻感負載時的電路及a =60時的波形特點：阻感負載，L值很大，id波形基本平直。a30時：整流電壓波形與電阻負載時相同。a30時（如a=60時的波形如圖3-3-4所示）。u2過零時，VT1不關斷，直到VT2的脈沖到來，才換流，ud波形中出現(xiàn)負的部分。id波形有一定的脈動，但為簡化分析及定量計算，可將id近似為一條水平線。udiauaubuci

31、biciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt第49頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四493.3.1 三相半波可控整流電路2、阻感負載圖3-3-4 三相半波可控整流電路，阻感負載時的電路及a =60時的波形阻感負載特點：晶閘管導通角均為120，與控制角無關；移相范圍為90 ；晶閘管電流波形近似為方波。udiauaubucibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt第50頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四50第51頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四51各電量計算(1) 輸出電壓平均值 ud(2）負載

32、電流平均值 (3）流過晶閘管的電流平均值IdT、有效值IT 以及承受的最高電壓UTM分別為 3.3.1 三相半波可控整流電路第52頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四52圖3-3-5 三相半波可控整流電路，阻感負載(不接續(xù)流管)時的波形3、大電感負載接續(xù)流二極管為了擴大移相范圍并使負載電流id 平穩(wěn)，可在電感負載兩端并接續(xù)流二極管，由于續(xù)流管的作用，ud波形已不出現(xiàn)負值，與電阻性負載ud波形相同。 3.3.1 三相半波可控整流電路接入VD圖3-3-6 三相半波可控整流電路，阻感負載(接續(xù)流管)時的波形第53頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四53

33、3、大電感負載接續(xù)流二極管在030區(qū)間，電源電壓均為正值，ud波形連續(xù)，續(xù)流管不起作用；當30150區(qū)間，電源電壓出現(xiàn)過零變負時，續(xù)流管及時導通為負載電流提供續(xù)流回路，晶閘管承受反向電源相電壓而關斷。這樣ud波形斷續(xù)但不出現(xiàn)負值。續(xù)流管VD起作用時，晶閘管與續(xù)流管的導通角分別為： 3.3.1 三相半波可控整流電路第54頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四54各電量計算(1) 負載電壓平均值Ud和電流平均值Id 1) 030時 2) 30150時 3)負載電流 Id=Ud/Rd3.3.1 三相半波可控整流電路第55頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期

34、四55（2）晶閘管電流平均值IdT、有效值IT 及晶閘管承受的最高電壓值UTM 1）030時 2)30150時 （3）續(xù)流管平均電流IdD、有效值ID及承受的最高電壓UDM (30150) 3.3.1 三相半波可控整流電路 第56頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四563.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋是應用最為廣泛的整流電路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）圖3-3-7 三相橋式全控整流電路原理圖導通順序： VT1VT2 VT3 VT4 VT5VT6陽極電壓最大的導通陰極電壓最低

35、的導通第57頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四573.3.2 三相橋式全控整流電路1、帶電阻負載時的工作情況當a60時，ud波形均連續(xù)，對于電阻負載，id波形與ud波形形狀一樣，也連續(xù) 波形圖： a =0 （圖3-3-8 ） a =30 （圖3-3-9） a =60 （圖3-3-10）當a60時，ud波形每60中有一段為零，ud波形不能出現(xiàn)負值 波形圖： a =90 （ 圖3-3-11）帶電阻負載時三相橋式全控整流電路a角的移相范圍是120第58頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四58圖3-3-8 三相橋式全控整流電路帶電阻負載a=0時的波形w

36、wwwu2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubwt1OtOtOtOta = 0iVT1uVT1ud波形連續(xù)，對于電阻負載，id波形與ud波形形狀一樣，也連續(xù)每管工作120 ，每間隔60 有一管換流。第59頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四59圖3-3-9 三相橋式全控整流電路帶電阻負載a= 30 時的波形wwwwud1ud2a = 30iaOtOtOtOtuduabuacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubauc

37、aucbuabuacuVT1第60頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四60圖3-3-10 三相橋式全控整流電路帶電阻負載a= 60 時的波形wwwa = 60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaubucOtwt1OtOtuVT1第61頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四61圖3-3-11 三相橋式全控整流電路帶電阻負載a= 90 時的波形ud1ud2uduaubucuaubwtOwtOwtOwtOwtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT1ud波形每60中有一

38、段為零，ud波形不出現(xiàn)負值。第62頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四623.3.2 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3-3-1所示時 段IIIIIIIVVVI共陰極組中導通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽極組中導通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb第63頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四633.3.2 三相橋式全控整流電路（2）對觸發(fā)脈沖的要求：按VT1-VT3-VT3-VT4

39、-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（1）2管同時通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各1，且不能為同1相器件。第64頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四643.3.2 三相橋式全控整流電路（3）ud一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。（4）需保證同時導通的2個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

40、用） (5）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、反向電壓的關系也相同。 三相橋式全控整流電路的特點第65頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四65a60時（a =0 圖3-3-12；a =30 圖3-3-13）ud波形連續(xù)，工作情況與帶電阻負載時十分相似。 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3.3.2 三相橋式全控整流電路2、 阻感負載時的工作情況主要包括a 60時（ a =90圖3-3-14）阻感負載時的工作情況與電阻負載時不同。 電阻負載時，ud波形不會出現(xiàn)負的部分。 阻感負載時，ud波形會出現(xiàn)負的部分。帶阻感負載時，三

41、相橋式全控整流電路的a角移相范圍為90 。區(qū)別在于：得到的負載電流id波形不同。 當電感足夠大的時候， id的波形可近似為一條水平線。第66頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四66圖3-3-12 三相橋式全控整流電路帶阻感負載a= 0 時的波形ud1u2ud2u2LudidwtOwtOwtOwtOuaa = 0ubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuaciVT1第67頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四67圖3-3-13 三相橋式全控整流電路帶阻感負載a= 30 時的波形ud1a = 30ud2uduabuacubcubauca

42、ucbuabuacwtOwtOwtOwtOidiawt1uaubuc第68頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四68圖3-3-14 三相橋式全控整流電路帶阻感負載a= 90 時的波形a = 90ud1ud2uacubcubaucaucbuabuacuabuduacuabuacwtOwtOwtOubucuawt1uVT1第69頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四693.3.2 三相橋式全控整流電路3、 定量分析當整流輸出電壓連續(xù)時（即帶阻感負載時，或帶電阻負載a60時）的平均值為： 帶電阻負載且a 60時，整流電壓平均值為：輸出電流平均值為 ：Id=

43、Ud /R第70頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四70ik=ib是逐漸增大的， 而ia=Id-ik是逐漸減小的。當ik增大到等于Id時，ia=0，VT1關斷,換流過程結束。 變壓器漏感對整流電路的影響考慮包括變壓器漏感在內的交流側電感的影響，該漏感可用一個集中的電感LB表示?，F(xiàn)以三相半波為例，然后將其結論推廣。VT1換相至VT3的過程：因a、b兩相均有漏感，故ia、ib均不能突變。于是VT1和VT3同時導通，相當于將a、b兩相短路，在兩相組成的回路中產生環(huán)流ik。圖3-3-15 考慮變壓器漏感時的三相半波可控整流電路及波形udidwtOwtOgiciaibiciaId

44、uaubucaVT1VT3VT5第71頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四71 變壓器漏感對整流電路的影響換相重疊角換相過程持續(xù)的時間，用電角度g表示。換相過程中，整流電壓ud為同時導通的兩個晶閘管所對應的兩個相電壓的平均值。換相壓降與不考慮變壓器漏感時相比，ud平均值降低的多少。udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca第72頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四72 變壓器漏感對整流電路的影響換相重疊角g的計算由上式得：進而得出：第73頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四73 變壓器漏感對整流電路的影響

45、由上述推導過程，已經求得： 當 時， ，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a90時， 越小g 越大。第74頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四74 變壓器漏感對整流電路的影響 變壓器漏抗對各種整流電路的影響 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 表3-3-2 各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計算注：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； 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。第75頁，共107頁，2022年，5月20日

46、，20點47分，星期四75 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路影響的一些結論: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。 有時人為串入進線電抗器以抑制晶閘管的di/dt。換相時晶閘管電壓出現(xiàn)缺口，產生正的du/dt，可能使晶閘管誤導通，為此必須加吸收電路。 換相使電網電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源。第76頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四763.4 晶閘管的有源逆變工作狀態(tài)一、有源逆變的概念二、有源逆變電路的工作原理三、有源逆變失敗第77頁，共107頁，2022年，5月20日，20點

47、47分，星期四77一、 有源逆變的概念 逆變：把直流電變成交流電的過程。 逆變UPS 3.4 晶閘管的有源逆變工作狀態(tài)第78頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四78 1.逆變分類DC AC有源逆變無源逆變AC DC AC直流電 交流電 電網直流電 交流電 負載逆變類型對于可控整流電路，滿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變。既工作在整流狀態(tài)又工作在逆變狀態(tài)，稱為變流電路。第79頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四792. 電源間能量的流轉關系UdM可用兩個電源相連來反映問題第80頁，共107頁，2022年，5月20日

48、，20點47分，星期四802.電源間能量的流轉關系Ud: 施能 E: 受能 R：耗能整流短路有源逆變反極性相連，相當于兩個電源串聯(lián)短路，應避免Ud :受能 E : 施能 R：耗能Ud ER+_+_IUd ER+_+_IUd ER+_+_I第81頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四813. 有源逆變產生的條件Q擲向1： 90，整流工作。 Ud上正下負，電動機作電動運行，反電勢E上正下負。Q快速擲向2：若 90，Ud下正上負，反電勢E上正下負，兩電源順極性相連，相當于短路事故 。Q擲向2：應使 90， Ud 極性為上正下負，且使UdE 。此時電動機供給能量，運行在發(fā)電狀態(tài)，

49、晶閘管裝置吸收能量送回電網。 逆變角 =180 圖3-4-1 單相橋式電路的整流和逆變原理第82頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四82 實現(xiàn)有源逆變的條件可歸納如下： 1) 變流裝置的直流側必須外接有電壓極性與晶閘管導通方向一致的直流電源E，且E的數(shù)值要大于Ud 2) 變流器必須工作在 90（ 90)區(qū)間，使 Ud 0，才能將直流功率逆變?yōu)榻涣鞴β史邓碗娋W 3)為了保證變流裝置回路中的電流連續(xù)，逆變電路中一定要串接大電抗3、有源逆變產生的條件注意：單相半控橋或有續(xù)流二極管的電路，不能實現(xiàn)有源逆變。第83頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四83二

50、、有源逆變電路的工作原理1. 單相有源逆變電路（以單相全控橋接電動機負載為例）整流逆變圖3-4-1 單相橋式電路的整流和逆變原理第84頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四842. 三相有源逆變電路（三相半波接電動機負載） Ud = -1.17U2cos 圖3-4-2 三相半波有源逆變電路原理第85頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四85圖3-4-3 三相橋式整流電路工作于有源逆變狀態(tài)時不同逆變角的電壓波形3. 三相有源逆變電路（三相全控橋電路）第86頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四86 1.逆變失敗變流器工作在有源逆變

51、狀態(tài)時，若出現(xiàn)輸出電壓平均值與直流電源E順極性串聯(lián)，兩個電源共同輸出電能，無電能回送電網，此時會形成很大的短路電流流過晶閘管和負載，造成事故。這種現(xiàn)象稱為逆變失敗，或稱為逆變顛覆。 三、逆變失敗與最小逆變角限制第87頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四872.造成逆變失敗的原因：(1) 觸發(fā)電路工作不可靠。不能適時、準確地給各晶閘管分配觸發(fā)脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時等。(2) 晶閘管發(fā)生故障。器件失去阻斷能力，或器件不能導通。(3) 交流電源異常。在逆變工作時，電源發(fā)生缺相或突然消失而造成逆變失敗。(4) 換相裕量角不足，引起換相失敗。應考慮變壓器漏抗引起的換相重疊角、

52、晶閘管關斷時間等因素的影響。往往需限制最小逆變角。 第88頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四88換相重疊角的影響：圖3-4-4 交流側電抗對逆變換相過程的影響當b g 時，換相結束時，晶閘管能承受反壓而關斷。如果b g 時（從圖3-4-4右下角的波形中可清楚地看到），該通的晶閘管（VT2）會關斷，而應關斷的晶閘管（VT1)不能關斷，最終導致逆變失敗。 udOOidwtwtuaubucuaubpbgb giVT1iVTiVT3iVTiVT322第89頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四893. 防止逆變失敗的措施采用優(yōu)良可靠的觸發(fā)單元檢查電源情況

53、，排除電源故障選擇質量好、規(guī)格合適的晶閘管在控制電路上采取措施，保證逆變角不超出規(guī)定的范圍第90頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四90最小逆變角確定的方法最小逆變角的大小要考慮以下因素：(1) 換相重疊角（ 1525）(2) 晶閘管關斷時間 tq 所對應的電角度：約 4 6(3) 安全裕量角：一般取為10左右綜上所述，最小逆變角為：3.4 晶閘管的有源逆變工作狀態(tài)第91頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四913.5 整流電路的性能指標及應用技術一、整流電路對電網的影響二、整流電路的諧波分析三、整流電路的性能指標第92頁，共107頁，2022年，

54、5月20日，20點47分，星期四92電力電子裝置要消耗無功功率，會對公用電網帶來不利影響。無功功率會導致視在功率增大，從而使設備容量增大；無功功率增加，造成設備和線路損耗增加；使線路壓降增大，沖擊性無功電流還會使電壓劇烈波動。 電力電子裝置會產生諧波，對公用電網產生危害。諧波損耗將降低發(fā)電、輸電和用電設備的效率；諧波影響電網上其它電氣設備的正常工作 。如造成電動機機械振動、噪聲和過熱，使變壓器局部過熱，電纜、電容器設備過熱等；諧波會引起電網局部的串聯(lián)和并聯(lián)諧振，從而使諧波放大。諧波會導致繼電保護和自動裝置誤動作，并使電氣測量儀表計量不準確；諧波對通信系統(tǒng)產生干擾。 許多國家都發(fā)布了限制電網諧波

55、的國家標準，或由權威機構制定限制諧波的規(guī)定。國家標準（GB/T14549-93）電能質量公用電網諧波從1994年3月1日起開始實施。一、整流電路對電網的影響第93頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四93二、整流電路的諧波分析1. 諧波非正弦周期電流，一般滿足狄里赫利條件，可分解為傅里葉級數(shù)基波分量在傅里葉級數(shù)中，頻率與工頻相同的分量(n=1)諧波分量頻率為基波整數(shù)倍（n1）的分量諧波次數(shù)諧波頻率和基波頻率的整數(shù)比第94頁，共107頁，2022年，5月20日，20點47分，星期四94三相橋式全控整流電路阻感負載，忽略換相過程和電流脈動，直流電感L為足夠大以 =30為例，交流側電壓和電流波形如圖3-5-1中的ua和ia波形所示