電力電子技術第2章 三相

1、僅內(nèi)部使用郭小舟老師僅內(nèi)部使用郭小舟老師西南交通大學西南交通大學-5一、電路結構三相半波可控整流電路有兩種接線型式：共陰極三相半波與共陽極三相半波電路aabT1T2cT3RabT1abT1T2cT3Rud+共陰極三相半波容易理解，應用最多，講課以它為主。共陽極三相半波電路主要用來構成三相橋。三相電源的基礎知識由此得到重要結論abTabT1T2cT3R-ud+uaubuct1t2t3t4t根據(jù)電路結構可知,電路的中線與電勢圖中t軸對應；三相相電勢是指變壓器輸出端子與其中線間的電壓值；各相電勢的最大值出現(xiàn)規(guī)則為：三個最大值不同時周期共陰極聯(lián)接電路中，當相電勢為正(正半周)時晶閘管才可能導通。共陰極

2、三相半波開關在正半周導通共陽極三相半波開關在負半周導通當在t1-t2即a相電勢出現(xiàn)最大值其間，若T1導通則T2兩端的電壓uT2=ub-ua0，即T2承受反壓。這表明 若T2以前是導通的，則T2會立刻關斷；若T2是關斷的則在這個區(qū)域不可能導通同理，當T1導通后，則T3兩端的電壓uT3=uc-ua30 在t1T1導通。ud=uuaubuct1t2t3T3分別從t2點t3點導通到各自的點后關斷。此時ud不連續(xù)，晶閘管導通角小于120僅內(nèi)部使用郭小舟老師僅內(nèi)部使用郭小舟老師西南交通大學西南交通大學abT1TabT1T2cT3R如果TT T均不導通，就沒有電壓123與電流輸出。共陰極電位與中線電位相等，

3、器件兩端電壓就是相電壓當T1自己導通時，uAK1為零T2導通時，uAK1=uab，為線T3導通時，uAK1=uac ，為線電壓-ud+特點:開關兩端的最大電壓為線電壓的峰值主要電量的計算輸出直流電壓：分連續(xù)與不連續(xù)兩種情況35 30時3Ud 3IUd 6sintd(t) 1cos(2)討論：三相半波電路中，當u討論：三相半波電路中，當ud連續(xù)時晶閘管承受的電 壓是線電壓。晶閘管被反壓關斷實現(xiàn)換相。而當ud不 當ud連續(xù)時每個晶閘管導通120,ud不連續(xù)時晶閘管導通角小于120 移相范圍為150dR其它量，如晶閘管電流有效值、負載電流有效值等應根據(jù)波形和定義計算僅內(nèi)部使用郭小舟老師僅內(nèi)部使用郭小

4、舟老師西南交通大學西南交通大學abTabT1T2cT3RLd設電感Ld足夠大，直流側電流連續(xù)平直。此時，電路輸出電壓ud連續(xù)同樣，電路是分別工作的三個單相半波電路。-ud+當30，由于電感的作用t1t2uctt3波形。每個晶閘管工作1/3 周期iT1iT2iT3t僅內(nèi)部使用郭小舟老師僅內(nèi)部使用郭小舟老師西南交通大學西南交通大學當增大時電壓波形負的部分增多正的部分減少。當=90。正負波形相等，Ud=0。移相范圍是90 uaubuciT1iT2iT33 6Ud6U2 sintdt)62 cosUIdd1R1晶閘管電流有效值ITId3該半波路的器有直磁化題3僅內(nèi)部使用郭小舟老師僅內(nèi)部使用郭小舟老師西

5、南交通大學西南交通大學直流分量直流分量HB，它在變壓器中產(chǎn)生直流磁勢，使變壓器工作點發(fā)生變化， 結果可能使變壓器工作點移動到飽和區(qū)。這會使變壓器的激磁電抗急劇變小，磁化電流增大從而燒損變壓器。同時由于直流分量不能經(jīng)過變壓器，所以原副邊的電流有效值不滿足變比關系。容量設計時需要考慮這些因素。副邊容量原邊容量S2 2I2I1是原邊電流的有效值。它是折算到原邊的副邊電流的交流分量?？稍O計容量S (S1S2)/根據(jù)波形圖計算出來。僅內(nèi)部使用郭小舟老師僅內(nèi)部使用郭小舟老師西南交通大學西南交通大學-6電路的結構:三相橋是一個共陰極三相半波與一個共陽極三相半波電路的串聯(lián)11bc354 62abT5T3T1T

6、4cT2T4cT2T6T1T3T5abcT4T6T2abcTT1T3T5T4T6T2abc僅內(nèi)部使用郭小舟老師僅內(nèi)部使用郭小舟老師西南交通大學西南交通大學uca ucb uuca ucb uabuab uac ubc ubaT2T1T1T6T2T4T6T5T5T3 T4T3 T2T1T1T6T2T6T4T2T1T5T3T1t1t3tt6ucubt4t5uat2t1。由此可得構成回路工作順序是T TT -T T -61T T -T T -T T -T T122334455661同一聯(lián)接組的開關交換這稱為橫向換流方式。每隔120同一聯(lián)接組間換流一次；每隔60電路換流一次輸出電壓Ud是共陰極半波電路

7、輸出電壓Ud1與共陽Ud2之差：即 Ud= Ud1- Ud2。從波形圖上看就是共陰包絡線與共陽包絡線之間的距離。為保證回路工作不間斷，應采用寬脈沖或雙脈沖觸發(fā)。線。2.作出出電壓Ud=Ud1-Ud2。僅內(nèi)部使用郭小舟老師僅內(nèi)部使用郭小舟老師西南交通大學西南交通大學要說明的是，在橋式電路中驅動回路電流流動的是線電勢?；芈纺芊駥ㄈQ于作用在該回路中的線電勢而不是相電勢。例如，當負載為電阻，控制角變化時輸出電壓的波形uauuaubuct1234567887563421將半波輸出包絡線分段，在線電壓圖上繪出來，即得到輸出電壓ud的波形圖。據(jù)此圖可以得到其它波形， 它是計算的基礎。采用半波方式不能直接

8、得到輸出電壓波形。僅內(nèi)部使用郭小舟老師僅內(nèi)部使用郭小舟老師學學西南交通大T西南交通大T1T1abT6T6+uab-采用半波疊加法的優(yōu)點：不需要增加任何新的知識就能理解橋式電路的工作情況。物理概念清楚。缺點是不直觀，要進行波形疊加。有與半波不同的規(guī)則，需要牢記。當了解了工作順序后再來考查三相橋電路：由于工作順序是T6T1-T1T2-T2T3-T3T4-T4T5-T5T6-T6T1T1+uac-TT1+uac-T2T3+ubc-T2T3+uba-T4T5+uca-T4T5+ucb-T65135a cT624僅內(nèi)部使用郭小舟老師僅內(nèi)部使用郭小舟老師西南交通大學西南交通大學c-+問題：1.如何確定6個

9、線電勢的相位(相互關系)，怎樣繪出這6個電勢。2.某個電勢何時開始作用(于負載)，何時結束。與控制角的對應關系如何。參考相電勢圖或考查全部的等值電路，可知作用在負載 上 的 電 勢 是 T6T1(uab)-T1T2(uac)-T2T3(ubc)-T3T4 (uba)-T4T5(uca)-T5T6(ucb)-T6T1(uab)。這6個線電勢按順序出現(xiàn)，有規(guī)律。根據(jù)三相理論，很容易由相電壓作出這6個線電壓。方法：先作出線電壓uabubc、uca，再將它們倒相即為確定各線電壓的切換時刻，需要研究半波電路的 起算點在線電勢圖上的投影?？梢宰C明，起算點映射在線電勢最外的交點上。即各等效電路的切換點在線電

10、勢最外的交點起，延遲后的那一點上。小結：由晶閘管的工作順序可得到6個等效電路。作 用在負載上的電壓總是這6個線電勢。橋式電路就是 這6個線電勢的輪流作用。當確定了它們的相位和作 abacbcbacacb=30 12過點1后，應當讓線電壓uab 作用。由于控制角是，所以延遲后將uab投入，負載上的電壓就是uab。過點2后，應當讓線電壓uac作用。所以延遲后將uac投入，將uab切除，負載上的電壓就由uab變成了uac 。同理得到其它電勢作用時負載上的電壓波形。從波形圖上看到，當控制角60時由于回路中的線電勢到其點時為零，電流為零，晶閘管關斷，ud波形就不連續(xù)了。ab=90 acbcbacacba

11、b=60 udacbcbacacbiT1abab=60 udacbcbacacbiT1abia晶閘管的電流，以T1為例。當uab、uac作用時，電流都通過T1壓器副邊的電流：為1與4電流的疊加。1為正T4為負。ab=90 acbcbacaab=90 acbcbacacb以T1為例，令=60。先找出T1 導通時刻。導通后它兩端電壓為零。當T3導通T1關斷后它兩端電壓為uab當T5導通T3關斷后它兩端電壓為uac。當ud連續(xù)時(60時：Ud 1sintd(t)cos()/333UIdUR其它電量，如晶閘管、變壓器副邊電流有效值要根據(jù)波形與定義進行計算。采用等值電路方法的優(yōu)點在于直接得到所求量。簡單

12、易懂。缺點是物理意義不強。需要半波的基礎。abT5T3TabT5T3T1電勢負載)西南交通大學T2T6西南交通大學T2T6cT4僅內(nèi)部使用郭小舟老師僅內(nèi)部使用郭小舟老師西南交通大學西南交通大學ududabacbcbacacb=60 iT1iaabacbcbaca當60時ud連續(xù)。電路工作與電阻負載時類似。例如過點1后，該線電壓uab作用。由于控制角是，所以延遲后將uab投入將ucb切除。負載電壓就是uab。經(jīng)60后將uac投入將uab切除。負載電壓就是uac其余類似。當60時由于電感的作用，電流連續(xù)雖ud中出現(xiàn)負的部分波形，晶閘管仍然維持導通，直到下次換流為止當增大時ud就減小因為負的部分增多

13、正的部分減少了。當=90時正負相等，Ud為零。其移相范圍是90。由于電感的作用，電流連續(xù)每個晶閘管都導通120。主要計算式：1Ud 12 3sintd(t) cos233/3233UId3Idd3RITI2 IdS1 S22 I2 3U1I1P UdIdcos P Ud IdS2 I2僅內(nèi)部使用郭小舟老師僅內(nèi)部使用郭小舟老師西南交通大學西南交通大學-7電路的結構:三相半控橋是共陰極晶閘管三相半波在討論前應重申：晶閘管觸發(fā)換相；二極管自然換相在三相半控橋中，共陽極半波的輸出波形是已知的。分析時只考慮共陰極半波就可以了。abT1T5T3輸出是兩個半波電路的疊加。分析步驟是：abT1T5T3D2D4

14、cD2D4cD6T1T3T5abcD4D6D2abcTT1T3T5D4D6D2abcttcbattcttcb acbat電阻負載時三相半控橋輸出的電壓波形與電阻不相同。當60時ud為三個波頭。tt范圍為180。僅內(nèi)部使用郭小舟老師僅內(nèi)部使用郭小舟老師.電阻電感負載時的工作過程：設直流側電感足夠大當60時電路工作與電阻負載相同，只是電流為直 120；當后電路工作有所不同。設共陰極C相T5 與共陽極D6 導通。u=c,導通到共陽組的自然換相點，2自然導通，而T5因其電流大于零而不能斷于是T5D2均導通，電路產(chǎn)生續(xù)流，輸出電壓ud=0，直到共陰半波的晶閘管因觸發(fā)而換相為止。電壓波形如圖示三相半控橋同

15、樣會出現(xiàn)失控abcttiT5iT1iT3iT5iT1西南交通大學現(xiàn)象。即在電感性負載電流連續(xù)時若去掉觸發(fā)脈沖會出現(xiàn)一個晶閘管不關斷，三個西南交通大學ia2iD2僅內(nèi)部使用郭小舟老師僅內(nèi)部使用郭小舟老師西南交通大學西南交通大學連續(xù)，反之不連續(xù)。連續(xù)，反之不連續(xù)。二極管輪流導通，電路變成三相半波的情況。解決的ttabacabactcba例如，設電路原先T1D2導通然后T1D4續(xù)流。本應將T3導通使T1關斷，但因沒有觸發(fā)T3不能通，所以T1不斷。由于電流連續(xù)，T1繼續(xù)導通。到共陽自然換相點D6通D4斷ud=ucb； D2通D6斷ud=ucb增加一個續(xù)流二極管后，電路經(jīng)續(xù)流二極管續(xù)流。消除了失控的條件

16、。主要計算式：不論電阻負載還是電阻電感負載其波形相同。所以有相同的計算式。當60時ud波形僅內(nèi)部使用郭小舟老師僅內(nèi)部使用郭小舟老師西南交通大學西南交通大學32333Ud 332 sintd(t)6363sintd(t)U2 cos ) 2.34U(1cos 2當60時3Ud3 sintd (t ) 3626U2 cos )Ud 2.34U(1Ud 2.34U(1 cos )22輸出電壓Ud(1cos 2當60時僅內(nèi)部使用郭小舟老師僅內(nèi)部使用郭小舟老師討論：三相半控電路采用半波電路的概念來理解更方便。因為二極管半波的輸出是固定的。不論什么負載，電壓計算式相同。在電阻負載時也與全控橋的波形不同。討

17、論：三相半控電路采用半波電路的概念來理解更方便。因為二極管半波的輸出是固定的。不論什么負載，電壓計算式相同。在電阻負載時也與全控橋的波形不同。有失控問題。解決方法同樣是增加續(xù)流二極管。T5T3T5T3ab例6ab的值。(本題要表明，半波概念很重要)解T2T6T2T6cT4。應用半波電路的知識，分別作出共陰極與共陽極半波的輸出西南交通大學僅內(nèi)部使用郭小舟老師僅內(nèi)部使用郭小舟老師西南交通大學西南交通大學abctababctabacabact 當然也可在線電勢圖上直接作出波形。不過要有經(jīng)驗。12 Ud43sintd(t)0sintd(t)6 6U2(41 ) 9U6226例7.三相橋，大電感電阻負載，=30。若A相缺失，求Ud的波形。TT3T5bcT6T2ababcttcacbbcbcbct僅內(nèi)部使用郭小舟老師僅內(nèi)部使用郭小舟老師西南交通大學西南交通大學例8.三相橋，大電感電阻負載，=30。若T3T5不能導通，繪出Ud的波形。abctT6TT6T1abcT4T2bcabcabac bcbacacb共陰極半波的輸出電位為ua，共陽極半波的輸出如圖。線電壓波形是兩個電勢差。如圖。僅內(nèi)部使用郭小舟老師僅內(nèi)部使用郭小舟老師西南交通大學西南交通大學ttcb attcb aUdUd 2.34U(1 cos )22U2 2Udcos(V)U