電力電子技術(shù)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(xué)西南交通大學(xué)-5一、電路結(jié)構(gòu)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(yīng)用最多，講課以它為主。共陽極三相半波電路主要用來構(gòu)成三相橋。三相電源的基礎(chǔ)知識由此得到重要結(jié)論abTabT1T2cT3R-ud+uaubuct1t2t3t4t根據(jù)電路結(jié)構(gòu)可知,電路的中線與電勢圖中t軸對應(yīng)；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(dāng)相電勢為正(正半周)時晶閘管才可能導(dǎo)通。共陰極

2、三相半波開關(guān)在正半周導(dǎo)通共陽極三相半波開關(guān)在負(fù)半周導(dǎo)通當(dāng)在t1-t2即a相電勢出現(xiàn)最大值其間，若T1導(dǎo)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(dǎo)通的，則T2會立刻關(guān)斷；若T2是關(guān)斷的則在這個區(qū)域不可能導(dǎo)通同理，當(dāng)T1導(dǎo)通后，則T3兩端的電壓uT3=uc-ua30 在t1T1導(dǎo)通。ud=uuaubuct1t2t3T3分別從t2點t3點導(dǎo)通到各自的點后關(guān)斷。此時ud不連續(xù)，晶閘管導(dǎo)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(xué)西南交通大學(xué)abT1TabT1T2cT3R如果TT T均不導(dǎo)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(dāng)T1自己導(dǎo)通時，uAK1為零T2導(dǎo)通時，uAK1=uab，為線T3導(dǎo)通時，uAK1=uac ，為線電壓-ud+特點:開關(guān)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(dāng)u討論：三相半波電路中，當(dāng)ud連續(xù)時晶閘管承受的電 壓是線電壓。晶閘管被反壓關(guān)斷實現(xiàn)換相。而當(dāng)ud不 當(dāng)ud連續(xù)時每個晶閘管導(dǎo)通120,ud不連續(xù)時晶閘管導(dǎo)通角小于120 移相范圍為150dR其它量，如晶閘管電流有效值、負(fù)載電流有效值等應(yīng)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(xué)西南交通大學(xué)abTabT1T2cT3RLd設(shè)電感Ld足夠大，直流側(cè)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(dāng)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(xué)西南交通大學(xué)當(dāng)增大時電壓波形負(fù)的部分增多正的部分減少。當(dāng)=90。正負(fù)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(xué)西南交通大學(xué)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(jié)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(guān)系。容量設(shè)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(shè)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(xué)西南交通大學(xué)-6電路的結(jié)構(gòu):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(xué)西南交通大學(xué)uca ucb uuca ucb uabuab uac ubc ubaT2T1T1T6T2T4T6T5T5T3 T4T3 T2T1T1T6T2T6T4T2T1T5T3T1t1t3tt6ucubt4t5uat2t1。由此可得構(gòu)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(guān)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(luò)線與共陽包絡(luò)線之間的距離。為保證回路工作不間斷，應(yīng)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(xué)西南交通大學(xué)要說明的是，在橋式電路中驅(qū)動回路電流流動的是線電勢?；芈纺芊駥?dǎo)通取決于作用在該回路中的線電勢而不是相電勢。例如，當(dāng)負(fù)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(luò)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(chǔ)。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(xué)學(xué)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(jìn)行波形疊加。有與半波不同的規(guī)則，需要牢記。當(dāng)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(xué)西南交通大學(xué)c-+問題：1.如何確定6個

9、線電勢的相位(相互關(guān)系)，怎樣繪出這6個電勢。2.某個電勢何時開始作用(于負(fù)載)，何時結(jié)束。與控制角的對應(yīng)關(guān)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(fù)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(jié)：由晶閘管的工作順序可得到6個等效電路。作 用在負(fù)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(dāng)確定了它們的相位和作 abacbcbacacb=30 12過點1后，應(yīng)當(dāng)讓線電壓uab 作用。由于控制角是，所以延遲后將uab投入，負(fù)載上的電壓就是uab。過點2后，應(yīng)當(dāng)讓線電壓uac作用。所以延遲后將uac投入，將uab切除，負(fù)載上的電壓就由uab變成了uac 。同理得到其它電勢作用時負(fù)載上的電壓波形。從波形圖上看到，當(dāng)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(guān)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(dāng)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(fù)。ab=90 acbcbacaab=90 acbcbacacb以T1為例，令=60。先找出T1 導(dǎo)通時刻。導(dǎo)通后它兩端電壓為零。當(dāng)T3導(dǎo)通T1關(guān)斷后它兩端電壓為uab當(dāng)T5導(dǎo)通T3關(guān)斷后它兩端電壓為uac。當(dāng)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(jìn)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(chǔ)。abT5T3TabT5T3T1電勢負(fù)載)西南交通大學(xué)T2T6西南交通大學(xué)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(xué)西南交通大學(xué)ududabacbcbacacb=60 iT1iaabacbcbaca當(dāng)60時ud連續(xù)。電路工作與電阻負(fù)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(fù)載電壓就是uab。經(jīng)60后將uac投入將uab切除。負(fù)載電壓就是uac其余類似。當(dāng)60時由于電感的作用，電流連續(xù)雖ud中出現(xiàn)負(fù)的部分波形，晶閘管仍然維持導(dǎo)通，直到下次換流為止當(dāng)增大時ud就減小因為負(fù)的部分增多

13、正的部分減少了。當(dāng)=90時正負(fù)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(dǎo)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(xué)西南交通大學(xué)-7電路的結(jié)構(gòu):三相半控橋是共陰極晶閘管三相半波在討論前應(yīng)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(fù)載時三相半控橋輸出的電壓波形與電阻不相同。當(dāng)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(fù)載時的工作過程：設(shè)直流側(cè)電感足夠大當(dāng)60時電路工作與電阻負(fù)載相同，只是電流為直 120；當(dāng)后電路工作有所不同。設(shè)共陰極C相T5 與共陽極D6 導(dǎo)通。u=c,導(dǎo)通到共陽組的自然換相點，2自然導(dǎo)通，而T5因其電流大于零而不能斷于是T5D2均導(dǎo)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(xué)現(xiàn)象。即在電感性負(fù)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(guān)斷，三個西南交通大學(xué)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(xué)西南交通大學(xué)連續(xù)，反之不連續(xù)。連續(xù)，反之不連續(xù)。二極管輪流導(dǎo)通，電路變成三相半波的情況。解決的ttabacabactcba例如，設(shè)電路原先T1D2導(dǎo)通然后T1D4續(xù)流。本應(yīng)將T3導(dǎo)通使T1關(guān)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(dǎo)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(fù)載還是電阻電感負(fù)載其波形相同。所以有相同的計算式。當(dāng)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(xué)西南交通大學(xué)32333Ud 332 sintd(t)6363sintd(t)U2 cos ) 2.34U(1cos 2當(dāng)60時3Ud3 sintd (t ) 3626U2 cos )Ud 2.34U(1Ud 2.34U(1 cos )22輸出電壓Ud(1cos 2當(dāng)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(fù)載，電壓計算式相同。在電阻負(fù)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(fù)載，電壓計算式相同。在電阻負(fù)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(yīng)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(xué)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(xué)西南交通大學(xué)abctababctabacabact 當(dāng)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(fù)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(xué)西南交通大學(xué)例8.三相橋，大電感電阻負(fù)載，=30。若T3T5不能導(dǎo)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(xué)西南交通大學(xué)ttcb attcb aUdUd 2.34U(1 cos )22U2 2Udcos(V)U