可控硅整流電路分析

------總結(jié)資料.z.第2章整流電路主要內(nèi)容：?jiǎn)蜗嗫煽卣麟娐返墓ぷ髟怼⒉ㄐ畏治黾坝?jì)算，續(xù)流二極管的作用及有關(guān)波形分析。三相半波整流電路的波形分析及計(jì)算。三相全控橋的工作原理、波形分析及計(jì)算。整流變壓器原、附邊繞組電流有效值及容量計(jì)算。帶平衡電抗器的雙反星性大功率整流電路工作原理及波形分析。變壓器漏抗對(duì)整流電路的影響。電路中諧波的產(chǎn)生、組成及抑制方法。整流電路的諧波和功率因數(shù)。整流電路的有源逆變工作原理及實(shí)施逆變的條件，逆變顛覆及防止措施。觸發(fā)脈沖與主回路電壓的同步，移相工作原理。重點(diǎn)：?jiǎn)蜗嗫煽卣麟娐返墓ぷ髟?、波形分析及?jì)算。三相半波整流電路的波形分析及計(jì)算。三相全控橋的工作原理、波形分析及計(jì)算。變壓器漏抗對(duì)整流電路的影響。電路中諧波的產(chǎn)生、組成及抑制方法。整流電路的諧波和功率因數(shù)。整流電路的有源逆變工作原理及實(shí)施逆變的條件，逆變顛覆及防止措施。觸發(fā)脈沖與主回路電壓的同步，移相工作原理。難點(diǎn)：三相半波整流電路的波形分析及計(jì)算。三相全控橋的工作原理、波形分析及計(jì)算。整流電路的有源逆變工作原理及實(shí)施逆變的條件，逆變顛覆及防止措施。觸發(fā)脈沖與主回路電壓的同步，移相工作原理。根本要求：掌握單相各、三相半波、三相全控整流電路在不同性質(zhì)負(fù)載下的工作原理及波形分析，控制角移相范圍，電流有效值、平均值的計(jì)算，對(duì)相位控制觸發(fā)脈沖的根本要求。理解以帶平衡電抗器的雙反星性電路為代表的大功率整流電路工作原理。掌握變壓器漏抗對(duì)整流電路的影響。了解電路中諧波的產(chǎn)生、組成及擬制方法。掌握整流電路的諧波和功率因數(shù)。掌握整流電路的有源逆變工作狀態(tài)及實(shí)施逆變的條件，逆變狀態(tài)時(shí)的能量分析及其物理概念；掌握三相橋式逆變電路對(duì)觸發(fā)脈沖的要求，逆變顛覆及防止措施。掌握觸發(fā)脈沖與主回路電壓的同步問(wèn)題，移相工作原理及移相范圍，了解集成觸發(fā)器的工作原理及應(yīng)用。整流電路：出現(xiàn)最早的電力電子電路，將交流電變?yōu)橹绷麟姡话唇M成的器件可分為不可控、半控、全控三種；按電路構(gòu)造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。1單相可控整流電路主要內(nèi)容：?jiǎn)蜗嗫煽卣麟娐返墓ぷ髟?、波形分析及?jì)算，續(xù)流二極管的作用及有關(guān)波形分析。重點(diǎn)：?jiǎn)蜗嗫煽卣麟娐返墓ぷ髟怼⒉ㄐ畏治黾坝?jì)算。根本要求：掌握單相控整流電路在不同性質(zhì)負(fù)載下的工作原理及波形分析，控制角移相范圍，電流有效值、平均值的計(jì)算，對(duì)相位控制觸發(fā)脈沖的根本要求。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??！?〕單相橋式半波整流電路a、帶電阻負(fù)載的工作情況SinglePhaseHalfWaveControlledRectifier.變壓器T起變換電壓和隔離的作用。電阻負(fù)載的特點(diǎn)：電壓與電流成正比，兩者波形一樣結(jié)合圖2-1進(jìn)展工作原理及波形分析。幾個(gè)概念的解釋：Ud為脈動(dòng)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(gè)電源周期中只脈動(dòng)1次，故該電路為單脈波整流電路。幾個(gè)重要的根本概念：圖2-1單相半波可控整流電路及波形觸發(fā)延遲角：從晶閘管開場(chǎng)承受正向陽(yáng)極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度，用a表示，也稱觸發(fā)角或圖2-1單相半波可控整流電路及波形控制角。導(dǎo)通角：晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為，用θ表示。根本數(shù)量關(guān)系。直流輸出電壓平均值為：〔2-1〕

VT的a移相范圍為180°。這種通過(guò)控制觸發(fā)脈沖的相位來(lái)控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式，簡(jiǎn)稱相控方式。直流回路的平均電流為：〔2-2〕回路中的電流有效值為：〔2-3〕由式2.2、式2.3可得流過(guò)晶閘管的電流波形系數(shù)：〔2-4〕電源供應(yīng)的有功功率為：〔2-5〕其中U為R上的電壓有效值：電源側(cè)的輸入功率為：功率因素為：〔2-6〕當(dāng)α=0時(shí)，α越大，cosα越低，α=π?？梢?，盡管是電阻負(fù)載，電源的功率因素也不為1。這是單相半波電路的缺陷。例2-1單相半波可控整流電路，電阻負(fù)載，由220V交流電源直接供電。負(fù)載要求的最高平均電壓為60V，相應(yīng)平均電流為20A，試選擇晶閘管元件，并計(jì)算在最大輸出情況下的功率因數(shù)。解：(1)先求出最大輸出時(shí)的控制角α，根據(jù)式(2-1)可得：(2)求回路中的電流有效值，根據(jù)式(2-4)可得：(3)求晶閘管兩端承受的正、反向峰值電壓Um：(4)選擇晶閘管：晶閘管通態(tài)平均電流，可按下式計(jì)算與選擇：晶閘管電壓定額可按下式計(jì)算與選擇：取V可選用KP50-10型晶閘管。(5)由式〔2-6〕計(jì)算最大輸出情況下功率因數(shù)：b帶阻感負(fù)載的工作情況：

阻感負(fù)載的特點(diǎn)：電感對(duì)電流變化有抗拒作用，使得流過(guò)電感的電流不能發(fā)生突變。

電力電子電路的一種根本分析方法。通過(guò)器件的理想化，將電路簡(jiǎn)化為分段線性電路，分段進(jìn)展分析計(jì)算。

對(duì)單相半波電路的分析可基于上述方法進(jìn)展：當(dāng)VT處于斷態(tài)時(shí)，相當(dāng)于電路在VT處斷開，id=0。當(dāng)VT處于通態(tài)時(shí)，相當(dāng)于VT短路。圖2-3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)圖2-3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)圖2-2帶阻感負(fù)載的單相半波電路及其波形圖2-2帶阻感負(fù)載的單相半波電路及其波形為防止Ud太小，在整流電路的負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管與沒(méi)有續(xù)流二極管時(shí)的情況比擬，在u2正半周時(shí)兩者工作情況一樣。當(dāng)u2過(guò)零變負(fù)時(shí)，VDR導(dǎo)通，ud為零。此時(shí)為負(fù)的u2通過(guò)VDR向VT施加反壓使其關(guān)斷，L儲(chǔ)存的能量保證了電流id在L-R-VDR回路中流通，此過(guò)程通常稱為續(xù)流。續(xù)流期間ud為0，ud中不再出現(xiàn)負(fù)的局部。

數(shù)量關(guān)系假設(shè)近似認(rèn)為id為一條水平線，恒為Id，則有：〔2-5〕〔2-5〕〔2-6〕〔2-6〕〔2-7〔2-7〕〔2-8〔2-8〕單相半波可控整流電路的特點(diǎn)簡(jiǎn)單，但輸出脈動(dòng)大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化實(shí)際上很少應(yīng)用此種電路。分析該電路的主要目的在于利用其簡(jiǎn)單易學(xué)的特點(diǎn)，建立起整流電路的根本概念。圖2-4單相半波帶阻感負(fù)載有續(xù)流二極管的電路及波形圖2-4單相半波帶阻感負(fù)載有續(xù)流二極管的電路及波形〔2〕單相橋式全控整流電路單相整流電路中應(yīng)用較多的a帶電阻負(fù)載的工作情況工作原理及波形分析見圖2-5：VT1和VT4組成一對(duì)橋臂，在u2正半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過(guò)零時(shí)關(guān)斷；VT2和VT3組成另一對(duì)橋臂，在u2正半周承受電壓-u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過(guò)零時(shí)關(guān)斷。數(shù)量關(guān)系：〔2-9〕〔2-9〕a角的移相范圍為180°。圖2-5單相全控橋式帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形圖2-5單相全控橋式帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形〔2-10〕〔2-11〕〔2-12〕〔2-13〕〔2-14〕不考慮變壓器的損耗時(shí)，要求變壓器的容量為S=U2I2。b帶阻感負(fù)載的工作情況為便于討論，假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)，id的平均值不變。假設(shè)負(fù)載電感很大，負(fù)載電流id連續(xù)且波形近似為一水平線u2過(guò)零變負(fù)時(shí)，由于電感的作用晶閘管VT1和VT4中仍流過(guò)電流id，并不關(guān)斷。至ωt=π+a時(shí)刻，給VT2和VT3加觸發(fā)脈沖，因VT2和VT3本已承受正電壓，故兩管導(dǎo)通。VT2和VT3導(dǎo)通后，u2通過(guò)VT2和VT3分別向VT1和VT4施加反壓使VT1和VT4關(guān)斷，流過(guò)VT1和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2和VT3上，此過(guò)程稱換相，亦稱換流?！?-15〕晶閘管移相范圍為90°。晶閘管承受的最大正反向電壓均為。晶閘管導(dǎo)通角θ與a無(wú)關(guān)，均為180°。變壓器二次側(cè)電流i2的波形為正負(fù)各180°的矩形波，其相位由a角決定，有效值I2=Id。圖2-6單相全控橋帶阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形c帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的工作情況在|u2|>E時(shí)，才有晶閘管承受正電壓，有導(dǎo)通的可能，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(shí)相比，晶閘管提前了電角度δ停頓導(dǎo)電，δ稱為停頓導(dǎo)電角。

〔2-16〕圖2-7單相橋式全控整流電路接反電動(dòng)勢(shì)—電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形在a角一樣時(shí)，整流輸出電壓比電阻負(fù)載時(shí)大。如圖2-7b所示id波形在一周期內(nèi)有局部時(shí)間為0的情況，稱為電流斷續(xù)。與此對(duì)應(yīng)，假設(shè)id波形不出現(xiàn)為0的點(diǎn)的情況，稱為電流連續(xù)。當(dāng)觸發(fā)脈沖到來(lái)時(shí)，晶閘管承受負(fù)電壓，不可能導(dǎo)通。為了使晶閘管可靠導(dǎo)通，要求觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當(dāng)wt=δ時(shí)刻有晶閘管開場(chǎng)承受正電壓時(shí)，觸發(fā)脈沖仍然存在。這樣，相當(dāng)于觸發(fā)角被推遲為δ。負(fù)載為直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，如果出現(xiàn)電流斷續(xù)則電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性將很軟。為了克制此缺點(diǎn)，一般在主電路中直流輸出側(cè)串聯(lián)一個(gè)平波電抗器，用來(lái)減少電流的脈動(dòng)和延長(zhǎng)晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間。這時(shí)整流電壓ud的波形和負(fù)載電流id的波形與電感負(fù)載電流連續(xù)時(shí)的波形一樣，ud的計(jì)算公式亦一樣。為保證電流連續(xù)所需的電感量L可由下式求出：〔2-17〕圖2-8單相橋式全控整流電路帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載串平波電抗器，電流連續(xù)的臨界情況〔3〕單相全波可控整流電路圖2-9單相全波可控整流電路及波形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根本一致的。兩者的區(qū)別：〔1〕單相全波中變壓器構(gòu)造較復(fù)雜，繞組及鐵芯對(duì)銅、鐵等材料的消耗多；〔2〕單相全波只用2個(gè)晶閘管，比單相全控橋少2個(gè)，相應(yīng)地，門極驅(qū)動(dòng)電路也少2個(gè)；但是晶閘管承受的最大電壓為，是單相全控橋的2倍；〔3〕單相全波導(dǎo)電回路只含1個(gè)晶閘管，比單相橋少1個(gè)，因而管壓降也少1個(gè)從上述〔2〕、〔3〕考慮，單相全波電路有利于在低輸出電壓的場(chǎng)合應(yīng)用?！?〕單相橋式半控整流電路圖2-10單相橋式半控整流電路，有續(xù)流二極管，阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形圖2-10單相橋式半控整流電路，有續(xù)流二極管，阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形單相全控橋中，每個(gè)導(dǎo)電回路中有2個(gè)晶閘管，為了對(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)展控制，只需1個(gè)晶閘管就可以了，另1個(gè)晶閘管可以用二極管代替，從而簡(jiǎn)化整個(gè)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(fù)載時(shí)的工作情況一樣，單相半控橋帶阻感負(fù)載的情況，假設(shè)負(fù)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(jīng)VT1和VD4向負(fù)載供電u2過(guò)零變負(fù)時(shí)，因電感作用使電流連續(xù)，VT1繼續(xù)導(dǎo)通。但因a點(diǎn)電位低于b點(diǎn)電位，使得電流從VD4轉(zhuǎn)移至VD2，VD4關(guān)斷，電流不再流經(jīng)變壓器二次繞組，而是由VT1和VD2續(xù)流在u2負(fù)半周觸發(fā)角a時(shí)刻觸發(fā)VT3，VT3導(dǎo)通，則向VT1加反壓使之關(guān)斷，u2經(jīng)VT3和VD2向負(fù)載供電。u2過(guò)零變正時(shí)，VD4導(dǎo)通，VD2關(guān)斷。VT3和VD4續(xù)流，ud又為零續(xù)流二極管的作用。假設(shè)無(wú)續(xù)流二極管，則當(dāng)a突然增大至180°或觸發(fā)脈沖喪失時(shí)，會(huì)發(fā)生一個(gè)晶閘管持續(xù)導(dǎo)通而兩個(gè)二極管輪流導(dǎo)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。有續(xù)流二極管VDR時(shí)，續(xù)流過(guò)程由VDR完成，晶閘管關(guān)斷，防止了*一個(gè)晶閘管持續(xù)導(dǎo)通從而導(dǎo)致失控的現(xiàn)象。同時(shí)，續(xù)流期間導(dǎo)電回路中只有一個(gè)管壓降，有利于降低損耗單相橋式半控整流電路的另一種接法相當(dāng)于把圖2-4a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(lái)實(shí)現(xiàn)。圖2-11單相橋式半控整流電路的另一接法-.z.2三相可控整流電路主要內(nèi)容：三相半波整流電路的波形分析及計(jì)算。三相全控橋的工作原理、波形分析及計(jì)算。重點(diǎn)：三相全控橋的工作原理、波形分析及計(jì)算。難點(diǎn)：三相半波整流電路的波形分析及計(jì)算。三相全控橋的工作原理、波形分析及計(jì)算。根本要求：掌握三相半波、三相全控整流電路在不同性質(zhì)負(fù)載下的工作原理及波形分析，控制角移相范圍，電流有效值、平均值的計(jì)算，對(duì)相位控制觸發(fā)脈沖的根本要求。理解以帶平衡電抗器的雙反星性電路為代表的大功率整流電路工作原理。圖2-12三相半波可控整流電路共陰極接法電阻負(fù)載時(shí)的電路及a=0°時(shí)的波形

負(fù)載容量較大，或要求直流電壓脈動(dòng)較小、易濾波時(shí)根本的是三相半波可控整流電路，三相橋式全控整流電路應(yīng)用最廣。圖2-12三相半波可控整流電路共陰極接法電阻負(fù)載時(shí)的電路及a=0°時(shí)的波形〔1〕三相半波可控整流電路a電阻負(fù)載

電路的特點(diǎn)：變壓器二次側(cè)接成星形得到零線，而一次側(cè)接成三角形防止3次諧波流入電網(wǎng)三個(gè)晶閘管分別接a、b、c三相電源，其陰極連接在一起——共陰極接a=0°時(shí)的工作原理分析假設(shè)將電路中的晶閘管換作二極管，成為三相半波不可控整流電路。此時(shí)，相電壓最大的一個(gè)所對(duì)應(yīng)的二極管導(dǎo)通，并使另兩相的二極管承受反壓關(guān)斷，輸出整流電壓即為該相的相電壓一周期中，在t1~wt2期間，VD1導(dǎo)通，ud=ua在wt2~wt3期間，VD2導(dǎo)通，ud=ub在wt3~wt4期間，VD3導(dǎo)通，ud=uc二極管換相時(shí)刻為自然換相點(diǎn)，是各相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時(shí)刻，將其作為計(jì)算各晶閘管觸發(fā)角a的起點(diǎn)，即a=0°變壓器二次側(cè)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2-13三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載，a=30°時(shí)的波形第1段，VT1導(dǎo)通期間，為一管壓降，可近似為uT1=0第2段，在VT1關(guān)斷后，VT2導(dǎo)通期間，uT1=ua-ub=uab，為一段線電壓第3段，在VT3導(dǎo)通期間，uT1=ua-uc=uac為另一段線電壓增大a值，將脈沖后移，整流電路的工作情況相應(yīng)地發(fā)生變化

a=30°時(shí)的波形負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)之間的臨界狀態(tài)

a>30°的情況。圖2-13三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載，a=30°時(shí)的波形特點(diǎn)：負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角小于120°電阻負(fù)載時(shí)a角的移相范圍為150°整流電壓平均值的計(jì)算〔2-18〕〔2-18〕〔1〕a≤30°時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)，有圖2-14三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載，a=60°時(shí)的波形當(dāng)a=0時(shí)，Ud最大，為。(2-18)圖2-14三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載，a=60°時(shí)的波形〔2〕a>30°時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時(shí)有：(2-19〕Ud/U2隨a變化的規(guī)律如圖2-15中的曲線1所示。負(fù)載電流平均值為：〔2-20〕晶閘管承受的最大反向電壓，由圖2-13e不難看出為變壓器二次線電壓峰值，即：圖2-15三相半波可控整流電路Ud/U圖2-15三相半波可控整流電路Ud/U2與a的關(guān)系由于晶閘管陰極與零點(diǎn)間的電壓即為整流輸出電壓ud，其最小值為零，而晶閘管陽(yáng)極與零點(diǎn)間的最高電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，因此晶閘管陽(yáng)極與陰極間的最大電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，即〔2-22〕圖2-16三相半波可控整流電路，阻感負(fù)載時(shí)的電路及a=60°時(shí)的波形b阻感負(fù)載圖2-16三相半波可控整流電路，阻感負(fù)載時(shí)的電路及a=60°時(shí)的波形

特點(diǎn)：阻感負(fù)載，L值很大，id波形根本平直：a≤30°時(shí)：整流電壓波形與電阻負(fù)載時(shí)一樣；a>30°時(shí)〔如a=60°時(shí)的波形如圖2-16所示〕u2過(guò)零時(shí)，VT1不關(guān)斷，直到VT2的脈沖到來(lái)，才換流，由VT2導(dǎo)通向負(fù)載供電，同時(shí)向VT1施加反壓使其關(guān)斷——ud波形中出現(xiàn)負(fù)的局部阻感負(fù)載時(shí)的移相范圍為90°。

數(shù)量關(guān)系：Ud/U2與a成余弦關(guān)系，如圖2-15中的曲線2所示。如果負(fù)載中的電感量不是很大，則當(dāng)a>30°后，ud中負(fù)的局部減少，Ud略為增加，Ud/U2與a的關(guān)系將介于曲線1和2之間。變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值為〔2-23〕〔2-23〕晶閘管的額定電流為〔2-24〕〔2-24〕晶閘管最大正反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值〔2-25〕〔2-25〕圖2-16中id波形有一定的脈動(dòng)，但為簡(jiǎn)化分析及定量計(jì)算，可將id近似為一條水平線。三相半波的主要缺點(diǎn)在于其變壓器二次電流中含有直流分量，為此其應(yīng)用較少。〔2〕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(gè)晶閘管〔VT1，VT3，VT5〕共陽(yáng)極組——陽(yáng)極連接在一起的3個(gè)晶閘管〔VT4，VT6，VT2〕編號(hào)：1、3、5，4、6、2圖2-17三相橋式全控整流電路原理圖圖2-17三相橋式全控整流電路原理圖a帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況a=0°時(shí)的情況假設(shè)將電路中的晶閘管換作二極管進(jìn)展分析對(duì)于共陰極阻的3個(gè)晶閘管，陽(yáng)極所接交流電壓值最大的一個(gè)導(dǎo)通對(duì)于共陽(yáng)極組的3個(gè)晶閘管，陰極所接交流電壓值最低〔或者說(shuō)負(fù)得最多〕的導(dǎo)通任意時(shí)刻共陽(yáng)極組和共陰極組中各有1個(gè)晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)從相電壓波形看，共陰極組晶閘管導(dǎo)通時(shí)，ud1為相電壓的正包絡(luò)線，共陽(yáng)極組導(dǎo)通時(shí)，ud2為相電壓的負(fù)包絡(luò)線，ud=ud1-ud2是兩者的差值，為線電壓在正半周的包絡(luò)線直接從線電壓波形看，ud為線電壓中最大的一個(gè)，因此ud波形為線電壓的包絡(luò)線。

三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)：〔1〕2管同時(shí)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽(yáng)極組各1，且不能為同1相器件。〔2〕對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-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(yáng)極組VT4、VT6、VT2也依次差120°同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180°。表2-1三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載a=0°時(shí)晶閘管工作情況時(shí)

段

IIIIIIIV

VVI共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管VT1VT1VT3

VT3VT5VT5共陽(yáng)極組中導(dǎo)通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓UdUa-Ub=UabUa-Uc=Uac

Ub-Uc=UbcUb-Ua=UbaUc-Ua=UcaUc-Ub=Ucb〔3〕ud一周期脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。圖2-18三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a=0°時(shí)的波形圖2-18三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a=0°時(shí)的波形〔4〕需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)另一種方法是雙脈沖觸發(fā)〔常用〕?！?〕晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)一樣，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也一樣

a=30°時(shí)的工作情況從wt1開場(chǎng)把一周期等分為6段，ud波形仍由6段線電壓構(gòu)成，每一段導(dǎo)通晶閘管的編號(hào)等仍符合表2-1的規(guī)律區(qū)別在于：晶閘管起始導(dǎo)通時(shí)刻推遲了30°，組成ud的每一段線電壓因此推遲30°變壓器二次側(cè)電流ia波形的特點(diǎn)：在VT1處于通態(tài)的120°期間，ia為正，ia波形的形狀與同時(shí)段的ud波形一樣，在VT4處于通態(tài)的120°期間，ia波形的形狀也與同時(shí)段的ud波形一樣，但為負(fù)值。a=60°時(shí)工作情況ud波形中每段線電壓的波形繼續(xù)后移，ud平均值繼續(xù)降低。a=60°時(shí)ud出現(xiàn)為零的點(diǎn)。圖2-圖2-19三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a=30°時(shí)的波形小結(jié)當(dāng)a≤60°時(shí)，ud波形均連續(xù)，對(duì)于電阻負(fù)載，id波形與ud波形形狀一樣，也連續(xù)當(dāng)a>60°時(shí)，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(shí)三相橋式全控整流電路a角的移相范圍是120°圖2-圖2-20三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a=60°時(shí)的波形b阻感負(fù)載時(shí)的工作情況a≤60°時(shí)，ud波形連續(xù)，工作情況與帶電阻負(fù)載時(shí)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等都一樣區(qū)別在于：由于負(fù)載不同，同樣的整流輸出電壓加到負(fù)載上，得到的負(fù)載電流id波形不同。阻感負(fù)載時(shí)，由于電感的作用，使得負(fù)載電流波形變得平直，當(dāng)電感足夠大的時(shí)候，負(fù)載電流的波形可近似為一條水平線。

a>60°時(shí)阻感負(fù)載時(shí)的工作情況與電阻負(fù)載時(shí)不同，電阻負(fù)載時(shí)ud波形不會(huì)出現(xiàn)負(fù)的局部，而阻感負(fù)載時(shí)，由于電感L的作用，ud波形會(huì)出現(xiàn)負(fù)的局部帶阻感負(fù)載時(shí)，三相橋式全控整流電路的a角移相范圍為90°。圖2-21三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a=90°時(shí)的波形圖2-21三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a=90°時(shí)的波形c定量分析當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時(shí)〔即帶阻感負(fù)載時(shí)，或帶電阻負(fù)載a≤60°時(shí)〕的平均值為：〔2-26〕〔2-26〕帶電阻負(fù)載且a>60°時(shí)，整流電壓平均值為：〔2-27〕〔2-27〕輸出電流平均值為Id=Ud/R當(dāng)整流變壓器為圖2-17中所示采用星形接法，帶阻感負(fù)載時(shí)，變壓器二次側(cè)電流波形如圖2-23中所示，為正負(fù)半周各寬120°、前沿相差180°的矩形波，其有效值為：〔2-28〕〔2-28〕圖2-2圖2-22三相橋式整流電路帶阻感負(fù)載，a=30°時(shí)的波形晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時(shí)一致。三相橋式全控整流電路接反電勢(shì)阻感負(fù)載時(shí)，在負(fù)載電感足夠大足以使負(fù)載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與電感性負(fù)載時(shí)相似，電路中各處電壓、電流波形均一樣，僅在計(jì)算Id時(shí)有所不同，接反電勢(shì)阻感負(fù)載時(shí)的Id為：〔2-29〕圖2-23三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載a=圖2-23三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載a=90°時(shí)的波形-.z.3變壓器漏感對(duì)整流電路的影響主要內(nèi)容：變壓器漏抗對(duì)整流電路的影響。電路中諧波的產(chǎn)生、組成及抑制方法。整流電路的諧波和功率因數(shù)。重點(diǎn)：變壓器漏抗對(duì)整流電路的影響。電路中諧波的產(chǎn)生、組成及抑制方法。難點(diǎn)：無(wú)。根本要求：掌握變壓器漏抗對(duì)整流電路的影響。圖2-24考慮變壓器漏感時(shí)的三相半波可控整流電路及波形

考慮包括變壓器漏感在內(nèi)的交流側(cè)電感的影響，該漏感可用一個(gè)集中的電感LB表示以三相半波為例，然后將結(jié)論推廣VT1換相至V圖2-24考慮變壓器漏感時(shí)的三相半波可控整流電路及波形因a、b兩相均有漏感，故ia、ib均不能突變，于是VT1和VT2同時(shí)導(dǎo)通，相當(dāng)于將a、b兩相短路，在兩相組成的回路中產(chǎn)生環(huán)流ik。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(shí)，ia=0，VT1關(guān)斷，換流過(guò)程完畢。

換相重疊角——換相過(guò)程持續(xù)的時(shí)間，用電角度γ表示：

換相過(guò)程中，整流電壓ud為同時(shí)導(dǎo)通的兩個(gè)晶閘管所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)相電壓的平均值：〔2-30〕2-31〔2-30〕2-31〕

換相壓降——與不考慮變壓器漏感時(shí)相比，ud平均值降低的多少：〔2-31〔2-31〕

換相重疊角γ的計(jì)算：〔2-32〔2-32〕2-31〕由上式得：〔2-33〔2-33〕2-31〕進(jìn)而得出：〔2-34〔2-34〕2-31〕當(dāng)wt=a+γ時(shí)，ik=Id，于是〔2-35〔2-35〕2-31〕

γ隨其它參數(shù)變化的規(guī)律：〔1〕Id越大則γ越大；〔2〕*B越大γ越大；〔3〕當(dāng)a≤90°時(shí)，α越小γ越大。表2-2各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計(jì)算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②②變壓器漏抗對(duì)各種整流電路的影響。注：①單相全控橋電路中，*B在一周期的兩次換相中都起作用，等效為m=4；

②三相橋等效為相電壓等于的6脈波整流電路，故其m=6，相電壓按代入變壓器漏感對(duì)整流電路影響的一些結(jié)論。〔1〕出現(xiàn)換相重疊角γ，整流輸出電壓平均值Ud降低?！?〕整流電路的工作狀態(tài)增多〔3〕晶閘管的di/dt減小，有利于晶閘管的平安開通。有時(shí)人為串入進(jìn)線電抗器以抑制晶閘管的di/dt?！?〕換相時(shí)晶閘管電壓出現(xiàn)缺口，產(chǎn)生正的du/dt，可能使晶閘管誤導(dǎo)通，為此必須加吸收電路?！?〕換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源。5整流電路的諧波和功率因數(shù)隨著電力電子技術(shù)的開展，其應(yīng)用日益廣泛，由此帶來(lái)的諧波(harmonics)和無(wú)功(reactivepower)問(wèn)題日益嚴(yán)重，引起了關(guān)注。無(wú)功的危害：a導(dǎo)致設(shè)備容量增加。b使設(shè)備和線路的損耗增加。c線路壓降增大，沖擊性負(fù)載使電壓劇烈波動(dòng)。諧波的危害：a降低設(shè)備的效率。b影響用電設(shè)備的正常工作。c引起電網(wǎng)局部的諧振，使諧波放大，加劇危害。d導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作。e對(duì)通信系統(tǒng)造成干擾(1)諧波和無(wú)功功率分析根底正弦波電壓可表示為：對(duì)于非正弦波電壓，滿足狄里赫利條件，可分解為傅里葉級(jí)數(shù)：基波〔fundamental〕——頻率與工頻一樣的分量諧波——頻率為基波頻率大于1整數(shù)倍的分量諧波次數(shù)——諧波頻率和基波頻率的整數(shù)比n次諧波電流含有率以HRIn〔HarmonicRatioforIn〕表示電流諧波總畸變率THDi〔TotalHarmonicdistortion〕定義為在正弦電路中，電路的有功功率就是其平均功率：視在功率為電壓、電流有效值的乘積，即S=UI無(wú)功功率定義為：Q=UIsin功率因數(shù)cos定義為有功功率P和視在功率S的比值：此時(shí)無(wú)功功率Q與有功功率P、視在功率S之間有如下關(guān)系：功率因數(shù)是由電壓和電流的相位差φ決定的：=cos在非正弦電路中，有功功率、視在功率、功率因數(shù)的定義均和正弦電路一樣，功率因數(shù)仍由式定義。不考慮電壓畸變，研究電壓為正弦波、電流為非正弦波的情況有很大的實(shí)際意義。非正弦電路的有功功率：P=UI1cos1功率因數(shù)：基波因數(shù)：n=I1/I，即基波電流有效值和總電流有效值之比位移因數(shù)〔基波功率因數(shù)〕：cos1功率因數(shù)由基波電流相移和電流波形畸變這兩個(gè)因素共同決定的。非正弦電路的無(wú)功功率：無(wú)功功率Q反映了能量的流動(dòng)和交換，目前被較廣泛的承受。忽略電壓中的諧波時(shí)有：Qf=UI1sin1在非正弦情況下，因此引入畸變功率D，使得：Qf為由基波電流所產(chǎn)生的無(wú)功功率，D是諧波電流產(chǎn)生的無(wú)功功率。(2)帶阻感負(fù)載時(shí)可控整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析a、單相橋式全控整流電路忽略換相過(guò)程和電流脈動(dòng)，在阻感負(fù)載且電感L足夠大時(shí)電流i2的波形見以下圖?！?-36〕nn=1,3,5,…其中：由變壓器二次側(cè)電流諧波分析可知：電流中僅含奇次諧波。各次諧波有效值與諧波次數(shù)成反比，且與基波有效值的比值為諧波次數(shù)的倒數(shù)?；娏饔行е禐椋篿2的有效值I=Id，結(jié)合上式可得基波因數(shù)為：電流基波與電壓的相位差就等于控制角a，故位移因數(shù)為所以，功率因數(shù)為：b、三相橋式全控整流電路以a=30°為例，在阻感負(fù)載時(shí)，忽略換相過(guò)程和電流脈動(dòng)，且直流電感L為足夠大。此時(shí)，電流為正負(fù)半周各120°的方波，如以下圖所示，其有效值與直流電流的關(guān)系為：圖2-25三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載a=30°時(shí)的波形由變壓器二次側(cè)電流諧波分析可知，電流基波和各次諧波有效值分別為：電流中僅含6k±1〔k為正整數(shù)〕次諧波。各次諧波有效值與諧波次數(shù)成反比，且與基波有效值的比值為諧波次數(shù)的倒數(shù)。基波因數(shù)：位移因數(shù)仍為：功率因數(shù)為：(3)電容濾波的不可控整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析a、單相橋式不可控整流電路實(shí)用的單相不可控整流電路常采用感容濾波。電容濾波的單相不可控整流電路交流側(cè)諧波組成有如下規(guī)律：諧波次數(shù)為奇次。諧波次數(shù)越高，諧波幅值越小。諧波與基波的關(guān)系是不固定的。越大，則諧波越小。電容濾波的單相不可控整流電路的功率因數(shù)具有如下結(jié)論：位移因數(shù)接近1，輕載超前，重載滯后。諧波大小受負(fù)載和濾波電感的影響。b、三相橋式不可控整流電路常用的電容濾波三相不可控整流電路中通常都帶有濾波電感。其交流側(cè)諧波組成有如下規(guī)律：諧波次數(shù)為6k±1次，k=1，2，3…。諧波次數(shù)越高，諧波幅值越小。諧波與基波的關(guān)系是不固定的。電路的功率因數(shù)有如下結(jié)論：位移因數(shù)通常是滯后的,但與單相時(shí)相比,位移因數(shù)更接近1。隨負(fù)載加重〔wRC的減小〕，總的功率因數(shù)提高；同時(shí)，隨濾波電感加大，總功率因數(shù)也提高。(4)整流輸出電壓和電流的諧波分析整流電路的輸出電壓中主要成分為直流，同時(shí)包含各種頻率的諧波，這些諧波對(duì)于負(fù)載的工作是不利的。a、a=0°時(shí)，m脈波整流電路的整流電壓和整流電流的諧波分析圖圖2-26a=0時(shí)，m脈波整流電路的整流電壓波形如圖2-26，當(dāng)a=0時(shí)，m脈波整流電路的整流電壓和電流中的諧波有如下規(guī)律：m脈波整流電壓ud0的諧波次數(shù)為mk〔k=1，2，3...〕次，即m的倍數(shù)次；整流電流的諧波由整流電壓的諧波決定，也為mk次。當(dāng)m一定時(shí)，隨諧波次數(shù)增大，諧波幅值迅速減小，說(shuō)明最低次〔m次〕諧波是最主要的，其它次數(shù)的諧波相對(duì)較少；當(dāng)負(fù)載中有電感時(shí)，負(fù)載電流諧波幅值dn的減小更為迅速。當(dāng)m增加時(shí)，最低次諧波次數(shù)增大，且幅值迅速減小，電壓紋波因數(shù)迅速下降。b、a不為0°時(shí)的情況整流電壓諧波的一般表達(dá)式十分復(fù)雜，下面只說(shuō)明諧波電壓與a角的關(guān)系。以n為參變量，n次諧波幅值對(duì)a的關(guān)系如圖2-27所示：當(dāng)a從0°～90°變化時(shí)，ud的諧波幅值隨a增大而增大，a=90°時(shí)諧波幅值最大。a從90°～180°之間電路工作于有源逆變工作狀態(tài)，ud的諧波幅值隨a增大而減小。圖圖2-27三相全控橋電流連續(xù)時(shí)，以n為參變量的與的關(guān)系6大功率可控整流電路〔1〕帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路在電解電鍍等工業(yè)中，常用到低電壓大電流〔例如幾十伏，幾千至幾萬(wàn)安〕可調(diào)直流電源。圖2-28為帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路。其變壓器二次側(cè)為兩組匝數(shù)一樣極性相反的繞阻，分別接成兩組三相半波電路。變壓器二次側(cè)兩繞組的極性相反可消除圖2-28帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路圖2-圖2-29雙反星形電路，a=0°時(shí)兩組整流電壓、電流波形鐵芯的直流磁化，設(shè)置電感量為L(zhǎng)p的平衡電抗器是為保證兩組三相半波整流電路能同時(shí)導(dǎo)電。與三相橋式電路相比，在采用一樣晶閘管的條件下，雙反星形電路的輸出電流可大一倍。平衡電抗器的作用：兩個(gè)直流電源并聯(lián)時(shí)，只有當(dāng)電壓平均值和瞬時(shí)值均相等時(shí)，才能使負(fù)載均流，雙反星形電路中，兩組整流電壓平均值相等，但瞬時(shí)值不等，兩個(gè)星形的中點(diǎn)n1和n2間的電壓等于ud1和ud2之差。該電壓加在Lp上，產(chǎn)生電流ip，它通過(guò)兩組星形自成回路，不流到負(fù)載中去，稱為環(huán)流或平衡電流，考慮到ip后，每組三相半波承當(dāng)?shù)碾娏鞣謩e為。為了使兩組電流盡可能平均分配，一般使Lp值足夠大，以便限制環(huán)流在負(fù)載額定電流的1%～2%以內(nèi)。圖2-30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

雙反星形電路中如不接平衡電抗器，即成為六相半波整流電路，只能有一個(gè)晶閘管導(dǎo)電，其余五管均阻斷，每管最大導(dǎo)通角60o，平均電流Id/6。當(dāng)α=0時(shí)，Ud為1.35U2，比三相半波時(shí)的1.17U2略大些。圖2-30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

雙反星形電路與六相半波電路的區(qū)別就在于有無(wú)平衡電抗器，對(duì)平衡電抗器作用的理解是掌握雙反星形電路原理的關(guān)鍵。由于平衡電抗器的作用使得兩組三相半波整流電路同時(shí)導(dǎo)電的，平衡電抗器Lp承當(dāng)了n1、n2間的電位差，它補(bǔ)償了ub`和ua的電動(dòng)勢(shì)差，使得兩相的晶閘管能同時(shí)導(dǎo)電

將圖2-29中ud1和ud2的波形用傅氏級(jí)數(shù)展開，可得當(dāng)a=0°時(shí)的ud1、ud2，即〔2-37〕〔2-38〕圖2-3圖2-31平衡電抗器作用下兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)電的情況ud中的諧波分量比直流分量要小得多，且最低次諧波為六次諧波。圖2-32當(dāng)a=30°、60°、90°時(shí)，雙反星形電路的輸出電壓波形

需要分析各種控制角時(shí)的輸出波形時(shí)，可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。圖2-32為a圖2-32當(dāng)a=30°、60°、90°時(shí)，雙反星形電路的輸出電壓波形

雙反星形電路的輸出電壓波形與三相半波電路比擬，脈動(dòng)程度減小了，脈動(dòng)頻率加大一倍，f=300Hz

電感負(fù)載情況下，a=90°時(shí),輸出電壓波形正負(fù)面積相等，Ud=0，移相范圍是90°

如果是電阻負(fù)載，則ud波形不應(yīng)出現(xiàn)負(fù)值，僅保存波形中正的局部。同樣可以得出，當(dāng)a=120°時(shí)，Ud=0，因而電阻負(fù)載要求的移相范圍為120°。

整流電壓平均值與三相半波整流電路的相等，為Ud=1.17U2cosa將雙反星形電路與三相橋式電路進(jìn)展比擬可得出以下結(jié)論：三相橋?yàn)閮山M三相半波串聯(lián)，而雙反星形為并聯(lián)，且后者需用平衡電抗器當(dāng)U2相等時(shí)，雙反星形的Ud是三相橋的1/2，而Id是三相橋的2倍兩種電路中，晶閘管的導(dǎo)通及觸發(fā)脈沖的分配關(guān)系一樣，ud和id的波形形狀一樣-.z.7有源逆變〔1〕逆變的概念逆變〔invertion〕——把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，整流的逆過(guò)程。如電力機(jī)車下坡行駛，機(jī)車的位能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，反送到交流電網(wǎng)中去。逆變電路——把直流電逆變成交流電的電路有源逆變電路——交流側(cè)和電網(wǎng)連結(jié)。如直流可逆調(diào)速系統(tǒng)、交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速以及高壓直流輸電等。對(duì)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(zhuǎn)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。圖2-34單相全波電路的整流和逆變圖2-34單相全波電路的整流和逆變圖2-圖2-33直流發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)之間電能的流轉(zhuǎn)兩電動(dòng)勢(shì)同極性EG>EMb〕兩電動(dòng)勢(shì)同極性EM>EGc〕兩電動(dòng)勢(shì)反極性，形成短路a、直流發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電能的流轉(zhuǎn)圖2-33aM電動(dòng)，EG>EM，電流Id從G流向M，M吸收電功率；圖2-33b回饋制動(dòng)狀態(tài)，M作發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)，EM>EG，電流反向，從M流向G，故M輸出電功率，G則吸收電功率，M軸上輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊此徒oG；圖2-33c兩電動(dòng)勢(shì)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。b、逆變產(chǎn)生的條件用單相全波電路代替上述發(fā)電機(jī)，如圖2-34a，M電動(dòng)運(yùn)行，全波電路工作在整流狀態(tài)，a在0~/2間，Ud為正值，并且Ud>EM，才能輸出Id，交流電網(wǎng)輸出電功率，電動(dòng)機(jī)則輸入電功率。圖2-34b表示在回饋制動(dòng)時(shí)，由于晶閘管的單向?qū)щ娦裕琁d方向不變，欲改變電能的輸送方向，只能改變EM極性。為了防止兩電動(dòng)勢(shì)順向串聯(lián)，Ud極性也必須反過(guò)來(lái)，即Ud應(yīng)為負(fù)值，且|EM|>|Ud|，才能把電能從直流側(cè)送到交流側(cè)，實(shí)現(xiàn)逆變。電能的流向與整流時(shí)相反，M輸出電功率，電網(wǎng)吸收電功率。Ud可通過(guò)改變a來(lái)進(jìn)展調(diào)節(jié)，逆變狀態(tài)時(shí)Ud為負(fù)值，逆變時(shí)a在π/2~π間。由此而可知產(chǎn)生逆變的條件是：有直流電動(dòng)勢(shì)，其極性和晶閘管導(dǎo)通方向一致，其值大于變流器直流側(cè)平均電壓；晶閘管的控制角a>π/2，使Ud為負(fù)值。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(dòng)勢(shì)，故不能實(shí)現(xiàn)有源逆變。欲實(shí)現(xiàn)有源逆變，只能采用全控電路。圖2-圖2-35三相橋式整流電路工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)的電壓波形〔2〕三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)逆變和整流的區(qū)別：控制角α不同

0<α<π/2時(shí)，電路工作在整流狀態(tài)

π/2<a<π時(shí)，電路工作在逆變狀態(tài)可沿用整流的方法來(lái)處理逆變時(shí)有關(guān)波形與參數(shù)計(jì)算等各項(xiàng)問(wèn)題，把a(bǔ)>π/2時(shí)的控制角用β表示，β稱為逆變角，而逆變角β和控制角a的計(jì)量方向相反，其大小自β=0的起始點(diǎn)向左方計(jì)量。三相橋式電路工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)的波形如圖2-35所示。有源逆變狀態(tài)時(shí)各電量的計(jì)算：Ud=-2.34U2cosα=-1.35U2Lcosα〔2-39〕每個(gè)晶閘管導(dǎo)通2π/3，故流過(guò)晶閘管的電流有效值為〔忽略直流電流id的脈動(dòng)〕IT=0.577Id〔2-40〕從交流電源送到直流側(cè)負(fù)載的有功功率為Pd=RId2+EMId〔2-41〕逆變工作時(shí)，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交流電源。在三相橋式電路中，變壓器二次側(cè)線電流的有效值為I2=IT=0.816Id〔2-42〕〔3〕逆變失敗與最小逆變角的限制逆變失敗〔逆變顛覆〕是指逆變時(shí)，一旦換相失敗，外接直流電源就會(huì)通過(guò)晶閘管電路短路，或使變流器的輸出平均電壓和直流電動(dòng)勢(shì)變成順向串聯(lián)，形成很大短路電流。a、逆變失敗的原因觸發(fā)電路工作不可靠，不能適時(shí)、準(zhǔn)確地給各晶閘管分配脈沖，如脈沖喪失、脈沖延時(shí)等，致使晶閘管不能正常換相；晶閘管發(fā)生故障，該斷時(shí)不斷，或該通時(shí)不通；交流電源缺相或突然消失；換相的裕量角缺乏，引起換相失敗。b、換相重疊角的影響當(dāng)β>γ時(shí)，換相完畢時(shí)，晶閘管能承受反壓而關(guān)斷。如果β<γ時(shí)〔從圖2-36右下角的波形中可清楚地看到〕，該通的晶閘管〔VT2〕會(huì)關(guān)斷，而應(yīng)關(guān)斷的晶閘管〔VT1〕不能關(guān)斷，最終導(dǎo)致逆變失敗。c、確定最小逆變角βmin的依據(jù)逆變時(shí)允許采用的最小逆變角β應(yīng)等于βmin=δ+γ+q′〔2-43〕δ——晶閘管的關(guān)斷時(shí)間tq折合的電角度，tq大的可達(dá)200~300ms，折算到電角度約4°~5°γ——換相重疊角，隨直流平均電流和換相電抗的增加而增大。為對(duì)重疊角的范圍有所了解，舉例如下：*裝置整流電壓為220V，整流電流800A，整流變壓器容量為240kVA，短路電壓比Uk%為5%的三相線路，其的值約15°~20°。或參照整流時(shí)γ的計(jì)算方法：〔2-44〕根據(jù)逆變工作時(shí)，并設(shè)α=π-β，上式可改寫成圖2-36交流側(cè)電抗對(duì)逆變換相過(guò)程的影響〔2-圖2-36交流側(cè)電抗對(duì)逆變換相過(guò)程的影響q′——平安裕量角。主要針對(duì)脈沖不對(duì)稱程度〔一般可達(dá)5°〕。q′值約取為10°-.z.8

晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)是指晶閘管可控整流裝置帶直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載組成的系統(tǒng)。是電力拖動(dòng)系統(tǒng)中主要的一種，也是可控整流裝置的主要用途之一。對(duì)該系統(tǒng)的研究包括兩個(gè)方面：其一是在帶電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)整流電路的工作情況；其二是由整流電路供電時(shí)電動(dòng)機(jī)的工作情況。本節(jié)主要從第二個(gè)方面進(jìn)展分析?！?〕工作于整流狀態(tài)時(shí)不考慮電動(dòng)機(jī)的電樞電感時(shí)，只有晶閘管導(dǎo)通相的變壓器二次側(cè)電壓瞬時(shí)值大于反電動(dòng)勢(shì)時(shí)才有電流輸出，此時(shí)負(fù)載電流斷續(xù)，對(duì)整流電路和電動(dòng)機(jī)的工作都不利，要盡量防止。故在電樞回路串聯(lián)一平波電抗器，以保證整流電流在較大范圍內(nèi)連續(xù)，如圖2-37。圖2-37三相半波帶電動(dòng)機(jī)負(fù)載且加平波電抗器時(shí)的電壓電流波形電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)時(shí)，雖然Ud波形脈動(dòng)較大，但由于電動(dòng)機(jī)有較大的機(jī)械慣量，故其轉(zhuǎn)速和反電動(dòng)勢(shì)都根本無(wú)脈動(dòng)。此時(shí)整流電壓的平均值由電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)及電路中負(fù)載平均電流Id所引起的各種電壓降所平衡。整流電壓的交流分量則全部降落在電抗器上。由Id引起的壓降有以下四局部：變壓器的電阻壓降，其中為變壓器的等效電阻，它包括變壓器二次繞組本身的電阻以及一次繞組電阻折算到二次側(cè)的等效電阻；晶閘管本身的管壓降，它根本上是一恒值；電樞電阻壓降；以及由重疊角引起的電壓降。圖2-38三相半波電流連續(xù)時(shí)以電流表示的電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性圖2-38三相半波電流連續(xù)時(shí)以電流表示的電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性〔a、電流連續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性在電機(jī)學(xué)中，直流電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)為〔2-46〕式中，Ce為由電動(dòng)機(jī)構(gòu)造決定的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)；φ為電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)每對(duì)磁極下的磁通量，單位為〔Wb〕；n為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為〔r/min〕。其機(jī)械特性與由直流發(fā)電機(jī)供電時(shí)的機(jī)械特性是相似的，是一組平行的直線，其斜率由于內(nèi)阻不一定一樣而稍有差異。調(diào)節(jié)角，即可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。同理，可列出三相橋式全控整流電路電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)的機(jī)械特性方程為〔2-47〕b、電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性圖2-39圖2-39電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)勢(shì)的特性曲線電流連續(xù)時(shí)的理想空載反電動(dòng)勢(shì)

如圖2-39所示。實(shí)際上當(dāng)Id減小至*一定值Idmin以后，電流變?yōu)閿嗬m(xù)，這個(gè)是不存在的，真正的理想空載點(diǎn)遠(yuǎn)大于此值。電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的特點(diǎn)：電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速抬高圖2-40考慮電流斷續(xù)時(shí)不同a時(shí)反電動(dòng)勢(shì)的特性曲線圖2-40考慮電流斷續(xù)時(shí)不同a時(shí)反電動(dòng)勢(shì)的特性曲線a1<a2<a3<60°，a5>a4>60°隨著a的增加，進(jìn)入斷續(xù)區(qū)的電流值加大。由于a愈大，變壓器加給晶閘管陽(yáng)極上的負(fù)電壓時(shí)間愈長(zhǎng)，電流要維持導(dǎo)通，必須要求平波電抗器儲(chǔ)存較大的磁能，而電抗器的L為一定值的情況下，要有較大的電流Id才行電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性可由下面三個(gè)式子準(zhǔn)確地得出：〔2-48〕〔2-49〕〔2-50〕式中，，，L為回路總電感。一般只要主電路電感足夠大，可以只考慮電流連續(xù)段，完全按線性處理。當(dāng)?shù)退佥p載時(shí)，斷續(xù)作用顯著，可改用另一段較陡的特性來(lái)近似處理〔見圖2-39〕，其等效電阻比實(shí)際的電阻R要大一個(gè)數(shù)量級(jí)。整流電路為三相半波時(shí)，在最小負(fù)載電流為Idmin時(shí)，為保證電流連續(xù)所需的主回路電感量為〔mH〕〔2-51〕對(duì)于三相橋式全控整流電路帶電動(dòng)機(jī)負(fù)載的系統(tǒng)，有〔mH〕〔2-52〕L中包括整流變壓器的漏電感、電樞電感和平波電抗器的電感。前者數(shù)值都較小，有時(shí)可忽略。Idmin一般取電動(dòng)機(jī)額定電流的5%～10%。因?yàn)槿鄻蚴饺卣麟妷旱拿}動(dòng)頻率比三相半波的高一倍，因而所需平波電抗器的電感量也可相應(yīng)減小約一半，這也是三相橋式整流電路的一大優(yōu)點(diǎn)?！?〕工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)a、電流連續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性b、電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程可沿用整流時(shí)電流斷續(xù)的機(jī)械特性表達(dá)式，三相半波電路工作于逆變狀態(tài)且電流斷續(xù)時(shí)的機(jī)械特性，即〔2-53〕〔2-54〕〔2-55〕逆變電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，與整流時(shí)十分相似。理想空載轉(zhuǎn)速上翹很多，機(jī)械特性變軟，且呈現(xiàn)非線性，說(shuō)明逆變狀態(tài)的機(jī)械特性是整流狀態(tài)的延續(xù)?？v觀控制角α由小變大〔如π/6~5π/6〕，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性則逐漸的由第1象限往下移，進(jìn)而到達(dá)第4象限。逆變狀態(tài)的機(jī)械特性同樣還可表示在第2象限里，與它對(duì)應(yīng)的整流狀態(tài)的機(jī)械特性則表示在第3象限里。圖2-41電動(dòng)機(jī)在四象限中的機(jī)械特性應(yīng)該指出，圖2-圖2-41電動(dòng)機(jī)在四象限中的機(jī)械特性〔3〕直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)兩套變流裝置反并聯(lián)連接的可逆電路：圖2-42a為三相半波有環(huán)流接線，圖2-42b為三相全控橋的無(wú)環(huán)流接線。環(huán)流是指只在兩組變流器之間流動(dòng)而不經(jīng)過(guò)負(fù)載的電流。電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行時(shí)由正組變流器供電的；反向運(yùn)行時(shí)，則由反組變流器供電。根據(jù)對(duì)環(huán)流的不同處理方法，反并聯(lián)可逆電路又可分為不同的控制方案，如配合控制有環(huán)流、可控環(huán)流、邏輯控制無(wú)環(huán)流和錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流等。電動(dòng)機(jī)在四象限運(yùn)行是，可根據(jù)電動(dòng)機(jī)所需運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來(lái)決定哪一組變流器工作及其工作狀態(tài)〔整流或逆變〕。圖2-42c繪出了電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行時(shí)兩組變流器〔簡(jiǎn)稱正組橋、反組橋〕的工作情況：第1象限：正轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)作電動(dòng)運(yùn)行，正組橋工作在整流狀態(tài)，α1<π/2，EM<Uda第2象限：正轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)作發(fā)電運(yùn)行，反組橋工作在逆變狀態(tài)，β2<π/2〔α2>π/2〕，EM>Udb；第3象限：正轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)作電動(dòng)運(yùn)行，反組橋工作在整流狀態(tài)，α2<π/2，EM<Uda；第4象限：反轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)作發(fā)電運(yùn)行，正組橋工作在逆變狀態(tài)，β1<π/2〔α1>π/2〕，EM>Udb；圖2-42兩組變流器的反并聯(lián)可逆線路直流可逆拖動(dòng)系統(tǒng)，除能方便地實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)外，還能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的回饋制動(dòng)圖2-42兩組變流器的反并聯(lián)可逆線路a、α=β配合控制的有環(huán)流可逆系統(tǒng)對(duì)正、反兩組變流器同時(shí)輸入觸發(fā)脈沖，并嚴(yán)格保證α=β的配合控制關(guān)系，假設(shè)正組為整流，反組為逆變，即有α1=β2，Udα1=Udβ2，且極性相抵，兩組變流器之間沒(méi)有直流環(huán)流。但兩組變流器的輸出電壓瞬時(shí)值不等，會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)環(huán)流。為防止環(huán)流只經(jīng)晶閘管流過(guò)而使電源短路，必須串入環(huán)流電抗器LC限制環(huán)流。b、邏輯無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)邏輯無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)在工程上使用較廣泛，不需設(shè)置環(huán)流電抗器。其控制原則是只有一組橋投入工作〔另一組關(guān)斷〕，所以兩組橋之間不存在環(huán)流。兩組橋之間的切換不能簡(jiǎn)單地把原來(lái)工作著的一組橋的觸發(fā)脈沖立即封鎖，而同時(shí)把原來(lái)封鎖著的另一組橋立即開通。首先應(yīng)使已導(dǎo)通橋的晶閘管斷流，要妥當(dāng)處理主回路內(nèi)電感儲(chǔ)存的能量，直到儲(chǔ)存的能量釋放完，主回路電流變?yōu)榱?，使原?dǎo)通晶閘管恢復(fù)阻斷能力。隨后再開通原封鎖著的晶閘管，使其觸發(fā)導(dǎo)通。這種無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)中，變流器之間的切換過(guò)程由邏輯單元控制，稱為邏輯控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)。直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)，將在后繼課"電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)〞中進(jìn)一步分析討論。-.z.9相控電路的驅(qū)動(dòng)控制相控電路指晶閘管可控整流電路，通過(guò)控制觸發(fā)角a的大小即控制觸發(fā)脈沖起始相位來(lái)控制輸出電壓大小。為保證相控電路的正常工作，很重要的一點(diǎn)是應(yīng)保證按觸發(fā)角a的大小在正確的時(shí)刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發(fā)脈沖。對(duì)于相控電路這樣使用晶閘管的場(chǎng)合，也習(xí)慣稱為觸發(fā)控制，相應(yīng)的電路習(xí)慣稱為觸發(fā)電路。

大、中功率的變流器對(duì)觸發(fā)電路的精度要求較高，對(duì)輸出的觸發(fā)功率要求較大，故廣泛應(yīng)用的是晶體管觸發(fā)電路，其中以同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路應(yīng)用最多。圖2-43同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路圖2-43同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路如圖2-43為同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路，其輸出可為雙窄脈沖〔適用于有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通的電路〕，也可為單窄脈沖。電路結(jié)包括三個(gè)根本環(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)。a、脈沖形成環(huán)節(jié)V4、V5——脈沖形成V7、V8——脈沖放大控制電壓uco加在V4基極上。uco=0時(shí)，V4截止。V5飽和導(dǎo)通。V7、V8處于截止?fàn)顟B(tài)，無(wú)脈沖輸出。電容C3充電，充滿后電容兩端電壓接近2E1(30V)時(shí)，V4導(dǎo)通，A點(diǎn)電位由+E1(+15V)下降到1.0V左右，V5基極電位下降約-2E1(-30V)，V5立即截止。V5集電極電壓由-E1(-15V)上升為+2.1V，V7、V8導(dǎo)通，輸出觸發(fā)脈沖。電容C3放電和反向充電，使V5基極電位上升，直到ub5>-E1(-15V)，V5又重新導(dǎo)通。使V7、V8截止，輸出脈沖終止。脈沖前沿由V4導(dǎo)通時(shí)刻確定，脈沖寬度與反向充電回路時(shí)間常數(shù)R11C3有關(guān)。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。b、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。鋸齒波電路由V1、V2、V3和C2等元件組成，V1、VS、RP2和R3為一恒流源電路。鋸齒波是由開關(guān)V2管來(lái)控制的。V2截止時(shí)，恒流源電流I1c對(duì)電容C2充電，調(diào)節(jié)RP2，即改變C2的恒定充電電流I1c，可見RP2是用來(lái)調(diào)節(jié)鋸齒波斜率的。V2導(dǎo)通時(shí)，因R4很小故C2迅速放電，ub3電位迅速降到零伏附近。V2周期性地通斷，ub3便形成一鋸齒波，同樣ue3也是一個(gè)鋸齒波。射極跟隨器V3的作用是減小控制回路電流對(duì)鋸齒波電壓ub3的影響。圖2-44同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路的工作波形V4基極電位由鋸齒波電壓、控制電壓uco、直流偏移電壓up三者作用的疊加所定。如果uco=0，up為負(fù)值時(shí)，b4點(diǎn)的波形由uh+up確定。當(dāng)uco為正值時(shí)，b4點(diǎn)的波形由uh+up+uco圖2-44同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路的工作波形M點(diǎn)是V4由截止到導(dǎo)通的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，也就是脈沖的前沿。加up的目的是為了確定控制電壓uco=0時(shí)脈沖的初始相位。在三相全控橋電路中，接感性負(fù)載電流連續(xù)時(shí)，脈沖初始相位應(yīng)定在a=90°；如果是可逆系統(tǒng)，需要在整流和逆變狀態(tài)下工作，要求脈沖的移相范圍理論上為180°〔由于考慮amin和βmin，實(shí)際一般為120°〕，由于鋸齒波波形兩端的非線性，