電力電子技術(shù)（第2版） 第5章 整流電路

第5章整流電路

5.1概述5.2相控式單相可控整流電路5.3相控式三相可控整流電路5.4相控式整流電路的諧波和功率因數(shù)及其改善方法5.5交流側(cè)電感對(duì)整流電路的影響5.6相控式整流電路工作在有源逆變狀態(tài)5.7整流電路的應(yīng)用

整流電路·引言■整流電路（Rectifier）是電力電子電路中出現(xiàn)最早的一種，它的作用是將交流電能變?yōu)橹绷麟娔芄┙o直流用電設(shè)備。

■應(yīng)用：

◆直流電動(dòng)機(jī)◆電鍍、電解電源◆蓄電池充電、通信系統(tǒng)電源等3/1315.1概述5.1.1整流電路的分類

◆(1)按使用的電力電子器件類型來(lái)分類1）不可控整流電路：它是指整流電路中使用的電力電子器件完全為不可控器件（如電力二極管）。

特點(diǎn)：當(dāng)輸入端交流電壓的值為定值時(shí)，輸出的直流電壓的值為定值，不可改變。2）可控整流電路：它是指整流電路中使用了可控型電力電子器件（如晶閘管、GTO、IGBT等）。

特點(diǎn)：當(dāng)輸入端交流電壓的值為定值時(shí)，輸出的直流電壓的值可以調(diào)節(jié)。

①半控整流電路中既有可控器件又有不可控器件

②全控整流電路中全部器件都可控4/1315.1概述5.1.1整流電路的分類◆(2)按輸入電源相數(shù)分類1）輸入的交流電源的是單相電時(shí)，稱為單相整流電路。2）輸入的交流電源的是三相電時(shí)，稱為三相整流電路。3）輸入端電源由多相電（如十二相、二十四相等）供電，稱為多相整流電路。◆(3)按主電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類1）橋式整流電路。2）零式整流電路?！?4)按控制方式的不同分類1）相控方式整流電路。2）脈沖寬度調(diào)制（PWM）整流電路。5/1315.1.2整流電路的性能指標(biāo)

基本要求：輸出的直流電壓的穩(wěn)定和可控；

輸出直流側(cè)電壓的紋波都限制在允許范圍內(nèi)；

輸入交流側(cè)電流的諧波限制在允許范圍內(nèi)，即功率因數(shù)盡可能高。(1)功率因數(shù)（Powerfactor）

對(duì)于非正弦電路（電壓為正弦波，電流為非正弦波）有功功率P與視在功率S之比功率因數(shù)，即U為正弦波電壓有效值，I為非正弦波總電流有效值，I1為基波電流有效值；1為基波電流與電壓的相位差；cos1稱為位移因數(shù)或基波功率因數(shù)。6/131基波因數(shù)定義為

THD為電流總諧波畸系數(shù)

上式表明：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。7/131(2)電壓紋波系數(shù)RF（RippleFactor）

整流電路輸出直流電壓是脈動(dòng)的，除了有主要的直流成分外，還包含有交流諧波成分。定義為電壓的紋波系數(shù)為

式中，

為脈動(dòng)的電壓中直流平均值；UR為脈動(dòng)的電壓中除了直流成分以外的所有交流諧波電壓的有效值，也可表示為

U為脈動(dòng)的電壓總有效值5.2相控式單相可控整流電路

5.2.1相控式整流電路的基本概念

5.2.2相控式單相全控橋整流電路

5.2.3相控式單相半控橋整流電路

■帶電阻負(fù)載的工作情況

◆變壓器T起變換電壓和電氣隔離的作用。

◆電阻負(fù)載的特點(diǎn)是電壓與電流成正比，兩者波形相同。

◆由于輸出電壓ud只在電源u2的正半周出現(xiàn)，故該電路稱為半波整流電路，又由于ud波形在一個(gè)周期中只脈動(dòng)一次，因此稱為單脈波整流電路。

5.2.1相控式整流電路的基本概念(2)整流電路的常用術(shù)語(yǔ)★觸發(fā)角：從晶閘管開始承受正向陽(yáng)極電壓起到被觸發(fā)導(dǎo)通之間的電角度,稱為觸發(fā)角，又稱觸發(fā)延遲角或控制角?！飳?dǎo)通角：晶閘管在一個(gè)周期中處于導(dǎo)通的電角度，稱為導(dǎo)通角★移相：改變觸發(fā)角的大小，即改變晶閘管觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的相位，稱為移相。★移相控制：通過(guò)改變觸發(fā)角的大小，從而調(diào)節(jié)整流電路輸出電壓的大小的控制方式稱為移相控制?！镆葡喾秶河|發(fā)角的允許調(diào)節(jié)范圍。移相范圍和整流電路的結(jié)構(gòu)、負(fù)載性質(zhì)有關(guān)。

?隨著增大，Ud減小，該電路中VT的移相范圍為0~180。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。

★自然換相點(diǎn)：當(dāng)整流電路中的可控元件全部由不可控元件（電力二極管）替代時(shí)，各元件開始導(dǎo)通的時(shí)刻點(diǎn)，稱為自然換相點(diǎn)。

自然換相點(diǎn)是晶閘管可能導(dǎo)通的最早時(shí)刻，也可以說(shuō)是觸發(fā)角α的起點(diǎn)位置，即此時(shí)α=0°。整流電路的結(jié)構(gòu)不同，自然換相點(diǎn)也可能不同?；緮?shù)量關(guān)系直流輸出電壓平均值為uwttwwtwtw20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)++■帶阻感負(fù)載的工作情況

◆阻感負(fù)載的特點(diǎn)是電感對(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。

◆電路分析?晶閘管VT處于斷態(tài),id=0,ud=0,uVT=u2。

?在t1時(shí)刻，即觸發(fā)角處

√ud=u2?！蘈的存在使id不能突變，id從0開始增加。?u2由正變負(fù)的過(guò)零點(diǎn)處，id已經(jīng)處于減小的過(guò)程中，但尚未降到零，因此VT仍處于通態(tài)。

?t2時(shí)刻，電感能量釋放完畢，id降至零，VT關(guān)斷并立即承受反壓。

?由于電感的存在延遲了VT的關(guān)斷時(shí)刻，使ud波形出現(xiàn)負(fù)的部分，與帶電阻負(fù)載時(shí)相比其平均值Ud下降。

5.2.2相控式單相全控橋整流電路■帶電阻負(fù)載的工作情況

◆電路分析

?在u2正半周（即a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位）

處VT1和VT4即導(dǎo)通，電流從電源a端經(jīng)VT1、R、VT4流回電源b端。

?當(dāng)u2過(guò)零時(shí)，流經(jīng)晶閘管的電流也降到零，VT1和VT4關(guān)斷。

?在u2負(fù)半周，處VT2和VT3導(dǎo)通，電流從電源b端經(jīng)VT3、R、VT2流回電源a端。

?到u2過(guò)零時(shí)，電流又降為零，VT2和VT3關(guān)斷。

全波整流電路◆基本數(shù)量關(guān)系

?晶閘管承受的最大正向電壓和反向電壓分別為和。

?整流電壓平均值為：

α=0時(shí)，Ud=Ud0=0.9U2。α=180時(shí)，Ud=0?？梢?jiàn)，α角的移相范圍為0~

180。

?向負(fù)載輸出的直流電流平均值為：

u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4?流過(guò)晶閘管的電流平均值：

?流過(guò)晶閘管的電流有效值為：?變壓器二次側(cè)電流有效值I2與輸出直流電流有效值I相等，為可見(jiàn)：?不考慮變壓器的損耗時(shí)，要求變壓器的容量為S=U2I2。u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4■帶阻感負(fù)載的工作情況

◆電路分析?在u2正半周期

處VT1和VT4開通，ud=u2。

?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。?t=+時(shí)刻，VT2和VT3導(dǎo)通，u2通過(guò)VT2和VT3分別向VT1和VT4施加反壓使VT1和VT4關(guān)斷。

◆基本數(shù)量關(guān)系

?整流電壓平均值為：

當(dāng)=0時(shí)，Ud0=0.9U2。=90時(shí)，

Ud=0。晶閘管移相范圍為0~90。?晶閘管承受的最大正反向電壓均為。?晶閘管導(dǎo)通角與無(wú)關(guān)，均為180，其電流平均值和有效值分別為：

2OwtOwtOwtudidi2OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4u■帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)的工作情況

◆負(fù)載為蓄電池、直流電動(dòng)機(jī)的電樞等

◆電路分析?|u2|>E時(shí)，才有晶閘管承受正電壓，有導(dǎo)通的可能。

?晶閘管導(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停止導(dǎo)電，稱為停止導(dǎo)電角。

?當(dāng)<時(shí)，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。?觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當(dāng)t=時(shí)刻有晶閘管開始承受正電壓時(shí)，觸發(fā)脈沖仍然存在。這樣，相當(dāng)于觸發(fā)角被推遲為。

◆電流斷續(xù)

?id波形在一周期內(nèi)有部分時(shí)間為0的情況，稱為電流斷續(xù)。

?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)械特性較差。b)idOEudwtIdOwtaqdtwwOud0Eidtpdaq=p?為了克服此缺點(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)減小電流的脈動(dòng)和延長(zhǎng)晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間。?電感量足夠大使電流連續(xù)，晶閘管每次導(dǎo)通180，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)的波形相同，ud的計(jì)算公式亦一樣。例5.1

如圖5.5所示的單相全控橋整流電路，其中電阻R=1Ω

，變壓器二次側(cè)電壓有效值U2=110V，反向電動(dòng)勢(shì)

E=19.5V，電感量wL》R

。當(dāng)α=60°時(shí)，

①畫出輸出電壓ud、輸出電流id

、流過(guò)晶閘管電流iVT1、變壓器二次側(cè)電流

i2的波形圖；

②求輸出電壓、電流的平均值，變壓器二次側(cè)電流有效值；

③試確定該電路應(yīng)選取的晶閘管元件的額定電壓和額定電流。

④整流裝置電源側(cè)的功率因數(shù)。21/131應(yīng)用時(shí)按照流過(guò)器件實(shí)際波形電流與工頻正弦半波平均電流熱效應(yīng)相等（即有效值相等）的原則來(lái)選取器件的額定電流，并留有裕量。■附加例：?jiǎn)蜗鄻蚴饺卣麟娐?，U2=100V，負(fù)載中R=2Ω，L值極大，反電勢(shì)E=60V，當(dāng)=30時(shí)，要求：①作出ud、id和i2的波形；②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；③考慮安全裕量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。解：①ud、id和i2的波形如圖3-9：

②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分別為

Ud＝0.9U2cos＝0.9×100×cos30°＝77.97(V)

Id

＝(Ud－E)/R＝(77.97－60)/2＝9(A)

I2＝Id＝9(A)③晶閘管承受的最大反向電壓為：

U2＝100＝141.4（V）流過(guò)每個(gè)晶閘管的電流的有效值為：

IVT＝Id∕＝6.36（A）故晶閘管的額定電壓為：

UN＝(2~3)×141.4＝283~424（V）晶閘管的額定電流為：

IN＝(1.5~2)×6.36∕1.57＝6~8（A）晶閘管額定電壓和電流的具體數(shù)值可按晶閘管產(chǎn)品系列參數(shù)選取。5.2.3相控式單相半控橋整流電路5.2.3相控式單相半控橋整流電路(1)帶電阻負(fù)載的工作情況該電路與帶電阻負(fù)載的全控橋電路的工作情況相同◆電路分析?在正半周時(shí)，VT1和VD4承受正向電壓，VT1得到觸發(fā)信號(hào)時(shí)，VT1和VD4導(dǎo)通。?當(dāng)過(guò)零時(shí)，VT1關(guān)斷，導(dǎo)通的電流回路被關(guān)斷?在負(fù)半周時(shí)，VT3和VD2承受正向電壓，VT3得到觸發(fā)信號(hào)，VT3和VD2導(dǎo)通。?當(dāng)過(guò)零時(shí)，VT3關(guān)斷，導(dǎo)通的電流回路被關(guān)斷。

u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,45.2.3相控式單相半控橋整流電路(2)帶阻感負(fù)載的工作情況1）能自然續(xù)流的電路工作原理分析?電力二極管只要承受正向電壓就可以導(dǎo)通，而晶閘管不僅要承受正向電壓而且要有觸發(fā)信號(hào)才能導(dǎo)通。5.2.3相控式單相半控橋整流電路(2)帶阻感負(fù)載的工作情況1）能自然續(xù)流的電路工作原理分析?在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，當(dāng)觸發(fā)脈沖突然丟失（或α突然增大到180），正在導(dǎo)通的晶閘管將一直導(dǎo)通，而另外兩個(gè)二極管輪流導(dǎo)通。稱此現(xiàn)象為失控。

?例如wt=2π之后，突然切斷觸發(fā)脈沖，就產(chǎn)生了VT3一直導(dǎo)通，VD4和VD2兩個(gè)二極管輪流導(dǎo)通，那么失控之后電路的輸出電壓為完整的正弦半波.◆續(xù)流二極管VDR

為了避免出現(xiàn)上述的失控現(xiàn)象，一般在半控橋整流電路的負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流二極管。晶閘管的電流平均值和有效值分別為VD4和VD2的電流平均值和有效值分別與晶閘管值相同。

續(xù)流二極管VD的電流平均值和有效值為晶閘管和電力二極管承受的最大電壓均為u2的峰值電壓。整流輸出電壓平均值輸出電流平均值■(3)單相半控橋的其他接法

◆相當(dāng)于把左圖中的VT3和VT4換為二極管VD3和VD4◆

優(yōu)點(diǎn)是兩個(gè)串聯(lián)的二極管除了起到整流作用外，還起到了續(xù)流二極管的作用，避免了出現(xiàn)失控現(xiàn)象，從而省去了一個(gè)續(xù)流二極管?！羧秉c(diǎn)是兩個(gè)晶閘管這樣連接就沒(méi)有公共陰極，二個(gè)晶閘管的觸發(fā)脈沖必須彼此隔離?！?3)單相半控橋的其他接法

晶閘管的導(dǎo)通角為π-α

，但電力二極管的導(dǎo)通角增大為π+α5.3相控式三相可控整流電路5.3.1相控式三相半波可控整流電路

5.3.2相控式三相全控橋整流電路5.3.3帶平衡電抗器的雙反星型相控整流電路引言■其交流側(cè)由三相電源供電。

■當(dāng)整流負(fù)載容量較大，或要求直流電壓脈動(dòng)較小、易濾波時(shí)，應(yīng)采用三相整流電路?！鲎罨镜氖侨喟氩煽卣麟娐贰！鰬?yīng)用最為廣泛的三相橋式全控整流電路、以及雙反星形可控整流電路、十二脈波可控整流電路等。

三相交流電三相交流電是由三個(gè)頻率相同、電勢(shì)振幅相等、相位差互差120°角的交流電路組成的電力系統(tǒng)。

120o30o150ou2uaubucY(星)形聯(lián)接N中點(diǎn)或零點(diǎn)N火線中線(零線)火線火線線電壓相電壓目前，我國(guó)供電系統(tǒng)線電壓380V，相電壓220V。

三相四線制

Δ形聯(lián)接

三相繞組依次首尾相聯(lián)，引出三條線，稱為三角形聯(lián)接。5.3.1相控式三相半波可控整流電路電路的特點(diǎn)：變壓器一次側(cè)接成三角形避免3次諧波流入電網(wǎng)，而二次側(cè)接成星形得到零線（三相電壓）。三個(gè)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。1)電阻負(fù)載VT1、VT2、VT3共陰極接法思考：如何把交流變?yōu)橹绷鳓豻1ωt2ωt3ωt4udωt假設(shè)將晶閘管換作電力二極管（分別采用VD1、VD2、VD3表示）

工作分析基礎(chǔ)：三個(gè)二極管對(duì)應(yīng)的相電壓中哪一個(gè)的值最大，則該相所對(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。自然換相點(diǎn)：電流由一個(gè)二極管向另一個(gè)二極管轉(zhuǎn)移。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，將其作為各晶閘管觸發(fā)角a的起點(diǎn)，即a=0。1)電路分析基礎(chǔ)ωt1ωt2ωt3ωt4ωtu2uaubuc該電路自然換相點(diǎn)：相電壓在正半周上的交點(diǎn)ωt1ωt2ωt3ωt4ωtu2ωt1ωt2ωt3ωt4ωtudωt1ωt2ωt3ωt4ωtiVT1ωt1ωt2ωt3ωt4ωtuVT1uabuacα=0ωtug(2)帶電阻負(fù)載的工作情況uaubuc=0時(shí)的波形分析如圖

√三個(gè)晶閘管輪流導(dǎo)通120

，ud波形為三個(gè)相電壓。

√晶閘管電壓由一段管壓降和兩段線電壓組成，隨著增大，晶閘管承受的電壓中正的部分逐漸增多?！套儔浩髦绷鞔呕瘑?wèn)題42/131?=0

動(dòng)畫演示43/131?=30

√負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)的臨界狀態(tài)，各相仍導(dǎo)電120。動(dòng)畫演示wwttwtwta=60°u2uaubucOOOOuGudiVT1三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載，=60時(shí)的波形?>30

√當(dāng)導(dǎo)通一相的相電壓過(guò)零變負(fù)時(shí)，該相晶閘管關(guān)斷，但下一相晶閘管因未觸發(fā)而不導(dǎo)通，此時(shí)輸出電壓電流為零。

√負(fù)載電流斷續(xù)，各晶閘管導(dǎo)通角小于120。

45/131?=75

◆基本數(shù)量關(guān)系?電阻負(fù)載時(shí)角的移相范圍為0~

150。

?整流電壓平均值

√≤30時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)，有

當(dāng)=0時(shí)，Ud最大，為Ud=Ud0=1.17U2。

√>30時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時(shí)有

?負(fù)載電流平均值為?晶閘管承受的最大反向電壓為變壓器二次線電壓峰值,即

?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

?晶閘管電流平均值為■阻感負(fù)載

◆電路分析

?L值很大，整流電流id的波形基本是平直的，流過(guò)晶閘管的電流接近矩形波。

?≤30時(shí)，整流電壓波形與電阻負(fù)載時(shí)相同。

?＞30時(shí)，當(dāng)u2過(guò)零時(shí)，由于電感的存在，阻止電流下降，因而VT1繼續(xù)導(dǎo)通，直到下一相晶閘管VT2的觸發(fā)脈沖到來(lái)，才發(fā)生換流，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。

動(dòng)畫演示◆基本數(shù)量關(guān)系

?的移相范圍為0~90。

?變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值為

?晶閘管最大正反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值，即

?整流電壓平均值(3)共陽(yáng)極接法的相控式三相半波可控整流電路共陽(yáng)極接法電路中，三相電壓瞬時(shí)值最低者所對(duì)應(yīng)的晶閘管承受正向電壓，該電路自然換相點(diǎn)就是相電壓在的負(fù)半周上的交點(diǎn)。51/131和共陰極接法相比，共陽(yáng)極接法整流電路由于晶閘管沒(méi)有公共陰極，因此三個(gè)晶閘管的觸發(fā)電路的輸出端必須彼此隔離。但螺栓型晶閘管的散熱器是與陽(yáng)極安裝在一起的，因此三個(gè)晶閘管可以不經(jīng)過(guò)絕緣而共用一塊大散熱器，使裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。相控式三相半波可控整流電路的優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：只有三個(gè)晶閘管，線路和接線簡(jiǎn)單、成本低。

缺點(diǎn)：變壓器二次側(cè)繞組中的電流只有一個(gè)方向，它的直流分量造成直流磁化問(wèn)題，為使鐵芯不飽和，必須要增大鐵芯截面，變壓器容量不能充分利用，因此其應(yīng)用較少。52/1315.3.2相控式三相全控橋整流電路三相橋式全控整流電路原理圖（VT1,VT3,VT5）共陰極組（VT4,VT6,VT2）共陽(yáng)極組晶閘管的導(dǎo)通順序VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6共陰極組：陽(yáng)極電壓最高者導(dǎo)通共陽(yáng)極組：陰極電壓最低者導(dǎo)通5.3.2相控式三相全控橋整流電路■帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況

◆電路分析?各自然換相點(diǎn)既是相電壓的交點(diǎn)，同時(shí)也是線電壓的交點(diǎn)。?=0時(shí)，ud為線電壓在正半周的包絡(luò)線。波形見(jiàn)圖5.21

時(shí)段ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽(yáng)極組中導(dǎo)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表5.1三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載晶閘管工作情況5.3.2相控式三相全控橋整流電路◆三相全控橋整流電路的一些特點(diǎn)

?整流輸出電壓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。?變壓器二次繞組中的電流方向

有正有負(fù)，不存在直流磁化問(wèn)題。

?每個(gè)時(shí)刻均需2個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，形成向負(fù)載供電的回路，共陰極組的和共陽(yáng)極組的各1個(gè)，且不能為同一相的晶閘管。

?對(duì)觸發(fā)脈沖的要求

√6個(gè)晶閘管的脈沖按VT1-VT2-VT3

-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60

?！坦碴帢O組VT1、VT3、VT5的脈沖依

次差120，共陽(yáng)極組VT4、VT6、VT2

也依次差120

?！掏幌嗟纳舷聝蓚€(gè)橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180

。?在整流電路合閘啟動(dòng)過(guò)程中或電流斷續(xù)時(shí)，為確保電路的正常工作，需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖

√寬脈沖觸發(fā)：使脈沖寬度大于60（一般取80~100）

√雙脈沖觸發(fā)：用兩個(gè)窄脈沖代替寬脈沖，兩個(gè)窄脈沖的前沿相差60，脈寬一般為20~30

?！坛Ｓ玫氖请p脈沖觸發(fā)。57/131√=30時(shí)，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，ud平均值降低，波形見(jiàn)圖5.23。

√=60時(shí)，ud波形中每段線電壓的波形繼續(xù)向后移，ud平均值繼續(xù)降低。=60時(shí)ud出現(xiàn)了為零的點(diǎn)，波形見(jiàn)圖5.24。?當(dāng)≤60時(shí)√ud波形均連續(xù)，對(duì)于電阻負(fù)載，id波形與ud波形的形狀是一樣的，也連續(xù)。?當(dāng)>60時(shí)

√因?yàn)閕d與ud一致，一旦ud降為至零，id也降至零，晶閘管關(guān)斷，輸出整流電壓ud為零，ud波形不能出現(xiàn)負(fù)值。

√=90時(shí)的波形見(jiàn)圖5.25。

■基本數(shù)量關(guān)系

◆帶電阻負(fù)載時(shí)三相橋式全控整流電路角的移相范圍是0~

120?！粽鬏敵鲭妷浩骄?/p>

?≤60時(shí)

?帶電阻負(fù)載且>60時(shí)

(5.33)5.34)■阻感負(fù)載時(shí)的工作情況

◆電路分析

?當(dāng)≤60時(shí)

√ud波形連續(xù)，電路的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)別在于電流，當(dāng)電感足夠大的時(shí)候，id、iVT、ia的波形在導(dǎo)通段都可近似為一條水平線。

√=0時(shí)的波形見(jiàn)圖5.26，

=30時(shí)的波形見(jiàn)圖。

?當(dāng)>60時(shí)√由于電感L的作用，ud波形會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分。

√=90時(shí)的波形見(jiàn)圖5.27。

■基本數(shù)量關(guān)系

◆帶阻感負(fù)載時(shí)，三相橋式全控整流電路的角移相范圍為0~

90?！粽鬏敵鲭妷浩骄?/p>

◆輸出電流平均值為Id=Ud/R。◆晶閘管電流平均值、有效值為◆晶閘管承受的最大正反向電壓均為線電壓峰值◆變壓器二次側(cè)電流波形為正負(fù)半周各寬120、前沿相差180的矩形波，其有效值為：(3)帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載的工作情況

為了保證電流連續(xù)，通常在負(fù)載回路串聯(lián)一個(gè)平波電抗器，且62/131例5.2

如圖5.28所示的三相全控橋整流電路，其中電阻R=10Ω

，變壓器二次側(cè)電壓有效值U2=220V，反向電動(dòng)勢(shì)

E=100V，電感量wL》R

。當(dāng)α=60°時(shí)，

①畫出輸出電壓ud、輸出電流id

、流過(guò)晶閘管電流iVT1、變壓器二次側(cè)電流

ia的波形圖；

②求輸出電壓、電流的平均值，變壓器二次側(cè)電流有效值；

③試確定該電路應(yīng)選取的晶閘管元件的額定電壓和額定電流。

④整流裝置電源側(cè)的功率因數(shù)。63/131解：①波形圖如圖5.29所示64/13165/1315.3.3帶平衡電抗器的雙反星形相控整流電路■適用于低電壓、大電流的場(chǎng)合（電解電鍍）?！鲭娐贩治?/p>

◆電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

?二次側(cè)為兩組匝數(shù)相同極性相反的繞組，分別接成兩組三相半波電路（并聯(lián)）。

?二次側(cè)兩繞組的極性相反可消除鐵芯的直流磁化。

帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路

雙反星形電路，

=0時(shí)兩組整流電壓、電流波形

√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。

√兩組相電壓互差180°，相電流互差180°，消除鐵心直流磁化。

√六相半波整流電路中，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)通角為60

，平均電流為Id/6；因晶閘管導(dǎo)電時(shí)間短，變壓器利用率低，極少采用。帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路◆平衡電抗器（使兩組整流橋輸出到負(fù)載的電壓達(dá)到平衡，正負(fù)兩組同時(shí)導(dǎo)電）

?接平衡電抗器的原因

√兩個(gè)直流電源并聯(lián)運(yùn)行時(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，在雙反星形電路中，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。

帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路■帶平衡電抗器的雙反星形整流電路與六相半波整流電路比較◆兩種電路結(jié)構(gòu)均是由兩組三相半波整流電路并聯(lián)，區(qū)別為是否帶平衡電抗器?！魞煞N電路輸出電壓的波形均為六脈波，只是帶平衡電抗器的雙反星形整流輸出電壓峰值是六相半波整流電路峰值的0.866?！袅喟氩ㄕ麟娐吩谌魏螘r(shí)刻只有一個(gè)晶閘管導(dǎo)通，且每個(gè)管子的導(dǎo)通角只有60°。而帶平衡電抗器的雙反星形電路在任何時(shí)刻同時(shí)有兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通，共同負(fù)擔(dān)負(fù)載電流，同時(shí)每個(gè)晶閘管的導(dǎo)通角增大到120°。帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路■將雙反星形電路與三相橋式電路進(jìn)行比較可得出以下結(jié)論◆三相橋?yàn)閮山M三相半波串聯(lián)，而雙反星形為兩組三相半波并聯(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。■變壓器二次側(cè)兩繞組極性相反可消除鐵心的直流磁化?！銎胶怆娍蛊魇菫楸ＷC兩組三相半波整流電路能同時(shí)導(dǎo)電。5.4相控式整流電路的諧波分析、功率因數(shù)及其改善方法

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。2-72

a=0時(shí)，m脈波整流電路的整流電壓波形

=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。

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變流裝置的應(yīng)用日益廣泛，但它會(huì)產(chǎn)生諧波，使電網(wǎng)波形畸變，并且使網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)下降。5.4.1相控式整流電路直流側(cè)諧波分析在

區(qū)間，整流電壓的表達(dá)式為傅里葉級(jí)數(shù)分解得對(duì)于單相全控橋整流電路對(duì)于三相半波整流電路對(duì)于三相全控橋整流電路73/131m脈波整流電壓的諧波次數(shù)為mk（k=1，2，3，…）次。m增加時(shí)，最低次諧波的次數(shù)增大，且幅值也迅速減小。根據(jù)輸出電壓的瞬時(shí)值波形，可得整流輸出電壓有效值為電壓的紋波系數(shù)為74/131m23612∞RF（%）48.218.274.180.9940表5.3m脈波整流電路的電壓紋波系數(shù)值脈波數(shù)m越大，電壓紋波系數(shù)越小，對(duì)電路的影響越小

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

角的關(guān)系。2-75

三相全控橋電流連續(xù)時(shí)，以n為參變量的與

的關(guān)系以n為參變量，n次諧波幅值對(duì)

的關(guān)系如圖所示：當(dāng)

從0~90變化時(shí)，ud的諧波幅值隨

增大而增大，

=90時(shí)諧波幅值最大。

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

增大而減小。5.4.2相控式整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析(1)相控式單相全控橋整流電路2-76帶阻感負(fù)載，直流電感L為足夠大（電流i2的波形見(jiàn)圖）i2Owtd基波和各次諧波的有效值為

i2的有效值I=Id，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，故位移因數(shù)為

所以，功率因數(shù)為

2-772)電路帶阻感負(fù)載時(shí)交流側(cè)的功率因數(shù)(2)相控式三相全控橋整流電路2-78

三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載a=30時(shí)的波形阻感負(fù)載，忽略換相過(guò)程和電流脈動(dòng)，直流電感L為足夠大。以

=30為例，此時(shí)，電流為正負(fù)半周各120的方波，其有效值與直流電流的關(guān)系為：tud1a=30°ud2uduabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥwtOwOwtOwtOidiawt1uaubuc1)電路帶阻感負(fù)載時(shí)交流側(cè)諧波分析變壓器二次側(cè)電流諧波分析：2-79電流基波和各次諧波有效值分別為電流中僅含6k1（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)。功率因數(shù)計(jì)算基波因數(shù)：位移因數(shù)仍為：功率因數(shù)為：5.4.3整流電路對(duì)公用電網(wǎng)的影響整流電路在工作時(shí)交流側(cè)產(chǎn)生大量的諧波，即使得大量的電流諧波分量倒流入電網(wǎng)，并造成網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)下降，給公用電網(wǎng)造成嚴(yán)重的諧波“污染”。2-80功率因數(shù)低的危害：導(dǎo)致設(shè)備容量增加。使設(shè)備和線路的損耗增加。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：降低設(shè)備的效率。影響用電設(shè)備的正常工作。引起電網(wǎng)局部的諧振，使諧波放大，加劇危害。導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作。對(duì)通信系統(tǒng)造成干擾。5.4.4改善方法(1)抑制諧波的措施1）采用多重化整流電路2-81

并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)的12脈波整流電路有并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)和串聯(lián)多重聯(lián)結(jié)。可減少輸入電流諧波，減小輸出電壓中的諧波并提高紋波頻率，因而可減小平波電抗器。使用平衡電抗器來(lái)平衡2組整流器的電流。2個(gè)三相橋并聯(lián)而成的12脈波整流電路。將幾個(gè)結(jié)構(gòu)相同的基礎(chǔ)整流電路按一定規(guī)律進(jìn)行組合移相30構(gòu)成的串聯(lián)2重聯(lián)結(jié)電路2-82整流變壓器二次繞組分別采用星形和三角形接法構(gòu)成相位相差30、大小相等的兩組電壓。該電路為12脈波整流電路。

m增加時(shí)，最低次諧波的次數(shù)增大，且幅值也迅速減小，即脈波數(shù)增多，交流側(cè)電流諧波含量減少2）安裝無(wú)源濾波器

其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維修方便，除濾波外還兼有無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓δ?，容量可設(shè)計(jì)成很大，是目前廣泛采用的方式之一。83/1313）安裝有源濾波器

對(duì)于諧波次數(shù)經(jīng)常變化的負(fù)載，采用無(wú)源濾波器的效果不佳，若采用有源濾波器可達(dá)到較好的效果。84/131(2)提高功率因數(shù)的措施1）提高基波因數(shù)

可見(jiàn)減小波形畸變，基波因數(shù)越大，從而提高了功率因數(shù)。因此采用前述抑制諧波的措施可減小諧波含量，提高基波因數(shù)2）減小觸發(fā)角

用降壓變壓器的低壓繞組得到一個(gè)合適的交流電壓，使

觸發(fā)角減小。85/131電路形式單相全控橋三相全控橋移相串聯(lián)12脈波電路移相串聯(lián)18脈波電路移相串聯(lián)24脈波電路0.90.9550.98860.99490.9971表5.4不同整流電路的基波因數(shù)值3）采用串聯(lián)的多重整流電路順序控制2-86只對(duì)一個(gè)橋的角進(jìn)行控制，其余各橋的工作狀態(tài)則根據(jù)需要輸出的整流電壓而定。

或者不工作而使該橋輸出直流電壓為零。或者=0而使該橋輸出電壓最大。根據(jù)所需總直流輸出電壓從低到高的變化，按順序依次對(duì)各橋進(jìn)行控制，因而被稱為順序控制。不能降低輸入電流諧波，但是總功率因數(shù)可以提高。我國(guó)電氣機(jī)車的整流器大多為這種方式。

2重晶閘管整流橋順序控制2-87從電流i的波形可以看出，雖然波形并為改善，但其基波分量比電壓的滯后少，因而位移因數(shù)高，從而提高了總的功率因數(shù)。a)4）采用不可控整流電路加DC-DC變換電路5）

裝設(shè)補(bǔ)償電容器2-886）PWM整流電路89/1315.5交流側(cè)電感對(duì)整流電路的影響■變壓器漏感

◆實(shí)際上變壓器繞組總有漏感，該漏感可用一個(gè)集中的電感LB表示，并將其折算到變壓器二次側(cè)。

◆由于電感對(duì)電流的變化起阻礙作用，電感電流不能突變，因此換相過(guò)程不能瞬間完成，而是會(huì)持續(xù)一段時(shí)間?！霈F(xiàn)以三相半波為例來(lái)分析，然后將其結(jié)論推廣

◆假設(shè)負(fù)載中電感很大，負(fù)載電流為水平線。

5.5交流側(cè)電感對(duì)整流電路的影響udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca◆分析從VT1換相至VT2的過(guò)程

?VT1和VT2同時(shí)導(dǎo)通，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)程結(jié)束。

?換相過(guò)程持續(xù)的時(shí)間用電角度表示，稱為換相重疊角。

◆假設(shè)負(fù)載中電感很大，負(fù)載電流為水平線。92/1315.5交流側(cè)電感對(duì)整流電路的影響◆基本數(shù)量關(guān)系

?換相過(guò)程中，整流輸出電壓瞬時(shí)值為

?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，即

5.5交流側(cè)電感對(duì)整流電路的影響?換相重疊角√隨其它參數(shù)變化的規(guī)律：

⑴Id越大則越大；

⑵XB越大越大；⑶當(dāng)≤90時(shí)，越小越大。5.5交流側(cè)電感對(duì)整流電路的影響?其它整流電路的分析結(jié)果

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①②

注：①單相全控橋電路中，XB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。表3-2各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計(jì)算

5.5交流側(cè)電感對(duì)整流電路的影響◆變壓器漏感對(duì)整流電路影響的一些結(jié)論:

?出現(xiàn)換相重疊角，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(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。96/1315.5交流側(cè)電感對(duì)整流電路的影響例：三相橋式不可控整流電路，阻感負(fù)載，R=5Ω，L=∞，U2=220V，XB=0.3Ω，求Ud、Id、IVD、I2和的值并作出ud、iVD和i2的波形。解：三相橋式不可控整流電路相當(dāng)于三相橋式可控整流電路＝0°時(shí)的情況。

Ud＝2.34U2cos－ΔUd

ΔUd＝3XBId∕

Id＝Ud∕R

解方程組得：

Ud＝2.34U2cos∕（1＋3XB/R）＝486.9（V）

Id＝97.38（A）又∵－=2∕U2

即得出=0.892

換流重疊角＝26.93°

二極管電流和變壓器二次測(cè)電流的有效值分別為

IdVD＝Id∕3＝97.38∕3＝33.46（A）

I2a＝Id＝79.51（A）

ud、iVD1和i2a的波形如圖所示。5.6相控式整流電路工作在有源逆變狀態(tài)

5.6.1電網(wǎng)-直流電動(dòng)機(jī)之間的能量轉(zhuǎn)換5.6.2有源逆變電路的工作原理

5.6.3有源逆變失敗的原因與最小逆變角的確定

逆變的概念■什么是逆變？為什么要逆變？

◆逆變（invertion）：把直流電轉(zhuǎn)變成交流電的過(guò)程。◆逆變電路：把直流電逆變成交流電的電路。

?當(dāng)交流側(cè)和電網(wǎng)連結(jié)時(shí)，為有源逆變電路。?變流電路的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而直接接到負(fù)載，即把直流電逆變?yōu)槟骋活l率或可調(diào)頻率的交流電供給負(fù)載，稱為無(wú)源逆變?！魧?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。5.6.1電網(wǎng)-直流電動(dòng)機(jī)之間的能量轉(zhuǎn)換直流發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)之間電能的流轉(zhuǎn)a）兩電動(dòng)勢(shì)同極性EG>EMb）兩電動(dòng)勢(shì)同極性EM>EG

c）兩電動(dòng)勢(shì)反極性，形成短路■直流發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電能的流轉(zhuǎn)

◆M作電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，EG>EM，電流Id從G流向M，電能由G流向M，轉(zhuǎn)變?yōu)镸軸上輸出的機(jī)械能。

◆回饋制動(dòng)狀態(tài)中，M作發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)，EM>EG，電流反向，從M流向G，M軸上輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊此徒oG。

◆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，形成短路。

+-+-+-■逆變產(chǎn)生的條件?M作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行:

的范圍在0~/2,Ud為正值，Ud>EM。?M作發(fā)電回饋制動(dòng):的范圍在/2~,Ud為負(fù)值，EM|>|Ud|

5.6.2有源逆變電路的工作原理(2)變流器的數(shù)量關(guān)系■逆變角

◆通常把>/2時(shí)的控制角用-=表示，稱為逆變角。

◆的大小自=0的起始點(diǎn)向左方計(jì)量?！羧喟氩ㄗ兞髌鞯挠性茨孀儬顟B(tài)直流側(cè)的電壓和工作在整流狀態(tài)的輸出電壓平均值的公式一樣◆產(chǎn)生逆變的條件

?要有直流電動(dòng)勢(shì)，其極性須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)大于變流器直流側(cè)的平均電壓。

?要求晶閘管的控制角>/2，使Ud為負(fù)值?！舭肟貥蚧蛴欣m(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。5.7.3有源逆變失敗的原因與最小逆變角的確定■逆變運(yùn)行時(shí)，一旦發(fā)生換相失敗，外接的直流電源就會(huì)通過(guò)晶閘管電路形成短路，或者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)，由于逆變電路的內(nèi)阻很小，形成很大的短路電流，這種情況稱為逆變失敗，或稱為逆變顛覆?！瞿孀兪〉脑?/p>

◆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，如脈沖丟失、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。

◆換相的裕量角不足，引起換相失敗?！?）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，如脈沖丟失、脈沖延時(shí)等，致使晶閘管不能正常換相?！?）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，如脈沖丟失、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。3）交流電源突然缺相、突然停電或電源電壓降低?！?）換相的裕量角不足，引起換相失敗。5.7整流電路的應(yīng)用5.7.1晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(1)工作于整流狀態(tài)時(shí)1）電流連續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性110/1315.7整流電路的應(yīng)用5.7.1晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(1)工作于整流狀態(tài)時(shí)2）電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性①電樞電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性的特點(diǎn)②電流斷續(xù)后的理想空載轉(zhuǎn)速111/1315.7整流電路的應(yīng)用5.7.1晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(2)工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)1）電流連續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性2）電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性112/1315.7整流電路的應(yīng)用5.7.1晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(3)直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)113/1315.7整流電路的應(yīng)用5.7.1晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(3)直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)114/1315.7整流電路的應(yīng)用5.7.2交流繞線式異步電機(jī)的串級(jí)調(diào)速和雙饋調(diào)速115/1315.7整流電路的應(yīng)用5.7.3在高壓直流輸電中的應(yīng)用116/131

直流輸電適用于遠(yuǎn)距離大容量輸電、不同頻率的交流系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、在新能源發(fā)電中依靠直流輸電接入交流系統(tǒng)，還特別適合海底或地下電纜輸電。直流輸電系統(tǒng)的原理如圖８.１所示，電源由發(fā)電廠的交流發(fā)電機(jī)供給，經(jīng)過(guò)整流站的換流變壓器將電壓升高后送至晶閘管整流器，由整流器將高壓交流變?yōu)楦邏褐绷?，?jīng)過(guò)直流輸電線路輸送到受電端，再經(jīng)過(guò)逆變站的晶閘管逆變器將直流變換為交流后，并經(jīng)變壓器降壓后配送給用戶使用。整流站和逆變站可統(tǒng)稱為換流站，它們的核心設(shè)備是換流器（整流器和逆變器）?！鲋绷鬏旊姷慕泳€方式通常有下述３種。

通常只采用一根導(dǎo)線（為負(fù)極性），可以由大地或海水提供回路。接線方式單極直流輸電雙極直流輸電它具有兩根導(dǎo)線：一根為正極性；另一根為負(fù)極性。5.7整流電路的應(yīng)用背靠背直流輸電“背靠背”直流輸電工程沒(méi)有直流線路，即整流器和逆變器直接相連。5.7.3在高壓直流輸電中的應(yīng)用■（１）單極直流輸電

單極系統(tǒng)有單極大地回線和單極金屬回線兩種接線方式。單極的基本結(jié)構(gòu)如圖8.2所示，通常只采用一根導(dǎo)線（為負(fù)極性），可以由大地或海水提供回路。這種單極大地回線接線方式的優(yōu)點(diǎn)為成本較低，但由于地下（海水中）長(zhǎng)期有大的電流流過(guò)，對(duì)接地極附近地下金屬構(gòu)件腐蝕嚴(yán)重，而海水中流過(guò)電流，影響航運(yùn)、漁業(yè)等。因此大地回路可用金屬回路（圖8.2中虛線）替代大地作回路，這種單極金屬回線方式的接線方式成本較高，往往可以作為分期建設(shè)的直流工程的初期接線方式。5.7整流電路的應(yīng)用5.7.3在高壓直流輸電中的應(yīng)用■（2）雙極直流輸電

大多數(shù)直流輸電工程采用雙極接線方式，它具有兩根導(dǎo)線：一根為正極性；另一根為負(fù)極性。輸電線路兩端都各自由兩個(gè)額定電壓相等的換流器串聯(lián)而成，每端兩個(gè)換流器直流側(cè)的串聯(lián)連接點(diǎn)接地，如圖８．３所示的雙極直流輸電系統(tǒng)采用十二脈波換流器，采用該換流器的優(yōu)點(diǎn)是在增加容量的同時(shí)還能減少諧波分量，是較為典型的結(jié)構(gòu)。采用十二脈波換流器的雙極直流輸電系統(tǒng)在正常工作時(shí)，兩極電流相等，無(wú)接地電流，兩極分別獨(dú)立運(yùn)行，而當(dāng)其中一根導(dǎo)線出現(xiàn)故障時(shí)，另一極可通過(guò)大地構(gòu)成回路，可帶一半的負(fù)荷，從而提高了運(yùn)行的可靠性。5.7整流電路的應(yīng)用■（3）背靠背直流輸電

“背靠背”直流輸電，其工作的原理和一般的直流輸電系統(tǒng)基本相同，只是“背靠背”直流輸電工程沒(méi)有直流線路，即整流器和逆變器直接相連。此方式主要用于兩個(gè)非同步運(yùn)行（不同頻率或相同頻率但非同步）的交流電力系統(tǒng)之間的互聯(lián)，以及限制短路電流和強(qiáng)化系統(tǒng)之間的功率交換。5.7整流電路的應(yīng)用5.7.3在高壓直流輸電中的應(yīng)用5.7.4整流電路在不間斷電源中的應(yīng)用5.7整流電路的應(yīng)用為了使PWM整流電路在工作時(shí)功率因數(shù)近似為1，即要求輸入電流為正弦波且和電壓同相位，可以有多種控制方式，這里采用直接電流控制方式。5.7整流電路的應(yīng)用5.7.5整流電路在開關(guān)電源中的應(yīng)用

◆線性電源的直流輸入電路通常是由工作在工頻下的整流變壓器T和二極管整流加電容濾波組成。整流電路所接的濾波電容C不可能很大，這樣

就有一定的脈動(dòng)，但這些都可以通過(guò)調(diào)制器件V的管壓降來(lái)進(jìn)行調(diào)整，使輸出電壓

的精度和紋波都滿足較高的要求，但同時(shí)存在缺點(diǎn)的為：輸入采用工頻變壓器，體積龐大；調(diào)制器件V工作在線性放大區(qū)，損耗大、效率低。5.7整流電路的應(yīng)用5.7.5整流電路在開關(guān)電源中的應(yīng)用

◆當(dāng)輸入電壓發(fā)生變化時(shí)，或負(fù)載變化引起電源輸出電壓

變化時(shí)，可以調(diào)節(jié)逆變器輸出的方波脈沖電壓寬度，使直流輸出電壓

穩(wěn)定?？梢?jiàn)，和線性電源相比，開關(guān)穩(wěn)壓電源將起電壓調(diào)整作用的器件始終工作在開關(guān)狀態(tài)，其損耗很小，使得電源的效率可達(dá)到90%以上。并且，開關(guān)穩(wěn)壓電源采用的高頻變壓器和濾波器，其體積大為減小。5.7整流電路的應(yīng)用5.7.6整流電路在城市軌道交通和電氣化鐵路中的應(yīng)用24脈波整流機(jī)組的連接方式如圖5.60所示，由2臺(tái)12脈波整流機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，對(duì)于每個(gè)12脈波整流系統(tǒng)，每個(gè)變壓器的二次繞組采用y、d接線法，那么其線電壓會(huì)出現(xiàn)30°的相差，由于連接方式引起電壓幅值變化，因此需要調(diào)整匝數(shù)比控制產(chǎn)生的環(huán)流。整流橋一般采用大功率的整流二極管。對(duì)于兩組并聯(lián)的12脈波整流機(jī)組，要想實(shí)現(xiàn)24脈波整流，必須使它們的電壓相位差為15°。常用的是網(wǎng)側(cè)繞組采用±7.5°外延三角形接線方式

，一次側(cè)需要添加移相繞組。5.7整流電路的應(yīng)用5.7.6整流電路在城市軌道交通和電氣化鐵路中的應(yīng)用

其功率范圍為200KW~1MW。與以前的直流機(jī)車不同，單相交流架空線電壓為25KV，引入機(jī)車后，通過(guò)2臺(tái)PWM整流器將交流電變?yōu)橹绷麟姽┙oPWM逆變器，由該逆變器供給4臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。工作頻率在0~240HZ范圍內(nèi)可調(diào)，元器件采用GTO或IGBT?！緩?fù)習(xí)思考】126/131【復(fù)習(xí)思考】127/131【復(fù)習(xí)思考】128/131【復(fù)習(xí)思考】129/131【復(fù)習(xí)思考】130/131【實(shí)踐練習(xí)】5.1解剖一個(gè)閑置的手機(jī)充電器或小家電的直流電源，繪制其電路，分析工作原理。5.2拆開一個(gè)日光燈電子鎮(zhèn)流器或節(jié)