第2章 交流-直流變換電路(含有源逆變電路)2014.10.31

2.3三相半波可控整流電路單相可控整流電路元件少，線路簡(jiǎn)單，但其輸出電壓的脈動(dòng)較大，同時(shí)由于單相供電，引起三相電網(wǎng)不平衡，故僅適用于小容量設(shè)備。當(dāng)設(shè)備容量較大，要求輸出電壓脈動(dòng)較小時(shí)，則多采用三相可控整流電路。三相可控整流電路有三相半波可控整流電路、三相橋式可控整流電路等多種形式。其中三相半波可控電路是多相整流電路的基礎(chǔ)，而三相橋式整流電路可以看作三相半波可控電路不同形式的組合。根據(jù)晶閘管的接法不同，三相半波可控整流電路又可分為三相半波共陰極組電路和三相半波共陽(yáng)極組電路。2.3.1三相半波共陰極組可控整流電路帶電阻性負(fù)載2.3三相半波可控整流電路三相半波共陰極組可控整流電路也叫三相零式可控整流電路。為得到零線，變壓器二次側(cè)要接成星形，而一次側(cè)接成三角形，為3次諧波電流提供通路，減少3次諧波對(duì)電網(wǎng)的影響。三只晶閘管的陰極連接在一起，陽(yáng)極分別接a、b、c三相電源，這種接法稱為共陰極接法。以晶閘管共陰極端作為輸出電壓的正端，變壓器二次側(cè)的零線作為輸出電壓的負(fù)端，規(guī)定負(fù)載電壓的正方向?yàn)閺娜痪чl管的共陰極端指向變壓器二次側(cè)的零線，負(fù)載電流的正方向與負(fù)載電壓的正方向相同。2.3.1三相半波共陰極組可控整流電路帶電阻性負(fù)載2.3三相半波可控整流電路O2.3.1三相半波共陰極組可控整流電路帶電阻性負(fù)載2.3三相半波可控整流電路若將電路中的晶閘管VT1～VT3換成二極管VD1～VD3，該電路即成為三相半波不可控整流電路。將二極管的換相時(shí)刻定義為三相可控整流電路的自然換相點(diǎn)。對(duì)三相半波可控整流電路而言，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，也就是二極管的自然換相點(diǎn)，將其作為計(jì)算各晶閘管觸發(fā)角α的起始點(diǎn)，即α=0°。這與單相整流電路自然換相點(diǎn)的定義不同，單相相控整流電路的自然換相點(diǎn)是變壓器二次電壓的過(guò)零點(diǎn)，而三相相控整流電路的自然換相點(diǎn)是三個(gè)相電壓的交點(diǎn)。2.3.1三相半波共陰極組可控整流電路帶電阻性負(fù)載2.3三相半波可控整流電路各個(gè)觸發(fā)脈沖應(yīng)依次間隔120°，每只晶閘管的觸發(fā)角度都相同。晶閘管VT1兩端電壓uVT1的波形由3段組成。如圖2-17所示。第1段是VT1導(dǎo)通期間，電壓為晶閘管的導(dǎo)通管壓降， uVT1≈0；第2段是VT2導(dǎo)通期間a、b兩相之間的線電壓， uVT1=ua-ub=uab；第3段是VT3導(dǎo)通期間a、c兩相之間的線電壓， uVT1=ua-uc=uac。其它兩只晶閘管的電壓波形形狀均與其相同，其相位依次滯后120°。2.3.1三相半波共陰極組可控整流電路帶電阻性負(fù)載2.3三相半波可控整流電路

α=30°時(shí)，晶閘管的導(dǎo)通角為120°，但這時(shí)負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)的臨界點(diǎn)。如圖2-18a所示。若α＞30°，則當(dāng)正在導(dǎo)通的晶閘管對(duì)應(yīng)的相電壓過(guò)零變負(fù)時(shí)，該相晶閘管即關(guān)斷。而此時(shí)下一相晶閘管雖已承受正壓，但因無(wú)觸發(fā)脈沖而尚未導(dǎo)通，負(fù)載電壓和電流均為零，直到下一相晶閘管的觸發(fā)脈沖出現(xiàn)為止。這會(huì)導(dǎo)致負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管的導(dǎo)通角小于120°。如圖2-18b所示。2.3.1三相半波共陰極組可控整流電路帶電阻性負(fù)載2.3三相半波可控整流電路電流斷續(xù)時(shí)，一個(gè)周期內(nèi)晶閘管VT1兩端電壓波形uVT1共分為六段。如圖2-18b所示。0～ωt1段，VT1截止，VT3導(dǎo)通，則uVT1=uac；ωt1～ωt2段，c相電壓過(guò)零變負(fù)，VT3截止，VT1承受a相正向電壓，但由于沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)不導(dǎo)通，則uVT1=ua；ωt2～ωt3段，VT1觸發(fā)導(dǎo)通，則uVT1=0；ωt3～ωt4段，a相電壓過(guò)零變負(fù)，VT1截止，VT2承受b相正向電壓，但由于沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)不導(dǎo)通，則uVT1=ua；ωt4～ωt5段，VT2觸發(fā)導(dǎo)通，則uVT1=uab；ωt5～ωt6段，b相電壓過(guò)零變負(fù)，VT2截止，VT3承受c相正向電壓，但由于沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)不導(dǎo)通，則uVT1=ua；

ωt6～ωt7段，VT3觸發(fā)導(dǎo)通，則uVT1=uac。2.3.1三相半波共陰極組可控整流電路帶電阻性負(fù)載2.3三相半波可控整流電路圖2-18三相半波共陰極組可控整流電路帶電阻性負(fù)載，α=30°和α=60°的工作波形2.3.1三相半波共陰極組可控整流電路帶電阻性負(fù)載2.3三相半波可控整流電路表2-12三相半波共陰極組可控整流電路帶電阻性負(fù)載時(shí)各區(qū)間工作情況（α≤30°）ωtπ/6+α～5π/6+α5π/6+α～3π/2+α3π/2+α～13π/6+α晶閘管導(dǎo)通情況VT1導(dǎo)通，VT2、VT3截止VT2導(dǎo)通，VT1、VT3截止VT3導(dǎo)通，VT1、VT2截止uduaubucuVT10uabuaciVT1ua/R002.3.1三相半波共陰極組可控整流電路帶電阻性負(fù)載2.3三相半波可控整流電路表2-13三相半波共陰極組可控整流電路帶電阻性負(fù)載時(shí)各區(qū)間工作情況（α>30°）ωtπ/6+α～ππ～5π/6+α5π/6+α～5π/35π/3～3π/2+α3π/2+α～7π/37π/3～13π/6+α晶閘管導(dǎo)通情況VT1導(dǎo)通，VT2、VT3截止VT1、VT2、VT3截止VT2導(dǎo)通，VT1、VT3截止VT1、VT2、VT3截止VT3導(dǎo)通，VT1、VT2截止VT1、VT2、VT3截止udua0ub0uc0uVT10uauabuauacuaiVT1ua/R000002.3.1三相半波共陰極組可控整流電路帶電阻性負(fù)載2.3三相半波可控整流電路基本數(shù)量關(guān)系：1)直流輸出電壓平均值α≤30°時(shí)，輸出電流連續(xù)α=0°時(shí)，輸出電壓Ud最大， 。α>30°時(shí)，輸出電流斷續(xù)α=150°時(shí)，輸出電壓為零。因此，三相半波可控整流電路帶電阻性負(fù)載時(shí)，觸發(fā)角α的移相范圍是150°。2.3.1三相半波共陰極組可控整流電路帶電阻性負(fù)載2.3三相半波可控整流電路基本數(shù)量關(guān)系：2）直流輸出電流平均值3）晶閘管電流平均值4）晶閘管電流有效值α>30°時(shí)α≤30°時(shí)2.3.1三相半波共陰極組可控整流電路帶電阻性負(fù)載2.3三相半波可控整流電路基本數(shù)量關(guān)系：5）晶閘管承受的最大正、反向電壓UTM晶閘管承受的最大正向電壓是變壓器二次相電壓的峰值， ；晶閘管承受的最大反向電壓是變壓器二次線電壓的峰值， 。在選擇晶閘管的額定電壓時(shí)，應(yīng)根據(jù)晶閘管實(shí)際承受的最大反向電壓進(jìn)行計(jì)算， 。 2.3.2三相半波共陰極組可控整流電路帶阻感性負(fù)載

2.3三相半波可控整流電路為了便于分析，假設(shè)電感極大，且電路已工作于穩(wěn)態(tài)，因此負(fù)載電流id的波形基本是平直的。

α≤30°時(shí)，負(fù)載電壓ud波形與電阻負(fù)載時(shí)相同；α＞30°時(shí)，當(dāng)某相電壓過(guò)零變負(fù)時(shí)，由于電感的續(xù)流作用，電流不會(huì)降到零，因此該相晶閘管仍然導(dǎo)通，直到下一相晶閘管觸發(fā)脈沖出現(xiàn)才能夠換流。2.3.2三相半波共陰極組可控整流電路帶阻感性負(fù)載

2.3三相半波可控整流電路2.3.2三相半波共陰極組可控整流電路帶阻感性負(fù)載

2.3三相半波可控整流電路在電感的續(xù)流作用下，負(fù)載電壓波形中會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分。隨著α的增大，負(fù)載電壓波形中負(fù)的部分將增加。當(dāng)α=90°時(shí)，負(fù)載電壓ud波形中正、負(fù)面積相等，負(fù)載電壓平均值Ud為零，即大電感負(fù)載時(shí)，三相半波相控整流電路的移相范圍為90°。2.3.2三相半波共陰極組可控整流電路帶阻感性負(fù)載

2.3三相半波可控整流電路表2-14三相半波共陰極組可控整流電路，帶阻感性負(fù)載時(shí)各區(qū)間工作情況ωtπ/6+α～5π/6+α5π/6+α～3π/2+α3π/2+α～13π/6+α晶閘管導(dǎo)通情況VT1導(dǎo)通，VT2、VT3截止VT2導(dǎo)通，VT1、VT3截止VT3導(dǎo)通，VT1、VT2截止uduaubucuVT10uabuacUdid近似為水平直線，Id=Ud/R晶閘管電流的有效值IVT2.3.2三相半波共陰極組可控整流電路帶阻感性負(fù)載

2.3三相半波可控整流電路基本數(shù)量關(guān)系：1）直流輸出電壓平均值輸出電壓ud波形連續(xù)，當(dāng)α=90°時(shí)，輸出電壓為零。因此，三相半波可控整流電路，帶阻感性負(fù)載時(shí)，觸發(fā)角α的移相范圍是90°。2）直流輸出電流平均值2.3.2三相半波共陰極組可控整流電路帶阻感性負(fù)載

2.3三相半波可控整流電路基本數(shù)量關(guān)系：3）晶閘管電流平均值4）晶閘管及變壓器二次電流有效值選擇晶閘管的額定電流應(yīng)按有效值相等的原則選取，不考慮安全裕量時(shí)，2.3.2三相半波共陰極組可控整流電路帶阻感性負(fù)載

2.3三相半波可控整流電路基本數(shù)量關(guān)系：考慮安全裕量時(shí)，5）晶閘管承受的最大正、反向電壓UTM變壓器二次線電壓的峰值， 選擇晶閘管的額定電壓時(shí)，還要考慮2~3倍的安全裕量。三相半波可控整流電路的主要缺點(diǎn)是變壓器二次電流中含有直流分量，使變壓器存在直流磁化現(xiàn)象，因此實(shí)際應(yīng)用比較少。2.3.2三相半波共陰極組可控整流電路帶阻感性負(fù)載

2.3三相半波可控整流電路Ud/U2與成余弦關(guān)系，如圖2-20所示。

純電阻負(fù)載時(shí)，Ud/U2與的關(guān)系如曲線1所示；純電感負(fù)載時(shí)，Ud/U2與的關(guān)系如曲線2所示；如果負(fù)載中的電感L不是很大，則當(dāng)>30后，與電感量足夠大的情況相比，ud中負(fù)的部分可能減少，使整流電壓平均值Ud略為增加，Ud/U2與的關(guān)系將介于純電阻負(fù)載和純電感負(fù)載之間，如曲線3所示。圖2-20三相半波可控整流電路Ud/U2與的關(guān)系1-電阻負(fù)載2-電感負(fù)載3-阻感性負(fù)載2.3.3三相半波共陰極組可控整流電路帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載

2.3三相半波可控整流電路當(dāng)負(fù)載為蓄電池或直流電動(dòng)機(jī)的電樞時(shí)，負(fù)載可看成是一個(gè)直流電壓源，對(duì)于整流電路，它們就是反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載。設(shè)反電動(dòng)勢(shì)為E，在交流電源與反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載的串聯(lián)電路中，只有在u2>E時(shí)，晶閘管才開始真正承受正電壓，才有觸發(fā)導(dǎo)通的可能。晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通之后，ud=u2，。abcRudidVT1VT2VT3udiduaubucOwtOwtaEEdwt1dO2.3.3三相半波共陰極組可控整流電路帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載

2.3三相半波可控整流電路與電阻負(fù)載時(shí)相比，晶閘管提前電角度停止導(dǎo)電，稱為停止導(dǎo)電角。不難看出，在α角相同時(shí)，帶反電動(dòng)勢(shì)電阻負(fù)載的電路，整流輸出電壓平均值比帶電阻性負(fù)載時(shí)大。在α＜時(shí)觸發(fā)晶閘管VT1，由于此時(shí)ua＜E，VT1承受反壓不能導(dǎo)通。為了使晶閘管能可靠導(dǎo)通，觸發(fā)脈沖要有足夠的寬度，保證當(dāng)t=時(shí)刻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)角被推遲到角。2.3.3三相半波共陰極組可控整流電路帶反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載

2.3三相半波可控整流電路當(dāng)電路帶有足夠大的電感時(shí)，負(fù)載電流id連續(xù)，負(fù)載電壓ud波形連續(xù)，與該電路帶大電感負(fù)載時(shí)的負(fù)載電壓ud波形相同。負(fù)載電流id仍近似為水平直線，其幅值為整流輸出電流的平均值 。2.3.4三相半波共陽(yáng)極組可控整流電路2.3三相半波可控整流電路三相半波共陽(yáng)極組可控整流電路，它將三只晶閘管的陽(yáng)極連在一起，其陰極分別接變壓器的三相繞組。共陽(yáng)極接法，各晶閘管只能在相電壓為負(fù)時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通，換流總是從陰極電位較高的相換到陰極電位較低的相。自然換相點(diǎn)為三相電源相電壓負(fù)半波的交點(diǎn)。如圖2-22所示。三相半波共陽(yáng)極組可控整流電路，仍然以晶閘管共陽(yáng)極端作為輸出電壓的正端，變壓器二次側(cè)的零線作為輸出電壓的負(fù)端，仍然規(guī)定負(fù)載電壓的正方向?yàn)閺娜痪чl管的共陽(yáng)極端指向變壓器二次側(cè)的零線，負(fù)載電流的正方向與負(fù)載電壓的正方向相同。因此，三相半波共陽(yáng)極組可控整流電路負(fù)載電壓ud為負(fù)值，實(shí)際負(fù)載電流id亦為負(fù)值。2.3.4三相半波共陽(yáng)極組可控整流電路2.3三相半波可控整流電路2.3.4三相半波共陽(yáng)極組可控整流電路2.3三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路晶閘管元件少，只需三套觸發(fā)裝置分別給三只晶閘管提供觸發(fā)脈沖信號(hào)。缺點(diǎn)是：1）變壓器每相繞組只有1/3周期流過(guò)電流，變壓器利用率低；2）變壓器二次側(cè)的電流為單方向，易造成變壓器鐵心直流磁化。2.4三相橋式全控整流電路在三相半波共陰極組可控整流電路中，每相繞組中流過(guò)的電流均為正向，而三相半波共陽(yáng)極組可控整流電路中，每相繞組流過(guò)的電流均為反向?？蓪⑷喟氩ü碴帢O組可控整流電路和三相半波共陽(yáng)極組可控整流電路串聯(lián)。2.4三相橋式全控整流電路

共陰極組接a、b、c三相電源的3只晶閘管分別命名為VT1、VT3、VT5；

共陽(yáng)極組接a、b、c三相電源的3只晶閘管分別命名為VT4、VT6、VT2。對(duì)于共陰極組的三只晶閘管，總是陽(yáng)極電壓更高的那只優(yōu)先導(dǎo)通，輸出正電壓Ud1；對(duì)于共陽(yáng)極組的三只晶閘管，總是陰極電壓更低的那只優(yōu)先導(dǎo)通，輸出負(fù)電壓Ud2；負(fù)載上得到的整流電壓為共陰極組輸出電壓減去共陽(yáng)極組輸出電壓，即 ，相應(yīng)的輸出電壓平均值為 。2.4.1三相橋式全控整流電路帶電阻性負(fù)載2.4三相橋式全控整流電路2.4.1三相橋式全控整流電路帶電阻性負(fù)載2.4三相橋式全控整流電路α=60°是三相橋式全控整流電路帶電阻性負(fù)載時(shí)，負(fù)載電壓ud波形連續(xù)與斷續(xù)的臨界點(diǎn)。表2-15三相橋式全控整流電路帶電阻性負(fù)載時(shí)各區(qū)間工作情況（α≤60°）ωtπ/6+α～π/2+απ/2+α～5π/6+α5π/6+α～7π/6+α7π/6+α～3π/2+α3π/2+α～11π/6+α11π/6+α～13π/6+α晶閘管導(dǎo)通情況VT1、VT6導(dǎo)通其它截止VT1、VT2導(dǎo)通其它截止VT2、VT3導(dǎo)通其它截止VT3、VT4導(dǎo)通其它截止VT4、VT5導(dǎo)通其它截止VT5、VT6導(dǎo)通其它截止uduabuacubcubaucaucbuVT100uabuabuacuac2.4.1三相橋式全控整流電路帶電阻性負(fù)載2.4三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路帶電阻性負(fù)載時(shí)，α＞60°以后ud波形就不再連續(xù)。如圖2-25a所示。

α增大到120°時(shí)，Ud=0，因此三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)的移相范圍為120°。為保證橋式電路的上、下橋臂各有一只晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，觸發(fā)時(shí)可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)（觸發(fā)脈沖寬度大于60°而小于120°，一般取80°～100°；

另一種是雙窄脈沖觸發(fā)，即用兩個(gè)相距60°的窄脈沖代替寬脈沖，給一只晶閘管加觸發(fā)信號(hào)。每隔60°就需要同時(shí)提供兩個(gè)觸發(fā)脈沖。實(shí)際提供脈沖的順序?yàn)椋?1、2)——(2、3)——(3、4)——(4、5)——(5、6)——(6、1)。2.4.1三相橋式全控整流電路帶電阻性負(fù)載2.4三相橋式全控整流電路圖2-25三相橋式全控整流電路帶電阻性負(fù)載，α=90°的負(fù)載電壓波形和觸發(fā)脈沖波形2.4.1三相橋式全控整流電路帶電阻性負(fù)載2.4三相橋式全控整流電路基本數(shù)量關(guān)系：1)直流輸出電壓平均值α＞60°時(shí)，ud波形不再連續(xù)α=60°是輸出電壓波形連續(xù)和斷續(xù)的分界點(diǎn)。α≤60°時(shí)，ud波形連續(xù)2.4.1三相橋式全控整流電路帶電阻性負(fù)載2.4三相橋式全控整流電路2）直流輸出電流平均值基本數(shù)量關(guān)系：3）晶閘管電流平均值α=0°時(shí)，Ud=Ud0=2.34U2；α=120°時(shí)，Ud=0，輸出電壓為零。因此，三相橋式全控整流電路，帶電阻性負(fù)載時(shí)，觸發(fā)角α的移相范圍是120°。2.4.1三相橋式全控整流電路帶電阻性負(fù)載2.4三相橋式全控整流電路基本數(shù)量關(guān)系：考慮安全裕量時(shí)，α＞60°時(shí)4）晶閘管電流有效值α≤60°時(shí)2.4.1三相橋式全控整流電路帶電阻性負(fù)載2.4三相橋式全控整流電路基本數(shù)量關(guān)系：5）變壓器二次電流有效值6）晶閘管承受的最大反向電壓UTM在選擇晶閘管的額定電壓時(shí)，應(yīng)根據(jù)晶閘管實(shí)際承受的最大反向電壓進(jìn)行計(jì)算，即 。若再考慮安全裕量，則UTM=(2~3)U2。2.4.2三相橋式全控整流電路帶阻感性負(fù)載2.4三相橋式全控整流電路idudaTLd2VT1VT3VT5VT4VT6VT2d1bcR2.4.2三相橋式全控整流電路帶阻感性負(fù)載2.4三相橋式全控整流電路2.4三相橋式全控整流電路基本數(shù)量關(guān)系：1)直流輸出電壓平均值α=0°時(shí)，Ud=Ud0=2.34U2；α=90°時(shí)，Ud=0，輸出電壓為零。因此，三相橋式全控整流電路，帶阻感性負(fù)載時(shí)，觸發(fā)角α的移相范圍是90°。2.4.2三相橋式全控整流電路帶阻感性負(fù)載6）晶閘管承受的最大正、反向電壓UTM其余與帶電阻性負(fù)載時(shí)一樣。2.4.2三相橋式全控整流電路帶阻感性負(fù)載2.4三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路帶阻感性負(fù)載具有如下特點(diǎn)：1）任何時(shí)候只有共陰組和共陽(yáng)極組各有一只元件同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，才能形成電流通路。2）共陰極組晶閘管VT1、VT3、VT5，按相序依次觸發(fā)導(dǎo)通，相位互差120o，a、b、c三相換流在共陰極組內(nèi)完成；共陽(yáng)極組VT2、VT4、VT6，按相序依次觸發(fā)導(dǎo)通，相位相差120o，a、b、c三相換流在共陽(yáng)極組內(nèi)完成；同一相的晶閘管相位相差180o。每只晶閘管的導(dǎo)通角都是120o。3）輸出電壓ud由六段線電壓組成，依次為uab、uac、ubc、uba、uca、ucb，輸出線電壓波形每周期脈動(dòng)六次，脈動(dòng)頻率為6f=300Hz。2.4.2三相橋式全控整流電路帶阻感性負(fù)載2.4三相橋式全控整流電路4）三相橋式全控整流電路帶阻感性負(fù)載，晶閘管兩端的電壓波形與三相半波整流電路相同，只與晶閘管導(dǎo)通情況有關(guān)，它由3段組成：一段為零(忽略導(dǎo)通時(shí)的壓降)，一段為本相與后一相的線電壓，另一段為本相與前一相的線電壓。晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同。5）變壓器二次繞組流過(guò)正、負(fù)兩個(gè)方向的電流，消除了變壓器的直流磁化，提高了變壓器的利用率。2.5三相橋式半控整流電路2.5.1三相橋式半控整流電路帶電阻性負(fù)載a)原理電路圖b)α=30°c)α=60°b)α=120°2.5三相橋式半控整流電路2.5.1三相橋式半控整流電路帶電阻性負(fù)載

共陽(yáng)極組的三只整流二極管總是在自然換流點(diǎn)換流，使電流換到陰極電位更低的一相中去，共陽(yáng)極組始終輸出最大電壓Ud2；共陰極組的三只晶閘管則要在觸發(fā)后才能換到陽(yáng)極電位更高的那一相中去。輸出整流電壓的波形是兩組整流電壓波形之和。改變共陰極組晶閘管的控制角α，可獲得0~2.34U2的直流可調(diào)電壓Ud。α=0°時(shí)，共陰極組輸出最大電壓，輸出電壓波形與三相橋式全控電路一樣，Ud=Ud1-Ud2=2.34U2。α=60°時(shí)，ud波形只剩下3個(gè)波頭，臨界連續(xù)。α>60°時(shí)，ud波形出現(xiàn)斷續(xù)。2.5三相橋式半控整流電路2.5.2三相橋式半控整流電路帶阻感性負(fù)載三相橋式半控整流電路與單相橋式半控整流電路一樣，橋路內(nèi)部的二極管具有提供電感續(xù)流通路的作用，因此在帶阻感性負(fù)載時(shí)，輸出電壓ud的波形和平均電壓值Ud與帶電阻性負(fù)載時(shí)一樣，不會(huì)出現(xiàn)負(fù)半波電壓。為了避免失控現(xiàn)象現(xiàn)象的發(fā)生，在三相橋式半控整流電路帶電感性負(fù)載時(shí)，必須并聯(lián)續(xù)流二極管。2.6變壓器漏感對(duì)整流電路的影響

在前面分析整流電路時(shí)，都忽略了整流變壓器漏感的影響，認(rèn)為晶閘管的換相是瞬時(shí)完成的。由于變壓器存在漏感，在換相時(shí)，電感對(duì)電流的變化起阻礙作用，電流不能突變，使得實(shí)際換相過(guò)程不能瞬時(shí)完成，而是會(huì)持續(xù)一小段時(shí)間。這段時(shí)間雖然很短暫，但是對(duì)電路的工作狀態(tài)、輸出電壓和輸出電流等都會(huì)產(chǎn)生比較大的影響。整流變壓器漏感可用一個(gè)集中的電感LB表示，并將其折算到變壓器二次側(cè)。下面以三相半波可控整流電路為例，來(lái)分析變壓器漏感對(duì)換相的影響。2.6變壓器漏感對(duì)整流電路的影響

2.6.1換流期間的電壓電流波形圖2-28考慮變壓器漏感時(shí)三相半波可控整流電路帶大電感負(fù)載時(shí)換相波形a-等效電路；b-換相波形2.6變壓器漏感對(duì)整流電路的影響

2.6.1換流期間的電壓電流波形假設(shè)負(fù)載電感L很大，則負(fù)載電流id為水平直線。該電路在電源電壓一個(gè)周期內(nèi)共換流三次，因?yàn)槿嚯娐吠耆珜?duì)稱，每次換流過(guò)程完全相似，所以這里只分析從a相的VT1換流到b相的VT2的過(guò)程。在從VT1換流至VT2的過(guò)程中，因a、b兩相均有漏感，故ia、ib均不能突變，VT1不能立即關(guān)斷，VT2也不能立即完全導(dǎo)通，VT1和VT2同時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于將a、b兩相短路，兩相之間的電壓瞬時(shí)值是ub-ua，此電壓在兩相回路中產(chǎn)生一個(gè)假想的短路環(huán)流電流ik。如圖2-28a所示。2.6變壓器漏感對(duì)整流電路的影響

2.6.1換流期間的電壓電流波形b相電流ib=ik從零逐漸增大；a相電流ia=Id-ik從負(fù)載電流Id逐漸減?。划?dāng)ib=ik增大到等于負(fù)載電流Id時(shí)，ia=Id-ik=0，VT1關(guān)斷，換相過(guò)程結(jié)束。換相過(guò)程持續(xù)的時(shí)間用電角度γ表示，稱為換相重疊角。2.6變壓器漏感對(duì)整流電路的影響

2.6.2換相壓降ΔUd的計(jì)算

換相過(guò)程中，整流輸出電壓ud為同時(shí)導(dǎo)通的兩只晶閘管所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)相電壓瞬時(shí)值之和的一半。與不考慮變壓器漏感時(shí)相比，每次換相時(shí)ud的波形出現(xiàn)一個(gè)明顯的缺口，少了圖2-28b中陰影標(biāo)示出的面積，導(dǎo)致ud平均值降低。減少的這塊面積是由于電路換相引起的，故稱為換相壓降，用△Ud來(lái)表示。換相壓降相當(dāng)于陰影部分面積的平均值，其值等于陰影面積除以一個(gè)周期內(nèi)一只晶閘管的最大導(dǎo)通時(shí)間。2.6變壓器漏感對(duì)整流電路的影響

2.6.2換相壓降ΔUd的計(jì)算

以三相半波可控整流電路為例推廣到其他整流電路，可得換相壓降△Ud的通用公式，對(duì)于m相電路，式中，m為整流電路的相數(shù)或整流輸出電壓一個(gè)周期的波頭數(shù)。2.6變壓器漏感對(duì)整流電路的影響

2.6.3換相重疊角γ的計(jì)算兩邊積分，可得：可直接按下式求得換相重疊角：式中，m為每個(gè)周期的換相次數(shù)。例如單相雙半波電路m=2，三相半波電路m=3。2.6變壓器漏感對(duì)整流電路的影響

2.6.3換相重疊角γ的計(jì)算表2-16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

γ與Id和XB的值成正比，這是因?yàn)閾Q相重疊角γ的產(chǎn)生是由于換相期間變壓器漏感儲(chǔ)存了電磁能量而引起的，Id和XB越大，變壓器儲(chǔ)存的能量越大，釋放的時(shí)間越長(zhǎng)，γ越大。當(dāng)α≤90°時(shí)，α越大，γ越小，這是因?yàn)棣猎酱?，發(fā)生換相的兩相之間電壓差越大，兩相重疊導(dǎo)電時(shí)dik/dt越大，能量釋放得越快。2.6變壓器漏感對(duì)整流電路的影響

例：三相橋式不可控整流電路，阻感性負(fù)載，R=5Ω，L=∞，U2=220V，XB=0.3Ω，求Ud、Id、IVD、I2和的值，并畫出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－ΔUdΔUd＝3XBId/

Id＝Ud/R解方程組得：

Ud＝2.34U2cos

∕（1＋3XB/R）＝486.9（V）

Id＝Ud/R＝97.38（A）2.6變壓器漏感對(duì)整流電路的影響

二極管電流和變壓器二次側(cè)電流的有效值分別為：由下式可求得換相重疊角內(nèi)的輸出電壓進(jìn)而可以畫出ud、iVD1和i2a的波形。又因?yàn)榭汕蟮脫Q相重疊角

＝26.93°2.6變壓器漏感對(duì)整流電路的影響

圖2-29三相橋式不可控整流電路，阻感性負(fù)載，考慮變壓器漏感時(shí)的波形2.7有源逆變電路

2.7.1逆變的概念2.7.2三相半波有源逆變電路2.7.3實(shí)現(xiàn)有源逆變的條件2.7.4三相橋式有源逆變電路2.7.5有源逆變失敗的原因與最小逆變角的限制2.7有源逆變電路

將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，這種對(duì)應(yīng)于整流的逆向過(guò)程，稱為“逆變”。有源逆變指的是將直流電轉(zhuǎn)換成交流電后，將其返送回電網(wǎng)。這里的“源”指的就是電網(wǎng)。例如當(dāng)電力機(jī)車下坡行駛時(shí)，電力機(jī)車工作于發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，將位能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，反送到交流電網(wǎng)中去。有源逆變常用于直流可逆調(diào)速系統(tǒng)、交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)以及高壓直流輸電系統(tǒng)等。對(duì)于同一個(gè)晶閘管相控電路，既可以工作在整流狀態(tài)，在滿足一定條件時(shí)又可以工作于有源逆變狀態(tài)，其電路形式未變，只是電路工作條件發(fā)生了轉(zhuǎn)變。2.7有源逆變電路

2.7.1逆變的概念圖2-30兩個(gè)直流電源相連時(shí)電能的傳遞情況圖2-30a)中E1＞E2，電流從E1流向E2。

E1發(fā)出功率P1=E1I，E2接受功率P2=E2I，電阻消耗的功率為PR=(E1-E2)I。圖2-30b)中E2＞E1，電流反向，E1接受功率，E2發(fā)出功率。電流從電動(dòng)勢(shì)高的位置流向電動(dòng)勢(shì)低的位置，很小的電壓差也能產(chǎn)生很大的電流。2.7有源逆變電路

2.7.1逆變的概念圖2-30兩個(gè)直流電源相連時(shí)電能的傳遞情況圖2-30c)中E1和E2順向串聯(lián)。

E1和E2都輸出功率，電阻消耗的功率為PR=(E1+E2)I。電阻很小，電流I很大。圖2-30d)中用直流電機(jī)M替代電源E2，EM為直流電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)，E1輸出功率，M工作在電動(dòng)狀態(tài)。若直流電機(jī)制動(dòng)，且EM＞E1，則電流I反向，直流電機(jī)發(fā)電，如圖2-30e)所示。2.7有源逆變電路

2.7.1逆變的概念圖2-30兩個(gè)直流電源相連時(shí)電能的傳遞情況在前面介紹的相控整流電路中，直流電源E1是通過(guò)晶閘管對(duì)交流電源整流得來(lái)的，晶閘管的單向?qū)щ娦詻Q定了電流I的方向不能改變，若想實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔懿⑾螂娋W(wǎng)回饋，則只能通過(guò)改變直流電機(jī)的電樞極性，如圖2-30f)所示。此時(shí)若E1的極性不改變，則形成圖2-30c)的短路狀況，故E1的極性也要對(duì)調(diào)。當(dāng)EM＞E1時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)電能回饋。2.7有源逆變電路

2.7.2三相半波有源逆變電路圖2-31三相半波有源逆變電路及輸出電壓波形整流電壓正方向如圖所示，規(guī)定直流電機(jī)工作于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)反電動(dòng)勢(shì)EM的極性為上正下負(fù)。直流電機(jī)M發(fā)電回饋制動(dòng)時(shí)，由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，Id方向不變，欲改變電能的輸送方向，只能改變EM的極性，變成下正上負(fù)。O2.7有源逆變電路

2.7.2三相半波有源逆變電路圖2-31三相半波有源逆變電路及輸出電壓波形為了防止兩個(gè)電壓順向串聯(lián)，Ud的極性也必須反過(guò)來(lái)，即Ud應(yīng)為負(fù)值，且|EM|＞|Ud|，才能將電能從直流側(cè)傳送到交流側(cè)，實(shí)現(xiàn)逆變。此時(shí)直流電機(jī)M輸出電功率，電網(wǎng)通過(guò)變流器吸收電功率。Ud的大小可通過(guò)改變觸發(fā)角α來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，逆變狀態(tài)時(shí)Ud為負(fù)值，π/2<α≤π。

O2.7有源逆變電路

2.7.2三相半波有源逆變電路圖2-31三相半波有源逆變電路及輸出電壓波形在逆變工作狀態(tài)下，雖然晶閘管導(dǎo)通時(shí)其陽(yáng)極電位大部分時(shí)間處于交流電壓的負(fù)半波，但由于外接直流電動(dòng)勢(shì)EM的存在，使晶閘管仍能承受正向電壓而導(dǎo)通。通常為分析方便，把α＞π/2的觸發(fā)角用β=π-α表示，稱為逆變角。α與β存在如下關(guān)系：α+β=π。逆變角β和觸發(fā)角α的計(jì)量方向相反，觸發(fā)角α是以自然換相點(diǎn)作為計(jì)量起始點(diǎn)，由此向右方計(jì)量；而逆變角β是以α=π（β=0）作為計(jì)量起始點(diǎn)，由此向左方計(jì)量。O2.7有源逆變電路

2.7.2三相半波有源逆變電路表2-17三相半波有源逆變電路各區(qū)間工作情況ωtπ/6+α～5π/6+α5π/6+α～3π/2+α3π/2+α～13π/6+α晶閘管導(dǎo)通情況VT1導(dǎo)通，VT2、VT3截止VT2導(dǎo)通，VT1、VT3截止VT3導(dǎo)通，VT1、VT2截止uduaubucUd

id近似為水平直線，Id=(Ud–EM)/R，其中Ud和EM均為負(fù)值2.7有源逆變電路

2.7.3實(shí)現(xiàn)有源逆變的條件晶閘管變流電路工作在逆變狀態(tài)必須滿足兩個(gè)條件：1）要有一個(gè)外加的直流電動(dòng)勢(shì)，其極性和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其絕對(duì)值∣EM∣大于變流器輸出直流平均電壓的幅值∣Ud∣；2）晶閘管的觸發(fā)角α＞π/2，使得Ud為負(fù)值。半控橋式整流電路或帶續(xù)流二極管的整流電路，因其輸出整流電壓ud不能出現(xiàn)負(fù)值（最小值為零），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。因此要實(shí)現(xiàn)有源逆變，只能采用全控型變流電路。2.7有源逆變電路

2.7.4三相橋式有源逆變電路idudaTLd2VT1VT3VT5VT4VT6VT2d1bcREM2.7有源逆變電路

2.7.4三相橋式有源逆變電路圖2-32三相橋式全控電路有源逆變狀態(tài)時(shí)的電壓波形2.7有源逆變電路

2.7.4三相橋式有源逆變電路逆變電壓平均值為 Ud=-2.34U2cosβ=-1.35U2lcosβ