電力電子技術(shù)二章 相控整流

第二章相控整流電路March3,20001北方交通大學(xué)電氣工程系要求及重點(diǎn)理解和掌握單相橋式、三相半波、三相橋式等整流電路的電路結(jié)構(gòu)、工作原理、波形分析、電氣性能、分析方法和參數(shù)計(jì)算。重點(diǎn)：波形分析和基本電量計(jì)算的方法。難點(diǎn)：不同負(fù)載對(duì)工況的影響和整流器交流側(cè)電抗對(duì)整流電路的影響March3,20002北方交通大學(xué)電氣工程系第一節(jié)概述

一、整流電路的分類不可控整流電路直流整流電壓和交流電源電壓的比固定全控整流電路直流整流電壓的平均值和極性可調(diào)半控整流電路負(fù)載電壓平均值可調(diào)、極性不能改變March3,20003北方交通大學(xué)電氣工程系可控整流電路的分類按電路結(jié)構(gòu)分類橋式電路（又稱全波電路或雙拍電路）零式電路（又稱半波電路或單拍電路）按輸出電壓脈波數(shù)分類單脈波電路雙脈波電路三脈波電路多脈波電路March3,20004北方交通大學(xué)電氣工程系可控整流電路的分類（續(xù)）按控制方式分類相控式電路斬控式電路按組成器件分類全控型電路半控型電路按工作范圍分類單象限電路多象限電路按電網(wǎng)相數(shù)分類單相電路三相電路多相電路March3,20005北方交通大學(xué)電氣工程系可控整流電路的一般結(jié)構(gòu)整流電路在應(yīng)用中，應(yīng)滿足的基本技術(shù)要求整流電路的理想條件：理想器件理想電源March3,20006北方交通大學(xué)電氣工程系第二節(jié)單相整流電路

一、單相半波可控整流電路工作原理波形分析March3,20007北方交通大學(xué)電氣工程系整流電路的基本概念控制角從晶閘管開始承受正向電壓到被觸發(fā)導(dǎo)通這一角度。導(dǎo)通角晶閘管在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通的電角度。移相改變控制角的大小，即改變觸發(fā)脈沖出現(xiàn)的相位。移相控制March3,20008北方交通大學(xué)電氣工程系整流電路的基本概念（續(xù)）移相范圍控制角的允許調(diào)節(jié)范圍。同步觸發(fā)脈沖信號(hào)和晶閘管電壓（即電源電壓）在頻率和相位上的協(xié)調(diào)配合關(guān)系。自然換相點(diǎn)當(dāng)電路中的可控元件全部由不可控元件代替時(shí)，各元件的導(dǎo)電轉(zhuǎn)換點(diǎn)。March3,20009北方交通大學(xué)電氣工程系二、單相全控橋式整流電路（R負(fù)載）工作原理波形分析March3,200010北方交通大學(xué)電氣工程系單相全控橋式電路（R負(fù)載）電量計(jì)算輸出平均電壓Ud移相范圍0o～180o輸出平均電流IdSCR平均電流IdT=

Id/2March3,200011北方交通大學(xué)電氣工程系負(fù)載電壓有效值U變壓器副邊繞組電流有效值I2流過(guò)晶閘管的電流有效值功率因數(shù)cos

March3,200012北方交通大學(xué)電氣工程系三、單相全控橋式整流電路（L負(fù)載）工作原理波形分析March3,200013北方交通大學(xué)電氣工程系單相全控橋式電路（L）電量計(jì)算輸出平均電壓Ud移相范圍0o～90o輸出平均電流IdMarch3,200014北方交通大學(xué)電氣工程系單相全控橋式電路（L）電量計(jì)算（續(xù)）SCR平均電流IdT=

Id/2流過(guò)晶閘管的電流有效值IT

變壓器副邊繞組電流有效值I2March3,200015北方交通大學(xué)電氣工程系電流斷續(xù)時(shí)特性分析負(fù)載電流斷續(xù)時(shí)整流電壓、電流波形電流斷續(xù)時(shí)、、的關(guān)系：越大，越小越大，越大March3,200016北方交通大學(xué)電氣工程系四、單相全控橋式整流電路

（反電勢(shì)負(fù)載）工作原理波形分析March3,200017北方交通大學(xué)電氣工程系單相全控橋式電路（E）電量計(jì)算最小起始導(dǎo)電角>時(shí)<時(shí)March3,200018北方交通大學(xué)電氣工程系單相全控橋式整流電路（R、L、E）工作原理波形分析電量計(jì)算和電感型負(fù)載相同March3,200019北方交通大學(xué)電氣工程系五、整流電路的分析方法波形分析法：根據(jù)電源電壓u2

和控制角以及負(fù)載性質(zhì)，作出負(fù)載電壓ud、負(fù)載電流id、和整流元件的電壓、電流波形圖，從而導(dǎo)出基本電量的計(jì)算公式及數(shù)量關(guān)系。具體步驟：1、繪出主電路原理圖，標(biāo)出各電量和元件序號(hào)；2、畫出相（線）電壓波形圖，確定自然換相點(diǎn)；March3,200020北方交通大學(xué)電氣工程系整流電路的分析方法（續(xù)）3、根據(jù)控制角在相應(yīng)位置上繪出觸發(fā)脈沖，并

標(biāo)明相應(yīng)序號(hào)；4、根據(jù)可控整流電路的工作原理，繪出負(fù)載電壓

ud、負(fù)載電流id、SCR電流iT

等波形；5、根據(jù)波形圖，導(dǎo)出基本電量的計(jì)算式；6、對(duì)整流電路進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。例如：電路的優(yōu)、

缺點(diǎn)；電路的可控移相范圍；負(fù)載電流是否連

續(xù)；整流元件承受的最大正、反向電壓值；整

流電壓ud

的紋波系數(shù)w

和脈動(dòng)系數(shù)m

等。March3,200021北方交通大學(xué)電氣工程系第三節(jié)單相橋式半控整流電路（L）一、工作原理

及波形分析March3,200022北方交通大學(xué)電氣工程系二、單相橋式半控整流（L）電量計(jì)算Ud

、Id、

U計(jì)算公式與全控橋（R）一樣流過(guò)變壓器副邊繞組的電流有效值I2流過(guò)SCR和整流管的電流平均值和有效值March3,200023北方交通大學(xué)電氣工程系三、失控現(xiàn)象分析產(chǎn)生原因突然將觸發(fā)脈沖切斷將角增大到180o實(shí)質(zhì)：對(duì)晶閘管的工作失去控制作用避免方法：加續(xù)流二極管March3,200024北方交通大學(xué)電氣工程系失控現(xiàn)象分析（續(xù)）工作原理波形分析March3,200025北方交通大學(xué)電氣工程系失控現(xiàn)象分析（續(xù)）其它形式的單相橋式半控電路March3,200026北方交通大學(xué)電氣工程系四、反電勢(shì)負(fù)載單相半控橋式整流電路波形分析（b）電流連續(xù)時(shí)的電壓電流波形（c）電流斷續(xù)時(shí)的電壓電流波形March3,200027北方交通大學(xué)電氣工程系五、單相整流電路的優(yōu)、缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單對(duì)觸發(fā)電路的要求較低缺點(diǎn)：輸出直流電壓脈動(dòng)大易造成電網(wǎng)負(fù)載不平衡March3,200028北方交通大學(xué)電氣工程系第四節(jié)三相半波可控整流電路

一、R負(fù)載工作原理波形分析（＝0o）March3,200029北方交通大學(xué)電氣工程系三相半波可控整流（R）（續(xù)）＝30o的工作情況此時(shí)負(fù)載電流

處于連續(xù)和斷

續(xù)的臨界狀態(tài)。March3,200030北方交通大學(xué)電氣工程系三相半波可控整流（R）（續(xù)）>30o的工作情況移相范圍為150o觸發(fā)失敗的原因觸發(fā)脈沖在自然換

相點(diǎn)之前且很窄角過(guò)小解決措施限制

minMarch3,200031北方交通大學(xué)電氣工程系三相半波可控整流（R）電量計(jì)算0o

30o30o

150oMarch3,200032北方交通大學(xué)電氣工程系二、三相半波可控整流電路（L負(fù)載）工作原理波形分析（30o）March3,200033北方交通大學(xué)電氣工程系三相半波可控整流（L）電量計(jì)算整流電壓Ud整流電流Id變壓器的相電流I2，SCR的電流有效值ITMarch3,200034北方交通大學(xué)電氣工程系三相半波可控整流（L）電量計(jì)算變壓器副邊容量S2=3U2I2=1.48Pd變壓器原邊容量S2=3U1I1=3U2I1=1.21Pd(假設(shè)W1=W2）變壓器容量

March3,200035北方交通大學(xué)電氣工程系三、三相半波可控整流電路的優(yōu)、缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：輸出電壓脈動(dòng)小輸出功率大三相負(fù)載平衡缺點(diǎn)變壓器利用率低容易出現(xiàn)直流磁化現(xiàn)象零線上通過(guò)較大的負(fù)載電流March3,200036北方交通大學(xué)電氣工程系第五節(jié)三相橋式全控整流電路March3,200037北方交通大學(xué)電氣工程系一、三相橋式全控整流電路（L）工作原理波形分析（=0o）March3,200038北方交通大學(xué)電氣工程系結(jié)構(gòu)：由兩個(gè)（一個(gè)為共陰極，一個(gè)為共陽(yáng)極）

三相半波整流電路組成。優(yōu)點(diǎn)：六脈波電路，輸出電壓脈動(dòng)更??；變壓器繞組無(wú)直流磁勢(shì)；變壓器繞組正負(fù)半周都工作，效率高。March3,200039北方交通大學(xué)電氣工程系三相橋式全控整流電路的觸發(fā)要求本組內(nèi)SCR每隔120換流一次；

共陰極與共陽(yáng)極組的換流點(diǎn)相隔60。SCR的導(dǎo)通順序：(6-1)(1-2)(2-3)(3-4)(4-5)(5-6)自然換相點(diǎn)為相電壓（或線電壓）的交點(diǎn)。必須使用雙窄脈沖或?qū)捗}沖（見下頁(yè)）。March3,200040北方交通大學(xué)電氣工程系三相橋式全控整流的觸發(fā)要求（續(xù)）（a）變壓器副邊

三相電壓波形（b）寬脈沖觸發(fā)（c）雙窄脈沖觸發(fā)March3,200041北方交通大學(xué)電氣工程系三相橋式全控整流電路（L）（續(xù)）=30o=60oMarch3,200042北方交通大學(xué)電氣工程系三相橋式全控整流電路（L）（續(xù)）=90o=120oMarch3,200043北方交通大學(xué)電氣工程系三相橋式全控整流（L）電量計(jì)算整流電壓Ud變壓器的相電流I2March3,200044北方交通大學(xué)電氣工程系二、三相橋式全控整流電路（R）工作原理波形分析（a）=60o（b）60o

120oMarch3,200045北方交通大學(xué)電氣工程系三相橋式全控整流（R）電量計(jì)算整流電壓Ud0o

60o60o

120oMarch3,200046北方交通大學(xué)電氣工程系第六節(jié)三相橋式半控整流電路工作原理

由一個(gè)三相半

波不控整流電

路與一個(gè)三相

半波可控整流

電路串聯(lián)而成March3,200047北方交通大學(xué)電氣工程系一、三相橋式半控整流電路（R負(fù)載）=30o=120oMarch3,200048北方交通大學(xué)電氣工程系三相橋式半控整流（R）電量計(jì)算整流電壓Ud輸出電壓為不可控半波電路輸出電壓

與可控的三相半波電路輸出電壓之和March3,200049北方交通大學(xué)電氣工程系二、三相橋式半控整流電路（L負(fù)載）60o60o

180oMarch3,200050北方交通大學(xué)電氣工程系三相橋式半控整流（L）電量計(jì)算整流電壓Ud同電阻性負(fù)載輸出電壓為不可控半波電路輸出電壓

與可控的三相半波電路輸出電壓之和March3,200051北方交通大學(xué)電氣工程系三相橋式半控（L）電量計(jì)算（續(xù)）SCR電流的有效值IT、整流管電流有效值IDSCR電流的平均值IdD、整流管電流平均值IdTMarch3,200052北方交通大學(xué)電氣工程系三相橋式半控（L）電量計(jì)算（續(xù)）變壓器副邊繞組電流有效值I260o

60o

180oMarch3,200053北方交通大學(xué)電氣工程系三、三相橋式半控整流的失控現(xiàn)象產(chǎn)生原因突然將觸發(fā)脈沖切斷將角增大到180o實(shí)質(zhì)：對(duì)晶閘管的工作

失去控制作用避免方法：加續(xù)流二極管March3,200054北方交通大學(xué)電氣工程系第七節(jié)整流器交流側(cè)電抗的影響原因變壓器存在一定的漏電感交流回路存在一定的電感結(jié)果出現(xiàn)重迭導(dǎo)通現(xiàn)象（兩條支路同時(shí)導(dǎo)電）簡(jiǎn)化考慮把所有交流側(cè)的電感都折算到變壓器副邊，用集中電感LB

表示。March3,200055北方交通大學(xué)電氣工程系一、換流期間電壓電流波形分析以電感負(fù)載，三相半波可控整流電路為例March3,200056北方交通大學(xué)電氣工程系換相過(guò)程：Id0

或0

Id換相重疊角

：換相過(guò)程所對(duì)應(yīng)的相角換相電壓：換相過(guò)程中兩相間電位差瞬時(shí)值

uba=ub-ua換相電壓的作用：強(qiáng)制導(dǎo)通元件中的電流下降為零；保證退出導(dǎo)通的元件恢復(fù)阻斷能力。March3,200057北方交通大學(xué)電氣工程系重迭對(duì)輸出波形的影響換相過(guò)程中，整流電壓的瞬時(shí)值與=0時(shí)相比，產(chǎn)