交流直流變換電路

第2章交流-直流變換電路

本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第1頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分本章要點(diǎn)不同負(fù)載時(shí)，單相可控整流電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、波形分析和數(shù)量關(guān)系不同負(fù)載時(shí)，三相可控整流電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、波形分析和數(shù)量關(guān)系變壓器漏抗對(duì)整流電路的影響觸發(fā)電路的定相和同步本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第2頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分2.1單相可控整流電路

2.1.1單相半波可控整流電路（電阻性負(fù)載）

1、電路結(jié)構(gòu)

變壓器Tr起變換電壓和隔離的作用。圖2-1本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第3頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分2、工作原理1）在電源電壓正半波，晶閘管承受正向電壓，在ωt=α處觸發(fā)晶閘管，晶閘管開(kāi)始導(dǎo)通；負(fù)載上的電壓等于變壓器輸出電壓u2。在ωt=π時(shí)刻，電源電壓過(guò)零，晶閘管電流小于維持電流而關(guān)斷，負(fù)載電流為零。2）在電源電壓負(fù)半波，uAK＜0，晶閘管承受反向電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)，負(fù)載電流為零，負(fù)載上沒(méi)有輸出電壓，直到電源電壓u2的下一周期。直流輸出電壓ud和負(fù)載電流id的波形相位相同。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第4頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分3、波形情況1）圖2-1（b）給出了直流輸出電壓ud和晶閘管兩端電壓uT的理論分析波形，其中負(fù)載電流id和ud的波形相位相同。2）圖2-2(a)、(b)、(c)、(d)是α=30?、60?、90?、120?電阻性負(fù)載時(shí)的仿真和實(shí)驗(yàn)波形。

改變觸發(fā)角α的大小，直流輸出電壓ud的波形發(fā)生變化，負(fù)載上輸出電壓平均值發(fā)生變化，顯然α=180o時(shí)，Ud=0。由于晶閘管只在電源電壓正半波內(nèi)導(dǎo)通，輸出電壓ud為極性不變但瞬時(shí)值變化的脈動(dòng)直流，故稱(chēng)“半波”整流。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第5頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

圖2-2本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第6頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

圖2-2本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第7頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

幾個(gè)名詞：（1）觸發(fā)角α與導(dǎo)通角θ觸發(fā)角α也稱(chēng)觸發(fā)延遲角或控制角，是指晶閘管從承受正向電壓開(kāi)始到導(dǎo)通時(shí)止之間的電角度。導(dǎo)通角θ，是指晶閘管在一周期內(nèi)處于通態(tài)的電角度。（2）移相與移相范圍移相是指改變觸發(fā)脈沖ug出現(xiàn)的時(shí)刻，即改變控制角α的大小。移相范圍是指觸發(fā)脈沖ug的移動(dòng)范圍，它決定了輸出電壓的變化范圍。單相半波可控整流器電阻性負(fù)載時(shí)的移相范圍是0～180o。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第8頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

4、基本數(shù)量關(guān)系1）直流輸出電壓平均值Ud:2）輸出電流平均值Id:(2—1}(2—2}本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第9頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分3）負(fù)載電壓有效值U:4）負(fù)載電流有效值I:(2—3}(2—4}本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第10頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

5）晶閘管電流有效值和變壓器二次側(cè)電流有效值單相半波可控整流器中，負(fù)載、晶閘管和變壓器二次側(cè)流過(guò)相同的電流，故其有效值相等，即：(2—6}本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第11頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分6）功率因數(shù)cosφ整流器功率因數(shù)是變壓器二次側(cè)有功功率與視在功率的比值式中P—變壓器二次側(cè)有功功率，P=UI=I2R

S—變壓器二次側(cè)視在功率，S=U2I27）晶閘管承受的最大正反向電壓UTM晶閘管承受的最大正反向電壓Um是相電壓峰值。(2-7)來(lái)自（2-3）本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第12頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第13頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分3.1.2單相半波可控整流電路（阻感性負(fù)載）

1、電路的結(jié)構(gòu)阻感性負(fù)載的等效電路可用一個(gè)電感和電阻的串聯(lián)電路來(lái)表示。圖2-3本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第14頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

2、工作原理（1）在ωt=0~α期間：晶閘管陽(yáng)-陰極間的電壓uAK大于零，此時(shí)沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)，晶閘管處于正向關(guān)斷狀態(tài)，輸出電壓、電流都等于零。（2）在ωt=α?xí)r刻，門(mén)極加觸發(fā)信號(hào)，晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，電源電壓u2加到負(fù)載上，輸出電壓ud=u2

。由于電感的存在，負(fù)載電流id只能從零按指數(shù)規(guī)律逐漸上升。（3）在ωt=ωt1~ωt2期間：輸出電流id從零增至最大值。在id的增長(zhǎng)過(guò)程中，電感產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)力圖限制電流增大，電源提供的能量一部分供給負(fù)載電阻，一部分為電感的儲(chǔ)能。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第15頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分（4）在ωt=ωt2~ωt3期間：負(fù)載電流從最大值開(kāi)始下降，電感電壓改變方向，電感釋放能量，企圖維持電流不變。（5）在ωt=π時(shí)，交流電壓u2過(guò)零，由于感應(yīng)電壓的存在，晶閘管陽(yáng)極、陰極間的電壓uAK仍大于零，晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通，此時(shí)電感儲(chǔ)存的磁能一部分釋放變成電阻的熱能，另一部分磁能變成電能送回電網(wǎng)，電感的儲(chǔ)能全部釋放完后，晶閘管在u2反壓作用下而截止。直到下一個(gè)周期的正半周，即ωt=2π+α?xí)r，晶閘管再次被觸發(fā)導(dǎo)通，如此循環(huán)不已。

本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第16頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分3、波形情況輸出電壓、電流及元件的電壓波形如圖2-3(b)所示。圖2-4給出了時(shí)單相半波整流電路帶阻-感性負(fù)載、大電感負(fù)載時(shí)的負(fù)載電壓、電流和晶閘管兩端電壓的仿真波形。

(a)

阻-感性負(fù)載(b)大電感負(fù)載圖2-4本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第17頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分直流輸出電壓平均值Ud為從Ud的波形可以看出，由于電感的存在，電源電壓由正到負(fù)過(guò)零點(diǎn)也不會(huì)關(guān)斷，輸出電壓出現(xiàn)了負(fù)波形，輸出電壓和電流的平均值減??；當(dāng)大電感負(fù)載時(shí)輸出電壓正負(fù)面積趨于相等，輸出電壓平均值趨于零，則id也很小。所以，實(shí)際的大感電路中，常常在負(fù)載兩端并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第18頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分2.1.3單相半波可控整流電路（阻感性負(fù)載加續(xù)流二極管）

1、電路結(jié)構(gòu)電感性負(fù)載加續(xù)流二極管的電路如圖所示。圖2-5本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第19頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

2、工作原理1）在電源電壓正半波，電壓u2＞0，晶閘管uAK＞0。在ωt=α處觸發(fā)晶閘管，使其導(dǎo)通，形成負(fù)載電流id，負(fù)載上有輸出電壓和電流，此間續(xù)流二極管VD承受反向陽(yáng)極電壓而關(guān)斷。2）在電源電壓負(fù)半波，電感感應(yīng)電壓使續(xù)流二極管VD導(dǎo)通續(xù)流，此時(shí)電壓u2＜0，u2通過(guò)續(xù)流二極管VD使晶閘管承受反向電壓而關(guān)斷，負(fù)載兩端的輸出電壓為續(xù)流二極管的管壓降，如果電感足夠大，續(xù)流二極管一直導(dǎo)通到下一周期晶閘管導(dǎo)通，使id連續(xù)，且id波形近似為一條直線。3、波形本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第20頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

圖2-6本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第21頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

(e)

圖2-6本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第22頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分電感性負(fù)載加續(xù)流二極管后，輸出電壓波形與電阻性負(fù)載波形相同，續(xù)流二極管可起到提高輸出電壓的作用。在大電感負(fù)載時(shí)負(fù)載電流波形連續(xù)且近似一條直線，流過(guò)晶閘管的電流波形和流過(guò)續(xù)流二極管的電流波形是矩形波。對(duì)于電感性負(fù)載加續(xù)流二極管的單相半波可控整流器移相范圍與單相半波可控整流器電阻性負(fù)載相同，為0～180o，且有α+θ=180o。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第23頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分4、基本數(shù)量關(guān)系（感性負(fù)載加續(xù)流二極管）1）輸出電壓平均值Ud

2）輸出電流平均值Id(2-9)(2-10)本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第24頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分3）晶閘管的電流平均值IdT

4）晶閘管的電流有效值IT(2-11)(2-12)本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第25頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

5）續(xù)流二極管的電流平均值IdD

6）續(xù)流二極管的電流有效值ID

7）晶閘管和續(xù)流二極管承受的最大正反向電壓晶閘管和續(xù)流二極管承受的最大正反向電壓均為電源電壓的峰值。

(2-13)(2-14)()本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第26頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分(2-9)(2-10)(2-11)(2-12)(2-13)(2-14)本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第27頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分單相半波可控整流器的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，容易實(shí)現(xiàn)。但整流電壓脈動(dòng)大，每周期脈動(dòng)一次。變壓器二次側(cè)流過(guò)單方向的電流，存在直流磁化、利用率低的問(wèn)題，為使變壓器不飽和，必須增大鐵心截面，這樣就導(dǎo)致設(shè)備容量增大。

本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第28頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分2.1.4單相橋式全控整流電路（電阻性負(fù)載）1、電路結(jié)構(gòu)用四個(gè)晶閘管，兩只晶閘管接成共陰極，兩只晶閘管接成共陽(yáng)極，每一只晶閘管是一個(gè)橋臂。圖2-8本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第29頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

2、工作原理1）在u2正半波的（0~α）區(qū)間：晶閘管VT1、VT4承受正壓，但無(wú)觸發(fā)脈沖。四個(gè)晶閘管都不通。假設(shè)四個(gè)晶閘管的漏電阻相等，則uT1.4=

uT2.3=1/2

u2。2）在u2正半波的ωt=α?xí)r刻：觸發(fā)晶閘管VT1、VT4使其導(dǎo)通。電流沿a→VT1→R→VT4→b→Tr的二次繞組→a流通，負(fù)載上有電壓（ud=u2）和電流輸出，兩者波形相位相同且uT1.4=0。此時(shí)電源電壓反向施加到晶閘管VT2、VT3上，使其承受反壓而處于關(guān)斷狀態(tài)，則uT2.3=1/2u2。晶閘管VT1、VT4—直導(dǎo)通到ωt=π止，此時(shí)因電源電壓過(guò)零，晶閘管陽(yáng)極電流下降為零而關(guān)斷。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第30頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

3）在u2負(fù)半波的（π~π+α）區(qū)間：晶閘管VT2、VT3承受正壓，因無(wú)觸發(fā)脈沖，VT2、VT3處于關(guān)斷狀態(tài)。此時(shí)，uT2.3=uT1.4=

1/2u2。4）在u2負(fù)半波的ωt=π+α?xí)r刻：觸發(fā)晶閘管VT2、VT3，元件導(dǎo)通，電流沿b→VT3→R→VT2→a→Tr的二次繞組→b流通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負(fù)載電阻上，負(fù)載上有輸出電壓（ud=-u2）和電流，且波形相位相同。此時(shí)電源電壓反向加到晶閘管VT1、VT4上，使其承受反壓而處于關(guān)斷狀態(tài)。晶閘管VT2、VT3一直要導(dǎo)通到ωt=2π為止，此時(shí)電源電壓再次過(guò)零，晶閘管陽(yáng)極電流也下降為零而關(guān)斷。晶閘管VT1、VT4和VT2、VT3在對(duì)應(yīng)時(shí)刻不斷周期性交替導(dǎo)通、關(guān)斷。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第31頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分3、波形本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第32頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

(a)

(b)

圖2-9本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第33頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

圖2-9本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第34頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分單相橋式整流器電阻性負(fù)載時(shí)的移相范圍是0～180o。α=0o時(shí)，輸出電壓最高；α=180o時(shí)，輸出電壓最小。晶閘管承受最大正反向電壓Um是相電壓峰值。負(fù)載上正負(fù)兩個(gè)半波內(nèi)均有相同方向的電流流過(guò)，從而使直流輸出電壓、電流的脈動(dòng)程度較前述單相半波得到了改善。變壓器二次繞組在正、負(fù)半周內(nèi)均有大小相等、方向相反的電流流過(guò)，從而改善了變壓器的工作狀態(tài)，并提高了變壓器的有效利用率。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第35頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

4.基本數(shù)量關(guān)系1）輸出電壓平均值Ud

2）輸出電流平均值Id為(2-15)(2-16)本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第36頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分3）輸出電壓有效值U4）輸出電流有效值I與變壓器二次側(cè)電流I2輸出電流有效值I與變壓器二次側(cè)電流I2相同為Fig2-8b

(2-17)(2-18)本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第37頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

5）晶閘管的電流平均值IdT6）晶閘管電流有效值IT

7）功率因數(shù)cosφ顯然功率因數(shù)與α相關(guān)，α=0o時(shí)，cosφ=1。

8）晶閘管承受的最大反向電壓是相電壓峰值的承受的最大正向電壓是

(2-19)(2-20)(2-21)本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第38頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分2.1.5單相橋式全控整流電路（阻-感性負(fù)載）

1、電路結(jié)構(gòu)

電感的感應(yīng)電勢(shì)使輸出電壓波形出現(xiàn)負(fù)波。輸出電流是近似平直的，晶閘管和變壓器副邊的電流為矩形波。圖2-10(id)id=iT1.4+iT2.3=Ud/R=Id本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第39頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

2、工作原理1）在u2正半波的（0~α）區(qū)間：晶閘管VT1、VT4承受正壓，但無(wú)觸發(fā)脈沖，處于關(guān)斷狀態(tài)。假設(shè)電路已工作在穩(wěn)定狀態(tài)，則在0～α區(qū)間由于電感釋放能量，晶閘管VT2、VT3維持導(dǎo)通。2）在u2正半波的ωt=α?xí)r刻及以后：在ωt=α處觸發(fā)晶閘管VT1、VT4使其導(dǎo)通，電流沿a→VT1→L→R→VT4→b→Tr的二次繞組→a流通，此時(shí)負(fù)載上有輸出電壓（ud=u2）和電流。電源電壓反向加到晶閘管VT2、VT3上，使其承受反壓而處于關(guān)斷狀態(tài)。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第40頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

3）在u2負(fù)半波的（π~π+α）區(qū)間：當(dāng)ωt=π時(shí)，電源電壓自然過(guò)零，感應(yīng)電勢(shì)使晶閘管VT1、VT4繼續(xù)導(dǎo)通。在電壓負(fù)半波，晶閘管VT2、VT3承受正壓，因無(wú)觸發(fā)脈沖，VT2、VT3處于關(guān)斷狀態(tài)。4）在u2負(fù)半波的ωt=π+α?xí)r刻及以后：在ωt=π+α處觸發(fā)晶閘管VT2、VT3使其導(dǎo)通，電流沿b→VT3→L→R→VT2→a→Tr的二次繞組→b流通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負(fù)載上，負(fù)載上有輸出電壓（ud=-u2）和電流。此時(shí)電源電壓反向加到VT1、VT4上，使其承受反壓而變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。晶閘管VT2、VT3一直要導(dǎo)通到下一周期ωt=2π+α處再次觸發(fā)晶閘管VT1、VT4為止。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第41頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第42頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

3、基本數(shù)量關(guān)系1）輸出電壓平均值Ud2）輸出電流平均值Id

(2-22)(2-23)本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第43頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分3）晶閘管的電流平均值IdT由于晶閘管輪流導(dǎo)電，所以流過(guò)每個(gè)晶閘管的平均電流只有負(fù)載上平均電流的一半。

4）晶閘管的電流有效值IT

與通態(tài)平均電流

IT(AV)

(2-24)本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第44頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分5）變壓器副邊電流I2

6）晶閘管承受的最大正反向電壓UTM=

4、波形本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第45頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

圖2-11本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第46頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

圖2-11本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第47頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分從波形可以看出α＞90o輸出電壓波形正負(fù)面積相同，平均值為零，所以移相范圍是0～90o。控制角α在0～90o之間變化時(shí)，晶閘管導(dǎo)通角θ≡π，導(dǎo)通角θ與控制角α無(wú)關(guān)。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第48頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分2.1.6單相橋式全控整流電路（反電勢(shì)負(fù)載）

1、電阻性反電勢(shì)負(fù)載的情況當(dāng)整流電壓的瞬時(shí)值ud小于反電勢(shì)E時(shí)，晶閘管承受反壓而關(guān)斷，這使得晶閘管導(dǎo)通角減小。晶閘管導(dǎo)通時(shí)，ud=u2，

晶閘管關(guān)斷時(shí)，ud=E。與電阻負(fù)載相比晶閘管提前了電角度δ停止導(dǎo)電，δ稱(chēng)作停止導(dǎo)電角。

(2-25)本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第49頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分若α<δ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。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)晶閘管開(kāi)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，即α=δ。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第50頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

2、阻-感性反電勢(shì)負(fù)載的情況若負(fù)載為直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，此時(shí)負(fù)載性質(zhì)為反電動(dòng)勢(shì)電感性負(fù)載，電感不足夠大，輸出電流波形仍然斷續(xù)。在負(fù)載回路串接平波電抗器可以減小電流脈動(dòng)，如果電感足夠大，電流就能連續(xù)，在這種條件下其工作情況與電感性負(fù)載相同。單相全控橋式整流器主要適用于4kW左右的應(yīng)用場(chǎng)合，與單相半波可控整流器相比，整流電壓脈動(dòng)減小，每周期脈動(dòng)兩次。變壓器二次側(cè)流過(guò)正反兩個(gè)方向的電流，不存在直流磁化，利用率高。

本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第51頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分2.1.7單相橋式半控整流電路（阻-感性負(fù)載、不帶續(xù)流二極管）

單相橋式全控整流電路中，每個(gè)工作區(qū)間有兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通，每個(gè)導(dǎo)電回路由兩個(gè)晶閘管同時(shí)控制。實(shí)際上，對(duì)單個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，只需一個(gè)晶閘管就可以了。為此，在每個(gè)導(dǎo)電回路中，一個(gè)仍用晶閘管進(jìn)行控制，另一個(gè)則用大功率整流二極管代替，從而簡(jiǎn)化了整個(gè)電路。把全控橋中的晶閘管VT2，VT4換成二極管VD2，VD4即成為單相橋式半控整流電路。電阻性負(fù)載時(shí)的有關(guān)波形如圖2-13.本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第52頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

圖2-13本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第53頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

圖2-13本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第54頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

1、單相橋式半控整流電路結(jié)構(gòu)（阻感性負(fù)載、不帶續(xù)流二極管）在單相橋式全控整流電路中，每個(gè)工作區(qū)間有兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通，每個(gè)導(dǎo)電回路由兩個(gè)晶閘管同時(shí)控制。實(shí)際上，對(duì)單個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，只需一個(gè)晶閘管就可以了。為此，在每個(gè)導(dǎo)電回路中，一個(gè)仍用晶閘管進(jìn)行控制，另一個(gè)則用大功率整流二極管代替，從而簡(jiǎn)化了整個(gè)電路。把全控橋中的晶閘管VT2，VT4換成二極管VD2，VD4即成為單相橋式半控整流電路，如下圖a所示。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第55頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分單相橋式半控整流電路帶大電感負(fù)載時(shí)的電路原理圖和電壓、電流波形

圖2-14本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第56頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第57頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分3、電路波形本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第58頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

圖2-15本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第59頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

圖2-15本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第60頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

2.1.8、單相橋式半控整流電路（帶續(xù)流二極管）（1）電路結(jié)構(gòu)和工作原理單相橋式半控整流電路（帶續(xù)流二極管）的電路和電壓、電流波形如下圖所示。圖2-16本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第61頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分接上續(xù)流二極管后，當(dāng)電源電壓降到零時(shí)，負(fù)載電流經(jīng)續(xù)流二極管續(xù)流，使橋路直流輸出端只有1V左右的壓降，迫使晶閘管與二極管串聯(lián)電路中的電流減小到維持電流以下，使晶閘管關(guān)斷，這樣就不會(huì)出現(xiàn)失控現(xiàn)象了本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第62頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分改進(jìn)接法如下圖a所示，相當(dāng)于把全控橋中的VT3和VT4換成二極管VD3和VD4，這樣可省去續(xù)流二極管，續(xù)流由VD3和VD4實(shí)現(xiàn)。即使不外接續(xù)流二極管，電路也不會(huì)出現(xiàn)失控現(xiàn)象。但兩個(gè)晶閘管陰極電位不同，VT1和VT2觸發(fā)電路要隔離。這種電路的電流和電壓波形如下圖b所示。圖2-17本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第63頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分2.2三相半波可控整流電路

3.2.1三相半波可控整流電路（電阻性負(fù)載）

1、電路結(jié)構(gòu)為得到零線，變壓器二次繞組為星形。為給三次諧波提供通路，變壓器一次繞組接成三角形。三個(gè)晶閘管的陰極連在一起，為共陰極接法。

本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第64頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分圖2-18本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第65頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分2、工作原理

（1）在ωt1～ωt2區(qū)間有uu＞uv、uu＞uw，u相電壓最高，VT1承受正壓。在ωt1時(shí)刻觸發(fā)VT1使其導(dǎo)通，導(dǎo)通角θ＝120o，輸出電壓ud＝uu。其它兩個(gè)晶閘管承受反壓而不導(dǎo)通。VT1的電流iT1與變壓器二次側(cè)u相電流波形相同，大小相等。（2）在ωt2～ωt3區(qū)間有uv＞uu

，v相電壓最高，VT2承受正壓。在ωt2時(shí)刻觸發(fā)VT2使其導(dǎo)通，ud＝uv。VT1兩端電壓uT1=uu-uv=uuv<0，晶閘管VT1承受反壓關(guān)斷。在ωt2時(shí)刻發(fā)生的由一相晶閘管導(dǎo)通轉(zhuǎn)換為另一相晶閘管導(dǎo)通的過(guò)程稱(chēng)為換流。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第66頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分（3）在ωt3～ωt4區(qū)間有uw

＞uv，w相電壓最高，VT3承受正壓。在ωt3時(shí)刻觸發(fā)VT3使其導(dǎo)通，ud＝uw。VT2兩端電壓uT2=uv-uw=uvw<0，晶閘管VT2承受反壓關(guān)斷。在VT3導(dǎo)通期間VT1兩端電壓uT1=uu-uw=uuw<0。這樣在一個(gè)周期內(nèi)，VT1只導(dǎo)通120度，在其余240度時(shí)間承受反壓而處于關(guān)斷狀態(tài)。

3、電路波形1）理論波形本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第67頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分電阻性負(fù)載α=30o時(shí)的輸出電流、電壓波形α=30o是輸出電壓、電流連續(xù)和斷續(xù)的臨界點(diǎn)。

圖2-19本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第68頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分電阻性負(fù)載α=60o時(shí)的輸出電流、電壓波形圖2-19本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第69頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分顯然，α=150o時(shí)輸出電壓為零，所以三相半波整流電路電阻性負(fù)載的移相范圍是0o～150o。從波形可看出：晶閘管承受的最大正壓是變壓器二次相電壓的峰值，UFM=U2；晶閘管承受的最大反壓是二次線電壓的峰值，URM=×U2=U2。在選擇晶閘管的額定電壓時(shí)，應(yīng)考慮到承受最大反向電壓的峰值情況。

2）仿真和實(shí)驗(yàn)波形本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第70頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

圖2-20本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第71頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

圖2-20p87本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第72頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分任一時(shí)刻，只有承受最高壓的晶閘管才能導(dǎo)通，輸出電壓ud是相電壓波形的一部分，每周期脈動(dòng)三次，是三相電源相電壓正半波完整的包絡(luò)線，輸出電流id與電壓ud波形相同、相位相同。從圖中還可看出：電阻性負(fù)載α=0o時(shí)，VT1在VT2、VT3導(dǎo)通時(shí)僅受反壓，隨著α的增加，晶閘管承受正向電壓增加，其它兩個(gè)晶閘管承受的電壓波形相同，僅相位依次相差120o。增大α，則整流電壓相應(yīng)減小。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第73頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

4、數(shù)量關(guān)系（1）輸出電壓平均值Ud

α=30o是ud波形連續(xù)和斷續(xù)的分界點(diǎn)。計(jì)算輸出電壓平均值Ud時(shí)應(yīng)分兩種情況進(jìn)行。1）α≤30o時(shí)

2）α＞30o時(shí)

(2-30)(2-31)本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第74頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分（2）輸出電流平均值Id（3）晶閘管電流平均值IdT（4）晶閘管電流有效值IT=I2P881)α≤30o時(shí)

2)α＞30o時(shí)

(2-32)(2-33)(2-34)(2-35)本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第75頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分5、電路（電阻性負(fù)載）特點(diǎn)（1）α=0o時(shí)，整流電壓最大；增大α?xí)r，波形的面積減小，即整流電壓減?。划?dāng)α=150o時(shí)，整流電壓為零。電阻性負(fù)載控制角α的移相范圍為150o。（2）當(dāng)α≤30o時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)，每個(gè)晶閘管在一個(gè)周期中持續(xù)導(dǎo)通；當(dāng)α＞30o時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管的導(dǎo)通角為（3）流過(guò)晶閘管的電流等于變壓器的副邊電流。（4）晶閘管承受的最大電壓（反向）是變壓器二次線電壓的峰值U2。承受的正向電壓是變壓器二次相電壓。（5）輸出整流電壓ud的脈動(dòng)頻率為3倍的電源頻率。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第76頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分2.2.2三相半波可控整流電路（阻-感性負(fù)載）

1、電路結(jié)構(gòu)P88三相半波可控整流電路（電感性負(fù)載）及波形（α=60度）

圖2-21本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第77頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分2、工作原理當(dāng)α≤30o時(shí)，相鄰兩相的換流是在原導(dǎo)通相的交流電壓過(guò)零變負(fù)之前，工作情況與電阻性負(fù)載同。由于負(fù)載電感的儲(chǔ)能作用，電流id波形近似平直，晶閘管中分別流過(guò)幅度Id、寬度120o的矩形波電流，導(dǎo)通角θ=120o。當(dāng)α＞30o時(shí)，假設(shè)α=60o，VT1已經(jīng)導(dǎo)通，在u相交流電壓過(guò)零變負(fù)后，由于未到VT2的觸發(fā)時(shí)刻，VT2未導(dǎo)通，在負(fù)載電感作用下VT1繼續(xù)導(dǎo)通，輸出電壓ud＜0，直到VT2

被觸發(fā)導(dǎo)通，VT1承受反壓而關(guān)斷，輸出電壓ud＝uv，然后重復(fù)u相的過(guò)程。當(dāng)α=90o時(shí)輸出電壓為零，三相半波整流電路阻感性負(fù)載（電流連續(xù)）的移相范圍是0o～90o。3、電路波形本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第78頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

圖2-22本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第79頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

圖2-22本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第80頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

4、數(shù)量關(guān)系1）輸出電壓平均值

由于ud波形連續(xù)，所以計(jì)算輸出電壓Ud時(shí)只需一個(gè)計(jì)算公式2）輸出電流平均值

(2-36)(2-37)本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第81頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

3）晶閘管電流平均值

4）晶閘管電流有效值（和變壓器二次電流有效值相等）

5）晶閘管承受的最大正反向電壓

=

(2-38)(2-39)(2-40)本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第82頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分2.2.3三相半波共陽(yáng)極可控整流電路把三只晶閘管的陽(yáng)極接成公共端連在一起就構(gòu)成了共陽(yáng)極接法的三相半波可控整流電路，由于陰極不同電位，要求三相的觸發(fā)電路必須彼此絕緣。由于晶閘管只有在陽(yáng)極電位高于陰極電位時(shí)才能導(dǎo)通，因此晶閘管只在相電壓負(fù)半周被觸發(fā)導(dǎo)通，換相總是換到陰極更負(fù)的那一相。下圖是共陽(yáng)極接法的三相半波可控整流電路和α=30o時(shí)的工作波形。

本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第83頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分三相半波可控整流電路共陽(yáng)極接法及波形

圖2-23P90本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第84頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分2.3三相全控橋式整流電路P91

2.3.1三相全控橋式整流電路（電阻性負(fù)載）

1、電路結(jié)構(gòu)

三相半波整流的變壓器存在直流磁化問(wèn)題，三相全控橋式整流電路可看作是三相半波共陰極接法(VT1，VT3，VT5)和三相半波共陽(yáng)極接法(VT4，VT6，VT2)的串聯(lián)組合。

圖2-24本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第85頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

2、工作原理（α=0o時(shí)）

一個(gè)周期內(nèi)，晶閘管的導(dǎo)通順序T1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6。將一周期相電壓分為六個(gè)區(qū)間(60o/區(qū)間)：1）在ωt1~ωt2區(qū)間：u相電壓最高，VT1觸發(fā)導(dǎo)通，v相電壓最低，VT6觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載輸出電壓ud＝uuv。2）在ωt2~ωt3區(qū)間：u相電壓最高，VT1觸發(fā)導(dǎo)通，w相電壓最低，VT2觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載輸出電壓ud＝uuw。3）在ωt3~ωt4區(qū)間：v相電壓最高，VT3觸發(fā)導(dǎo)通，w相電壓最低，VT2觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載輸出電壓ud＝uvw。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第86頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分4）在ωt4~ωt5區(qū)間：v相電壓最高，VT3觸發(fā)導(dǎo)通，u相電壓最低，VT4觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載輸出電壓ud＝uvu。5）在ωt5~ωt6區(qū)間：w相電壓最高，VT5觸發(fā)導(dǎo)通，u相電壓最低，VT4觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載輸出電壓ud＝uwu。6）在ωt6~ωt7區(qū)間：w相電壓最高，VT5觸發(fā)導(dǎo)通，v相電壓最低，VT6觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載輸出電壓ud＝uwv。3、電路波形

1）理論波形本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第87頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載α=60度時(shí)的波形

圖2-25本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第88頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載α=90度時(shí)的波形

圖2-25α本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第89頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

圖2-262）仿真與實(shí)驗(yàn)波形本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第90頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

圖2-26本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第91頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

4、基本數(shù)量關(guān)系P93α=60o是輸出電壓波形連續(xù)和斷續(xù)的分界點(diǎn)，輸出電壓平均值應(yīng)分兩種情況計(jì)算：1）α≤60oP93

2）α＞60o

(2-41)(2-42)本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第92頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

5、電路特點(diǎn)

1）任何時(shí)候共陰、共陽(yáng)極組各有一只元件同時(shí)導(dǎo)通才能形成電流通路。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，共陽(yáng)極組VT2、VT4、VT6，相位相差120o，同一相的晶閘管相位相差180o。每個(gè)晶閘管導(dǎo)通角120o；3）輸出電壓ud由六段線電壓組成，每周期脈動(dòng)六次，每周期脈動(dòng)頻率為300Hz。4）晶閘管承受的電壓波形與三相半波同，只與晶閘管導(dǎo)通情況有關(guān)，波形由3段組成：一段為零(忽略導(dǎo)通時(shí)的壓降)，兩段為線電壓。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。

本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第93頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

6）對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：要使電路正常工作，需保證應(yīng)同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖，常用的方法有兩種：一種是寬脈沖觸發(fā)，它要求觸發(fā)脈沖的寬度大于60o（一般為80o～100o），另一種是雙窄脈沖觸發(fā)，即觸發(fā)一個(gè)晶閘管時(shí)，向小一個(gè)序號(hào)的晶閘管補(bǔ)發(fā)脈沖。寬脈沖觸發(fā)要求觸發(fā)功率大，易使脈沖變壓器飽和，所以多采用雙窄脈沖觸發(fā)。

電阻性負(fù)載α≤60o時(shí)的ud波形連續(xù)，α＞60o時(shí)ud波形斷續(xù)。α=120o時(shí)，輸出電壓為零Ud=0，三相全控橋式整流電路電阻性負(fù)載移相范圍為0o～120o。晶閘管兩端承受的最大正反向電壓是變壓器二次線電壓的峰值

本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第94頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分2.3.2三相橋式全控整流電路（阻-感性負(fù)載）

1、工作情況和電路波形當(dāng)α≤60o時(shí)，電感性負(fù)載的工作情況與電阻負(fù)載相似，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都一樣；區(qū)別在于由于電感的作用，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)載電流的波形近似為一條水平線。α＞60o時(shí)，電感性負(fù)載時(shí)的工作情況與電阻負(fù)載不同，由于負(fù)載電感感應(yīng)電勢(shì)的作用，ud波形會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分。下圖是帶電感性負(fù)載α=90o時(shí)的波形，可看出，α=90o時(shí)，ud波形上下對(duì)稱(chēng)，平均值為零，因此帶電感性負(fù)載三相橋式全控整流電路的α角移相范圍為90度。

本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第95頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分三相橋式全控整流電路帶電感性負(fù)載α=0度時(shí)的波形

圖2-27理論波形本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第96頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分三相橋式整流電路帶電感性負(fù)載，

α=90度時(shí)的波形圖2-27本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第97頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

仿真和實(shí)驗(yàn)波形圖2-28本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第98頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

圖2-28本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第99頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

2、基本數(shù)量關(guān)系1）輸出電壓平均值由于ud波形是連續(xù)的，所以

2）輸出電流平均值

(2-44)(2-45)本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第100頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分3）晶閘管電流平均值

4）晶閘管電流有效值

5）晶閘管額定電流

6）變壓器二次電流有效值

(2-46)(2-47)(2-48)(2-49)本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第101頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分2.4三相橋式半控整流電路2.4.1三相橋式半控整流電路（電阻性負(fù)載）1、電路結(jié)構(gòu)在不要求可逆的電力拖動(dòng)中，可采用比三相全控橋式整流電路更簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的三相橋式半控整流電路，如下圖a所示，它由共陰極接法的三相半波可控整流電路與共陽(yáng)極接法的三相半波不可控整流電路串聯(lián)而成，因此這種電路兼有可控與不可控兩者的特性。共陽(yáng)極組的三個(gè)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；而共陰極組的三個(gè)晶閘管則要在觸發(fā)后才能換到陽(yáng)極電位高的那一相中去。輸出整流電壓的波形是二組整流電壓波形之和，改變共陰極組晶閘管的控制角α，可獲得的直流可調(diào)電壓ud。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第102頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

三相橋式半控整流電路及其電壓電流波形（a）電路圖（b）α=30度（c）α=60度（d）α=120度

圖2-293本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第103頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第104頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

3、電路波形本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第105頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第106頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分三相半控橋式整流電路與全控橋式整流電路比較如下(書(shū)上無(wú))1）三相全控橋式整流電路能工作于有源逆變狀態(tài)，而三相半控橋式整流電路只能作可控整流，不能工作于逆變狀態(tài)。2）三相全控橋式整流電路輸出電壓脈動(dòng)小，基波頻率為300Hz，比三相半控橋式整流電路高一倍(α＞60o時(shí))，在同樣的脈動(dòng)要求下，全控橋式整流電路要求平波電抗器的電感量可小些。3）三相半控橋式整流電路只用三個(gè)晶閘管，只需三套觸發(fā)電路，不需寬脈沖或雙脈沖觸發(fā)，線路簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，調(diào)整方便。4）三相全控橋式整流電路控制增益大、靈敏度高，其控制滯后時(shí)間(改變電路的控制角后，直流輸出電壓相應(yīng)變化的時(shí)間)為3.3ms，而三相半控橋式整流電路為6.6ms，因此三相全控橋式整流電路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)比半控橋式整流電路好。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第107頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分2.5變壓器漏抗對(duì)整流電路的影響

前面介紹的各種整流電路都是在理想工作狀態(tài)下的工作情況，即假設(shè)：1）變壓器的漏抗、繞組電阻和勵(lì)磁電流可忽略；2）晶閘管元件是理想的。但實(shí)際的交流供電電源總存在電源阻抗，如電源變壓器的漏電抗、導(dǎo)線電阻以及為了限制短路電流而加上的交流進(jìn)線電抗器等。由于電感電流不能突變，因此換相過(guò)程不能瞬時(shí)完成。

本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第108頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

1、換相過(guò)程與換相重疊角以三相半波可控整流電路為例來(lái)討論換相過(guò)程。假設(shè)三相漏抗相等，忽略交流側(cè)的電阻，負(fù)載電感足夠大，則負(fù)載電流連續(xù)且平直。以晶閘管從u相換到v相為例，VT1已導(dǎo)通。當(dāng)α=30°時(shí)觸發(fā)VT2，由于變壓器漏抗的作用，VT1不立即關(guān)斷，u相電流iu=Id-ik逐漸減小到零；VT2導(dǎo)通，iv=0逐漸增加到Id。換相過(guò)程中，兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，在

uvu電壓作用下產(chǎn)生短路電流ik，當(dāng)

iu=0，iv=Id時(shí)，u相和v相之間完成了換相。

本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第109頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分變壓器漏感對(duì)整流電路的影響

圖2-31LB變壓器漏感P101本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第110頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

2換相期間的整流電壓換相回路電壓平衡方程換相期間變壓器漏感LB兩端的電壓

換相期間輸出電壓（2-52）本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第111頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

3、換相壓降由波形可以看出：與不考慮變壓器漏抗的情況比較，整流電壓波形少了一塊陰影部分，缺少部分為：式中

XB—漏感為L(zhǎng)B的變壓器每相折算到二次側(cè)的漏電抗，

單相雙半波電路m=2，三相半波m=3，三相橋式電路m=6

本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第112頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分說(shuō)明：對(duì)于單相全控橋，換相壓降的計(jì)算上述通式不成立，因?yàn)閱蜗嗳貥螂m然每周期換相2次(m=2)，但換相過(guò)程中ik是從-Id增加到Id，所以上式)中的Id應(yīng)該帶入2Id，故對(duì)于單相全控橋有：

本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第113頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

4、換相重疊角γ對(duì)下式：兩邊積分，可得

顯然，當(dāng)α一定時(shí)，XB、Id增大，則γ增大，換流時(shí)間增大；XB

、Id一定時(shí)，γ隨α角的增大而減小。

本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第114頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

（1）與換相壓降的討論一樣，對(duì)單相全控橋有m=2，Id應(yīng)該帶入2Id，故有

（2）對(duì)三相橋式電路，m=6，三相橋式電路等效為相電壓為的六相半波整流電路，

變壓器漏感LB的存在可以限制短路電流，限制電流變化率di/dt

。但也會(huì)引起電網(wǎng)波形畸變，使du/dt加大，影響其他負(fù)載；會(huì)使功率因數(shù)降低，輸出電壓脈動(dòng)增大，降低電壓調(diào)整率。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第115頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分2.6.1、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路

1、單結(jié)晶體管

1）單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)、等效電路、圖形符號(hào)及外形2.6晶閘管相控電路的驅(qū)動(dòng)控制P101圖2-32本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第116頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分單結(jié)晶體管的原理結(jié)構(gòu)如圖（a）所示，圖中e為發(fā)射極，b1為第一基極，b2為第二基極。由圖可見(jiàn)，在一塊高電阻率的N型硅片上引出兩個(gè)基極b1和b2，兩個(gè)基極之間的電阻就是硅片本身的電阻，一般為2～12kΩ。在兩個(gè)基極之間靠近b1的地方用合金法或擴(kuò)散法摻入P型雜質(zhì)并引出電極，成為發(fā)射極e。它是一種特殊的半導(dǎo)體器件，有三個(gè)電極，只有一個(gè)PN結(jié)，因此稱(chēng)為“單結(jié)晶體管”，又因?yàn)楣茏佑袃蓚€(gè)基極，所以又稱(chēng)為“雙極二極管”。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第117頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

2）單結(jié)晶體管的伏安特性及主要參數(shù)a）單結(jié)晶體管的伏安特性當(dāng)兩基極b1和b2間加某一固定直流電壓時(shí)，發(fā)射極電流與發(fā)射極正向電壓Ue之間的關(guān)系曲線稱(chēng)為單結(jié)晶體管的伏安特性＝f（Ue），試驗(yàn)電路圖及特性如圖（a）所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，Ibb為零，加發(fā)射極電壓Ue時(shí)，得到如圖（b）①所示伏安特性曲線，該曲線與二極管伏安特性曲線相似。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第118頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

圖2-34本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第119頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

①截止區(qū)——aP段當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合，電壓Ubb通過(guò)單結(jié)晶體管等效電路中的Rbl和Rb2分壓，A點(diǎn)電位UA可表示為式中η為分壓比，是單結(jié)晶體管的主要參數(shù)，一般為0.3～0.9。當(dāng)Ue從零逐漸增加，但Ue<UA時(shí)，單結(jié)晶體管的PN結(jié)反向偏置，只有很小的反向漏電流。當(dāng)Ue增加到與UA相等時(shí)，

＝0，即圖中所示特性曲線與橫坐標(biāo)交點(diǎn)b處。進(jìn)一步增加Ue，PN結(jié)開(kāi)始正偏，出現(xiàn)正向漏電流，直到當(dāng)發(fā)射結(jié)電位Ue增加到高出ηUbb一個(gè)PN結(jié)正向壓降UD（即Ue＝UP＝ηUbb+UD）時(shí)，等效二極管VD導(dǎo)通，此時(shí)單結(jié)晶體管由截止?fàn)顟B(tài)進(jìn)入到導(dǎo)通狀態(tài)，該轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱(chēng)為峰點(diǎn)P。P點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓稱(chēng)為峰點(diǎn)電壓Up，所對(duì)應(yīng)的電流稱(chēng)為峰點(diǎn)電流IP。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第120頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分②負(fù)阻區(qū)——PV段當(dāng)Ue>Up時(shí)，等效二極管VD導(dǎo)通，增大，大量的空穴載流子從發(fā)射極注入A點(diǎn)到b1的硅片，使Rbl迅速減小，導(dǎo)致UA下降，因而Ue也下降。UA的下降，使PN結(jié)承受更大的正偏，引起更多的空穴載流子注入到硅片中，使Rbl進(jìn)一步減小，形成更大的發(fā)射極電流，這是一個(gè)強(qiáng)烈的正反饋過(guò)程。當(dāng)增大到一定程度，硅片中載流子的濃度趨于飽和，Rbl已減小至最小值，A點(diǎn)的分壓UA最小，因而Ue也最小，即曲線上的V點(diǎn)，V點(diǎn)稱(chēng)為谷點(diǎn)。谷點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓和電流稱(chēng)為谷點(diǎn)電壓Uv和谷點(diǎn)電流Iv。這一區(qū)間稱(chēng)為特性曲線的負(fù)阻區(qū)。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第121頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

③飽和區(qū)——VN段當(dāng)硅片中載流子飽和后，欲使繼續(xù)增大，必須增大電壓Ue，單結(jié)晶體管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)。改變Ubb，器件等效電路中的UA和特性曲線中Up也隨之改變，從而可獲得一族單結(jié)晶體管伏安特性曲線，如圖（c）所示。（b）單結(jié)晶體管的主要參數(shù)單結(jié)晶體管的主要參數(shù)有基極間電阻Rbb、分壓比η、峰點(diǎn)電流IP、谷點(diǎn)電壓UV、谷點(diǎn)電流IV及耗散功率等。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第122頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分2、單結(jié)晶體管張馳振蕩電路圖2-35本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第123頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分3、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路

圖2-36本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第124頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分（1）同步電路1）什么是同步觸發(fā)信號(hào)和電源電壓在頻率和相位上相互協(xié)調(diào)的關(guān)系叫同步。在單相半波可控整流電路中，觸發(fā)脈沖應(yīng)出現(xiàn)在電源電壓正半周范圍內(nèi)，而且每個(gè)周期的角相同，確保電路輸出波形不變，輸出電壓穩(wěn)定。2）同步電路組成同步電路由同步變壓器Ts、整流二極管VD、電阻R3及穩(wěn)壓管V1組成。同步變壓器一次側(cè)與晶閘管整流電路接在同一電源上，交流電壓經(jīng)同步變壓器降壓、單相半波整流后再經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓削波，形成一梯形波電壓，作為觸發(fā)電路的供電電壓。梯形波電壓零點(diǎn)與晶閘管陽(yáng)極電壓過(guò)零點(diǎn)一致，從而實(shí)現(xiàn)觸發(fā)電路與整流主電路的同步。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第125頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分3）波形分析①半波整流后脈動(dòng)電壓的波形（圖中“A”點(diǎn)）

（a）實(shí)測(cè)波形（b）理論波形半波整流后的電壓波形圖2-37本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第126頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分②削波后梯形電壓波形（圖中“B”點(diǎn)）

（a）實(shí)測(cè)波形（b）理論波形削波后的梯形電壓波形圖2-38本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第127頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分（2）脈沖移相與形成1）電路組成脈沖移相與形成電路實(shí)際上就是上述張馳振蕩電路。脈沖移相由電阻和電容C組成，脈沖形成由單結(jié)晶體管、溫度補(bǔ)償電阻R2、輸出電阻R1組成。改變張馳振蕩電路中電容C的充電電阻RP的阻值，就可以改變充電的時(shí)間常數(shù)，圖中用電位器RP來(lái)實(shí)現(xiàn)這一變化，例如：RP↑→τc↑→出現(xiàn)第一個(gè)脈沖的時(shí)間后移→α↑→Ud↓本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第128頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分2）波形分析①電容電壓的波形（圖中“C”點(diǎn)）

（a）實(shí)測(cè)波形（b）理論波形電容兩端電壓波形圖2-39本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第129頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分②輸出脈沖的波形（圖中“G”點(diǎn)）單結(jié)晶體管導(dǎo)通后，電容通過(guò)單結(jié)晶體管的eb1迅速向輸出電阻放電，在上得到很窄的尖脈沖。

（a）實(shí)測(cè)波形（b）理論波形圖2-40輸出波形圖2-40本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第130頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分（3）觸發(fā)電路各元件的選擇1）充電電阻RP的選擇2）電阻的選擇電阻用來(lái)補(bǔ)償溫度對(duì)UA的影響，通常在200~600Ω之間。3）輸出電阻R1的選擇輸出電阻R1的大小將影響輸出脈沖的寬度與幅值，如R1太小，放電太快，脈沖太窄，不易觸發(fā)晶閘管；如R1太大，在單結(jié)晶體管末導(dǎo)通時(shí)，電流Ie在R1上的壓降較大，可能造成晶閘管誤導(dǎo)通，通常取50~100Ω。4）電容C的選擇電容C的大小影響脈沖寬窄，通常取0.1~1μF。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第131頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第132頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分2.6.2、同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路圖2-41本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第133頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分1、脈沖形成與放大環(huán)節(jié)脈沖形成環(huán)節(jié)由V4、V5構(gòu)成；放大環(huán)節(jié)由V7、V8組成?？刂齐妷簎co加在V4基極上，觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器TP二次輸出。

本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第134頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分當(dāng)V4的基極電壓uco=0時(shí)，V4截止。電源+E1經(jīng)R11供給V5基極電流，使V5飽和導(dǎo)通。所以V5集電極電壓接近-E1，V7、V8處于截止?fàn)顟B(tài)，無(wú)脈沖輸出。電源+E1經(jīng)R9、V5的發(fā)射極到-E1對(duì)電容C3充電，充滿后電容端電壓接近2E1，極性如圖所示。當(dāng)uco≥0.7V時(shí)，V4導(dǎo)通。A點(diǎn)電位從+E1突降到1V，由于電容C3兩端電壓不能突變，所以V5基極電位也突降到-2E1，V5基射極反偏置，V5立即截止。它的集電極電壓由-E1迅速上升到鉗位電壓2.1V時(shí)，使得V7、V8導(dǎo)通，輸出觸發(fā)脈沖。同時(shí)電容C3由+E1經(jīng)R11、VD4、V4放電并反向充電，使V5基極電位逐漸上升。直到V5基極電位ub5>-E1，V5又重新導(dǎo)通。這時(shí)V5集電極電壓立即降到-E1，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，脈沖寬度由反向充電時(shí)間常數(shù)R11C3決定。

本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第135頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

2、鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)鋸齒波電壓形成電路由V1、V2、V3和C2等元件組成，其中V1、VS、RP2和R3為一恒流源電路。

本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第136頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分當(dāng)V2截止時(shí)，恒流源電流I1C對(duì)電容C2充電，所以C2兩端的電壓uC為uC按線性增長(zhǎng)，即ub3按線性增長(zhǎng)。調(diào)節(jié)電位器RP2，可以改變C2的恒定充電電流I1C。

當(dāng)V2導(dǎo)通時(shí)，因R4很小，所以C2迅速放電，使得ub3電位迅速降到零伏附近。當(dāng)V2周期性地導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)，ub3便形成一鋸齒波。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。V4基極電位由鋸齒波電壓、控制電壓uco、直流偏移電壓up三者疊加所定，它們分別通過(guò)電阻R6、R7、R8

與V4基極連接。

本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第137頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分根據(jù)疊加原理，先設(shè)uh為鋸齒波電壓ue3單獨(dú)作用在基極時(shí)的電壓，其值為

所以u(píng)h仍為鋸齒波，但斜率比ue3低。同理，直流偏移電壓up單獨(dú)作用在V4基極時(shí)的電壓為

控制電壓uco單獨(dú)作用在V4基極時(shí)的電壓為：

所以，仍為一條與up平行的直線，但絕對(duì)值比up?。蝗詾橐粭l與uco平行的直線，但絕對(duì)值比uco小。

本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第138頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分當(dāng)V4不導(dǎo)通時(shí)，V4的基極b4的波形由確定。當(dāng)b4點(diǎn)電壓等于0.7V后，V4導(dǎo)通。產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。改變uco便可以改變脈沖產(chǎn)生時(shí)刻，脈沖被移相。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。以三相全控橋?yàn)槔?，?dāng)接反電勢(shì)電感負(fù)載時(shí)，脈沖初始相位應(yīng)定在α=90度；當(dāng)uco=0時(shí)，調(diào)節(jié)up的大小使產(chǎn)生脈沖的M點(diǎn)對(duì)應(yīng)α=90度的位置。當(dāng)uco為0，α=90度，則輸出電壓為0；如uco為正值，M點(diǎn)就向前移，控制角α<90度，處于整流工作狀態(tài)；如uco為負(fù)值，M點(diǎn)就向后移，控制角α>90度，處于逆變狀態(tài)。

本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第139頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路的工作波形圖2-42本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第140頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

鋸齒波波形

波形圖2-42同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路的工作波形圖2-42本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第141頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分

3、同步環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié)是由同步變壓器TS、VD1、VD2、C1、R1和晶體管V2組成。同步變壓器和整流變壓器接在同一電源上，用同步變壓器的二次電壓來(lái)控制V2的通斷作用，這就保證了觸發(fā)脈沖與主電路電源同步。

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同步是指鋸齒波的頻率與主電路電源的頻率相同且相位關(guān)系確定。鋸齒波是由開(kāi)關(guān)管V2控制的，也就是由V2的基極電位決定的。同步電壓uTS經(jīng)二極管VD1加在V2的基極上。當(dāng)電壓波形在負(fù)半周的下降段時(shí)，因Q點(diǎn)為零電位，R點(diǎn)為負(fù)電位，VD1導(dǎo)通，電容C1被迅速充電。Q點(diǎn)電位與R點(diǎn)相近，故在這一階段V2基極為反向偏置，V2截止。在負(fù)半周的上升段，+E1電源通過(guò)R1給電容C1充電，其上升速度比uTS波形慢，故VD1截止，uQ為電容反向充電波形。當(dāng)Q點(diǎn)電位達(dá)1.4V時(shí)，V2導(dǎo)通，Q點(diǎn)電位被鉗位在1.4V。直到TS二次電壓的下一個(gè)負(fù)半周到來(lái)，VD1重新導(dǎo)通，C1放電后又被充電，V2截止。如此循環(huán)往復(fù)，在一個(gè)正弦波周期內(nèi)，包括截止與導(dǎo)通兩個(gè)狀態(tài)，對(duì)應(yīng)鋸齒波波形恰好是一個(gè)周期，與主電路電源頻率和相位完全同步，達(dá)到同步的目的。可以看出鋸齒波的寬度是由充電時(shí)間常數(shù)R1C1決定的。

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4、雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)觸發(fā)電路自身在一個(gè)周期內(nèi)可輸出兩個(gè)間隔60度的脈沖，稱(chēng)內(nèi)雙脈沖電路。而在觸發(fā)器外部通過(guò)脈沖變壓器的連接得到雙脈沖稱(chēng)為外雙脈沖。本觸發(fā)電路屬于內(nèi)雙脈沖電路。當(dāng)V5、V6都導(dǎo)通時(shí)，V7、V8截止，沒(méi)有脈沖輸出。只要V5、V6有一個(gè)截止，就會(huì)使V7、V8導(dǎo)通，有脈沖輸出。因此本電路可產(chǎn)生符合要求的雙脈沖。第一個(gè)脈沖由本相觸發(fā)單元的uco對(duì)應(yīng)的控制角α使V4由截止變導(dǎo)通造成V5瞬時(shí)截止，使得V8輸出脈沖。隔60度的第二個(gè)脈沖是由后一相觸發(fā)單元通過(guò)連接到引腳Y使本單元V6截止，使本觸發(fā)電路第二次輸出觸發(fā)脈沖。其中VD4和R17的作用主要是防止雙脈沖信號(hào)相互干擾。

本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第144頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分在三相橋式全控整流電路中，雙脈沖環(huán)節(jié)的可按下圖接線。六個(gè)觸發(fā)器的連接順序是：1Y-2X、2Y-3X、3Y-4X、4Y-5X、5Y-6X、6Y-1X。

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5、脈沖封鎖二極管VD5陰極接零電位或負(fù)電位，使V7、V8截止，可以實(shí)現(xiàn)脈沖封鎖。VD5用來(lái)防止接地端與負(fù)電源之間形成大電流通路。

6、強(qiáng)觸發(fā)環(huán)節(jié)36V交流電壓經(jīng)整流、濾波后得到50V直流電壓，經(jīng)R15對(duì)C6充電，B點(diǎn)電位為50V。當(dāng)V8導(dǎo)通時(shí)，C6經(jīng)脈沖變壓器一次側(cè)R16、V8迅速放電，形成脈沖尖峰，由于有R15的電阻，且電容C6的存儲(chǔ)能量有限，B點(diǎn)電位迅速下降。當(dāng)B點(diǎn)電位下降到14.3V時(shí)，VD15導(dǎo)通，B點(diǎn)電位被15V電源鉗位在14.3V，形成脈沖平臺(tái)。C5組成加速電路，用來(lái)提高觸發(fā)脈沖前沿陡度。本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第146頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分2.6.3集成觸發(fā)電路(簡(jiǎn)介)目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的集成觸發(fā)器有KJ系列和KC系列，國(guó)外生產(chǎn)的有TCA系列，下面簡(jiǎn)要介紹由KC系列的KC04移相觸發(fā)器和KC4lC六路雙脈沖形成器所組成的三相全控橋集成觸發(fā)器的工作原理。

本文檔共162頁(yè)；當(dāng)前第147頁(yè)；編輯于星期三\20點(diǎn)1分1、KC04移相觸發(fā)器

1）KC04移相觸發(fā)器的主要技術(shù)指標(biāo)電源電壓：DC±l5V，允許波動(dòng)±5%；電源電流：正電流≤l5mA，負(fù)電流≤8mA；移相范圍：≥(=30V，=l5KΩ)；脈沖寬度：400s～2ms；脈沖幅值：≥13V；最大輸出能力：100mA；

正負(fù)半周脈沖不均衡：≤土；環(huán)境溫度：-——。本文檔共162頁(yè)