三相整流上課用課件

1、 三相相控整流電路三相相控整流電路第一節(jié)三相半波相控整流電路第一節(jié)三相半波相控整流電路第二節(jié)三相橋式相控整流電路第二節(jié)三相橋式相控整流電路第三節(jié)整流電路的換相壓降、外特性和直流電動機的機械特性第三節(jié)整流電路的換相壓降、外特性和直流電動機的機械特性第五節(jié)晶第五節(jié)晶 閘閘 管管 相相 控控 觸觸 發(fā)發(fā) 電電 路路 第四節(jié)晶閘管的保護與容量擴展第四節(jié)晶閘管的保護與容量擴展第六節(jié)第六節(jié)觸發(fā)脈沖與主電路電壓的同步觸發(fā)脈沖與主電路電壓的同步脈沖變壓器與防誤觸發(fā)措施脈沖變壓器與防誤觸發(fā)措施一、三相半波（三相零式）不可控整流電路三相半波不可控整流電路第一節(jié)三第一節(jié)三 相相 半半 波波 相相 控控 整整 流流

2、電電 路路由三相變壓器供電，也可直接接到三相四線制交流電網(wǎng)，二次相電壓有效值為U2，線電壓為U21，其表達(dá)式為三只整流管的陰極連在一起接到負(fù)載端，稱為共陰接法，三個陽極分別接到變壓器二次側(cè)，變壓器為三角形星形聯(lián)結(jié)。直流平均電壓值為將三相半波整流輸出電壓ud波形用富氏級數(shù)展開可得 其中直流分量即為輸出電壓的平均值d，最低次的諧波為三次諧波分量，其幅值為 U2，其紋波因數(shù)為o183 遠(yuǎn)比單相小。 整流輸出電壓ud和管子二端電壓uD的波形在調(diào)試與維修時很有用，根據(jù)波形可判斷各元件的工作是否正常以及故障出在何處。二、三相半波相控整流電路將整流管換成晶閘管即為三相半波相控整流電路。（一）電阻負(fù)載（二）大

3、電感負(fù)載輸出直流電壓為輸出電流平均值為流過晶閘管的平均電流與有效電流分別為由于變壓器二次側(cè)流過晶閘管電流為120 o底寬的矩形波電流為：一次電流有效值I1為變壓器一次、二次功率分別為 由上述計算可見，變壓器一次電流與功率小于二次是由于二次電流存在直流分量的緣故。此時整流變壓器的功率用平均值S來衡量為了擴大移相范圍并使負(fù)載電流更平穩(wěn)，可在大電感負(fù)載兩端并接續(xù)流二極管。三、共陽接法三相半波相控整流電路在某些整流裝置中，考慮能共用一塊大散熱器與安裝方便采用共陽接法，缺點是要求三個管子的觸發(fā)電路的輸出端彼此絕緣。三相半波整流電路只需三只晶閘管，與單相整流相比，輸出電壓脈動小、輸出功率大、三相負(fù)載平衡。

4、第二節(jié)三第二節(jié)三 相相 橋橋 式式 相相 控控 整整 流流 電電 路路為了克服三相半波電路的缺點，利用共陰與共陽接法對于整流變壓器電流方向相反的特點，用一個變壓器同時對共陰與共陽兩組整流電路供電。一、三相橋式全控整流電路所以三相橋式電路實質(zhì)上是三相半波共陰與共陽極組的串聯(lián)。 a為三相橋式全控整流電路，變壓器采用D y接線，負(fù)載串聯(lián)大電感，b為o時的管子導(dǎo)通情況與波形。三相橋式全控整流電路對觸發(fā)脈沖有特定要求。為了使六個晶閘管的觸發(fā)導(dǎo)通順序符合自然順序，在三相電源正序情況下，編號為VT1、VT4管分別接A相(A相可任意指定但相序不能反)，VT3、VT6接B相，V T5、 V T2接 C 相 ，

5、這 樣 觸 發(fā) 脈 沖 與 管 子 導(dǎo) 通 的 順 序 為123456，間隔為60o。 為了保證電路能啟動工作和電流斷續(xù)后能再觸發(fā)導(dǎo)通，必須給對應(yīng)導(dǎo)通的兩個晶閘管同時加上觸發(fā)脈沖。為此可采用兩種觸發(fā)形式。一種是寬脈沖觸發(fā)，每一個脈沖的寬度大于60o通常取90o，使換相后脈沖出現(xiàn)時前脈沖還未消失，以保證換相點均有相鄰兩個管子被觸發(fā)。當(dāng)電路控制角（0o ，60o，90o ）時輸出電壓波形二、三相橋式半控整流電路三個共陽連接的整流管總在三相相電壓波形負(fù)半周的自然換流點換流。使電流換到陰極電位更低的一相中去；而三個晶閘管則在脈沖觸發(fā)點才能換流到陽極電位更高的一相中去。為使電路能起到續(xù)流效果，要選用正向

6、壓降小的續(xù)流管，整流橋輸出端與續(xù)流管之間的連線應(yīng)短而粗，最好選擇維持電流較大的晶閘管。第三節(jié)整流電路的換相壓降、外特性和直流電動機的機械特性第三節(jié)整流電路的換相壓降、外特性和直流電動機的機械特性圖a）由于LB的存在，使得晶閘管的換流不能瞬時完成，在換相過程中會出現(xiàn)兩條電路同時導(dǎo)電的所謂重疊導(dǎo)通現(xiàn)象。一、換相期間的輸出電壓換流期間輸出直流電壓為 由圖可見此值為 式中的XB為變壓器每相折算到二次側(cè)的漏抗，此值可根據(jù)變壓器的銘牌數(shù)值求得，U2e，I2e為變壓器二次額定電壓電流，Ud1為變壓器短路電壓比，一般為512。 二、相控整流電路的外特性 相控整流電路對直流負(fù)載來說是一個帶內(nèi)阻的可變直流電源。直

7、流輸出電壓為式中，d0cos為空載直流輸出電壓；i為整流橋內(nèi)阻；三相半波電路電流只流過一個管子n取1，三相橋式n取2。三、晶閘管相控整流電路供電的直流電動機機械特性晶閘管相控整流電路供電的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)，具有起動性能好、調(diào)速范圍寬、動態(tài)和靜態(tài)性能好等優(yōu)點。此類調(diào)整裝置應(yīng)特別注意以下兩個特殊問題：晶閘管電路輸出的直流電壓是脈動的，如主電路平波電感量不夠大或電動機輕載或空載時均會出現(xiàn)電流不連續(xù)，而電流連續(xù)與不連續(xù)時電動機的機械特性差別很大。由于晶閘管的單向?qū)щ娞匦?，整流裝置的輸出電流不能反向，因此當(dāng)電機需要可逆運轉(zhuǎn)時，必須用開關(guān)切換電機電樞成勵磁，要求高的需增添另一套反向整流裝置。（一）電流連

8、續(xù)時直流電動機的機械特性（二）電流斷續(xù)時直流電動機的機械特性 1）機械特性變軟，即電動機軸上負(fù)載轉(zhuǎn)矩很小的變化能引起轉(zhuǎn)速很大的變化。 晶閘管并聯(lián)運行時，要采取適當(dāng)?shù)木鶋捍胧?，以保證其安全正常工作。 三相半波可控整流電路中，如果三個晶閘管采用同一組觸發(fā)裝置，則的移相范圍只有120。 有一可控整流電路，接上電阻性負(fù)載時能正常工作，接上感性負(fù)載后電路沒有輸出電壓，這是由于晶閘管的觸發(fā)電壓寬度不夠。2）理想空載轉(zhuǎn)速no升高。no是指電動機電流Id為零時的轉(zhuǎn)速。（三）臨界電流IdK與平波電抗的選擇 機械特性上斷續(xù)與連續(xù)交界點的電流值稱臨界電流，用IdK表示圖中弧形虛線即為臨界線。第四節(jié)晶閘管的保護與容量

9、擴展第四節(jié)晶閘管的保護與容量擴展由于晶閘管的擊穿電壓接近工作電壓，熱容量小，承受過電壓與過電流的能力很差，短時間的過電壓、過電流都可能造成晶閘管的損壞。 一、過電壓保護根據(jù)產(chǎn)生的原因過電壓可分兩類：開、關(guān)過電壓與雷擊干擾過電壓。研究過電壓保護主要是了解過電壓產(chǎn)生的原因與特性，采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo措施，使電路開關(guān)時出現(xiàn)的過電壓限制在晶閘管額定電壓范圍內(nèi)，使浪涌干擾過電壓限制在晶閘管斷態(tài)正反向不重復(fù)峰值電壓UDSM、URSM值以下，保證裝置正常工作。 （一）晶閘管關(guān)斷過電壓及其保護這個電動勢與外電壓串聯(lián)，反向加在已恢復(fù)阻斷的晶閘管上，此過電壓值可達(dá)工作峰值電壓的56倍。對于這種尖峰狀的瞬時過電壓，常用的

10、方法是晶閘管兩端并接電容，利用電容電壓不能突變的特性吸收尖峰過電壓，把它限制在允許范圍內(nèi)。阻容參數(shù)（二）交流側(cè)過電壓及其保護 交流側(cè)電路在接通、斷開時會出現(xiàn)過電壓，通常發(fā)生在下列幾種情況：由高壓電源供電或電壓比很大的變壓器供電，在一次側(cè)合閘瞬間，由于一、二次繞組之間存在分布電容使高壓耦合到低壓出現(xiàn)過電壓。解決辦法是在單相變壓器二次側(cè)或三相變壓器二次側(cè)星形中點與地之間并聯(lián)o5F左右電容，也可在變壓器一、二次繞組間加屏蔽層。與整流裝置并聯(lián)的其它負(fù)載或裝置直流側(cè)斷開時，因電源回路電感產(chǎn)生感應(yīng)電動勢造成過電壓。整流變壓器空載且電源電壓過零時一次側(cè)斷電，因變壓器勵磁電流突變導(dǎo)致二次側(cè)感應(yīng)瞬時過電壓。一般

11、來說，開關(guān)速度越快過電壓越高。 帶平衡電抗器三相雙反星形可控整流電路中，每只晶閘管中流過的平均電流是負(fù)載電流的1/6。 晶閘管的正向阻斷峰值電壓，即在門極斷開和正向阻斷條件下，可以重復(fù)加于晶閘管的正向峰值電壓，其值低于轉(zhuǎn)折電壓。 直流斬波器可以把直流電源的固定電壓變?yōu)榭烧{(diào)的直流電壓輸出。 常用的脈沖輸出方式一般有直接輸出和脈沖變壓器輸出。 晶閘管觸發(fā)電路的脈沖前沿要陡，前沿上升時間不超過10s。（三）過電壓保護器件對于電網(wǎng)遭受雷擊或從電網(wǎng)侵入的干擾過電壓稱為偶發(fā)性浪涌電壓，要求高的場合通常采用閥型避雷器。目前已大量采用壓敏電阻等非線性元件，它是以氧化鋅為基體的金屬氧化物，有兩個電極，極間充填有

12、氧化鉍等晶粒。正常電壓時晶粒呈高阻態(tài)僅有100A左右的漏電流，過電壓時引起電子雪崩呈低阻使電流迅速增大吸收過電壓。壓敏電阻具有伏安特性。主要參數(shù)為：漏電流為m時的額定電壓值e亦稱1mA ，殘壓比為放電電流達(dá)規(guī)定值IY時的電壓UY與1mA之比。允許通流容量為規(guī)定脈沖波形下允許通過的最大沖擊電流。TVS具有單向與雙向保護兩種形式，接線形式與壓敏電阻相同，有時產(chǎn)品用穩(wěn)壓管符號來表示。二、過電流保護晶閘管裝置可能采用的幾種過電流保護措施1）串接交流進線電抗或采用漏抗大的整流變壓器，利用電抗限制短路電流。2）電流檢測和過流繼電器3）直流快速開關(guān)4）快速熔斷器變流裝置中大多采用幾種過電流保護，各種保護必須

13、選配調(diào)整恰當(dāng)，快熔作為最后保護措施，非不得已希望不要熔斷。三、電壓及電流上升率的限制（一）電壓上升率dudt的限制晶閘管阻斷時，其陽陰極之間相當(dāng)一個結(jié)電容，當(dāng)突加正向陽極電壓時會產(chǎn)生充電電流，此電流流過門極相當(dāng)于觸發(fā)電流可能導(dǎo)致晶閘管誤導(dǎo)通。因此對管子的最大正向電壓上升率必須加以限制，如100A以上的KP型晶閘管允許斷態(tài)電壓臨界dudt值為100Vs。在有整流變壓器的裝置中，由于變壓器漏感與管子兩端阻容吸收電路的作用，加到管子的dudt值不會太大，在無整流變壓器時可串入交流進線電抗，也可在每整流橋臂串入橋臂電感(2030)或在橋臂上套入12個鐵淦氧磁環(huán)。（二）電流上升率（didt）的限制晶閘管

14、開通時，如陽極電流上升太快，使電流來不及擴展到整個管子的PN結(jié)面，造成門極附近因電流密度過大而燒毀，故必須限定晶閘管的通態(tài)電流臨界didt值，如KP100管子其值為50A s。四、晶閘管的容量擴展（1）晶閘管串聯(lián)并接均壓電阻j是防止靜態(tài)不均壓的有效方法，圖b為均壓電阻連接，j值按下式選取均壓電阻功率可按下式估算式中 Um器件承受正反向峰值電壓； n串聯(lián)器件數(shù)； KRj系數(shù)，單相為025，三相為045，直流為1。由于晶閘管兩端的阻容吸收電路在串聯(lián)時可起動態(tài)均壓作用，故不必再另接電阻電容。（2）晶閘管并聯(lián)器件并聯(lián)，若一個管子先導(dǎo)通且管壓降較低時，可能導(dǎo)致其它并聯(lián)管子不能觸發(fā)導(dǎo)通，使先導(dǎo)通的管子承擔(dān)

15、全部電流而燒毀。因此必須采用強觸發(fā)，提高觸發(fā)脈沖前沿以縮短管子開通時間，達(dá)到盡量保持導(dǎo)通一致。因此，非不得已最好不采用管子并聯(lián)的做法。第五節(jié)晶第五節(jié)晶 閘閘 管管 相相 控控 觸觸 發(fā)發(fā) 電電 路路 一、同步電壓為正弦波的觸發(fā)電路根據(jù)信號疊加的方式可分為串聯(lián)疊加與并聯(lián)疊加。串聯(lián)疊加是各信號串聯(lián)為電壓相加進行控制。并聯(lián)疊加控制是各控制信號并聯(lián)為電流疊加，為了減小各信號間的相互影響，要求各信號提供電流呈恒流特性。因此并聯(lián)疊加可變換成串聯(lián)電壓疊加，但并聯(lián)疊加各控制信號可有公共接點，由于各信號串入大電阻，信號間相互影響小。因此調(diào)節(jié)（R4）即可調(diào)節(jié)脈寬，通常在三相全控電路中脈寬調(diào)至90o，各點波形如 ：

16、由上述觸發(fā)電路送出的觸發(fā)脈沖只能在正弦波同步電壓單調(diào)上升段范圍內(nèi)移相，為了保證在晶閘管需要的時刻收到觸發(fā)脈沖而導(dǎo)通，觸發(fā)電路引入的同步電壓必須與被觸發(fā)晶閘管的陽極電壓之間保持嚴(yán)格的相位關(guān)系。由此可見，對于NPN晶體管組成的正弦波同步觸發(fā)電路，要求電路工作在整流與有源逆變兩種狀態(tài)時，每只晶閘管觸發(fā)電路的同步電壓US，滯后被觸發(fā)晶閘管的陽極電壓120o，晶閘管VTl到VT2依次相差60o，對應(yīng)觸發(fā)電路的同步電壓也依次相差60o，總之必須一一對應(yīng)，這樣才能保證六個晶閘管的控制角一致。 同步電壓與晶閘管陽極電壓之間要求的特定相位關(guān)系，可通過同步變壓器的不同連接來實現(xiàn)。正弦波同步觸發(fā)電路的優(yōu)點是整流輸出

17、電壓與控制電壓成正比關(guān)系即dc，電路可看成一個線性放大器。該觸發(fā)電路還能部分補償交流電壓波動對直流電壓的影響。可增設(shè)最小控制角min與最小逆變角min限制信號U1和U1，電路和合成波形。 二、同步電壓為鋸齒波的觸發(fā)電路1鋸齒波形成、同步移相環(huán)節(jié)電路各點的波形：2脈沖形成放大環(huán)節(jié)3其它環(huán)節(jié)（1）強觸發(fā) 晶閘管采用強觸發(fā)可縮短開通時間，提高管子承受電流上升率的能力，有利于改善串并聯(lián)元件的動態(tài)均壓與均流，增加觸發(fā)的可靠性。因此在大中容量系統(tǒng)的觸發(fā)電路都帶有強觸發(fā)環(huán)節(jié)。（2）雙脈沖形成 對于三相全控橋整流電路觸發(fā)必須采用寬脈沖或雙窄脈沖，本電路采用內(nèi)雙脈沖，由V5、V6管構(gòu)成一個“或”門，不論哪個管子

18、截止，電路即輸出觸發(fā)脈沖。為了得到雙脈沖，六個觸發(fā)電路的x、Y端可按圖方式連接。需要特別注意：使用這種觸發(fā)電路的晶閘管裝置，要求三相電源有確定的相序。在新裝置安裝使用時，必須先測定電源的相序，按照裝置要求正確連接，才能正常使用。（3）脈沖封鎖 在事故情況下或在可逆邏輯無環(huán)流系統(tǒng)，要求一組晶閘管橋路工作，另一組橋路封鎖，這時可將脈沖封鎖引出端接零電位或負(fù)電位，晶體管V7、V8就無法導(dǎo)通觸發(fā)脈沖無法輸出。三、集成觸發(fā)器和數(shù)字式移相觸發(fā)電力電子器件及其門控電路的集成化和模塊化是電力電子技術(shù)的發(fā)展方向，其優(yōu)點是體積小，功耗低，調(diào)試接線方便、性能穩(wěn)定可靠。（一）KC04移相集成觸發(fā)器引出管腳順序由缺口開

19、始，按逆時針方向排列。它與分立元件組成的鋸齒波同步觸發(fā)電路一樣，由同步信號、鋸齒波產(chǎn)生、移相控制、脈沖形成和整形放大輸出等環(huán)節(jié)組成。KC04移相觸發(fā)器主要用于單相或三相全控橋式裝置，其主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下： 電源電壓：DC15V允許波動5電源電流：正電流15mA，負(fù)電流8mA移相范圍：170o (同步電壓30V，R415k)脈沖寬度：400s2ms 脈沖幅值：13V最大輸出能力：100mA正負(fù)半周脈沖相位不均衡范圍：3o環(huán)境溫度：1070 （二）KC41C六路雙脈沖形成器KC41C與三塊KC04(KC09)可組成三相全控橋雙脈沖觸發(fā)電路，內(nèi)部電路與外部接線。由三塊KC04、一塊KC41C可組成觸發(fā)

20、組件，用于三相橋式全控變流器的觸發(fā)。 （三）數(shù)字式移相觸發(fā)器數(shù)字式移相觸發(fā)電路的工作原理框圖利用專用芯片進行直接數(shù)字控制已較普遍采用，其控制靈活便于實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化，構(gòu)成的數(shù)字移相觸發(fā)器其三相對稱精度可達(dá)75o15o。第六節(jié)第六節(jié)觸發(fā)脈沖與主電路電壓的同步觸發(fā)脈沖與主電路電壓的同步脈沖變壓器與防誤觸發(fā)措施脈沖變壓器與防誤觸發(fā)措施一、同步的概念觸發(fā)脈沖必須在管子陽極電壓為正時的某一區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)，晶閘管才能被觸發(fā)導(dǎo)通。 正確選擇同步信號電壓相位以及得到不同相位同步電壓的方法，稱為晶閘管電路的同步或定相。三相橋式全控整流電路來說明：當(dāng)脈沖移相范圍要求較小時，如正弦波移相電路為了避免同步電壓頂部過于

21、平坦，交點不明確導(dǎo)致電壓不穩(wěn)定，可選擇線性較好的工作段，將同步信號電壓USB前移30o。 二、實現(xiàn)同步的方法 晶閘管整流裝置是通過三相同步變壓器不同連接方式或配合阻容濾波產(chǎn)生的移相效應(yīng)，得到要求相位的同步電壓。三相變壓器繞組可接成星形或三角形。三相同步變壓器12種接法與鐘點表示： 晶閘管整流電路中“同步”的概念是指觸發(fā)脈沖與主電路電源電壓頻率和相位上具有相互協(xié)調(diào)配合的關(guān)系。 單相半控橋整流電路的兩只晶閘管的觸發(fā)脈沖依次應(yīng)相差180。 晶閘管觸發(fā)電路中，若改變控制電壓的大小，則輸出脈沖產(chǎn)生相位移動，達(dá)到移相控制的目的。 三相半波可控整流電路帶電阻負(fù)載時，其觸發(fā)延遲角的移相范圍是0-150。 三相

22、半波可控整流電路帶電阻負(fù)載時，若觸發(fā)脈沖加于自然換相點之前，則輸出電壓將出現(xiàn)缺相現(xiàn)象。實現(xiàn)同步的具體步驟如下： 1）根據(jù)不同觸發(fā)電路與脈沖移相范圍的要求，確定同步信號電壓US與對應(yīng)晶閘管陽極電壓之間的相位關(guān)系。 2）根據(jù)整流變壓器TR的接法與鐘點數(shù)，以電網(wǎng)某線電壓作參考矢量，畫出整流變壓器二次側(cè)也就是晶閘管陽極電壓的矢量位置，再根據(jù)步驟）確定的US與晶閘管陽極電壓的相位關(guān)系，畫出對應(yīng)的同步相電壓與線電壓矢量。3）根據(jù)同步變壓器一次、二次線電壓位置，定出同步變壓器TS的鐘點數(shù)與接法。 三、脈沖變壓器觸發(fā)電路常通過脈沖變壓器輸出觸發(fā)脈沖。脈沖變壓器有以下作用：阻抗匹配，降低脈沖電壓增大輸出電流，更

23、好觸發(fā)晶閘管；可改變脈沖正負(fù)極性或同時送出兩組獨立脈沖；將觸發(fā)電路與主電路在電氣上隔離，有利于防干擾更安全。1）由于傳遞單向脈沖，鐵心中磁通密度變化為BmBr，比交流電壓小得多。因此鐵心截面應(yīng)適當(dāng)選大一些，材料應(yīng)采用冷軋硅鋼片或坡莫合金、鐵淦氧，設(shè)計時Bm通常取8B。為了減小Br，可使鐵心留有一點氣隙。 2）矩形脈沖陡削的前后沿在諧波分析中相當(dāng)于高次諧波分量，可通過減少線圈圈數(shù)，一次、二次繞組并繞或一次繞組分段繞制二次繞組嵌在中間等辦法。四、防止誤觸發(fā)的措施1）門極電路采用金屬屏蔽線并將屏蔽層可靠接“地”。 2）控制線與大電流線分開走線，觸發(fā)控制部分用金屬外殼單獨屏蔽，脈沖變壓器盡量靠近晶閘管門極，裝置的接零與接殼分開。 3）在晶閘管門陰極間并接001 01F的小電容可有效吸收高頻干擾，要求高的場合可在門陰極間設(shè)置反向偏壓。4）采用觸發(fā)電流大即不靈敏的晶閘管，面觸發(fā)信號為大信號強觸發(fā)。 三相半波可控整流電路帶電阻負(fù)載時，當(dāng)觸發(fā)延遲角大于30度時輸出電壓波形開始斷續(xù)。 在三相半波可控整流電路中，當(dāng)負(fù)載為電感時，在一定范圍內(nèi)負(fù)載電感量越大，則導(dǎo)通角越大。 在需要直流電壓較低、電流較大的場合，宜采用帶平衡電抗器三相雙反星形可控整流電源。 帶平衡電抗器三相雙反星形可