電力電子技術備課本212

1、電力電子技術備課本2005,8,192005,8,2Chap.2 整流電路(1-2)文 俊Main References:1. 西安交通大學王兆安、黃俊.電力電子技術（第4版）.北京：機械工業(yè)出版社.2000.5.20.00.TM7.2. 張一工、肖湘寧.現(xiàn)代電力電子技術原理與應用.北京：科學出版社,1999.3. 26.003. 陳堅. 電力電子學-電力電子變換和控制技術.北京：高教出版社，2002.8. 23.004. 吳小華、李玉忍等. 電力電子技術原典型題解析及自測試題（工科課程提高與應試叢書）.北京：西北工業(yè)大學出版社. 2002.3. 8.005. 石玉、粟書賢等. 電力電子技術題

2、例與電路設計指導.北京：機械工業(yè)出版社. 2000.8. 24.006. 張濤. 電力電子技術新編21世紀高等職業(yè)教育電子信息類規(guī)劃教材電氣自動化專業(yè)技術專業(yè).北京：電子工業(yè)出版社. 2003.9. 15.00第2章 整流電路 2.1 單相可控整流電路 2.2 三相可控整流電路 2.3 變壓器漏感對整流電路的影響 2.4 電容濾波的不可控整流電路 2.5 整流電路的諧波和功率因數(shù) 2.6 大功率可控整流電路 2.7 整流電路的有源逆變工作狀態(tài) 2.8 晶閘管直流電動機系統(tǒng) 2.9 相控電路的驅動控制第2章 整流電路整流（Rectifying）:交流電變成直流電 R電路的分類：（1）按組成的器件

3、分類：不可控、半控、全控（2）按電路結構分類：橋式電路、零式電路（3）按交流（輸入）相數(shù)分類：單相電路和多相電路（4）按T二次側電流的方向（單向或雙向）分類：單拍（電路）、雙拍（電路）圖2-1 單相半波可控整流電路及波形(R負載) 2.1 單相可控整流電路 2.1.1 單相半波可控整流電路（帶R、L負載）,p 2.1.2 單相橋式全控整流電路（帶R、L、反e負載）,p 2.1.3 單相全波可控整流電路 2.1.4 單相橋式半控整流電路 2.2 三相可控整流電路 2.2.1 三相半波可控整流電路 2.2.2 三相橋式全控整流電路Key：工作原理（波形分析）、定量計算、不同負載的影響可控R電路用途

4、：凡需要將AC電變?yōu)楣潭ɑ蚩烧{DC電的地方。Eg.蓄電池充電，DC弧焊，電解，電鍍，軋機、龍門刨床、龍門銑床、平面磨床可逆或不可逆的DC電動機拖動等。2.1 單相可控整流電路2.1.1 單相半波可控整流電路一、帶R負載（see 圖2-1）T的作用：變壓、隔離R負載的特點：電壓與電流成正比，兩者波形相同。觸發(fā)延遲角/觸發(fā)角/控制角()：從Thy開始承受正向陽極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度。導通角()：Thy在一個周期中處于通態(tài)的電角度。（2-1）直流輸出v平均值:直流輸出i平均值:移相范圍：改變使 從maxmin時，的最大變化范圍。VT的移相范圍: 180相位控制方式/相控方式:通過控制觸發(fā)脈

5、沖的相位來控制直流輸出電壓大小的方式。二、帶L性負載（see 圖2-2）L性負載的特點：電感電流連續(xù)圖2-3 單相半波可控整流電路的分段線性等效電路a)VT處于關斷狀態(tài), b) VT處于導通狀態(tài)PE電路的一種基本分析方法：（通過器件的理想化）將電路簡化為分段線性電路，分段進行分析計算。 單相半波電路的分析：（see 圖2-3）當VT處于斷態(tài)時，相當于電路在VT處斷開，id=0。當VT處于通態(tài)時，相當于VT短路。當（2-2）VT處于通態(tài)時,（2-3）初始條件：t= ，id=0,則（2-8）（2-7）（2-6）其中，（2-4）當t=+a 時，id=0，則 負載阻抗角、和的關系：(1) ，越大，越小

6、(正半周L儲能少，維持導電的能力弱)(2) ， 越大，越大（則L貯能越多）；且越大(在負半周L維持Thy導通的時間就越接近Thy在正半周導通的時間，中負的部分越接近正的部分，),平均值越接近零,輸出的直流電流平均值越小。直流輸出v平均值（無續(xù)流D）:（2-4）直流輸出i平均值:續(xù)流二極管的作用:（1） L性負載在PED關斷時提供續(xù)流回爐（以免產生HV）；（2） 增大Ud （過零變負時，及時關斷PED，使不出現(xiàn)負值）；（3） 在某些情況下，提高的移相范圍。 當過零變負時，VDR導通，。此時為負的通過VDR向VT施加反壓使其關斷，L儲存的能量保證了電流id在L-R-VDR回路中流通，此過程通常稱為

7、續(xù)流。續(xù)流期間，中不再出現(xiàn)負的部分。 定量分析：若近似認為id恒為Id，則(1) 直流輸出v平均值（有續(xù)流D）: 同eq.(2-1)(2) 直流輸出i平均值:（2-5）（2-6）（2-7）（2-8）(3) 其他DC i平均值和有效值:VT的移相范圍為180。u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRa)LTVTRu1u2uVTudVDRidiVDR圖2-4 單相半波帶感性負載有續(xù)流二極管的電路及波形 a)u1TVTRLu2uVTudidu20wt1p2pwtwtwtwtwtug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)

8、f)+ 圖2-2 單相半波可控整流電路及其波形（感性負載） 單相半波可控整流電路的特點: 簡單，輸出脈動大，（T二次側i中含dc分量，造成）T鐵芯直流磁化（危害：低f噪聲，振動，損耗） 應用情況：實際上很少使用。分析的目的:利用其簡單易學的特點，建立起整流電路的基本概念.2.1.2 單相橋式全控整流電路一、帶R負載（see 圖2-5）VT1和VT4組成一對橋臂，在u2正半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖即導通，當u2過零時關斷；VT2和VT3組成另一對橋臂，在u2正半周承受電壓-u2，得到觸發(fā)脈沖即導通，當u2過零時關斷。（2-9） 定量分析：(1) 向負載輸出的平均電流值：（2-10）(2) 流

9、過Thy的電流平均值:（2-11）(2) 流過Thy的電流有效值:（2-12）（2-13）(3) T二次測電流有效值I2與輸出直流電流I有效值相等：圖2-6 單相全控橋帶感性負載時的電路及波形 （2-14）則不計T的損耗時，要求T的容量： S=U2I2RTu1u2a)i2abVT1VT3VT2VT4udidpwtwtwt000i2udidb)c)d)ud(id)aauVT1,4圖2-5 單相全控橋式帶R負載時的電路及波形二、帶L性負載（see 圖2-6）為便于討論，設電路已工作于穩(wěn)態(tài)，id的平均值不變；假設負載電感很大，負載電流id連續(xù)且波形近似為一水平線。u2過零變負時，L的作用使VT1和V

10、T4中仍流過電流id，并不關斷；至t=+a 時刻，給VT2和VT3加觸發(fā)脈沖，因VT2和VT3本已承受正電壓，故兩管導通；此時，u2通過VT2和VT3分別向VT1和VT4施加反壓使VT1和VT4關斷，流過VT1和VT4的電流迅速轉移到VT2和VT3上。換相/換流：電流從一個器件向另一個器件轉移的過程。（2-15） 定量分析 Thy移相范圍為90。 Thy承受的最大正反向電壓均為 與a無關，均為180 T二次側電流i2的波形為正負各180的矩形波，其相位由a決定，有效值I2=Id。 三、帶反e負載（see 圖2-8） |u2|E時，Thy承受正電壓，才有導通的可能。導通后，（2-16）直至|u2

11、|=E，id即降至0使得Thy關斷，此后ud=E 。與R負載時相比，Thy提前了/停止導電角。 在a 角相同時，整流輸出電壓比電阻負載時大。當30的情況（see圖2-14 ） 特點：負載電流斷續(xù)，Thy導通角30時，負載電流斷續(xù)，Thy減小，此時有：(2-19)Ud/U2與隨a的變化規(guī)律see圖2-15。（2-20）2負載電流平均值:3THY承受的最大反向電壓: （即，T二次線電壓峰值）（2-21）4Thy承受的最大正向電壓: （即，T二次相電壓峰值） （2-22）二、帶L性負載特點： L值很大，id波形基本無脈動。（1）a30時，整流電壓波形與R負載時相同（see 圖2-12）（2）a 30

12、時，（see 圖2-16，（a=60） u2過零時，VT1不關斷，直到VT2的脈沖到來，才換流，由VT2導通向負載供電，同時向VT1施加反壓使其關斷ud波形中出現(xiàn)負的部分。id波形有一定的脈動，但為簡化分析及定量計算，可將id近似為一條水平線。 （三相可控整流電路的）Thy移相范圍為90。三、定量分析（2-18）1整流電壓平均值: 由于負載電流連續(xù)， Ud可由式（218）求出Ud/U2與a 成余弦關系，如圖2-15中的曲線2。如果負載中的L不是很大，則當a30后，ud中負的部分減少， Ud略為增加，Ud/U2與a的關系將介于曲線1和2之間，曲線3給出了這種情況的一個例子。（2-23）2T二次電

13、流/Thy電流的有效值:（2-24）3Thy的額定電流:（2-25）4Thy承受的最大正、反向電壓均為: (T二次線電壓峰值) 三相半波R電路的主要缺點: T二次側i中含dc分量，造成T鐵芯直流磁化 應用情況：應用較少（2-23）圖2-16 三相半波可控整流電路，L性負載時的電路及波形（=60）2.2.2 三相橋式全控R電路一、帶R負載（1）a 60時的工作原理分析ud、id波形形狀一樣且均連續(xù)。see圖218(a =0), 圖219(a =30),圖220(a =60)圖2-17 三相橋式全控整流電路原理圖圖2-18 三相橋式全控整流電路帶R負載(a=0)時的波形圖2-19 三相橋式全控整流

14、電路帶R負載(a =30)時的波形圖2-20 三相橋式全控整流電路帶R負載(a =60)時的波形（2）a60時的工作原理分析ud波形每60中有一段為零，ud波形不能出現(xiàn)負值see圖221(a =90)（帶R負載時，三相橋式全控整流電路的）Thy移相范圍為120。圖2-21 三相橋式全控整流電路帶R負載(a =90)時的波形三相橋式全控整流電路的特點（1）2Thy同時通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各1個，且不能為同一相器件。（2）對觸發(fā)脈沖的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60。共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120，共陽極組VT4、VT

15、6、VT2也依次差120。同一相的上下兩個橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180。 （3）ud一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣， 故該電路為6脈波整流電路。 （4）需保證同時導通的2個Thy均有脈沖可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)；另一種是雙窄脈沖觸發(fā)（常用） （5）Thy承受的電壓波形與三相半波時相同，Thy承受最大正、反向電壓的關系也相同。二、帶L性負載（1）a 60時的工作原理分析ud波形連續(xù)，與帶R負載時十分相似。see圖222(a =0), 圖223(a =30)圖2-22 三相橋式全控整流電路帶L性負載(a =0)時的波形區(qū)別：負載電流id波形不同。當L足夠大時， id的波形近似為一條直線。圖2-23 三相橋式全控整流電路帶L性負載(a =30)時的波形（2）a 60時的工作原理分析see圖224(=90)ud波形會出現(xiàn)負的部分(電阻負載時則不會)（帶阻感負載時，三相橋式全控整流電路的）Thy移相范圍為90 。圖2-24 三相橋式全控整流電路帶L性負載(a =90)時的波形三、定量分析1整流電壓平均值: （1）當整流輸出電壓連續(xù)時（即帶阻感負載時，或帶電阻負載a60時）的平均值：（2-26）（2）帶電阻負載且a