第2章電工電子

1、第2章 可控整流器與有源逆變器本章主要內(nèi)容p整流器的結(jié)構(gòu)形式、工作原理，分析整流器的工作波形，整流器各參數(shù)的數(shù)量關(guān)系和設(shè)計方法;p整流器工作在逆變狀態(tài)時的工作原理、工作波形。p變壓器漏抗對整流器的影響、整流器帶電動機負(fù)載時的機械特性、觸發(fā)電路等內(nèi)容。 p晶閘管觸發(fā)電路 2.1 簡 介整流電路整流電路：整流器是將交流電變換為固定的或可調(diào)的直流電。 按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路p工頻可控整流器2.2 單相半波可控整流器2.2.1 電阻性負(fù)載1. 1. 工作原理工作原理p在實際應(yīng)用中，某些負(fù)載基本上是電阻性的，如電阻加

2、熱爐、電解和電鍍等。電阻性負(fù)載的特點是電壓與電流成正比，波形相同并且同相位，電流可以突變。p首先假設(shè)以下幾點：(1) 開關(guān)元件是理想的，即開關(guān)元件導(dǎo)通時，通態(tài)壓降為零，關(guān)斷時電阻為無窮大；(2) 變壓器是理想的，即變壓器漏抗為零，繞組的電阻為零、勵磁電流為零。單相半波整流電路阻性負(fù)載演示帶電阻負(fù)載的工作情況帶電阻負(fù)載的工作情況變壓器T起變換電壓和隔離的作用電阻負(fù)載的特點：電壓與電流成正比，兩者波形相同 幾個概念的解釋幾個概念的解釋：ud為脈動直流，波形只在u2正半周內(nèi)出現(xiàn)，故稱“半波”整流 采用了可控器件晶閘管，且交流輸入為單相，故該電路為單相半波可控整流電路 ud波形在一個電源周期中只脈動1

3、次，故該電路為單脈波整流電路幾個重要的基本概念幾個重要的基本概念：觸發(fā)延遲角觸發(fā)延遲角：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度,用a表示,也稱觸發(fā)角或控制角導(dǎo)通角導(dǎo)通角：晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為，用表示移相范圍移相范圍: : 是指觸發(fā)脈沖ug的移動范圍，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)載時的移相范圍是 0180。 通過改變觸發(fā)角的大小，直流輸出電壓ud的波形發(fā)生變化，負(fù)載上的輸出電壓平均值發(fā)生變化，顯然=180時，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為極性不變但瞬時值變化的脈動直流，故稱“半波”整流。2 2 基本數(shù)量

4、關(guān)系基本數(shù)量關(guān)系(1)輸出電壓平均值輸出電壓平均值 Ud與輸出電流平均值與輸出電流平均值Idp輸出電壓平均值 Ud:=0時， Ud=0.45U2，=180時， Ud=0，所以控制角的移相范圍是0180 p輸出電流平均值Id:2cos145. 02cos12dsin221222dUUttUU2cos145. 0L2dRUI(2) 輸出電壓有效值輸出電壓有效值U與輸出電流有效值與輸出電流有效值Ip輸出電壓有效值U:p輸出電流有效值I:22sin41d2sin22122UttUU22sin41L2LRURUI(3) 晶閘管電流有效值和變壓器二次側(cè)電流有效值晶閘管電流有效值和變壓器二次側(cè)電流有效值 單

5、相半波可控整流器中，負(fù)載、晶閘管和變壓器二次側(cè)流過相同的電流，故其有效值相等，即：22sin41L22TRUIII(4)晶閘管承受的最大正反向電壓晶閘管承受的最大正反向電壓Um 由圖2-2 (f)可以看出晶閘管承受的最大正反向電壓Um是相電壓峰值。(5)功率因數(shù)功率因數(shù)cosp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，當(dāng)忽略晶閘管的壓降時，電源供給的有功功率為P=UI 式中 P變壓器二次側(cè)有功功率 S變壓器二次側(cè)視在功率22sin41cos222IUUISP2m2UU例2-1 如圖所示單相半波可控整流器，電阻性負(fù)載，電源電壓U2為220V，要求的直流輸出電壓為50 V，直流輸出平均

6、電流為20A p試計算：(1) 晶閘管的控制角。(2) 電路功率因數(shù)。(3) 晶閘管的額定電壓和額定電流。解解 (1) 則=90(2) 當(dāng)=90時，輸出電流有效值 (3) 0122045. 0502145. 02cosddUUA 44.4 22sin412RURUI505. 022020504 .44cos2222UUIUUISP5 . 22050 ddIUR(4) 晶閘管電流有效值IT 與輸出電流有效值相等，即：則 取2倍安全裕量，晶閘管的額定電流為：（5）晶閘管承受的最高電壓：考慮(23)倍安全裕量，晶閘管的額定電壓為 根據(jù)計算結(jié)果可以選取滿足要求的晶閘管。 IIT)25 . 1 (57.

7、 1TT(AV)IIA 6 .56T(AV)IV311220222mUUV 933622311)32()32(mTNUU2.2.2 電感性負(fù)載1. 1. 工作原理工作原理n電感性負(fù)載通常是電機的勵磁線圈和負(fù)載串聯(lián)電抗器等。n當(dāng)流過電感的電流變化時，電感兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢，感應(yīng)電勢對負(fù)載電流的變化有阻止作用，使得負(fù)載電流不能突變。當(dāng)電流增大時，電感吸收能量儲能，電感的感應(yīng)電勢阻止電流增大；當(dāng)電流減小時，電感釋放出能量，感應(yīng)電勢阻止電流的減小，輸出電壓、電流有相位差。p單相半波整流電路感性負(fù)載演示 p在t=0到期間，晶閘管陽極和陰極之間的電壓uAK大于零，但晶閘管門極沒有觸發(fā)信號，晶閘管處于正向關(guān)斷

8、狀態(tài)，輸出電壓、電流都等于零。p在t=時，門極有觸發(fā)信號，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載電壓ud= u2。p當(dāng)t=時，交流電壓u2過零，由于有電感電勢的存在，晶閘管的電壓uAK仍大于零，晶閘管會繼續(xù)導(dǎo)通，電感的儲能全部釋放完后，晶閘管在u2反壓作用下而截止。直到下一個周期的正半周。2. 2. 數(shù)量關(guān)系數(shù)量關(guān)系p直流輸出電壓平均值Ud為)(sin2212ttdUUdp當(dāng)取不同的角時， =f()的曲線如圖所示， 2.2.3 電感性負(fù)載加續(xù)流二極管1. 1. 工作原理工作原理 從ud的波形可以看出，在負(fù)載兩端并聯(lián)一個續(xù)流二極管后,輸出電壓波形和電阻性負(fù)載一樣,但電流卻有著本質(zhì)的區(qū)別。單相半波帶續(xù)流二級管演示

9、p電源電壓正半波u20，晶閘管電壓uAK0。在t=處觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，負(fù)載上有輸出電壓和電流，續(xù)流二極管VDR承受反向電壓而處于斷態(tài)。p電源電壓負(fù)半波u20，通過續(xù)流二極管VDR使晶閘管承受反向電壓而關(guān)斷。電感的感應(yīng)電壓使VDR承受正向電壓導(dǎo)通續(xù)流，負(fù)載兩端的電壓僅為續(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)。p由以上分析可以看出，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)流二極管可以起到提高輸出電壓的作用。在大電感負(fù)載時負(fù)載電流波形連續(xù)且近似一條直線，流過晶閘管的電流波形和流過續(xù)流二極管的電流波形是矩形波。p對于電感性負(fù)載加續(xù)流二

10、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0180，且有+=180。2. 2. 基本數(shù)量關(guān)系基本數(shù)量關(guān)系(1) 輸出電壓平均值輸出電壓平均值Ud與輸出電流平均值與輸出電流平均值Id輸出電壓平均值Ud輸出電流平均值Id(2)晶閘管電流有效值和變壓器二次側(cè)電流有效值晶閘管電流有效值和變壓器二次側(cè)電流有效值 晶閘管和變壓器二次側(cè)電流有效值相等，即：2cos145. 02cos122dsin22212dUUttUU2cos10.45 dddRURUId2)(d212d2ItIIIT （3 3）續(xù)流二極管的電流平均值）續(xù)流二極管的電流平均值I IdDR與續(xù)流二極管的電流有效值與

11、續(xù)流二極管的電流有效值I IDRDR 續(xù)流二極管的電流平均值IdDR為 續(xù)流二極管的電流有效值IDRddDR2IId22dDR2)(d21ItII（4）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 晶閘管承受的最大正反向電壓均為電源電壓的峰值 續(xù)流二極管承受的最大反向電壓為電源電壓的峰值。2m2UU2m2UU(3) 續(xù)流二極管的電流平均值續(xù)流二極管的電流平均值IdDR與續(xù)流二極管的電流有效值與續(xù)流二極管的電流有效值IDR(4) 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。

12、 ddDR2IId02dDR2)(21ItdII2m2UUp單相半波可控整流器的優(yōu)點是電路簡單，調(diào)整方便，容易實現(xiàn)。但整流電壓脈動大，每周期脈動一次。變壓器二次側(cè)流過單方向的電流，存在直流磁化、利用率低的問題，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。 2.3 單相橋式全控整流器 2.3.1 電阻性負(fù)載 p單相全控橋式整流器圖和工作波形(電阻性負(fù)載) 單相橋式整流電路阻性負(fù)載演示1. 1. 工作原理工作原理p在電源電壓u2正半波，晶閘管VT1、VT4承受正向電壓。假設(shè)四個晶閘管的漏電阻相等，則在0區(qū)間由于四個晶閘管都不導(dǎo)通，uAK1，4=1/2 u2。在t=處觸發(fā)晶閘管VT1

13、、VT4導(dǎo)通，電流沿aVT1RVT4b流通，此時負(fù)載上輸出電壓ud=u2。電源電壓反向施加到晶閘管VT2、VT3上，處于關(guān)斷狀態(tài)，到t=時，因電源電壓過零，晶閘管VT1、VT4陽極電流也下降為零而關(guān)斷。 p在電源電壓負(fù)半波，晶閘管VT2、VT3承受正向電壓，在+區(qū)間，uAK2，3=1/2 u2，在t=+處觸發(fā)晶閘管VT2、VT3，元件導(dǎo)通，電流沿bVT3RVT2a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。此時電源電壓反向施加到晶閘管VT1、VT4上，使其處于關(guān)斷狀態(tài)。到t=2，電源電壓再次過零，VT2、VT3陽極電流也下降為零而關(guān)斷。 p單相橋式整流器電阻

14、性負(fù)載時的移相范圍是 0180。=0時，輸出電壓最高；=180時，輸出電壓最小。晶閘管承受最大反向電壓Um是相電壓峰值，晶閘管承受最大正向電壓是Um/2。p負(fù)載上正負(fù)兩個半波內(nèi)均有相同方向的電流流過，從而使直流輸出電壓、電流的脈動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，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。 2. 2. 基本數(shù)量關(guān)系基本數(shù)量關(guān)系(1) 輸出電壓平均值輸出電壓平均值Ud與輸出電流平均值與輸出電流平均值Idp輸出電壓平均值Ud為=0時， Ud=0.9U2，=180時， Ud=0，所以控制角的移相范圍是0180p輸出

15、電流平均值Id為2cos19 . 02cos122dsin21222dUUttUU2cos19 . 0L2LddRURUI(2) 輸出電壓有效值輸出電壓有效值U(3)晶閘管電流有效值和變壓器二次側(cè)電流晶閘管電流有效值和變壓器二次側(cè)電流 輸出電流有效值I與變壓器二次側(cè)電流I2相同為晶閘管的電流平均值是輸出電流的二分之一，其有效值為 2sin21dsin22122UttUU2sin21L22RUIIIRUI2122sin41L2T(4)晶閘管承受的最大正反向電壓晶閘管承受的最大正反向電壓Um晶閘管承受的最大反向電壓為電源電壓的峰值晶閘管承受的最大正向電壓為電源電壓的峰值的一半所以晶閘管承受的正反向

16、電壓的最大值是22U2/22U22U2.3.2 電感性負(fù)載 1. 1. 工作原理工作原理p電源電壓正半波，在t=處觸發(fā)晶閘管VT1、VT4，晶閘管 V T1、 V T4承 受 正 向 電 壓 ， 元 件 導(dǎo) 通 ， 電 流 沿aVT1LRVT4b流通，此時負(fù)載上電壓ud=u2。此時電源電壓反向施加到晶閘管VT2、VT3上，使其承受反向陽極電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)。p當(dāng)t=時，電源電壓自然過零，電感感應(yīng)電勢使晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通。 p在電源電壓負(fù)半波，晶閘管VT2、VT3承受正向電壓，但沒有觸發(fā)脈沖而不導(dǎo)通；在t=+處觸發(fā)晶閘管VT2、VT3，元件導(dǎo)通，電流沿bVT3LRVT2a流通，電源電壓沿正半周期的方

17、向施加到負(fù)載上，負(fù)載上有輸出電壓ud= -u2。此時VT1、VT4承受反向電壓由導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。晶閘管VT2、VT3直要導(dǎo)通到下一周期t=2+處再次觸發(fā)晶閘管VT1、VT4為止。 單相橋式整流電路感性負(fù)載p從波形可以看出90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090?？刂平窃?90之間變化時，晶閘管導(dǎo)通角，導(dǎo)通角與控制角無關(guān)。晶閘管承受的最大正、反向電壓 2m2UU 2. 2. 基本數(shù)量關(guān)系基本數(shù)量關(guān)系(1) 輸出電壓平均值輸出電壓平均值Ud和輸出電流平均值和輸出電流平均值Id 當(dāng)=0時， Ud=0.9U2，=90時， Ud=0，所以控制角的移相范圍是090輸出電流平均值

18、Id為cos9 . 0cos22dsin21222dUUttUUL2Lddcos9 . 0RURUI(2)晶閘管電流有效值和變壓器副邊電流有效值晶閘管電流有效值和變壓器副邊電流有效值 晶閘管的電流是輸出電流的一半，輸出電流波形是一條水平線，因此其有效值 變壓器繞組的電流波形是對稱的正負(fù)矩形波，其有效值與輸出電流平均值相等 (3)晶閘管承受的最大正反向電壓晶閘管承受的最大正反向電壓Um 晶閘管承受的最大正反向電壓均為電源電壓的峰值dT21IId2II2m2UU3. 3. 反電勢負(fù)載反電勢負(fù)載(1) 反電勢電阻負(fù)載的情況反電勢電阻負(fù)載的情況p單相全控橋電路圖和工作波形單相全控橋電路圖和工作波形(

19、(反電勢無負(fù)載反電勢無負(fù)載) )p在負(fù)載回路無電感時，反電勢電阻負(fù)載的特點是：當(dāng)整流電壓的瞬時值ud小于反電勢E 時，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，ud=u2p晶閘管關(guān)斷時，ud=E。與電阻負(fù)載相比晶閘管提前了電角度停止導(dǎo)電，稱作停止導(dǎo)電角。 若 時,在這種條件下其工作情況與電感性負(fù)載相同。p與單相半波可控整流器相比，整流電壓脈動減小，每周期脈動兩次。變壓器二次側(cè)流過正反兩個方向的電流，不存在直流磁化，利用率高。 cos9 . 02dUU 2.3.4 2.3.4 電容濾波的不可控整流電路電容濾波的不可控整流電路1 1工作原理及波形分析工作原理及波形分析在u2 2正

20、半周過零點至t=0期間，因u2 2 ud，故二極管均不導(dǎo)通，電容C向負(fù)載電阻RL放電，提供負(fù)載所需電流，同時輸出電壓ud下降。至t=0之后， u2 2將要超過ud ，VD1和VD4承受正壓導(dǎo)通， ud = u2 2 ，交流電源向電容充電，同時向負(fù)載RL供電。至之后， u2 2 ud ，VD1和VD4關(guān)斷，電容開始以指數(shù)規(guī)律放電。通過分析，可知和決定于RC的乘積。 2 2主要的數(shù)量關(guān)系主要的數(shù)量關(guān)系(1) 輸出電壓平均值輸出電壓平均值 在設(shè)計時根據(jù)負(fù)載的情況選擇電容C值，使 T為交流電源的周期 此時輸出電壓為(2) 輸出電流平均值輸出電流平均值 輸出電流平均值為2)53(TRC RUIddRUI

21、dd(3) 二極管電流二極管電流二極管電流平均值idVD為 二極管電流波形由于是脈沖波形，電流有效值與波形形狀有關(guān)，波形形狀與電容和負(fù)載電阻有關(guān)，一般的應(yīng)該按照輸出電壓等于1.2U2時計算有效值?？梢愿鶕?jù)工程計算的方法得出二極管電流有效值。(4) 二極管承受的電壓二極管承受的電壓 二極管承受的反向電壓的最大值為變壓器二次電壓最大值 2 ddVDII22U3 3 感容濾波的二極管整流電路感容濾波的二極管整流電路1. 單相全波與單相全控橋從直流輸出端或從交流輸入端看均是基本一致的。2. 變壓器不存在直流磁化的問題。3. 單相全波只用2個晶閘管，比單相全控橋少2個，相應(yīng)地，門極驅(qū)動電路也少2個；但是

22、晶閘管承受的最大電壓是單相全控橋的2倍。4. 單相全波導(dǎo)電回路只含1個晶閘管，比單相橋少1個，因而管壓降也少1個。單相雙半波整流電路感性負(fù)載2.3.3 單相雙半波可控整流電路單相半控橋式整流電路在阻感負(fù)載時的情況阻性負(fù)載演示感性負(fù)載演示失控現(xiàn)象演示為防止失控現(xiàn)象,在負(fù)載端反并聯(lián)續(xù)流二極管2.3.4 單相半控橋式整流電路 續(xù)流二極管的作用續(xù)流二極管的作用u 若無續(xù)流二極管，則當(dāng)a 突然增大至180或觸發(fā)脈沖丟失時，會發(fā)生一個晶閘管持續(xù)導(dǎo)通而兩個二極管輪流導(dǎo)通的情況，這使ud成為正弦半波，即半周期ud為正弦，另外半周期ud為零，其平均值保持恒定，稱為失控失控。u 有續(xù)流二極管VDR時，續(xù)流過程由V

23、DR完成，晶閘管關(guān)斷，避免了某一個晶閘管持續(xù)導(dǎo)通從而導(dǎo)致失控的現(xiàn)象。同時，續(xù)流期間導(dǎo)電回路中只有一個管壓降，有利于降低損耗。2.4 三相半波可控整流電路 2.4.1 電阻性負(fù)載1 1 工作原理工作原理p為了得到零線，整流變壓器二次繞組接成星形。為了給三次諧波電流提供通路，減少高次諧波對電網(wǎng)的影響，變壓器一次繞組接成三角形。圖中三個晶閘管的陰極連在一起，為共陰極接法。 三相半波可控整流電路=0時的波形 p穩(wěn)定工作時，三個晶閘管的觸發(fā)脈沖互差120，規(guī)定t=/6為控制角的起點，稱為自然換相點。三相半波共陰極可控整流電路自然換相點是三相電源相電壓正半周波形的交叉點，在各相相電壓的/6處，即t1、t2

24、、t3點， 自然換相點之間互差2/3，三相脈沖也互差120。p在t1時刻觸發(fā)VT1，在t1t2區(qū)間有uuuv、uuuw，u相電壓最高，VT1承受正向電壓而導(dǎo)通，輸出電壓uduu。其他晶閘管承受反向電壓而不能導(dǎo)通。VT1通過的電流iT1與變壓器二次側(cè)u相電流波形相同，大小相等。 p在t2時刻觸發(fā)VT2，在t2t3區(qū)間 v相電壓最高，由于uuuv，VT2承受正向電壓而導(dǎo)通， uduv。VT1兩端電壓uT1=uu-uv= uuv0，晶閘管VT1承受反向電壓關(guān)斷。在VT2導(dǎo)通期間，VT1兩端電壓uT1= uu-uv= uuv。在t2時刻發(fā)生的一相晶閘管導(dǎo)通變換為另一相晶閘管導(dǎo)通的過程稱為換相。p在t3

25、時刻觸發(fā)VT3，在t3t4區(qū)間w相電壓最高，由于uvuw，VT3承受正向電壓而導(dǎo)通，uduw。VT2兩端電壓 uT2= uv-uw=uvw-E1，V5又重新導(dǎo)通。這時V5集電極電壓又立即降到-E1，使V7、V8截止，輸出脈沖終止?？梢?，脈沖前沿由V4導(dǎo)通時刻確定，脈沖寬度由反向充電時間常數(shù)R11C3決定。 2 2 鋸齒波的形成和鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)脈沖移相環(huán)節(jié)p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。p當(dāng)V2截止時，恒流源電流I1C對電容C2充電，所以C2兩端的電壓uC為puC按線性增長,即ub3按線性增長。調(diào)節(jié)電位器RP2，可以

26、改變C2的恒定充電電流I1C。 p當(dāng)V2導(dǎo)通時，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，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鋸齒波電壓ub3的影響。pV4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,它們分別通過電阻R6、R7、R8 與V4基極連接。 tICdtIuC1C1c1p根據(jù)疊加原理，先設(shè)uh為鋸齒波電壓ue3單獨作用在基極時的電壓，其值為 所以uh仍為鋸齒波，但斜率比ue3低。p同理，直流偏移電壓up單獨作用在V4基極時的電壓 為 p控制電壓uco單獨作用在V4基極時的電壓 為 所以， 仍

27、為一條與up平行的直線，但絕對值比up??； 仍為一條與uco平行的直線，但絕對值比uco小。 )/(/87687e3hRRRRRuu)/(/76876ppRRRRRuu)/(/86786c0c0RRRRRuupuc0upuc0up當(dāng)V4不導(dǎo)通時，V4的基極b4的波形由 確定。當(dāng)b4點電壓等于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)生時刻，脈沖被移相。加up的目的是為了確定控制電壓uco=0時脈沖的初始相位。p以三相全控橋為例，當(dāng)接反電勢電感負(fù)載時，脈沖初始相位應(yīng)定在=90；當(dāng)uco=0時，調(diào)節(jié)up的大小使產(chǎn)生脈沖的M點對應(yīng)=90的位置。當(dāng)uco為0，=90，則輸出電壓為0

28、；如uco為正值，M點就向前移，控制角90，處于逆變狀態(tài)。cophuuup鋸齒波的觸發(fā)電路的工作波形 3 3 同步環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié)p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。 p與主電路同步是指要求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。鋸齒波是由開關(guān)管V2控制的，也就是由V2的基極電位決定的。p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，因Q點為零電位，R點為負(fù)電位，VD1導(dǎo)通，電容C1被迅速充電。Q點電位與

29、R點相近，故在這一階段V2基極為反向偏置，V2截止。p在負(fù)半周的上升段，+E1電源通過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點電位達1.4V時，V2導(dǎo)通，Q點電位被鉗位在1.4V。直到TS二次電壓的下一個負(fù)半周到來，VD1重新導(dǎo)通，C1放電后又被充電，V2截止。p如此循環(huán)往復(fù)，在一個正弦波周期內(nèi)，包括截止與導(dǎo)通兩個狀態(tài)，對應(yīng)鋸齒波波形恰好是一個周期，與主電路電源頻率和相位完全同步，達到同步的目的。可以看出鋸齒波的寬度是由充電時間常數(shù)R1C1決定的。 4 4 雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)p觸發(fā)電路自身在一個周期內(nèi)可輸出兩個間隔60的脈沖，稱內(nèi)

30、雙脈沖電路。而在觸發(fā)器外部通過脈沖變壓器的連接得到雙脈沖稱為外雙脈沖。p本觸發(fā)電路屬于內(nèi)雙脈沖電路。當(dāng)V5、V6都導(dǎo)通時，V7、V8截止，沒有脈沖輸出。只要V5、V6有一個截止，就會使V7、V8導(dǎo)通，有脈沖輸出。因此本電路可以產(chǎn)生符合要求的雙脈沖。p第一個脈沖由本相觸發(fā)單元的uco對應(yīng)的控制角使V4由截止變導(dǎo)通造成V5瞬時截止，使得V8輸出脈沖。隔60的第二個脈沖是由后一相觸發(fā)單元通過連接到引腳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相互干擾。p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。六個觸發(fā)器的連接順序是：1Y-2X、2Y-

31、3X、3Y-4X、4Y-5X、5Y-6X、6Y-1X。 5 5 強觸發(fā)環(huán)節(jié)強觸發(fā)環(huán)節(jié)p36V交流電壓經(jīng)整流、濾波后得到50V直流電壓，經(jīng)R15對C6充電，B點電位為50V。當(dāng)V8導(dǎo)通時，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的存儲能量有限，B點電位迅速下降。當(dāng)B點電位下降到14.3V時，VD15導(dǎo)通，B點電位被15V電源鉗位在14.3V，形成脈沖平臺。C5組成加速電路，用來提高觸發(fā)脈沖前沿陡度。 6 6 脈沖封鎖脈沖封鎖p二極管 VD5陰極接零電位或負(fù)電位，使V7、V8截止，可以實現(xiàn)脈沖封鎖。VD5用來防止接地端與負(fù)電源之間形成大電流通路。 2

32、.8.4 2.8.4 觸發(fā)電路的定相觸發(fā)電路的定相p初始脈沖是指Ud0時，控制電壓uco與偏移電壓up為固定值條件下的觸發(fā)脈沖。因此，必須根據(jù)被觸發(fā)晶閘管陽極電壓的相位，正確供給各觸發(fā)電路特定相位的同步電壓，才能使觸發(fā)電路分別在各晶閘管需要觸發(fā)脈沖的時刻輸出脈沖。這種選擇同步電壓相位以及得到要求的觸發(fā)時刻的方法，稱為觸發(fā)電路的定相。現(xiàn)以三相全控橋為例說明定相的方法。p晶閘管VT1的陽極與uu相接， VT1所接主電路電壓為+uu，觸發(fā)脈沖從0至180對應(yīng)的范圍為t1t2。 采用鋸齒波同步的觸發(fā)電路時，同步信號負(fù)半周的起點對應(yīng)于鋸齒波的起點，通常使鋸齒波的上升段為240，上升段起始的30和終了段3

33、0線性度不好，舍去不用，使用中間的180。所以取同步波- uu。p三相橋整流電路大量用于直流電機調(diào)速系統(tǒng)，且通常要求可實現(xiàn)再生制動，使Ud=0時的觸發(fā)角為90。當(dāng) 90時為逆變工作。將=90確定為鋸齒波的中點，鋸齒波向前向后各有90的移相范圍。=0對應(yīng)于uu的30的位置，說明VT1的同步電壓應(yīng)滯后于uu 180。對于其他5個晶閘管，也存在同樣的關(guān)系，即同步電壓滯后于主電路電壓180。 p因此一旦確定了整流變壓器和同步變壓器的接法，即可選定每一個晶閘管的同步電壓信號。p同步變壓器和整流變壓器的接法及矢量圖 p同步電壓的選取結(jié)果見表。 晶閘管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主電路電壓+ Uu-

34、 Uw+ Uv- Uu+ Uw- Uv同步電壓- Usu+ Usw- Usv+ Usu- Usw+ Usvp為防止電網(wǎng)電壓波形畸變對觸發(fā)電路產(chǎn)生干擾，可對同步電壓進行R-C濾波，當(dāng)R-C濾波器滯后角為60時，同步電壓選取結(jié)果見表 晶閘管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主電路電壓+ Uu- Uw+ Uv- Uu+ Uw- Uv同步電壓+ Usv- Usu + Usw- Usv + Usu - Usw2.9 晶閘管-直流電動機系統(tǒng)的機械特性 p晶閘管可控整流裝置帶直流電動機負(fù)載組成的系統(tǒng)習(xí)慣稱為晶閘管-直流電動機系統(tǒng)，是電力拖動系統(tǒng)中主要的一種，也是可控整流裝置的主要用途之一。其一是在帶電動機

35、負(fù)載時整流電路的工作情況，其二是由整流電路供電時電動機的工作情況。本節(jié)主要分析由整流電路供電時電動機的工作情況。2.9.1 工作于整流狀態(tài)時 1 1 電流連續(xù)時電動機的機械特性電流連續(xù)時電動機的機械特性p直流電機傳動時負(fù)載就是反電勢電感負(fù)載，在負(fù)載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與電感性負(fù)載時相似，電動機穩(wěn)態(tài)時，雖然ud波形脈動較大，但由于電動機有較大的機械慣量，故其轉(zhuǎn)速和反電動勢都基本無脈動。此時整流電壓的平均值由電動機的反電動勢及電路中負(fù)載平均電流Id所引起的各種電壓降所平衡，整流電壓的交流分量則全部降落在電抗器上。p整流電路直流電壓的平衡方程為式中 p在負(fù)載電流連續(xù)的情況下，機械特性方程為

36、：UIREU2dMd)2/(6BMBXRRRede22cos34. 2CUIRCUnp三相橋式全控整流電路電動機負(fù)載電流連續(xù)時的機械特性 2.電流斷續(xù)時電動機的機械特性電流斷續(xù)時電動機的機械特性 當(dāng)電機工作在電感較小或負(fù)載較輕的情況下，電流要出現(xiàn)斷續(xù)的現(xiàn)象。電流斷續(xù)時電動機的機械特性呈現(xiàn)出非線性，變軟。實際的空載反電動勢遠大于理想的空載反電動勢，這使得理想空載轉(zhuǎn)速升高。實際應(yīng)用中，串平波電抗器使電動機在工作范圍內(nèi)保持在電流連續(xù)狀態(tài)，提高直流電動機的機械特性硬度。p串聯(lián)電抗器的電感量決定著主回路最小連續(xù)電流值p三相半波主回路電感量 p三相全控橋主回路電感量pIdmin 是最小連續(xù)電流值，一般取

37、Idmin=(510)Idp串接的平波電抗器的電感量為 )mH( /46. 1dmin2IUL )mH( /693. 0dmin2IUL )(mH mBdLLLLp考慮電流斷續(xù)時不同時反電動勢的機械特性曲線 2.9.2 工作于有源逆變狀態(tài)時 1 1電流連續(xù)時電動機的機械特性電流連續(xù)時電動機的機械特性主回路電流連續(xù)時的機械特性由電壓平衡方程式?jīng)Q定逆變時由于 ，因為 ，電動機的機械特性方程式 URIEU2dMdcosd0dUU)2cos(dd0MURIUE)2cos(1dd0eURIUCnnCEeM2 2 電流斷續(xù)時電動機的機械特性電流斷續(xù)時電動機的機械特性p電機理想空載轉(zhuǎn)速上翹很多，機械特性變軟

38、，且呈現(xiàn)非線性。當(dāng)控制角由小變大，電動機的機械特性則逐漸的由第1象限往下移，進而到達第4象限。p圖中第1、第4象限中的特性和第3、第2象限中的特性是分別屬于兩組整流電路的，它們輸出整流電壓的極性彼此相反，故分別標(biāo)以正組和反組變流器。p電動機在四象限中的機械特性 2.10 整流電路的諧波分析 (1) 諧波使電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加的諧波損耗，降低發(fā)電、輸電及用電效率，大量的3次諧波流過中線會使線路過熱甚至發(fā)生火災(zāi)。(2) 諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作，使電機發(fā)生機械振動、噪聲和過熱，使變壓器局部嚴(yán)重過熱，使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短以致?lián)p壞。(3) 諧波會引起電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和

39、串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，會使上述(1)和(2)兩項的危害大大增加，甚至引起嚴(yán)重事故。(4) 諧波會導(dǎo)致繼電保護和自動裝置的誤動作，并使電氣測量儀表計量不準(zhǔn)確。(5) 諧波會對鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量，重者導(dǎo)致信息丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作。諧波的危害諧波的危害對于周期為的 非正弦電壓 ，一般滿足狄里赫利條件，可分解為如下形式的傅里葉級數(shù)式中 n=1, 2, 3, 或 /2T)( tu)sincos()(10tnbtnaatunnn200)(d)(21ttua20)(dsin)(21ttntuan20)(dcos)(21ttntubn)sin()(10nnntnca

40、tu式中, cn，n和 an，bn的關(guān)系為)/arctan(nnnbannncasinnnncbcos2.10.1 整流電路輸出電壓和負(fù)載電流的諧波分析 整流電路的輸出電壓中主要成分為直流，同時還包含有大量的高次諧波分量。采用諧波分析的方法，對于研究整流電路的質(zhì)量指標(biāo)和為減小電流的脈動分量，保持輸出負(fù)載電流連續(xù)而選擇合適的平波電抗器的電感量是非常有用的。 在交流電源的一個周期2中，有m個形狀相同但相差2/m的電壓脈波。若脈波的周期為T，則每個脈波寬度為T=2/m，則如下關(guān)系式成立，即ud (t) =ud(t+2/m)。 輸出電壓波形的時間原點如圖所示，則ud的傅里葉級數(shù)表達式為 式中，直流平均值：n次諧波的幅值：1dd)sin()cos(nnntnbtnaUu)d()(2)d()(/21d)(120d20d0ddm