電力電子學電課3整流

1、Beijing Jiaotong University (BJTU)電力電子技術電力電子技術Power Electronics Technology Spring 2006電電 氣氣 工工 程程 學學 院院 陳陳 洛洛 忠忠C 51687064(o)Beijing Jiaotong University (BJTU)第三章第三章 相控整流電路相控整流電路Beijing Jiaotong University (BJTU) 內容和要求內容和要求內容：內容：單相橋式、三相半波、三相橋式等整單相橋式、三相半波、三相橋式等整 流電路結構、工流電路結構、工 作原理、主要電量波作原理、主要電量波 形分析和

2、參數計算形分析和參數計算要求：要求：理解和掌握電路波形分析和基本電量理解和掌握電路波形分析和基本電量 計算的方法計算的方法重點：重點：波形分析和不同負載對工況的影響波形分析和不同負載對工況的影響形式：形式：課堂講授和實驗結合課堂講授和實驗結合Beijing Jiaotong University (BJTU)3. 1 概概 述述3.1.1 整流電路的分類整流電路的分類 不可控整流電路不可控整流電路-由不可控器件組成由不可控器件組成 直流整流電壓和交流電源電壓的比值固定直流整流電壓和交流電源電壓的比值固定 全控整流電路全控整流電路-由可控器件組成由可控器件組成 直流整流電壓的平均值和極性可調直流

3、整流電壓的平均值和極性可調 半控整流電路半控整流電路-由不可控器件和可控器件組成由不可控器件和可控器件組成 負載電壓平均值可調、極性不能改變負載電壓平均值可調、極性不能改變Beijing Jiaotong University (BJTU) 按電路結構按電路結構 橋式電路（又稱全波電路或雙拍電路）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）零式電路（又稱半波電路或單拍電路） 按輸出電壓脈波數按輸出電壓脈波數 單脈波電路單脈波電路 雙脈波電路雙脈波電路 三脈波電路三脈波電路 多脈波電路多脈波電路Beijing Jiaotong University (BJTU) 按控制

4、方式按控制方式相控式電路、斬控式電路相控式電路、斬控式電路 按組成器件按組成器件全控型電路、半控型電路全控型電路、半控型電路 按工作范圍按工作范圍單象限電路、多象限電路單象限電路、多象限電路 按電網相數按電網相數單相電路、三相電路、多相電路單相電路、三相電路、多相電路Beijing Jiaotong University (BJTU)3.1.2 可控整流電路的一般結構可控整流電路的一般結構主電路主電路交流電源：工頻電網或整流變壓器交流電源：工頻電網或整流變壓器濾波器：為保證電流連續(xù)濾波器：為保證電流連續(xù)負載：阻性負載、阻感負載、反電勢負載等負載：阻性負載、阻感負載、反電勢負載等控制電路：模擬控

5、制、數字控制控制電路：模擬控制、數字控制Beijing Jiaotong University (BJTU)整流電路基本要求：整流電路基本要求： 直流電壓調節(jié)范圍寬、輸出直流電流脈動小直流電壓調節(jié)范圍寬、輸出直流電流脈動小 晶閘管元件導電時間盡量長、且正反向電壓較低晶閘管元件導電時間盡量長、且正反向電壓較低 變壓器利用率高、避免直流磁化變壓器利用率高、避免直流磁化 交流側功率因數高、諧波電流小交流側功率因數高、諧波電流小 整流電路理想條件：整流電路理想條件： 理想器件理想器件：晶閘管正向阻抗為零、反向阻抗為無：晶閘管正向阻抗為零、反向阻抗為無窮大、整流變壓器無漏感、無內阻和鐵損窮大、整流變壓器

6、無漏感、無內阻和鐵損 理想電源理想電源：恒頻恒壓、對稱無畸變的三相正弦波：恒頻恒壓、對稱無畸變的三相正弦波電源電源Beijing Jiaotong University (BJTU)本章分析方法要點及數學基礎本章分析方法要點及數學基礎1、分析方法要點、分析方法要點 根據根據SCR的導通的導通/關斷條件，確定其導通時刻、關斷條件，確定其導通時刻、關斷時刻，繪出整流輸出電壓和電流波形，由此關斷時刻，繪出整流輸出電壓和電流波形，由此可進一步繪出有關器件上的電壓和電流波形可進一步繪出有關器件上的電壓和電流波形 應用電工基礎中的平均值、有效值概念，推應用電工基礎中的平均值、有效值概念，推導出上述波形隨控

7、制角導出上述波形隨控制角 變化的數學表達式變化的數學表達式Beijing Jiaotong University (BJTU)2、數學基礎、數學基礎（1）平均值和有效值計算）平均值和有效值計算設設f(t)為電壓或電流實時表達式，則為電壓或電流實時表達式，則f(t)在在、期間的平均值和有效值分別為：期間的平均值和有效值分別為：tdtftdtf)(1)(12有效值平均值（2）功率因數計算）功率因數計算其中：其中：P負載功率負載功率 （電源輸出的有功功率）（電源輸出的有功功率） S電源（變壓器）的視在功率電源（變壓器）的視在功率SPBeijing Jiaotong University (BJTU)

8、 變壓器起隔離和電壓變換的作用，其副邊電壓根據直流側變壓器起隔離和電壓變換的作用，其副邊電壓根據直流側負載電壓的大小決定負載電壓的大小決定 負載電壓始終與流過的電流成正比，且兩者波形相同負載電壓始終與流過的電流成正比，且兩者波形相同其中：其中： 3.2 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路（Single Phase Half Wave Controlled Rectifier）Beijing Jiaotong University (BJTU)可控整流電路的基本概念可控整流電路的基本概念單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路控制角控制角 ：從晶閘管開始承受從晶閘管開始承受正向電壓到被觸發(fā)

9、導通這一角正向電壓到被觸發(fā)導通這一角度度導通角導通角 ：晶閘管在一個周期晶閘管在一個周期內導通的電角度內導通的電角度移相：移相：改變控制角改變控制角 的大小，的大小，即改變觸發(fā)脈沖的出現時刻即改變觸發(fā)脈沖的出現時刻（相位）（相位）移相控制：移相控制：通過控制觸發(fā)脈沖通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓大的相位來控制直流輸出電壓大小的控制方式小的控制方式移相范圍：移相范圍：控制角控制角 的允許調的允許調節(jié)范圍節(jié)范圍同步：同步：觸發(fā)脈沖信號和晶閘管觸發(fā)脈沖信號和晶閘管電壓（即電源電壓）在頻率和電壓（即電源電壓）在頻率和相位上的協(xié)調配合關系相位上的協(xié)調配合關系換相（換流換相（換流 ）：）：電流從

10、含有變電流從含有變流元件的一個支路轉移到另一流元件的一個支路轉移到另一個支路的過程個支路的過程 自然換相點：自然換相點：當電路中的可控當電路中的可控元件全部由不可控元件代替時，元件全部由不可控元件代替時，各元件的導電轉換點各元件的導電轉換點僅在交流正半周輸出電壓，僅在交流正半周輸出電壓，所以叫所以叫半波整流半波整流單相輸入，所以叫單相輸入，所以叫單相整流單相整流輸出電壓可通過調節(jié)輸出電壓可通過調節(jié) 進行進行控控制，所以叫制，所以叫可控整流可控整流單相單相半波半波可控可控整流整流Beijing Jiaotong University (BJTU)整流電路的基本概念整流電路的基本概念 控制角控制角

11、 從晶閘管開始承受正壓到被觸發(fā)導通這一角度從晶閘管開始承受正壓到被觸發(fā)導通這一角度 導通角導通角 晶閘管在一個周期內導通的電角度晶閘管在一個周期內導通的電角度 移相（移相（ phase-shift ） 改變控制角改變控制角 ，即改變觸發(fā)脈沖出現的相位，即改變觸發(fā)脈沖出現的相位 移相控制（移相控制（phase-shift control） 通過移相可控制輸出整流電壓大小，這種改變通過移相可控制輸出整流電壓大小，這種改變控制角調節(jié)輸出電壓的控制方式，稱為移相控制控制角調節(jié)輸出電壓的控制方式，稱為移相控制Beijing Jiaotong University (BJTU) 移相范圍：移相范圍：控制角

12、控制角 的允許調節(jié)范圍的允許調節(jié)范圍 同步：同步：觸發(fā)脈沖信號和晶閘管電壓（即電觸發(fā)脈沖信號和晶閘管電壓（即電 源電壓）在頻率和相位上保持一定的源電壓）在頻率和相位上保持一定的 協(xié)調配合關系，以使整流輸出電壓穩(wěn)協(xié)調配合關系，以使整流輸出電壓穩(wěn) 定，稱為同步定，稱為同步 換相（換流換相（換流 ）：）：電流從含有變流元件的一電流從含有變流元件的一 個支路轉移到另一個支路的過程個支路轉移到另一個支路的過程 自然換相點：自然換相點：當電路中的可控元件全部由當電路中的可控元件全部由 不可控元件代替時，不可控元件代替時， 各元件的導電各元件的導電 轉換點轉換點Beijing Jiaotong Univer

13、sity (BJTU)輸出直流電壓平均值輸出直流電壓平均值Ud為為 2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222aUaUwtwtdUUad a=0時，晶閘管全導通，相當于二極管整流，時，晶閘管全導通，相當于二極管整流， 輸出電壓輸出電壓 最大，即最大，即 a= 時，整流輸出為零時，整流輸出為零 移相范圍為移相范圍為 245. 0UUd單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路Beijing Jiaotong University (BJTU)例題例題 3-1 單相半波可控整流電路，電阻性負載。交單相半波可控整流電路，電阻性負載。交流電源流電源220伏，要求輸出直流平均電壓伏，要求

14、輸出直流平均電壓50伏，伏，最大輸出直流平均電流最大輸出直流平均電流20安。計算（安。計算（1）晶閘）晶閘管的控制角管的控制角 ，（，（2）電流有效值，（）電流有效值，（3）負載）負載的功率因數，（的功率因數，（4）選擇晶閘管。）選擇晶閘管。 解：（解：（1）控制角）控制角 2cos145. 0ttdsinU22122UUd0122045. 0502145. 02cos2UUd90Beijing Jiaotong University (BJTU)（2）電流有效值）電流有效值 )(4 .445 . 2sin220221sin221222222AtdttdRtUI5 . 22050ddIUR（3

15、 3）功率因數）功率因數 505. 02205 . 24 .442222UIRISP（4 4）晶閘管定額）晶閘管定額 安564257. 14 .44)25 . 1 (57. 1)25 . 1 (2IITAVU UT T=(2=(23)3)1.414 220=620930V 可選可選KP50-7KP50-7型元件，電壓等級型元件，電壓等級7 7，即額定電壓，即額定電壓700700伏、伏、額定通態(tài)平均電流額定通態(tài)平均電流5050安的器件安的器件 Beijing Jiaotong University (BJTU)單相半波可控整流電路的特點：單相半波可控整流電路的特點： 簡單、易調整，但輸出脈動大，

16、變壓簡單、易調整，但輸出脈動大，變壓器二次側電流中含直流分量，造成變壓器器二次側電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化鐵芯直流磁化 實際上很少應用此種電路，分析該電實際上很少應用此種電路，分析該電路的主要目的在于利用其簡單易學的特點，路的主要目的在于利用其簡單易學的特點，建立起整流電路的基本概念建立起整流電路的基本概念Beijing Jiaotong University (BJTU)習題習題 24、 25思考和作業(yè)思考和作業(yè)習題習題31 、32Beijing Jiaotong University (BJTU)3 . 3 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路一、電阻一、電阻負載負載（R

17、負載）負載）（1 1）T T1 1和和T T4 4組成一對橋臂，在組成一對橋臂，在u u2 2正半周承受電壓正半周承受電壓u u2 2，得到觸發(fā)脈，得到觸發(fā)脈沖即導通，當沖即導通，當u u2 2過零時關斷過零時關斷（2 2）T T2 2和和T T3 3組成另一對橋臂，在組成另一對橋臂，在u u2 2負半周承受電壓負半周承受電壓- -u u2 2，得到觸發(fā)，得到觸發(fā)脈沖即導通，當脈沖即導通，當u u2 2過零時關斷過零時關斷Beijing Jiaotong University (BJTU) 電量計算電量計算輸出平均電壓輸出平均電壓 Ud移相范圍移相范圍 0 180輸出平均電流輸出平均電流 Id

18、SCR平均電流平均電流 IdT = Id / 22cos19 . 02cos122)( dsin21222dUUttUU2cos19 . 02RURUIddBeijing Jiaotong University (BJTU)負載電壓有效值負載電壓有效值 U變壓器副邊繞組電流有效值變壓器副邊繞組電流有效值 I2流過晶閘管的電流有效值流過晶閘管的電流有效值功率因數功率因數 2sin2-UtdsinU21U222）（t2sin2-RURUII2222sin-UUIUUISP2222/II2TBeijing Jiaotong University (BJTU)SCR承受的最大正向電壓承受的最大正向電壓

19、 SCR承受的最大反向電壓承受的最大反向電壓2U22U22Beijing Jiaotong University (BJTU)二、電感二、電感性負載性負載（R、L負載）負載） 為便于討論，假設電路處為便于討論，假設電路處于穩(wěn)態(tài)，于穩(wěn)態(tài)，i id d的平均值不變，的平均值不變，且負載電感很大，且負載電感很大，i id d連續(xù)且連續(xù)且波形近似為一水平線波形近似為一水平線u u2 2過零變負時，因電感的作過零變負時，因電感的作用，晶閘管用，晶閘管T T1 1和和T T4 4中仍流過電中仍流過電流流i id d，并不關斷，并不關斷當當tt= =+ +a a ，給，給T T2 2和和T T3 3觸發(fā)脈觸

20、發(fā)脈沖，因沖，因T T2 2和和T T3 3本已承受正電壓，本已承受正電壓，故兩管導通故兩管導通T T2 2和和T T3 3導通后，導通后，u u2 2經經T T2 2和和T T3 3向向T T1 1和和T T4 4施加反壓使施加反壓使T T1 1和和T T4 4關斷，關斷，T T1 1和和T T4 4的電流迅速轉到的電流迅速轉到T T2 2和和T T3 3，此過程稱此過程稱換相換相，亦稱，亦稱換流換流Beijing Jiaotong University (BJTU)輸出平均電壓輸出平均電壓 Ud移相范圍移相范圍 0 90輸出平均電流輸出平均電流 Idcos U0.9tdsinU21U22d

21、tcos RU 0.9RUI2dd 電量計算電量計算（R、L負載）負載）Beijing Jiaotong University (BJTU)流過晶閘管的平均電流流過晶閘管的平均電流 IdT = Id / 2流過晶閘管的電流有效值流過晶閘管的電流有效值 變壓器副邊繞組電流有效值變壓器副邊繞組電流有效值 功率因數功率因數 SCR承受的最大正、反向電壓為承受的最大正、反向電壓為 9cos. 0UUIUIUIURISP2d22dd2222/II2TdT2II 2I2U2Beijing Jiaotong University (BJTU)課課 堂堂 思思 考考 習題習題3-2 可控整流電路可控整流電路

22、純電阻負載時，負載電阻上的平均電壓和平均電流的純電阻負載時，負載電阻上的平均電壓和平均電流的乘積是否等于負載功率？乘積是否等于負載功率？ 大電感負載，當電流基本平直時，在負載電阻上的平大電感負載，當電流基本平直時，在負載電阻上的平均電壓和平均電流的乘積是否等于負載功率？為什么？均電壓和平均電流的乘積是否等于負載功率？為什么？。內的積分為零）所以電流的乘積在一個周期因為不同頻率的電壓和零。，而交流功率分量等于存在直流功率分量是恒定的直流，所以只因為）相等。（所以：即總有功功率，率功外，交流分量也會產生除了直流分量產生功率是非直流電流和電壓，用在負載上的電流有效值）。由于作（電壓有效值因為負載功率

23、）不等。答：（dddddPPPiPPPPPPPIUP(2)IU(.,PPP.,1dd21d321Beijing Jiaotong University (BJTU)三、反電勢負載三、反電勢負載 （E）Beijing Jiaotong University (BJTU)最小起始導電角最小起始導電角2U2Earcsin 反電勢負載反電勢負載 電量計算電量計算Beijing Jiaotong University (BJTU)tE)dsinU2(1EU-2dttdEsinU21I-2dRttdREtUI22)sin2(1 時時tE)dsinU2(1EU-2dt 30的工作情況的工作情況 電壓、電流波

24、形斷續(xù)電壓、電流波形斷續(xù) 各晶閘管導電時間各晶閘管導電時間 =1500- ，小于，小于1200 Beijing Jiaotong University (BJTU)cos U1.17tdsinU2321U26562dt輸出電壓平均值輸出電壓平均值6cos1 U0.675 tdsinU232 1U262dt 電量計算電量計算（R負載）負載）Beijing Jiaotong University (BJTU)3、負載電流平均值：、負載電流平均值：Id=Ud/R4、晶閘管承受的最大反向電壓，為變壓器、晶閘管承受的最大反向電壓，為變壓器 二次線電壓峰值，即二次線電壓峰值，即5、晶閘管承受的最大正向電壓

25、等于變壓器、晶閘管承受的最大正向電壓等于變壓器 二次相電壓的峰值，即二次相電壓的峰值，即 6、移相范圍：、移相范圍： =0 150222RM45.2632UUUU22UUFMBeijing Jiaotong University (BJTU)二、阻感性負載（二、阻感性負載（ R 、L）假定電感很大，假定電感很大，id平直平直Ud波形與波形與R 負載負載 相同相同u u2 2過零時，過零時，T T1 1不關斷，直到不關斷，直到T T2 2的脈沖的脈沖到來，才換流，由到來，才換流，由T T2 2導通向負載供電，導通向負載供電，同時向同時向T T1 1施加反壓使其關斷施加反壓使其關斷u ud d波波

26、形中出現負的部分形中出現負的部分i id d波形有一定的脈動，但波形有一定的脈動，但為簡化分析及定量計算，為簡化分析及定量計算，可將可將i id d近似為一條水平線近似為一條水平線每相晶閘管各導電每相晶閘管各導電1200 移相范圍移相范圍 0 90Beijing Jiaotong University (BJTU)整流電壓整流電壓 Ud整流電流整流電流 Id變壓器副邊電流變壓器副邊電流有效值有效值I2 、SCR的電流的電流有效值有效值 ITcos U1.17U2dRUIddddT2I577.03III電量計算電量計算（L負載）負載）Beijing Jiaotong University (BJ

27、TU)2 = 3U2I2 = d1 = 3U1I1 = 3U2I1 = d (假設假設W1=W2） d2d2d1I473.034I3132I3221Id21P35.12SSS三相半波的主要缺點在于其三相半波的主要缺點在于其變壓器副邊電流中含有直流變壓器副邊電流中含有直流分量，為此其應用較少分量，為此其應用較少Beijing Jiaotong University (BJTU)晶閘管最大正、反向電壓峰值均為變壓器晶閘管最大正、反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值二次線電壓峰值移相范圍：移相范圍： =0 902RMFM45. 2UUUBeijing Jiaotong University (BJT

28、U)03060901201500.40.81.21.17321/( )Ud/U2 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路Ud/U2隨隨a變化的關系變化的關系1電阻負載電阻負載 2大電感負載大電感負載 3小電感負載小電感負載若負載中的電感若負載中的電感量不很大，則當量不很大，則當 3030 ，相對大，相對大電感負載電感負載u ud d中負中負的部分減少，的部分減少， U Ud d略為增加，略為增加，U Ud d/ /U U2 2與與 的關系將介的關系將介于曲線于曲線1 1和和2 2之間之間U Ud d/U/U2 2關系關系Beijing Jiaotong University (BJTU)優(yōu)點

29、（與單項相比）優(yōu)點（與單項相比） 輸出電壓脈動小輸出電壓脈動小 輸出功率大輸出功率大 三相負載平衡三相負載平衡缺點缺點 變壓器副邊電流含有直流分量，容變壓器副邊電流含有直流分量，容易導致直流磁化，引起附加損耗易導致直流磁化，引起附加損耗 變壓器利用率低（每相繞阻的最長變壓器利用率低（每相繞阻的最長導電時間只有三分之一周期）導電時間只有三分之一周期） 零線上通過較大的負載電流零線上通過較大的負載電流應用場合：中等偏小功率的設備上應用場合：中等偏小功率的設備上 三相半波可控整流電路的優(yōu)缺點三相半波可控整流電路的優(yōu)缺點Beijing Jiaotong University (BJTU)思考和作業(yè)思考

30、和作業(yè)習題習題34、316、 317Beijing Jiaotong University (BJTU)3.5 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路 結構：共陰極三相半波結構：共陰極三相半波+共陽極三相半波共陽極三相半波共陰極組共陰極組陰極連接在一陰極連接在一起的起的3 3個晶閘管個晶閘管（T T1 1，T T3 3，T T5 5）共陽極組共陽極組陽極連接在一陽極連接在一起的起的3 3個晶閘管個晶閘管(T(T4 4，T T6 6，T T2 2) )導通順序：導通順序：T6 、T1 T1 、T2 T2 、T3 T3 、T4 T4 、T5 T5 、T6Beijing Jiaotong Univ

31、ersity (BJTU)一、三相橋式全控整流電路（一、三相橋式全控整流電路（R、L）假定電感很大，假定電感很大，id平直平直移相范圍移相范圍 0 90Beijing Jiaotong University (BJTU)Beijing Jiaotong University (BJTU)Beijing Jiaotong University (BJTU)三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路要點要點1 1、一周期內一周期內ud脈動脈動6次，每次脈動的波形都一樣，次，每次脈動的波形都一樣， 故該電路為故該電路為6脈波整流電路脈波整流電路Beijing Jiaotong University (

32、BJTU)2、需要兩個管同時導通才能形成供電回路，共陰、需要兩個管同時導通才能形成供電回路，共陰極組和共陽極組各一個，且不能為同一相器件。極組和共陽極組各一個，且不能為同一相器件。電流連續(xù)時每個器件導通電流連續(xù)時每個器件導通 120120 3、變壓器副邊、變壓器副邊流過正負電流，無直流磁化；流過正負電流，無直流磁化；電流電流連續(xù)時變壓器副邊各相繞組每個周期工作連續(xù)時變壓器副邊各相繞組每個周期工作240240 ，利用率高利用率高Beijing Jiaotong University (BJTU)4、對觸發(fā)脈沖的要求：對觸發(fā)脈沖的要求： 按按T T1 1-T-T2 2-T-T3 3-T-T4 4-

33、T-T5 5-T-T6 6的順序觸發(fā)，相位依次差的順序觸發(fā)，相位依次差6060 共陰極組共陰極組T T1 1、T T3 3、T T5 5的脈沖依次差的脈沖依次差120120 ，共陽極組，共陽極組 T T4 4、T T6 6、T T2 2也依次相差也依次相差120120 同一相的上下兩個橋臂，即同一相的上下兩個橋臂，即T T1 1與與T T4 4，T T3 3與與T T6 6，T T5 5與與 T T2 2，脈沖相差，脈沖相差180180 Beijing Jiaotong University (BJTU)三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路的觸發(fā)要求的觸發(fā)要求 本組內本組內SCR每隔每隔

34、120 換流一次換流一次共陰極與共陽極組的換流點相隔共陰極與共陽極組的換流點相隔 60 SCR的導通順序：的導通順序：(6-1) (1-2) (2-3) (3-4) (4-5) (5-6) 自然換相點自然換相點為相電壓（或線電壓）的交點為相電壓（或線電壓）的交點Beijing Jiaotong University (BJTU)5、為確保電路正常工作，要求、為確保電路正常工作，要求同時導通的兩個同時導通的兩個晶閘管均有脈沖，否則晶閘管均有脈沖，否則在電路合閘起動過程在電路合閘起動過程中或電流斷續(xù)時，電路將不能正常工作中或電流斷續(xù)時，電路將不能正常工作可采用兩種方法使可采用兩種方法使2個晶閘管均

35、有脈沖：個晶閘管均有脈沖： （1）寬脈沖觸發(fā)）寬脈沖觸發(fā) （2）雙窄脈沖觸發(fā)（常用）雙窄脈沖觸發(fā)（常用）Beijing Jiaotong University (BJTU) 圖（圖（a）變壓器副邊三相電壓波形）變壓器副邊三相電壓波形圖（圖（b）寬脈沖觸發(fā)）寬脈沖觸發(fā)（脈寬（脈寬 60 ) 圖（圖（c）雙窄脈沖觸發(fā)）雙窄脈沖觸發(fā)Beijing Jiaotong University (BJTU)整流電壓整流電壓 Ud變壓器副邊電流變壓器副邊電流 有效值有效值I2cosU35. 1cos U34. 2 tdsinU231U223232dtd2I32I電量計算（電量計算（R、L負載）負載）SCR電流

36、電流 有效值有效值ITdTI31IBeijing Jiaotong University (BJTU)二、三相橋式全控整流電路（二、三相橋式全控整流電路（R負載）負載）工作原理工作原理、波形分析波形分析（a） = 60 （b） 60 120移相范圍移相范圍 0 120Beijing Jiaotong University (BJTU)整流電壓整流電壓 Ud0 60 60 120 cosU35. 1cos U34. 2U22d3cos1 U4 3 . 2tdsinU226U232dt 電量計算（電量計算（R負載）負載）Beijing Jiaotong University (BJTU)三、三相橋

37、式全控整流電路（反電勢負載）三、三相橋式全控整流電路（反電勢負載） 三相橋式全控整流電路接反電勢阻感負三相橋式全控整流電路接反電勢阻感負載時，在負載電感足夠大足以使負載電載時，在負載電感足夠大足以使負載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與電感流連續(xù)的情況下，電路工作情況與電感性負載時相似，電路中各處電壓、電流性負載時相似，電路中各處電壓、電流波形均相同，僅在計算波形均相同，僅在計算I Id d時有所不同，時有所不同，接反電勢阻感負載時的接反電勢阻感負載時的I Id d為：為：REUIdd式中式中R R 和和E E 分別為負載中的電阻值和反電動勢的分別為負載中的電阻值和反電動勢的值值Beijing

38、Jiaotong University (BJTU) 六脈波電路，輸出電壓脈動更小六脈波電路，輸出電壓脈動更小 變壓器繞組無直流磁勢變壓器繞組無直流磁勢 變壓器繞組在正負半周都工作，效率高變壓器繞組在正負半周都工作，效率高三相橋式全控整流電路的優(yōu)點三相橋式全控整流電路的優(yōu)點Beijing Jiaotong University (BJTU)例題例題 3-3 圖例圖例3-3 3-3 的三相橋式整流電路，三相電壓對稱，設的三相橋式整流電路，三相電壓對稱，設濾波電抗非常大，輸出電流連續(xù)，若快速熔斷器濾波電抗非常大，輸出電流連續(xù)，若快速熔斷器F1F1熔熔斷，不計交流電源的內阻抗，試繪出輸出電壓斷，不計

39、交流電源的內阻抗，試繪出輸出電壓u ud d的波形，的波形，并寫出電流并寫出電流I Id d的計算式。的計算式。Beijing Jiaotong University (BJTU)解： （1）故障條件下輸出波形如圖例）故障條件下輸出波形如圖例3-3（b）所示。）所示。 （2）設整流器交流側相電壓為）設整流器交流側相電壓為U2，將故障下輸，將故障下輸出波形和三相橋式整流電路在正常運行情況下出波形和三相橋式整流電路在正常運行情況下和和時的輸出波形相比較可知，輸出由四時的輸出波形相比較可知，輸出由四個個時的波頭和兩個時的波頭和兩個時的波頭組成，因此時的波頭組成，因此計算可以簡化為：計算可以簡化為：2

40、2294. 16260cos34. 26434. 2UUUUd2294. 194. 1URRURUIddBeijing Jiaotong University (BJTU)3 . 6 三相橋式半控整流電路三相橋式半控整流電路由一個三相半由一個三相半波不控整流電波不控整流電路與一個三相路與一個三相半波可控整流半波可控整流電路串聯而成電路串聯而成移相范圍移相范圍 0 180Beijing Jiaotong University (BJTU)一、電阻性一、電阻性負載負載（R負載）負載）波形分析波形分析Beijing Jiaotong University (BJTU)電量計算電量計算1、整流電壓、整

41、流電壓 Ud輸出電壓為不可控三相半波電路輸出電壓輸出電壓為不可控三相半波電路輸出電壓與可控的三相半波電路輸出電壓之和與可控的三相半波電路輸出電壓之和2、移相范圍、移相范圍 0 1802cos1U34. 2)cos(1 U17. 1U22dBeijing Jiaotong University (BJTU)二、電感性二、電感性負載負載（R、L負載）負載）波形分析波形分析Beijing Jiaotong University (BJTU)電量計算電量計算整流電壓整流電壓 Udv同電阻性負載同電阻性負載v輸出電壓為不可控半波電路輸出電壓與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

42、和可控的三相半波電路輸出電壓之和2cos1U34. 2)cos(1 U17. 1U22dBeijing Jiaotong University (BJTU)SCR電流的有效值電流的有效值 IT、整流管電流有效值、整流管電流有效值 IDddDTI577.0I 31IIddDdTI 31IISCR電流的平均值電流的平均值 IdD 、整流管電流平均值、整流管電流平均值 IdT變壓器副邊繞組電流有效值變壓器副邊繞組電流有效值 I2 60 dd2I816.0I 32Id2I I60 180 Beijing Jiaotong University (BJTU)三、三相橋式半控整流的失控現象三、三相橋式半控

43、整流的失控現象 當處于關斷狀態(tài)晶閘當處于關斷狀態(tài)晶閘管的觸發(fā)脈沖突然丟管的觸發(fā)脈沖突然丟失或控制角失或控制角 突然增突然增大到大到 180 時，處于時，處于導通狀態(tài)的晶閘管將導通狀態(tài)的晶閘管將不能正常關斷、失去不能正常關斷、失去控制作用控制作用失控現失控現象。象。 避免方法：避免方法： 加續(xù)流二極管加續(xù)流二極管Beijing Jiaotong University (BJTU)例題例題 3-4圖例圖例3-4 的三相半控橋整流電路，已知三相電源對稱，濾波電的三相半控橋整流電路，已知三相電源對稱，濾波電感感 Ld 充分大，負載電流充分大，負載電流i id近似平直。近似平直。UAB=380V，R=2

44、 ，UC=40V， =90 ，試：，試：（1） 繪出負載電壓繪出負載電壓ud、 交流側電流交流側電流i iA的波形的波形（2）求負載電壓平均值）求負載電壓平均值 Ud、負載電流平均值、負載電流平均值Id（3）求電源側的功率因數）求電源側的功率因數Beijing Jiaotong University (BJTU)解：解：（1）反電勢阻感負載在負載電感足夠大足以反電勢阻感負載在負載電感足夠大足以使負載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與大使負載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與大電感負載時相似電感負載時相似，負載電壓，負載電壓ud、交流側電流、交流側電流i iA的的波形如圖例波形如圖例3-4（b）所示

45、）所示 （3 3） )(4 .25717. 1)cos1 (17. 122VUUUd)(7 .1082404 .257ARUUICdd（2） )(85.767 .1082118090AIIdA)(6 .5072185.7638033VAIUSAAB)(4 .279797 .1084 .257WIUPPddd55. 06 .507214 .27979SPBeijing Jiaotong University (BJTU)課課 堂堂 思思 考考 3、下列概念正確的在括號中畫、下列概念正確的在括號中畫“ ”： 在整流電路中，負載電流越大，換相重疊角越小。在整流電路中，負載電流越大，換相重疊角越小。

46、在整流電路中，輸入電壓越高，換相重疊角越小。在整流電路中，輸入電壓越高，換相重疊角越小。 在整流電路中，輸入變壓器漏抗越大，換相重疊角越小。在整流電路中，輸入變壓器漏抗越大，換相重疊角越小。 在大電感負載整流電路中，換相壓降與相控角在大電感負載整流電路中，換相壓降與相控角有關。有關。 在大電感負載整流電路中，換相重疊角在大電感負載整流電路中，換相重疊角與相控角與相控角有關。有關。2、可控整流電路，電阻性負載，當一定、可控整流電路，電阻性負載，當一定Id時，流過晶閘管的時，流過晶閘管的 電流有效值電流有效值IT隨控制角隨控制角的增大而的增大而 。 1、下列可控整流電路中、下列可控整流電路中，輸出

47、電壓諧波含量最少的是輸出電壓諧波含量最少的是 。 a. 三相半波三相半波 b. 三相橋式三相橋式 c. 單相半波單相半波 d. 單相橋式單相橋式Beijing Jiaotong University (BJTU)3. 7 整流器交流側電抗對換流整流器交流側電抗對換流(相相)的影響的影響 考慮包括變壓器漏感在內的交流側電感的影響，該漏感可考慮包括變壓器漏感在內的交流側電感的影響，該漏感可用一個集中的電感用一個集中的電感LB表示表示 假設大電感負載，負載電流連續(xù)且平直假設大電感負載，負載電流連續(xù)且平直一、換相過程分析（以三相半波為例）一、換相過程分析（以三相半波為例）RabcTLudicibiaL

48、BLBLBikVT1VT2VT3udidtOtOiciaibiciaIduaubuc1 1、T T1 1換相至換相至T T2 2的過程：的過程：因因a a、b b兩相均有漏感兩相均有漏感, ,i ia a、i ib b均不能突變均不能突變當當i ik k增大到等于增大到等于i id d時，時， i ia a=0=0，T T1 1關斷關斷, ,換流結換流結束束T T1 1和和T T2 2同時導通，相當于將同時導通，相當于將a a、b b兩相短路，在兩相組成的回路兩相短路，在兩相組成的回路中產生環(huán)流中產生環(huán)流i ik k， i ib b= =i ik k 是逐漸是逐漸增大的，而增大的，而i ia

49、a= =I Id d- -i ik k是逐漸減小是逐漸減小 考慮變壓器漏感時的考慮變壓器漏感時的三相半波可控整流電路及波形三相半波可控整流電路及波形換相重疊角換相重疊角 ：換相過換相過程所需的時程所需的時間間T T1 1換相至換相至T T2 2的過程的過程Beijing Jiaotong University (BJTU)3. 4 整流器交流側電抗的影響整流器交流側電抗的影響 原因原因 變壓器存在一定的漏電感變壓器存在一定的漏電感 交流回路存在一定的電感交流回路存在一定的電感 結果結果 出現重迭導通現象（兩條支路同時導電）出現重迭導通現象（兩條支路同時導電） 簡化考慮簡化考慮 把所有交流側的電

50、感都折算到變壓器副把所有交流側的電感都折算到變壓器副 邊，用集中電感邊，用集中電感 LB 表示表示Beijing Jiaotong University (BJTU)2、相關概念（術語）、相關概念（術語） 換相過程：一相晶閘管電流從換相過程：一相晶閘管電流從id 0 ，另一，另一 相晶閘管電流從相晶閘管電流從0 id的過程的過程 換相重疊角換相重疊角 ：換相過程所對應的相角：換相過程所對應的相角 換相電壓：換相過程中兩相間電位差瞬時值換相電壓：換相過程中兩相間電位差瞬時值 uba = ub - ua3、換相電壓的作用：、換相電壓的作用：v 強制導通元件中的電流下降為零強制導通元件中的電流下降為

51、零v 保證退出導通的元件恢復阻斷能力保證退出導通的元件恢復阻斷能力Beijing Jiaotong University (BJTU)4、換相重迭對輸出電壓波形的影響、換相重迭對輸出電壓波形的影響換相過程：換相過程：整流電壓的瞬時值整流電壓的瞬時值影響：影響：與與 = 0時相比，產生了時相比，產生了換換相壓降相壓降 Ud，使使Ud減小減小dtdiLuuuKBbaab22abKBuudtdiL2abKBbduudtdiLuudddUUUcos0RabcTLudicibiaLBLBLBikVT1VT2VT3udidtOtOiciaibiciaIduaubucBeijing Jiaotong Uni

52、versity (BJTU)二、換相壓降的計算二、換相壓降的計算 對于對于單相全控橋單相全控橋，環(huán)流，環(huán)流i ik是從是從0變?yōu)樽優(yōu)?Id，所以必須，所以必須用用 2Id 代替代替 Id 整流輸出電壓的平均值整流輸出電壓的平均值tduumtduumabdb)2(2)(2dIKBKBdixmtdtddiLm022dBImx2dUdddUUUcos0RabcTLudicibiaLBLBLBikVT1VT2VT3udidtOtOiciaibiciaIduaubucBeijing Jiaotong University (BJTU) 符號定義符號定義m 輸出電壓在一個周期的波頭數。輸出電壓在一個周期的

53、波頭數。xB 整流電路交流側每相電抗值（主要是變整流電路交流側每相電抗值（主要是變壓器漏抗）壓器漏抗）U2 變壓器二次繞組額定相電壓變壓器二次繞組額定相電壓I2 變壓器二次繞組額定相電流（星接）變壓器二次繞組額定相電流（星接）uK% 變壓器的短路電壓比變壓器的短路電壓比100oo22KBuIUxBeijing Jiaotong University (BJTU)三、考慮三、考慮 時的整流器輸出特性時的整流器輸出特性 輸出電壓的平均值輸出電壓的平均值 Ud 整流電路的輸出特性整流電路的輸出特性如右圖所示如右圖所示dddUUUcos0dcdIRUcos0)2(BcmxRBeijing Jiaoto

54、ng University (BJTU)四、換相重疊角四、換相重疊角 的計算的計算) tcoscos(LmsinU2iIi0itttdsinmsinU2L1ditsinmsinU22uu)mt(cosU2u)mt(cosU2uB2kdkk2Bk2ab2b2a解得：；換流結速時，時，因為當Beijing Jiaotong University (BJTU) m 輸出電壓在一個周期內的波頭數輸出電壓在一個周期內的波頭數 對于單相全控橋，環(huán)流對于單相全控橋，環(huán)流i ik是從是從0變?yōu)樽優(yōu)?Id，所以必，所以必須用須用 2Id 代替代替 Id 對于三相全控橋，它相當于相電壓為對于三相全控橋，它相當于相

55、電壓為 的的6脈脈波整流電路，所以必須用波整流電路，所以必須用 線電壓（即線電壓（即 ）代替代替coscossin220BIKdxmUdiIdmUIxdBsin2coscos22U32U2U3Beijing Jiaotong University (BJTU)各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計算各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計算電路形式電路形式單相單相全波全波單相全單相全控橋控橋三相三相半波半波三相全三相全控橋控橋m脈波脈波整流電路整流電路 dUdBIXdB2IXdB23IXdB3IXdB2ImX)cos(cos2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIsin

56、22Bd注：注： 單相全控橋電路中，環(huán)流單相全控橋電路中，環(huán)流i ik是從是從0變?yōu)樽優(yōu)?Id 三相橋等效為相電壓等于三相橋等效為相電壓等于 的的6脈波整流電路，脈波整流電路， 故其故其m=6，相電壓按，相電壓按 代入代入2U32U3 整流輸出電壓的平均值整流輸出電壓的平均值dddUUUcos0Beijing Jiaotong University (BJTU)五、五、變壓器漏感對整流電路影響的結論變壓器漏感對整流電路影響的結論 出現換相重疊角出現換相重疊角 ，整流輸出電壓平均值，整流輸出電壓平均值U Ud d降低降低 使整流電路的功率因數降低使整流電路的功率因數降低 換相使電網電壓出現缺口，

57、換相使電網電壓出現缺口， 使電網電壓發(fā)生畸變使電網電壓發(fā)生畸變 晶閘管的晶閘管的d di i/ /d dt t 減小，有利減小，有利 于晶閘管的安全開通，有時于晶閘管的安全開通，有時 人為串入進線電抗器以抑制人為串入進線電抗器以抑制 晶閘管的晶閘管的d di i/ /d dt t。RabcTLudicibiaLBLBLBikVT1VT2VT3udidtOtOiciaibiciaIduaubucBeijing Jiaotong University (BJTU)例題例題 3-5 圖例圖例3-5 的單相橋式整流電路，已知電源電壓的單相橋式整流電路，已知電源電壓U2=220V，交流側電抗為，交流側電

58、抗為XB，假設濾波電抗，假設濾波電抗Xd非常大，非常大，以至于輸出電流以至于輸出電流i id連續(xù)而平直。當連續(xù)而平直。當i id=Id時，重疊角時，重疊角1=300，如改變負載電阻，如改變負載電阻R，使，使i id=2Id ，試，試 （1）計算此時的重疊角）計算此時的重疊角2 和輸出電壓平均值和輸出電壓平均值Ud； （2）繪出電流）繪出電流i iD1、i iD2和電壓和電壓ud 的波形。的波形。 Beijing Jiaotong University (BJTU)解：解：（1）將）將m相半波可控整流相半波可控整流電路計算重疊角的公式用于電路計算重疊角的公式用于本題，可得本題，可得 ：mUIxd

59、Bsin2)cos(cos2取取m=2,m=2, ,且應注意到，對且應注意到，對于單相橋式電路，每次換流交于單相橋式電路，每次換流交流側電流變化量為流側電流變化量為2 2倍的穩(wěn)態(tài)倍的穩(wěn)態(tài)電流，因此，據題意可列出方電流，因此，據題意可列出方程組如下：程組如下： 22212)2(2cos122cos1UIxUIxdBdB即即)cos1 (2cos112432)( 5 .171243cos12209 . 02cos19 . 022VUUd（2 2）電流）電流i iD1、i iD2和和ud 的的波形示于圖例波形示于圖例3-53-5Beijing Jiaotong University (BJTU)例題

60、例題 3-6 三相全控橋式整流電路接大電感負載，對于三相全控橋式整流電路接大電感負載，對于4000KVA副邊副邊Y形連接的整流變壓器，其短路比形連接的整流變壓器，其短路比20%，副邊線電壓，副邊線電壓U2l=2000V ， Id=1200A， =15 ，求裝置的功率因數。，求裝置的功率因數。 解：解：根據題中的參數，整流變壓器副邊額定線電流為：根據題中的參數，整流變壓器副邊額定線電流為： )(7 .1154200031040003322AUSIlel根據短路比的定義：根據短路比的定義： )(2 . 02 . 013%2222elkeBIUUIUx因因XB不可忽略，須考慮重疊造成的輸出平均電壓損