第2章整流電路

1、機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-1第第2章章 整流電路整流電路機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-2第第2章章 整流電路整流電路引言引言整流電路的分類整流電路的分類：按組成的器件可分為不可控不可控、半控半控、全控全控三種。按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路橋式電路和零式電路零式電路。按交流輸入相數(shù)分為單相電路單相電路和多相電路多相電路。按變壓器二次側(cè)電流的方向是單向或雙向，又分為單拍電路單拍電路和雙拍電路雙拍電路。整流電路整流電路：出現(xiàn)最早的電力電子電路，將交流電變?yōu)橹绷麟姟C電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-32.1 單相可控整流電路單相可控整流電路機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室

2、2-42.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路圖2-1 單相半波可控整流電路及波形1 1）帶電阻負載的工作情況）帶電阻負載的工作情況變壓器T起變換電壓和電氣隔離的作用。電阻負載的特點電阻負載的特點：電壓與電流成正比，兩者波形相同。wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2 ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00 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)機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-52.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 VT的a 移相范圍為

3、180 通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式相位控制方式，簡稱相控方式相控方式。 首先，引入兩個重要的基本概念：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，用表示 ?；緮?shù)量關(guān)系基本數(shù)量關(guān)系直流輸出電壓平均值為paaapwwp2cos145. 0)cos1 (22)(sin221222dUUttdUU(2-1)機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-62.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路2) 帶阻感負載的工作情況帶阻感負載的工作情況

4、 圖2-2 帶阻感負載的 單相半波電路及其波形阻感負載的特點阻感負載的特點：電感對電流變化有抗拒作用，使得流過電感的電流不發(fā)生突變。討論負載阻抗角j、觸發(fā)角a、晶閘管導(dǎo)通角的關(guān)系。wttwwtwtwu20wt1p2 ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+ + +機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-72.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路對單相半波電路的分析可基于上述方法進行：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。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(guān)斷狀態(tài) b)VT處于導(dǎo)通狀態(tài) a)b)

5、VTRLVTRLu2u2電力電子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。器件的每種狀態(tài)對應(yīng)于一種線性電路拓撲。機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-82.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路當VT處于通態(tài)時，如下方程成立：VTb)RLu2b) VT處于導(dǎo)通狀態(tài)tURitiLwsin2dd2dd（2-2）)sin()sin(tanjaqjajqe（2-4）初始條件：t= a ，id=0。求解式（2-2）并將初始條件代入可得當t=+a 時，id=0，代入式（2-3）并整理得 )sin(2)sin(22)(2djwjaawwtZUeZUitLR（2-3）22)

6、( LRZwRLwjarctan其中 ，機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-92.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路續(xù)流二極管續(xù)流二極管u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRa)圖2-4 單相半波帶阻感負載有續(xù)流二極管的電路及波形 當u2過零變負時，VDR導(dǎo)通，ud為零，VT承受反壓關(guān)斷。L儲存的能量保證了電流id在L-R-VDR回路中流通，此過程通常稱為續(xù)流續(xù)流。 數(shù)量關(guān)系數(shù)量關(guān)系(id近似恒為Id）ddVT2IIpap（2-5）d2dVT2)(21ItdIIpapwppa（2-6）ddVDRI

7、Ipap2（2-7）d22dVD2)(21RItdIIpapwpapp（2-8）機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-102.1.1 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路VT的a 移相范圍為180 。簡單，但輸出脈動大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化。實際上很少應(yīng)用此種電路。分析該電路的主要目的建立起整流電路的基本概念。 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機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-112.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路1) 帶電阻負載的工作情況帶電阻負載的工作情況a)u (i )pwtwtwt000i2udidb)c

8、)d)ddaauVT1,4圖2-5 單相全控橋式帶電阻負載時的電路及波形工作原理及波形分析工作原理及波形分析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(dǎo)通，當u2過零時關(guān)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(dǎo)通，當u2過零時關(guān)斷。電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路(Single Phase Bridge Contrelled Rectifier)機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-122.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路數(shù)量關(guān)系數(shù)量關(guān)系paaapwwp2cos19 . 02cos122)

9、( dsin21222dUUttUU（2-9）a 角的移相范圍為180。向負載輸出的平均電流值為：流過晶閘管的電流平均值只有輸出直流平均值的一半，即：2cos145.0212ddVTaRUII（2-10）2cos19 . 02cos12222ddaapRURURUI(2-11)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-132.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路流過晶閘管的電流有效值：變壓器二次測電流有效值I2與輸出直流電流I有效值相等：由式（2-12）和式（2-13）得：不考慮變壓器的損耗時，要求變壓器的容量 S=U2

10、I2。papapwwppa2sin212)(d)sin2(21222VTRUttRUI（2-12）papapwwppa2sin21)()sin2(12222RUtdtRUII（2-13）II21VT（2-14）pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-142.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路2）帶阻感負載的工作情況）帶阻感負載的工作情況 u2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4圖2-6 單相全控橋帶阻感負載時的電路及波形 假設(shè)電路已工作于穩(wěn)

11、態(tài)，id的平均值不變。假設(shè)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，晶閘管VT1和VT4并不關(guān)斷。至t=+a 時刻，晶閘管VT1和VT4關(guān)斷，VT2和VT3兩管導(dǎo)通。VT2和VT3導(dǎo)通后，VT1和VT4承受反壓關(guān)斷，流過VT1和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2和VT3上，此過程稱換相換相，亦稱換流換流。機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-152.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路 數(shù)量關(guān)系數(shù)量關(guān)系apaaapwwpcos9 . 0cos22)(dsin21222dUUttUU（2-15）晶閘管移相范圍為90。晶閘管導(dǎo)通角與a無關(guān)，均為180。電流的平均值

12、和有效值：變壓器二次側(cè)電流i2的波形為正負各180的矩形波，其相位由a角決定，有效值I2=Id。ddT21IIddT707. 021III晶閘管承受的最大正反向電壓均為 。22U2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-162.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路3） 帶反電動勢負載時的工作情況圖2-7 單相橋式全控整流電路接反電動勢電阻負載時的電路及波形 在|u2|E時，才有晶閘管承 受正電壓，有導(dǎo)通的可能。在a 角相同時，整流輸出電壓比電阻負載時大。導(dǎo)通之后， ud

13、=u2， ， 直至|u2|=E，id即降至0使得 晶閘管關(guān)斷，此后ud=E 。REuidd與電阻負載時相比，晶閘管提前了電角度停止導(dǎo)電， 稱為停止導(dǎo)電角，212sinUE（2-16）b)idOEudwtIdOwtaq機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-172.1.2 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路當 30 的情況（的情況（圖2-14 ） 特點：負載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角小于120 。b)c)d)e)f)u2uaubuca =0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwta)R動畫演示機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-292.2.1 三

14、相半波可控整流電路三相半波可控整流電路aapwwpapapcos17.1cos263)(sin2321226562dUUttdUU（2-18）當a=0時，Ud最大，為 。2d0d17.1UUU)6cos(1675. 0)6cos(1223)(sin2321262dapappwwppapUttdUU(2-19)整流電壓平均值的計算整流電壓平均值的計算a30時，負載電流連續(xù)，有：a30時，負載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時有：機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-302.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路Ud/U2隨a變化的規(guī)律如圖2-15中的曲線1所示。030609012015

15、01.17321a/( )Ud/U2圖2-15 三相半波可控整流電路Ud/U2隨a變化的關(guān)系1電阻負載 2電感負載 3電阻電感負載機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-312.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路 負載電流平均值為 晶閘管承受的最大反向電壓，為變壓器二次線電壓峰值，即晶閘管陽極與陰極間的最大正向電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，即RUIdd（2-20）222RM45.2632UUUU（2-21）22UUFM（2-22）機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-322.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路2）阻感負載）阻感負載圖2-16 三

16、相半波可控整流電路，阻感負載時的電路及a =60時的波形特點：阻感負載，L值很大，id波形基本平直。a30時：整流電壓波形與電阻負載時相同。a30時（如a=60時的波形如圖2-16所示）。u2過零時，VT1不關(guān)斷，直到VT2的脈沖到來，才換流，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。阻感負載時的移相范圍為90。udiauaubucibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt動畫演示機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-332.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路數(shù)量關(guān)系數(shù)量關(guān)系由于負載電流連續(xù)， Ud可由式（2-

17、18）求出，即2d0d17. 1UUUUd/U2與a成余弦關(guān)系，如圖2-15中的曲線2所示。如果負載中的電感量不是很大，Ud/U2與a的關(guān)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。03060901201501.17321a/( )Ud/U2圖2-15 三相半波可控整流電路Ud/U2隨a變化的關(guān)系1電阻負載 2電感負載 3電阻電感負載機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-342.2.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值為晶閘管的額定電流為晶閘管最大正、反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值三相半波的主要缺點在于其變壓器二次

18、電流中含有直流分量，為此其應(yīng)用較少。ddVT2577. 031IIII（2-23）dVTVT(AV)368. 057. 1III（2-24）2RMFM45. 2UUU（2-25）機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-352.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路三相橋是應(yīng)用最為廣泛的整流電路共陰極組共陰極組陰極連接在一起的3個晶閘管（VT1，VT3，VT5）共陽極組共陽極組陽極連接在一起的3個晶閘管（VT4，VT6，VT2）圖2-17 三相橋式全控整流電路原理圖導(dǎo)通順序： VT1VT2 VT3 VT4 VT5VT6機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-362.2.2 三相橋式全控

19、整流電路三相橋式全控整流電路1）帶電阻負載時的工作情況）帶電阻負載時的工作情況當a60 時，ud波形均連續(xù)，對于電阻負載，id波形與ud波形形狀一樣，也連續(xù) 波形圖： a =0 （圖218 ） a =30 （圖219） a =60 （圖220）當a60 時，ud波形每60中有一段為零，ud波形不能出現(xiàn)負值 波形圖： a =90 （ 圖221）帶電阻負載時三相橋式全控整流電路a角的移相范圍是120機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-372.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路晶閘管及輸出整流電壓的情況如表21所示時 段IIIIIIIVVVI共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管VT1VT1VT3

20、VT3VT5VT5共陽極組中導(dǎo)通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb 請參照圖218機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-382.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路（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、VT6、VT2也依次差120。同一相的上下兩個橋臂，即VT1與與VT4，VT3與與VT6，VT5與與VT2，脈沖相差180。

21、三相橋式全控整流電路的特點特點（1）2管同時通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各1，且不能為同1相器件。機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-392.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路（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(dǎo)通的2個晶閘管均有脈沖可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā) 一種是雙脈沖觸發(fā)（常用） (5）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同。 三相橋式全控整流電路的特點特點機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-40a60 時時（a =0 圖222；a =30 圖223）ud波

22、形連續(xù)，工作情況與帶電阻負載時十分相似。 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2.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路2) 阻感負載時的工作情況阻感負載時的工作情況主要包括a 60 時（時（ a =90圖224）阻感負載時的工作情況與電阻負載時不同。 電阻負載時，ud波形不會出現(xiàn)負的部分。 阻感負載時，ud波形會出現(xiàn)負的部分。帶阻感負載時，三相橋式全控整流電路的a角移相范圍為90 。區(qū)別在于：得到的負載電流id波形不同。 當電感足夠大的時候， id的波形可近似為一條水平線。機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-412.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式

23、全控整流電路3) 定量分析定量分析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）的平均值為： 帶電阻負載且a 60時，整流電壓平均值為：輸出電流平均值為 ：Id=Ud /Rawwpapapcos34.2)(sin63123232dUttdUU（2-26）)3cos(134.2)(sin63232dapwwppapUttdUU（2-27）機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-422.2.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路當整流變壓器為圖2-17中所示采用星形接法，帶阻感負載時，變壓器二次側(cè)電流波形如圖2-23中所示，其有效值為：ddddIIIII816.03232)(

24、3221222ppp（2-28）晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時一致。接反電勢阻感負載時，在負載電流連續(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、電流波形均相同。僅在計算Id時有所不同，接反電勢阻感負載時的Id為：REUIdd（2-29）式中R和E分別為負載中的電阻值和反電動勢的值。機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-43ik=ib是逐漸增大的， 而ia=Id-ik是逐漸減小的。當ik增大到等于Id時，ia=0，VT1關(guān)斷,換流過程結(jié)束。2.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響考慮包括變壓器漏感在內(nèi)的交流側(cè)電感的影響，該漏感可用一個集中的電感LB

25、表示?，F(xiàn)以三相半波為例，然后將其結(jié)論推廣。VT1換相至VT2的過程：因a、b兩相均有漏感，故ia、ib均不能突變。于是VT1和VT2同時導(dǎo)通，相當于將a、b兩相短路，在兩相組成的回路中產(chǎn)生環(huán)流ik。圖2-25 考慮變壓器漏感時的三相半波可控整流電路及波形udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-442.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響換相重疊換相重疊角角換相過程持續(xù)的時間，用電角度g g表示。換相過程中，整流電壓ud為同時導(dǎo)通的兩個晶閘管所對應(yīng)的兩個相電壓的平均值。換相壓降與不考慮變壓器漏感時相比，ud平均值降低

26、的多少。2ddddbakBbkBaduutiLutiLuu（2-30）dB0B6565B6565Bbb6565dbd23d23)(ddd23)(d)dd(23)(d)(3/21IXiLttiLttiLuutuuUIpwpwpwpwppgapapgapapgapadkkk（2-31）機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-452.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響換相重疊角g g的計算B2Bab2)65sin(62)(ddLtULuutipwk由上式得：)65sin(26ddB2pwwtXUtik進而得出：)65cos(cos26)(d)65sin(26B265B2pwaw

27、pwwpatXUttXUitk（2-32）（2-33）（2-34）機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-462.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響由上述推導(dǎo)過程，已經(jīng)求得：)65cos(cos26)(d)65sin(26B265B2pwawpwwpatXUttXUitk 當 時， ，于是65pgawtdkIig g 隨其它參數(shù)變化的規(guī)律： （1） Id越大則g g 越大； （2） XB越大g g 越大； （3） 當a a90 時，a a 越小g g 越大。)cos(cos26B2dgaaXUI（2-35）2dB62)cos(cosUIXgaa（2-36）機電學院電氣教研

28、室機電學院電氣教研室2-472.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響 變壓器漏抗對各種整流電路的影響變壓器漏抗對各種整流電路的影響 dUdBIXpdB2IXpdB23IXpdB3IXpdB2ImXp)cos(cosgaa2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIpsin22Bd電路形式單相全波單相全控橋三相半波三相全控橋m脈波整流電路 表2-2 各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計算23U23U注：單相全控橋電路中，環(huán)流ik是從-Id變?yōu)镮d。本表所列通用公式不適用； 三相橋等效為相電壓等于 的6脈波整流電路，故其m=6，相電壓按 代入。23U2

29、3U機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-482.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路影響的一些結(jié)論變壓器漏感對整流電路影響的一些結(jié)論:出現(xiàn)換相重疊角g g ，整流輸出電壓平均值Ud降低。整流電路的工作狀態(tài)增多。晶閘管的di/dt 減小，有利于晶閘管的安全開通。 有時人為串入進線電抗器以抑制晶閘管的di/dt。換相時晶閘管電壓出現(xiàn)缺口，產(chǎn)生正的du/dt，可能使晶閘管誤導(dǎo)通，為此必須加吸收電路。 換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源。機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-492.4 電容濾波的不可控整流電路電容濾波的不可控整流電路機電學院電氣教研室機電

30、學院電氣教研室2-502.4 電容濾波的不可控整流電路電容濾波的不可控整流電路在交直交變頻器、不間斷電源、開關(guān)電源等應(yīng)用場合中，大量應(yīng)用。最常用的是單相橋和三相橋兩種接法。由于電路中的電力電子器件采用整流二極管，故也稱這類電路為二極管整流電路。機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-512.4.1電容濾波的單相不可控整流電路電容濾波的單相不可控整流電路常用于小功率單相交流輸入的場合，如目前大量普及的微機、電視機等家電產(chǎn)品中。1） 工作原理及波形分析工作原理及波形分析圖2-26 電容濾波的單相橋式不可控整流電路及其工作波形a) 電路 b) 波形基本工作過程基本工作過程：在u2正半周過零點至w w

31、t=0期間，因u2ud，故二極管均不導(dǎo)通，電容C向R放電，提供負載所需電流。至w wt=0之后，u2將要超過ud，使得VD1和VD4開通，ud=u2，交流電源向電容充電，同時向負載R供電。b)0iudqp2pwti,uda)+RCu1u2i2VD1VD3VD2VD4idiCiRud機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-522.4.1電容濾波的單相不可控整流電路電容濾波的單相不可控整流電路2) 主要的數(shù)量關(guān)系主要的數(shù)量關(guān)系 輸出電壓平均值輸出電壓平均值 電流平均值電流平均值 輸出電流平均值IR為： IR = Ud /R Id =IR 二極管電流iD平均值為： ID = Id / 2=IR/ 2

32、 二極管承受的電壓二極管承受的電壓 （2-47）（2-48）（2-49）22U空載時， 。重載時，Ud逐漸趨近于0.9U2，即趨近于接近電阻負載時的特性。在設(shè)計時根據(jù)負載的情況選擇電容C值，使 , 此時輸出電壓為： Ud1.2 U2。2d2UU2/)53(TRC （2-46）機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-532.4.1電容濾波的單相不可控整流電路電容濾波的單相不可控整流電路 感容濾波的二極管整流電路感容濾波的二極管整流電路實際應(yīng)用為此情況，但分析復(fù)雜。ud波形更平直，電流i2的上升段平緩了許多，這對于電路的工作是有利的。圖2-29 感容濾波的單相橋式不可控整流電路及其工作波形a） 電

33、路圖 b）波形a)b)u2udi20qpwti2,u2,ud機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-542.4.2電容濾波的三相不可控整流電路電容濾波的三相不可控整流電路1） 基本原理基本原理某一對二極管導(dǎo)通時，輸出電壓等于交流側(cè)線電壓中最大的一個，該線電壓既向電容供電，也向負載供電。當沒有二極管導(dǎo)通時，由電容向負載放電，ud按指數(shù)規(guī)律下降。圖2-30 電容濾波的三相橋式不可控整流電路及其波形a)b)Oiaudiduduabuac0qwtpp3wt機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-5532=+t)-32( - tRC1232=+t2t)(d32sin6d)(d)+tsin(6dpwpww

34、pwwpwqweUtU 電流id 斷續(xù)和連續(xù)的臨界條件臨界條件w wRC=33在輕載時直流側(cè)獲得的充電電流是斷續(xù)的，重載時是連續(xù)的，分界點就是R= /w wC。32.4.2電容濾波的三相不可控整流電路電容濾波的三相不可控整流電路由 “電壓下降速度相等”的原則，可以確定臨界條件。假設(shè)在wt+d =2p/3的時刻“速度相等”恰好發(fā)生，則有圖2-31電容濾波的三相橋式整流電路當w wRC等于和小于 時的電流波形 a）w wRC=b）w wRCua，VT6導(dǎo)通，此電流在流經(jīng)LP時，LP上要感應(yīng)一電動勢up，其方向是要阻止電流增大?？蓪?dǎo)出Lp兩端電壓、整流輸出電壓的數(shù)學表達式如下：1twwupud1,u

35、d2OO60 360 wt1wttb)a)uaubucucuaubub機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-802.6.1帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路原理分析原理分析(續(xù)續(xù))：圖2-37 平衡電抗器作用下輸出電壓的波形和平衡電抗器上電壓的波形圖2-38 平衡電抗器作用下兩個晶閘管同時導(dǎo)電的情況雖然 ，但由于Lp的平衡作用，使得晶閘管VT6和VT1同時導(dǎo)通。 時間推遲至ub與ua的交點時， ub = ua ， 。之后 ub ub ，電流才從VT6換至VT2。此時VT1、VT2同時導(dǎo)電。每一組中的每一個晶閘管仍按三相半波的導(dǎo)電規(guī)律而各輪流導(dǎo)電。21dduu

36、0puwupud1,ud2OO60 360 wt1wttb)a)uaubucucuaubub機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-812.6.1帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路由上述分析以可得：圖2-37 平衡電抗器作用下輸出電壓的波形和平衡電抗器上電壓的波形平衡電抗器中點作為整流電壓輸出的負端，其輸出的整流電壓瞬時值為兩組三相半波整流電壓瞬時值的平均值。波形如圖2-37 a。)(212121d2d1pd1pd2duuUuuuu（2-98）諧波分析分析詳見P75-P76。ud中的諧波分量比直流分量要小得多，且最低次諧波為六次諧波。直流平均電壓為：2017.

37、1UUdu ,uwupd1d2OO60 360 wt1wttb)a)uaubucucuaubub機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-822.6.1帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路a a =30 、 a a =60 和和a a =90 時輸出電壓的波形分析時輸出電壓的波形分析圖2-39 當a a =30、60、90時，雙反星形電路的輸出電壓波形 分析輸出波形時，可先求出ud1和ud2波形，然后根據(jù)式（2-98）做出波形( ud1+ud2 ) / 2。輸出電壓波形與三相半波電路比較，脈動程度減小了，脈動頻率加大一倍，f=300Hz。電感負載情況下，移相范圍是

38、90。電阻負載情況下，移相范圍為120。90a。60a。30audududwtOwtOwtOuaubucucuaububucucuaububucucuaub機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-832.6.1帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路整流電壓平均值與三相半波整流電路的相等，為: Ud=1.17 U2 cos a a 將雙反星形電路與三相橋式電路進行比較可得出以下結(jié)論：三相橋為兩組三相半波串聯(lián)，而雙反星形為兩組三相半波并聯(lián)，且后者需用平衡電抗器。當U2相等時，雙反星形的Ud是三相橋的1/2，而Id是單相橋的2倍。兩種電路中，晶閘管的導(dǎo)通及觸發(fā)脈沖的分配

39、關(guān)系一樣，ud和id的波形形狀一樣。機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-842.6.2 多重化整流電路多重化整流電路概述： 整流裝置功率進一步加大時，所產(chǎn)生的諧波、無功功率等對電網(wǎng)的干擾也隨之加大，為減輕干擾，可采用多重化整流電路。原理： 按照一定的規(guī)律將兩個或更多的相同結(jié)構(gòu)的整流電路 進行組合得到。目標： 移項多重聯(lián)結(jié)減少交流側(cè)輸入電流諧波，串聯(lián)多重整流電路采用順序控制可提高功率因數(shù)。機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-852.6.2 多重化整流電路多重化整流電路1) 移相多重聯(lián)結(jié)移相多重聯(lián)結(jié)圖2-40 并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)的12脈波整流電路有并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)和串聯(lián)多重聯(lián)結(jié)?？蓽p少輸入電流諧波，

40、減小輸出電壓中的諧波并提高紋波頻率，因而可減小平波電抗器。使用平衡電抗器平衡電抗器來平衡2組整流器的電流。2個三相橋并聯(lián)而成的12脈波整流電路脈波整流電路。機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-862.6.2 多重化整流電路多重化整流電路移相移相30 構(gòu)成的串聯(lián)構(gòu)成的串聯(lián)2重聯(lián)結(jié)電路重聯(lián)結(jié)電路圖2-41 移相30串聯(lián)2重聯(lián)結(jié)電路 圖2-42 移相30串聯(lián)2重聯(lián)結(jié)電路電流波形整流變壓器二次繞組分別采用星形和三角形接法構(gòu)成相位相差30、大小相等的兩組電壓。該電路為12脈波整流電路。星形三角形0a)b)c)d)ia1Id180360ia2iab2iAIdiab2wtwtwtwt000Id2333I

41、d33IdId323(1+ )Id323(1+)Id33Id13機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-872.6.2 多重化整流電路多重化整流電路iA基波幅值Im1和n次諧波幅值Imn分別如下：)32(34dd1IIImpp單橋時為（2-103）（2-104）, 3 , 2 , 1, 112341dkknInImnp即輸入電流諧波次數(shù)為12k1，其幅值與次數(shù)成反比而降低。該電路的其他特性如下：直流輸出電壓 位移因數(shù) cosj j1 1=cosa a （單橋時相同）功率因數(shù) l l= cosj j1 1 =0.9886cosa aUUdcos266p機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-88

42、2.6.2 多重化整流電路多重化整流電路利用變壓器二次繞阻接法的不同，互相錯開20，可將三組橋構(gòu)成串聯(lián)串聯(lián)3重聯(lián)結(jié)電路重聯(lián)結(jié)電路：整流變壓器采用星形三角形組合無法移相20，需采用曲折接法。整流電壓ud在每個電源周期內(nèi)脈動18次，故此電路為18脈脈波整流電路波整流電路。交流側(cè)輸入電流諧波更少，為18k1次（k=1, 2, 3），ud的脈動也更小。輸入位移因數(shù)和功率因數(shù)分別為：cosj j1 1=cosa a l l=0.9949cosa a機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-892.6.2 多重化整流電路多重化整流電路將整流變壓器的二次繞組移相15，可構(gòu)成串聯(lián)串聯(lián)4重聯(lián)結(jié)電路重聯(lián)結(jié)電路： 為

43、為24脈波整流電路脈波整流電路。 其交流側(cè)輸入電流諧波次為24k1，k=1，2，3。 輸入位移因數(shù)功率因數(shù)分別為：cosj j1 1=cosa al l=0.9971cosa a采用多重聯(lián)結(jié)的方法并不能提高位移因數(shù)，但可使輸入電流諧波大幅減小，從而也可以在一定程度上提高功率因數(shù)。機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-902.6.2 多重化整流電路多重化整流電路2) 多重聯(lián)結(jié)電路的順序控制多重聯(lián)結(jié)電路的順序控制只對一個橋的a a角進行控制，其余各橋的工作狀態(tài)則根據(jù)需要輸出的整流電壓而定。 或者不工作而使該橋輸出直流電壓為零。 或者a a =0而使該橋輸出電壓最大。根據(jù)所需總直流輸出電壓從低到高

44、的變化，按順序依次對各橋進行控制，因而被稱為順序控制順序控制。不能降低輸入電流諧波，但是總功率因數(shù)可以提高。我國電氣機車的整流器大多為這種方式。機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-912.6.2 多重化整流電路多重化整流電路 3重晶閘管整流橋順序控制重晶閘管整流橋順序控制 圖2-43 單相串聯(lián)3重聯(lián)結(jié)電路及順序控制時的波形控制過程可詳見教材P78。從電流i的波形可以看出，雖然波形并為改善，但其基波分量比電壓的滯后少，因而位移因數(shù)高，從而提高了總的功率因數(shù)。a)db)c)iId2 IduOap +a機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-922.7 整流電路的有源逆變工作狀態(tài)整流電路的有源逆

45、變工作狀態(tài)機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-932.7.1 逆變的概念逆變的概念1) 什么是逆變？為什么要逆什么是逆變？為什么要逆變？變？逆變（Invertion）把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，整流的逆過程。逆變電路把直流電逆變成交流電的電路。有源逆變電路交流側(cè)和電網(wǎng)連結(jié)。 應(yīng)用：直流可逆調(diào)速系統(tǒng)、交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動機串級調(diào)速以及高壓直流輸電等。無源逆變電路變流電路的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而直接接到負載，將在第5章介紹。對于可控整流電路，滿足一定條件就可工作于有源逆變，其電路形式未變，只是電路工作條件轉(zhuǎn)變。既工作在整流狀態(tài)又工作在逆變狀態(tài)，稱為變流電路變流電路。機電學院電氣教研室機電學院電氣教研

46、室2-942.7.1 逆變的概念逆變的概念2) 直流發(fā)電機直流發(fā)電機電動機系統(tǒng)電能的流轉(zhuǎn)電動機系統(tǒng)電能的流轉(zhuǎn)圖2-44 直流發(fā)電機電動機之間電能的流轉(zhuǎn)a）兩電動勢同極性EG EM b）兩電動勢同極性EM EG c）兩電動勢反極性，形成短路電路過程分析。兩個電動勢同極性相接時，電流總是從電動勢高的流向低的，回路電阻小，可在兩個電動勢間交換很大的功率。機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-952.7.1 逆變的概念逆變的概念3) 逆變產(chǎn)生的條件逆變產(chǎn)生的條件單相全波電路代替上述發(fā)電機圖2-45 單相全波電路的整流和逆變交流電網(wǎng)輸出電功率電動機輸出電功率a)b)u10udu20u10aOOwtwt

47、IdidUdEMu10udu20u10OOwtwtIdidUd /2，使Ud為負值。p半控橋或有續(xù)流二極管的電路，因其整流電壓ud不能出現(xiàn)負值，也不允許直流側(cè)出現(xiàn)負極性的電動勢，故不能實現(xiàn)有源逆變。欲實現(xiàn)有源逆變，只能采用全控電路。機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-972.7.2三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)逆變和整流的區(qū)別逆變和整流的區(qū)別：控制角 a a 不同 0a a p p /2 時，電路工作在整流狀態(tài)。 p p /2 a a p p /2時的控制角用pp a a = b b表示，b b 稱為逆變角逆變角。逆變角b b和控制角a a的計量方向相反，

48、其大小自b =0的起始點向左方計量。機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-982.7.2三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)三相橋式電路工作于有源逆變狀態(tài)，不同逆變角時的輸出電壓波形及晶閘管兩端電壓波形如圖2-46所示。圖2-46 三相橋式整流電路工作于有源逆變狀態(tài)時的電壓波形uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udwtOwtOb =p4b =p3b =p6b =p4b =p3b =p6wt1wt3wt2機電學院電氣教研室機電學

49、院電氣教研室2-992.7.2三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)有源逆變狀態(tài)時各電量的計算：REUId輸出直流電流的平均值亦可用整流的公式，即bbcos35. 1cos34. 222UUUd（2-105）每個晶閘管導(dǎo)通2p p/3，故流過晶閘管的電流有效值為：ddVTIII577. 03（2-106）從交流電源送到直流側(cè)負載的有功功率為：dMddIEIRP2（2-107）當逆變工作時，由于EM為負值，故Pd一般為負值，表示功率由直流電源輸送到交流電源。（2-108）在三相橋式電路中，變壓器二次側(cè)線電流的有效值為：ddVTIIII816.03222機電學院電氣教研室

50、機電學院電氣教研室2-1002.7.3 逆變失敗與最小逆變角的限制逆變失敗與最小逆變角的限制逆變失敗逆變失?。孀冾嵏玻?逆變時，一旦換相失敗，外接直流電源就會通過晶閘管電路短路短路，或使變流器的輸出平均電壓和直流電動勢變成順向串聯(lián)順向串聯(lián)，形成很大短路電流短路電流。觸發(fā)電路工作不可靠，不能適時、準確地給各晶閘管分配脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時等，致使晶閘管不能正常換相。晶閘管發(fā)生故障，該斷時不斷，或該通時不通。交流電源缺相或突然消失。換相的裕量角不足，引起換相失敗。1) 逆變失敗的原因逆變失敗的原因機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-1012.7.3 逆變失敗與最小逆變角的限制逆變失敗與最

51、小逆變角的限制換相重疊角的影響：圖2-47 交流側(cè)電抗對逆變換相過程的影響當b g 時，換相結(jié)束時，晶閘管能承受反壓而關(guān)斷。如果b giVT1iVTiVT3iVTiVT322機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-1022.7.3 逆變失敗與最小逆變角的限制逆變失敗與最小逆變角的限制2) 確定確定最小逆變最小逆變角角b bmin的依據(jù)的依據(jù)逆變時允許采用的最小逆變角b b 應(yīng)等于b bmin= +g g+q q （2-109） 晶閘管的關(guān)斷時間tq折合的電角度g g 換相重疊角q q安全裕量角tq大的可達200300ms，折算到電角度約45。隨直流平均電流和換相電抗的增加而增大。主要針對脈沖不

52、對稱程度（一般可達5）。值約取為10。機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-1032.7.3 逆變失敗與最小逆變角的限制逆變失敗與最小逆變角的限制g g 換相重疊角的確定：1) 查閱有關(guān)手冊 舉例如下：整流電壓 整流電流變壓器容量短路電壓比Uk%g g220V800A240kV。A5%15202) 參照整流時g g 的計算方法mUXIBdpgaasin2)cos(cos2（2-110）（2-111）根據(jù)逆變工作時 ，并設(shè) ，上式可改寫成bpagbmUXIBdpgsin21cos2這樣， b bmin一般取3035。機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-1042.8 晶閘管直流電動機系統(tǒng)晶閘

53、管直流電動機系統(tǒng)機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-1052.8 晶閘管直流電動機系統(tǒng)晶閘管直流電動機系統(tǒng)引言引言晶閘管直流電動機系統(tǒng)晶閘管直流電動機系統(tǒng)晶閘管可控整流裝置帶直流電動機負載組成的系統(tǒng)。是電力拖動系統(tǒng)中主要的一種。是可控整流裝置的主要用途之一。 對該系統(tǒng)的研究包括兩個方面：其一是在帶電動機負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)主要從第二個方面進行分析。機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-1062.8.1 工作于整流狀態(tài)工作于整流狀態(tài)時時整流電路接反電動勢負載時，負載電流斷續(xù)，對整流電路和電動機的工作都很不利。圖2-48 三相半波帶電動機負載

54、且加平波電抗器時的電壓電流波形通常在電樞回路串聯(lián)一平波電抗器，保證整流電流在較大范圍內(nèi)連續(xù)，如圖2-48。udOidwtuaubucaudOiaibicicwtEUdidR機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-1072.8.1 工作于整流狀態(tài)時工作于整流狀態(tài)時此時，整流電路直流電壓的平衡方程為 （2-112） 式中， 。 為電動機的反電動勢 負載平均電流Id所引起的各種電壓降，包括： 變壓器的電阻壓降 電樞電阻壓降 由重疊角引起的電壓降 晶閘管本身的管壓降，它基本上是一恒值。系統(tǒng)的兩種工作狀態(tài)：電流連續(xù)工作狀態(tài) 電流斷續(xù)工作狀態(tài)UIREUdMdp23BMBXRRRMEdIRBdRIMdRI)

55、2(3pdBIXU機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-1082.8.1 工作于整流狀態(tài)時工作于整流狀態(tài)時 轉(zhuǎn)速與電流的機械特性關(guān)系式為 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 在電機學中，已知直流電動機的反電動勢為nCEeM（2-113）可根據(jù)整流電路電壓平衡方程式（2-112），得UIRUEdMacos17. 12（2-114）edeCUIRCUnacos17. 12（2-115）圖2-49 三相半波電流連續(xù)時以電流表示的電動機機械特性其機械特性是一組平行的直線，其斜率由于內(nèi)阻不一定相同而稍有差異。調(diào)節(jié)a a 角，即可調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。Ona1a260a)3cos(2

56、2paU當Id減小至某一定值Id min以后，電流變?yōu)閿嗬m(xù)，這個 是不存在的，真正的理想空載點遠大于此值。0E 圖2-50 電流斷續(xù)時電動勢的特性曲線斷續(xù)區(qū)特性的近似直線斷續(xù)區(qū)連續(xù)區(qū)EE0E0OIdminId(0.585U2)( U2)2機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-1102.8.1 工作于整流狀態(tài)時工作于整流狀態(tài)時電流斷續(xù)時電動機機械特性電流斷續(xù)時電動機機械特性的特點的特點：圖2-50 電流斷續(xù)時電動勢的特性曲線電流斷續(xù)時理想空載轉(zhuǎn)速抬高。機械特性變軟，即負載電流變化很小也可引起很大的轉(zhuǎn)速變化。隨著a 的增加，進入斷續(xù)區(qū)的電流值加大。斷續(xù)區(qū)特性的近似直線斷續(xù)區(qū)連續(xù)區(qū)EE0E0OId

57、minId(0.585 U2)( U2)2Oa3a2a1Id分界線斷續(xù)區(qū)連續(xù)區(qū)a5a4E0E圖2-51 考慮電流斷續(xù)時不同a 時反電動勢的特性曲線a a 1 a 2 a 3 a 460 機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-1112.8.2 工作于有源逆變狀態(tài)時工作于有源逆變狀態(tài)時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電流連續(xù)時的機械特性由 決定的。 逆變時由于 ， 反接，得 因為EM=Cen，可求得電動機的機械特性方程式RIEUdMdbcos0ddUUME)cos(0RIUEddMb（2-122)cos(10RIUCnddeb（2-123)圖2-52 電動機在四象限中的

58、機械特性正組變流器反組變流器na3a2a1Ida4b2b3b4b1a =b =p2a =b =p2b3b2b1b4a2a3a4a1a1=b 1;a 1=b1a2=b 2;a 2=b2a 增大方向b 增大方向a 增大方向b 增大方向機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-1122.8.2 工作于有源逆變狀態(tài)工作于有源逆變狀態(tài)時時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可沿用整流時電流斷續(xù)的機械特性表達式，把 代入式（2-117）、式（2-118）和式（2-119），便可得EM、n與Id的表達式。三相半波電路為例：bpajqjqjbpjqbpjtantan21)67sin()67

59、sin(cos2ccMeeUE(2-124)jqjqjbpjqbpjtantan2)67sin()67sin(cos2cceeMeeCUCEn(2-125)2)67cos()67cos(cos22322nUCZUIedqqbpbpjp(2-126)機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-1132.8.2 工作于有源逆變狀態(tài)工作于有源逆變狀態(tài)時時逆變電流斷續(xù)時電動機的機械特性，與整流時十分相似：圖2-52 電動機在四象限中的機械特性理想空載轉(zhuǎn)速上翹很多，機械特性變軟，且呈現(xiàn)非線性。逆變狀態(tài)的機械特性是整流狀態(tài)的延續(xù)。縱觀控制角 變化時，機械特性得變化。a第1、4象限中和第3、2象限中的特性是分別

60、屬于兩組變流器的，它們輸出整流電壓的極性彼此相反，故分別標以正組和反組變流器。正組變流器反組變流器na3a2a1Ida4b2b3b4b1a =b =p2a =b =p2b3b2b1b4a2a3a4a1a1=b 1;a 1=b1a2=b 2;a 2=b2a 增大方向b 增大方向a 增大方向b 增大方向機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-1142.8.3 直流可逆電力拖動系統(tǒng)直流可逆電力拖動系統(tǒng)圖2-53 兩組變流器的反并聯(lián)可逆線路圖2-53a與b是兩組反并聯(lián)的可逆電路a三相半波有環(huán)流接線b三相全控橋無環(huán)流接線c對應(yīng)電動機四象限運行時兩組變流器工作情況機電學院電氣教研室機電學院電氣教研室2-1