電力電子ppt第二章

1、第2章 相控整流器與有源逆變器本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 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(jì)方法整流器各參數(shù)的數(shù)量關(guān)系和設(shè)計(jì)方法; ; 整流器工作在逆變狀態(tài)時(shí)的工作原理、工作波形。整流器工作在逆變狀態(tài)時(shí)的工作原理、工作波形。 變壓器漏抗對(duì)整流器的影響、整流器帶電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)的變壓器漏抗對(duì)整流器的影響、整流器帶電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)的機(jī)械特性、觸發(fā)電路等內(nèi)容。機(jī)械特性、觸發(fā)電路等內(nèi)容。 晶閘管觸發(fā)電路晶閘管觸發(fā)電路 2.1 引 言整流電路：整流器是將交流電變換為固定的或可調(diào)的直整流電路：整流器是將交流電變換為固定的或

2、可調(diào)的直流電。流電。 按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種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按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路 工頻可控整流器工頻可控整流器2.2 單相整流電路2.2.1 單相半波可控整流電路1. 1. 電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載（1 1）工作原理）工作原理 在實(shí)際應(yīng)用中，某些負(fù)載基本上是電阻性的，如電阻加熱爐、電在實(shí)際應(yīng)用中，某些負(fù)載基本上是電阻性的，如電阻加熱爐、電解和電鍍等。電阻性負(fù)載的特點(diǎn)是電壓與電流成正比，波形相同解和電鍍等。電阻性負(fù)載的特點(diǎn)是電壓與電流成正比

3、，波形相同并且同相位，電流可以突變。并且同相位，電流可以突變。 首先假設(shè)以下幾點(diǎn)：首先假設(shè)以下幾點(diǎn)：(1) 開關(guān)元件是理想的，即開關(guān)元件導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)元件是理想的，即開關(guān)元件導(dǎo)通時(shí)，通態(tài)壓降為零，關(guān)斷時(shí)電阻為無(wú)窮大；通態(tài)壓降為零，關(guān)斷時(shí)電阻為無(wú)窮大；(2) 變壓器是理想的，即變壓器是理想的，即變壓器漏抗為零，繞組的電阻為零、勵(lì)磁電流為零。變壓器漏抗為零，繞組的電阻為零、勵(lì)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變壓器T起變換電壓和隔離的作用起變換電壓和隔離的作用電阻負(fù)載的特點(diǎn)：電壓與電流成正比，兩者波形相同電阻負(fù)載的特點(diǎn)：電壓與電流成正比，兩者波形相

4、同 幾個(gè)概念的解釋：幾個(gè)概念的解釋：ud為脈動(dòng)直流，波形只在為脈動(dòng)直流，波形只在u2正半周內(nèi)出現(xiàn)，故稱正半周內(nèi)出現(xiàn)，故稱“半波半波”整流整流 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相半波可控整流電路 ud波形在一個(gè)電源周期中只脈動(dòng)波形在一個(gè)電源周期中只脈動(dòng)1次，故該電路為單脈波整流次，故該電路為單脈波整流電路電路幾個(gè)重要的基本概念：幾個(gè)重要的基本概念： 觸發(fā)延遲角：從晶閘管開始承受正向陽(yáng)極電壓起到施加觸發(fā)脈觸發(fā)延遲角：從晶閘管開始承受正向陽(yáng)極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度，用沖止的電角度，用a表示表示,也稱觸發(fā)

5、角或控制角也稱觸發(fā)角或控制角 導(dǎo)通角：晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為，用導(dǎo)通角：晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為，用表示表示 移相范圍移相范圍: 是指觸發(fā)脈沖是指觸發(fā)脈沖ug的移動(dòng)范圍，它決定了輸出電壓的變的移動(dòng)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(shí)的移相范圍是化范圍。單相半波可控整流器電阻性負(fù)載時(shí)的移相范圍是 0180 。 通過(guò)改變觸發(fā)角通過(guò)改變觸發(fā)角的大小，直流輸出電壓的大小，直流輸出電壓ud的波形發(fā)生變化，負(fù)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，顯然載上的輸出電壓平均值發(fā)生變化，顯然=180 時(shí)，時(shí)，Ud=0。由于。由于晶閘管只在

6、電源電壓正半波內(nèi)導(dǎo)通，輸出電壓晶閘管只在電源電壓正半波內(nèi)導(dǎo)通，輸出電壓ud為極性不變但為極性不變但瞬時(shí)值變化的脈動(dòng)直流，故稱瞬時(shí)值變化的脈動(dòng)直流，故稱“半波半波”整流。整流。（2 2） 基本數(shù)量關(guān)系基本數(shù)量關(guān)系 輸出電壓平均值輸出電壓平均值 U Ud d與輸出電流平均值與輸出電流平均值Id 輸出電壓平均值輸出電壓平均值 Ud:=0時(shí)，時(shí)， Ud=0.45U2，=180時(shí)，時(shí)， Ud=0，所以控制角的移相范圍是，所以控制角的移相范圍是0180 輸出電流平均值輸出電流平均值Id:2cos145. 02cos12dsin221222dUUttUU2cos145. 0L2dRUI 輸出電壓有效值輸出電

7、壓有效值U U與輸出電流有效值與輸出電流有效值I 輸出電壓有效值輸出電壓有效值U： 輸出電流有效值輸出電流有效值I： 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(guò)相同的電單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(guò)相同的電流，故其有效值相等，即：流，故其有效值相等，即：22sin41d2sin22122UttUU22sin41L2LRURUI22sin41L22TRUIII 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 由圖由圖2-2 (f)可以看出晶閘管承受的最大正反向電壓可以看出晶

8、閘管承受的最大正反向電壓Um是相電壓峰是相電壓峰值。值。 功率因數(shù)功率因數(shù)coscos 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(shí)，電源供給的有功功率為略晶閘管的壓降時(shí)，電源供給的有功功率為P=UI 式中式中 P變壓器二次側(cè)有功功率變壓器二次側(cè)有功功率 S變壓器二次側(cè)視在功率變壓器二次側(cè)視在功率2m2UU22sin41cos222IUUISP例例2-12-1 如圖所示單相半波可控整流器，電阻性負(fù)載，電源電壓如圖所示單相半波可控整流器，電阻性負(fù)載，電源電壓U2 2為為220V，要求的直流輸出電壓為，要求的直

9、流輸出電壓為50 V，直流輸出平均電流為，直流輸出平均電流為20A 試計(jì)算：試計(jì)算：(1) 晶閘管的控制角。晶閘管的控制角。(2) 電路功率因數(shù)。電路功率因數(shù)。(3) 晶閘管的額定電壓和額定電流。晶閘管的額定電壓和額定電流。解解 (1) 則=90 (2) 當(dāng) =90時(shí)，輸出電流有效值 0122045. 0502145. 02cosddUUA 44.4 22sin412RURUI505. 022020504 .44cos2222UUIUUISP5 . 22050 ddIUR(3) 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：

10、考慮(23)倍安全裕量，晶閘管的額定電壓為 根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以選取滿足要求的晶閘管。 IIT)25 . 1 (57. 1TT(AV)IIA 6 .56T(AV)IV311220222mUUV 933622311)32()32(mTNUU2 2. . 電感性負(fù)載電感性負(fù)載（1 1）工作原理）工作原理n電感性負(fù)載通常是電機(jī)的勵(lì)磁線圈和負(fù)載串聯(lián)電抗器等。電感性負(fù)載通常是電機(jī)的勵(lì)磁線圈和負(fù)載串聯(lián)電抗器等。n當(dāng)流過(guò)電感的電流變化時(shí)，電感兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)對(duì)負(fù)載當(dāng)流過(guò)電感的電流變化時(shí)，電感兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)對(duì)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(shí)，電電流的變化有阻止作用

11、，使得負(fù)載電流不能突變。當(dāng)電流增大時(shí)，電感吸收能量?jī)?chǔ)能，電感的感應(yīng)電勢(shì)阻止電流增大；當(dāng)電流減小時(shí)，電感吸收能量?jī)?chǔ)能，電感的感應(yīng)電勢(shì)阻止電流增大；當(dāng)電流減小時(shí)，電感釋放出能量，感應(yīng)電勢(shì)阻止電流的減小，輸出電壓、電流有相位差。感釋放出能量，感應(yīng)電勢(shì)阻止電流的減小，輸出電壓、電流有相位差。 單相半波整流電路電感性負(fù)載演示 在在t=0到到期間，晶閘管陽(yáng)極和陰極之間的電壓期間，晶閘管陽(yáng)極和陰極之間的電壓uAK大于零，但晶閘管大于零，但晶閘管門極沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)，晶閘管處于正向關(guān)斷狀態(tài)，輸出電壓、電流都等門極沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)，晶閘管處于正向關(guān)斷狀態(tài)，輸出電壓、電流都等于零。于零。 在在t=時(shí)，門極有觸發(fā)信號(hào)，晶閘

12、管被觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載電壓時(shí)，門極有觸發(fā)信號(hào)，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載電壓ud= u2。 當(dāng)當(dāng)t=時(shí)，交流電壓時(shí)，交流電壓u2過(guò)零，由于有電感電勢(shì)的存在，晶閘管的電壓過(guò)零，由于有電感電勢(shì)的存在，晶閘管的電壓uAK仍大于零，晶閘管會(huì)繼續(xù)導(dǎo)通，電感的儲(chǔ)能全部釋放完后，晶閘仍大于零，晶閘管會(huì)繼續(xù)導(dǎo)通，電感的儲(chǔ)能全部釋放完后，晶閘管在管在u2反壓作用下而截止。直到下一個(gè)周期的正半周。反壓作用下而截止。直到下一個(gè)周期的正半周。（2 2）數(shù)量關(guān)系）數(shù)量關(guān)系直流輸出電壓平均值Ud為)(sin2212ttdUUdp當(dāng)取不同的角時(shí)， =f()的曲線圖 3 電感性負(fù)載加續(xù)流二極管（1 1）工作原理）工作原理 從從ud的

13、波形可以的波形可以看出，在負(fù)載兩看出，在負(fù)載兩端并聯(lián)一個(gè)續(xù)流端并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管后二極管后,輸出電輸出電壓波形和電阻性壓波形和電阻性負(fù)載一樣負(fù)載一樣,但電流但電流卻有著本質(zhì)的區(qū)卻有著本質(zhì)的區(qū)別。別。單相半波帶續(xù)流二級(jí)管演示 電源電壓正半波電源電壓正半波u20，晶閘管電壓，晶閘管電壓uAK0。t=，觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，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)。承受反向電壓而處于斷態(tài)。 電源電壓負(fù)半波電源電壓負(fù)半波u20，通過(guò)續(xù)流二極管，通過(guò)續(xù)流二極管VDR使晶閘管承受反向電壓而關(guān)使晶閘管承受反向電壓而關(guān)斷。電感的感應(yīng)電壓使斷。電

14、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，使周期晶閘管導(dǎo)通，使id連續(xù)。連續(xù)。 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(shí)負(fù)載電流波形連續(xù)且近似一條直線，流過(guò)晶閘管的電流波形和感負(fù)載時(shí)負(fù)載電流

15、波形連續(xù)且近似一條直線，流過(guò)晶閘管的電流波形和流過(guò)續(xù)流二極管的電流波形是矩形波。流過(guò)續(xù)流二極管的電流波形是矩形波。 對(duì)于電感性負(fù)載加續(xù)流二極管的單相半波可控整流器移相范圍與單相半對(duì)于電感性負(fù)載加續(xù)流二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)載相同為波可控整流器電阻性負(fù)載相同為0180，且有，且有+=180。（2） 基本數(shù)量關(guān)系 輸出電壓平均值Ud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 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 ddd

16、RURUId2)(d212d2ItIIIT 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續(xù)流二極管的電流平均值I IdDRdDR為為 續(xù)流二極管的電流有效值續(xù)流二極管的電流有效值I IDRDR 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。續(xù)流二極管承受的最大反向電壓為電源電壓的峰值。ddDR2IId22dDR2)(d21ItII2

17、m2UU2m2UU 單相半波可控整流器的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，容易實(shí)現(xiàn)。但整單相半波可控整流器的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，容易實(shí)現(xiàn)。但整流電壓脈動(dòng)大，每周期脈動(dòng)一次。變壓器二次側(cè)流過(guò)單方向的電流，流電壓脈動(dòng)大，每周期脈動(dòng)一次。變壓器二次側(cè)流過(guò)單方向的電流，存在直流磁化、利用率低的問(wèn)題，為使變壓器不飽和，必須增大鐵心存在直流磁化、利用率低的問(wèn)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。截面，這樣就導(dǎo)致設(shè)備容量增大。 1 電阻性負(fù)載 單相橋式整流電路阻性負(fù)載演示2.2.2 單相橋式全控整流電路 （1 1） 工作原理工作原理 在電源電壓在電源電壓u2正半波，晶閘管正半波，晶閘

18、管VT1、VT4承受正向電壓。假設(shè)四個(gè)晶閘承受正向電壓。假設(shè)四個(gè)晶閘管的漏電阻相等，則在管的漏電阻相等，則在0區(qū)間由于四個(gè)晶閘管都不導(dǎo)通，區(qū)間由于四個(gè)晶閘管都不導(dǎo)通，uAK1，4=1/2 u2。在。在t=處觸發(fā)晶閘管處觸發(fā)晶閘管VT1、VT4導(dǎo)通，電流沿導(dǎo)通，電流沿aVT1RVT4b流通，此時(shí)負(fù)載上輸出電壓流通，此時(shí)負(fù)載上輸出電壓ud=u2。電源電壓反向施加到晶閘管。電源電壓反向施加到晶閘管VT2、VT3上，處于關(guān)斷狀態(tài)，到上，處于關(guān)斷狀態(tài)，到t=時(shí)，因電源電壓過(guò)零，晶閘管時(shí)，因電源電壓過(guò)零，晶閘管VT1、VT4陽(yáng)極電流也下降為零而關(guān)斷。陽(yáng)極電流也下降為零而關(guān)斷。 在電源電壓負(fù)半波，晶閘管在電

19、源電壓負(fù)半波，晶閘管VTVT2 2、VTVT3 3承受正向電壓，在承受正向電壓，在+區(qū)間，區(qū)間，u uAK2AK2，3 3=1/2=1/2 u u2 2，在，在tt=+=+處觸發(fā)晶閘管處觸發(fā)晶閘管VTVT2 2、VTVT3 3，元件導(dǎo)通，電流，元件導(dǎo)通，電流沿沿bVTbVT3 3R RVTVT2 2aa流通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負(fù)載電流通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負(fù)載電阻上，負(fù)載上有輸出電壓阻上，負(fù)載上有輸出電壓 u ud d=-=-u u2 2。此時(shí)電源電壓反向施加到晶閘管。此時(shí)電源電壓反向施加到晶閘管VTVT1 1、VTVT4 4上，使其處于關(guān)斷狀態(tài)。到上，使其處于關(guān)斷狀態(tài)

20、。到tt=2=2，電源電壓再次過(guò)零，電源電壓再次過(guò)零，VTVT2 2、VTVT3 3陽(yáng)極電流也下降為零而關(guān)斷。陽(yáng)極電流也下降為零而關(guān)斷。 單相橋式整流器電阻性負(fù)載時(shí)的移相范圍是單相橋式整流器電阻性負(fù)載時(shí)的移相范圍是 0180。=0時(shí)，輸出電壓最高；時(shí)，輸出電壓最高；=180時(shí)，輸出電壓最小。晶閘管時(shí)，輸出電壓最小。晶閘管承受最大反向電壓承受最大反向電壓Um是相電壓峰值，晶閘管承受最大正向電壓是是相電壓峰值，晶閘管承受最大正向電壓是Um/2。 負(fù)載上正負(fù)兩個(gè)半波內(nèi)均有相同方向的電流流過(guò)，從而使直流輸出電負(fù)載上正負(fù)兩個(gè)半波內(nèi)均有相同方向的電流流過(guò)，從而使直流輸出電壓、電流的脈動(dòng)程度較前述單相半波得

21、到了改善。變壓器二次繞組在壓、電流的脈動(dòng)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(guò)，從而改善了變壓正、負(fù)半周內(nèi)均有大小相等、方向相反的電流流過(guò)，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。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 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 輸出電壓平均值輸出電壓平均值Ud為為=0 時(shí)，時(shí)， Ud=0.9U2，=180 時(shí)，時(shí)， Ud=0，所以控制角的移相范，所以控制角的移相范圍是圍是0180 輸出電流平均值輸出電流平均值Id為為 輸出電壓有

22、效值輸出電壓有效值U2cos19 . 02cos122dsin21222dUUttUU2cos19 . 0L2LddRURUI2sin21dsin22122UttUU 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 輸出電流有效值輸出電流有效值I與變壓器二次側(cè)電流與變壓器二次側(cè)電流I2相同為相同為晶閘管晶閘管的電流平均值的電流平均值是輸出電流的二分之一，其有效值為是輸出電流的二分之一，其有效值為 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

23、一半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電壓的最大值是所以晶閘管承受的正反向電壓的最大值是 2sin21L22RUIIIRUI2122sin41L2T22U22U2/22U3 3 電感性負(fù)載電感性負(fù)載 ( (1 1) ) 工作原理工作原理 電源電壓正半波，在電源電壓正半波，在tt= =處觸發(fā)晶閘管處觸發(fā)晶閘管VTVT1 1、VTVT4 4，晶閘管，晶閘管VTVT1 1、VTVT4 4承受正向電壓，元件導(dǎo)通，電流沿承受正向電壓，元件導(dǎo)通，電流沿aVTaVT1 1LRVTLRVT4 4bb流通，此時(shí)流通，此時(shí)負(fù)載上電壓負(fù)載上電壓u ud d= =u u2 2。此時(shí)電

24、源電壓反向施加到晶閘管。此時(shí)電源電壓反向施加到晶閘管VTVT2 2、VTVT3 3上，使其上，使其承受反向陽(yáng)極電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)承受反向陽(yáng)極電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)tt=時(shí)，電源電壓自然過(guò)時(shí)，電源電壓自然過(guò)零，電感感應(yīng)電勢(shì)使晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通。零，電感感應(yīng)電勢(shì)使晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通。 在電源電壓負(fù)半波，晶閘管在電源電壓負(fù)半波，晶閘管VT2、VT3承受正向電壓，但沒(méi)有觸發(fā)脈承受正向電壓，但沒(méi)有觸發(fā)脈沖而不導(dǎo)通；在沖而不導(dǎo)通；在t=+處觸發(fā)晶閘管處觸發(fā)晶閘管VT2、VT3，元件導(dǎo)通，電流，元件導(dǎo)通，電流沿沿bVT3LRVT2a流通，電源電壓沿正半周期的方向施加到流通，電源電壓沿正半周期的方向施加到負(fù)載上，

25、負(fù)載上有輸出電壓負(fù)載上，負(fù)載上有輸出電壓ud= -u2。此時(shí)。此時(shí)VT1、VT4承受反向電壓由承受反向電壓由導(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)通到下一周期直要導(dǎo)通到下一周期t=2+處再次觸發(fā)晶閘管處再次觸發(fā)晶閘管VT1、VT4為止。為止。 單相橋式整流電路感性負(fù)載 從波形可以看出從波形可以看出= =9090 輸出電壓波形正負(fù)面積相同，平均值為零，輸出電壓波形正負(fù)面積相同，平均值為零，所以移相范圍是所以移相范圍是0 09090 ?？刂平??？刂平窃谠? 09090 之間變化時(shí)，晶閘管導(dǎo)之間變化時(shí)，晶閘管導(dǎo)通角通角，導(dǎo)通角，導(dǎo)通角與控制角與控制角無(wú)關(guān)。晶閘管

26、承受的最大正、反無(wú)關(guān)。晶閘管承受的最大正、反向電壓。向電壓。2m2UU （2 2） 基本數(shù)量關(guān)系基本數(shù)量關(guān)系 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 輸出電壓平均值輸出電壓平均值Ud當(dāng)當(dāng)=0 時(shí)，時(shí)， Ud=0.9U2，=90 時(shí)，時(shí)， Ud=0，所以控制角的移相范圍是，所以控制角的移相范圍是090 輸出電流平均值輸出電流平均值Id為為cos9 . 0cos22dsin21222dUUttUUL2Lddcos9 . 0RURUI 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

27、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，因此其有效值此其有效值 變壓器繞組的電流波形是對(duì)稱的正負(fù)矩形波，其有效值與輸出電流變壓器繞組的電流波形是對(duì)稱的正負(fù)矩形波，其有效值與輸出電流平均值相等平均值相等 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晶閘管承受的最大正反向電壓均為電源電壓的峰值dT21IId2II2m2UU（3）反電勢(shì)負(fù)載 反電勢(shì)電阻負(fù)載的情況 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( (反電勢(shì)無(wú)負(fù)載反電勢(shì)無(wú)負(fù)載) ) 在負(fù)載回路無(wú)電感時(shí)，反電勢(shì)電阻負(fù)載的特點(diǎn)是：當(dāng)整流電壓的瞬在負(fù)載回路無(wú)電感時(shí)

28、，反電勢(shì)電阻負(fù)載的特點(diǎn)是：當(dāng)整流電壓的瞬時(shí)值時(shí)值ud小于反電勢(shì)小于反電勢(shì)E 時(shí)，晶閘管承受反壓而關(guān)斷，這使得晶閘管導(dǎo)時(shí)，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(shí)，通角減小。晶閘管導(dǎo)通時(shí)，ud=u2 晶閘管關(guān)斷時(shí)，晶閘管關(guān)斷時(shí)，ud=E。與電阻負(fù)載相比晶閘管提前了電角度。與電阻負(fù)載相比晶閘管提前了電角度停止停止導(dǎo)電，導(dǎo)電，稱作停止導(dǎo)電角。稱作停止導(dǎo)電角。 若若 時(shí)時(shí), ,在這種條件在這種條件下其工作情況與電感性負(fù)載相同。下其工作情況與電感性負(fù)載相同。 與單相半波可控整流器相比，整流電壓脈動(dòng)減小，每周期脈動(dòng)兩次。與單相半波可控整流器相比，整流電壓脈動(dòng)減小，每周期脈動(dòng)兩次。變壓器二

29、次側(cè)流過(guò)正反兩個(gè)方向的電流，不存在直流磁化，利用率高。變壓器二次側(cè)流過(guò)正反兩個(gè)方向的電流，不存在直流磁化，利用率高。 cos9 . 02dUU 2.2.3 電容濾波的不可控整流電路1工作原理及波形分析在u2正半周過(guò)零點(diǎn)至t=0期間，因u2 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(shí)輸出電壓ud下降。至t=0之后， u2將要超過(guò)ud ，VD1和VD4承受正壓導(dǎo)通， ud = u2 ，交流電源向電容充電，同時(shí)向負(fù)載RL供電。至之后， u2 ud ，VD1和VD4關(guān)斷，電容開始以指數(shù)規(guī)律放電。通過(guò)分析，可知和決定于RC的乘積。 2主要的數(shù)量關(guān)系(1) 輸出電壓平均值 在

30、設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)輸出電壓為1.2U2(2) 輸出電流平均值 輸出電流平均值為2)53(TRC RUIdd(3) 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(shí)計(jì)算有效值?？梢愿鶕?jù)工程計(jì)算的方法得出二極管電流有效值。(4) 二極管承受的電壓 二極管承受的反向電壓的最大值為變壓器二次電壓最大值 2 ddVDII22U3 感容濾波的二極管整流電路2.2.4 單相雙半波可控整流電路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

31、。 變壓器不存在直流磁化的問(wèn)題。單相全波只用2個(gè)晶閘管，比單相全控橋少2個(gè)，相應(yīng)地，門極驅(qū)動(dòng)電路也少2個(gè)；但是晶閘管承受的最大電壓是單相全控橋的2倍。單相全波導(dǎo)電回路只含1個(gè)晶閘管，比單相橋少1個(gè)，因而管壓降也少1個(gè)。單相雙半波整流電路感性負(fù)載單相半控橋式整流電路在阻感負(fù)載時(shí)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2.2.5 單相半控橋式整流電路 續(xù)流二極管的作用u 若無(wú)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(shí)，會(huì)發(fā)生一個(gè)晶閘管持續(xù)導(dǎo)通而兩個(gè)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

32、，稱為失控。u 有續(xù)流二極管VDR時(shí)，續(xù)流過(guò)程由VDR完成，晶閘管關(guān)斷，避免了某一個(gè)晶閘管持續(xù)導(dǎo)通從而導(dǎo)致失控的現(xiàn)象。同時(shí)，續(xù)流期間導(dǎo)電回路中只有一個(gè)管壓降，有利于降低損耗。2.3 三相整流電路 1 1 電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載( (1 1) ) 工作原理工作原理 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(duì)電網(wǎng)的影響，變壓器一次繞波電流提供通路，減少高次諧波對(duì)電網(wǎng)的影響，變壓器一次繞組接成三角形。圖中三個(gè)晶閘管的陰極連在一起，為共陰極接組接成三角形。圖中三個(gè)晶閘管的陰極連在一起，為共陰極接法。法。 2.

33、3.1 三相半波可控整流電路 三相半波可控整流電路=0時(shí)的波形 穩(wěn)定工作時(shí)，三個(gè)晶閘管的觸發(fā)脈沖互差穩(wěn)定工作時(shí)，三個(gè)晶閘管的觸發(fā)脈沖互差120，規(guī)定，規(guī)定t=/6為控制角為控制角的起點(diǎn)，稱為自然換相點(diǎn)。三相半波共陰極可控整流電路自然換相的起點(diǎn)，稱為自然換相點(diǎn)。三相半波共陰極可控整流電路自然換相點(diǎn)是三相電源相電壓正半周波形的交叉點(diǎn)，在各相相電壓的點(diǎn)是三相電源相電壓正半周波形的交叉點(diǎn)，在各相相電壓的/6處，處，即即t1、t2、t3點(diǎn)，點(diǎn)， 自然換相點(diǎn)之間互差自然換相點(diǎn)之間互差2/3，三相脈沖也互差，三相脈沖也互差120。 在在t1時(shí)刻觸發(fā)時(shí)刻觸發(fā)VT1，在，在t1t2區(qū)間有區(qū)間有uuuv、uuuw

34、，u相電壓最高，相電壓最高，VT1承受正向電壓而導(dǎo)通，輸出電壓承受正向電壓而導(dǎo)通，輸出電壓uduu。其他晶閘管承受反向電。其他晶閘管承受反向電壓而不能導(dǎo)通。壓而不能導(dǎo)通。VT1通過(guò)的電流通過(guò)的電流iT1與變壓器二次側(cè)與變壓器二次側(cè)u相電流波形相同，相電流波形相同，大小相等。大小相等。 在在t2時(shí)刻觸發(fā)時(shí)刻觸發(fā)VT2，在，在t2t3區(qū)間區(qū)間 v相電壓最高，由于相電壓最高，由于uuuv，VT2承受正向電壓而導(dǎo)通，承受正向電壓而導(dǎo)通， uduv。VT1兩端電壓兩端電壓uT1=uu-uv= uuv0，晶閘管晶閘管VT1承受反向電壓關(guān)斷。在承受反向電壓關(guān)斷。在VT2導(dǎo)通期間，導(dǎo)通期間，VT1兩端電壓兩端

35、電壓uT1= uu-uv= uuv。在。在t2時(shí)刻發(fā)生的一相晶閘管導(dǎo)通變換為另一相晶閘管時(shí)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(guò)程稱為換相。導(dǎo)通的過(guò)程稱為換相。 在在t3時(shí)刻觸發(fā)時(shí)刻觸發(fā)VT3，在，在t3t4區(qū)間區(qū)間w相電壓最高，由于相電壓最高，由于uvuw，VT3承受正向電壓而導(dǎo)通，承受正向電壓而導(dǎo)通，uduw。VT2兩端電壓兩端電壓 uT2= uv-uw=uvw-E1，V5又重新導(dǎo)通。這時(shí)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(shí)刻確定，脈沖寬度由反向充電時(shí)間常數(shù)R11C3決定。 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)

36、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。 當(dāng)V2截止時(shí)，恒流源電流I1C對(duì)電容C2充電，所以C2兩端的電壓uC為 uC按線性增長(zhǎng),即ub3按線性增長(zhǎng)。調(diào)節(jié)電位器RP2，可以改變C2的恒定充電電流I1C。 當(dāng)V2導(dǎo)通時(shí)，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(shí)，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(duì)鋸齒波電壓ub3的影響。 V4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(guò)電阻R6、R7、R8 與V4基極連接。 tICdtIuC1C1c

37、1 根據(jù)疊加原理，先設(shè)uh為鋸齒波電壓ue3單獨(dú)作用在基極時(shí)的電壓，其值為 所以u(píng)h仍為鋸齒波，但斜率比ue3低。 同理，直流偏移電壓up單獨(dú)作用在V4基極時(shí)的電壓 為 控制電壓uco單獨(dú)作用在V4基極時(shí)的電壓 為 所以， 仍為一條與up平行的直線，但絕對(duì)值比up??； 仍為一條與uco平行的直線，但絕對(duì)值比uco小。 )/(/87687e3hRRRRRuu)/(/76876ppRRRRRuu)/(/86786c0c0RRRRRuupuc0upuc0u 當(dāng)V4不導(dǎo)通時(shí)，V4的基極b4的波形由 確定。當(dāng)b4點(diǎn)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(shí)刻，脈沖被移相。

38、加up的目的是為了確定控制電壓uco=0時(shí)脈沖的初始相位。 以三相全控橋?yàn)槔?，?dāng)接反電勢(shì)電感負(fù)載時(shí)，脈沖初始相位應(yīng)定在=90；當(dāng)uco=0時(shí)，調(diào)節(jié)up的大小使產(chǎn)生脈沖的M點(diǎn)對(duì)應(yīng)=90的位置。當(dāng)uco為0，=90，則輸出電壓為0；如uco為正值，M點(diǎn)就向前移，控制角90，處于逆變狀態(tài)。cophuuu 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) 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(lái)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。 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

39、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。 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(shí)，因Q點(diǎn)為零電位，R點(diǎn)為負(fù)電位，VD1導(dǎo)通，電容C1被迅速充電。Q點(diǎn)電位與R點(diǎn)相近，故在這一階段V2基極為反向偏置，V2截止。 在負(fù)半周的上升段，+E1電源通過(guò)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(diǎn)電位達(dá)1.4V時(shí)，V2導(dǎo)通，Q點(diǎn)電位被鉗位在1.4V。直到TS二次電壓的下一個(gè)負(fù)半周到來(lái)，VD1重新導(dǎo)通，C1放電后又被充電，V2截止。 如此循環(huán)往復(fù)，在一個(gè)正弦波周期內(nèi)，包括截止與導(dǎo)通兩個(gè)狀態(tài)，對(duì)應(yīng)

40、鋸齒波波形恰好是一個(gè)周期，與主電路電源頻率和相位完全同步，達(dá)到同步的目的?？梢钥闯鲣忼X波的寬度是由充電時(shí)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) 觸發(fā)電路自身在一個(gè)周期內(nèi)可輸出兩個(gè)間隔60的脈沖，稱內(nèi)雙脈沖電路。而在觸發(fā)器外部通過(guò)脈沖變壓器的連接得到雙脈沖稱為外雙脈沖。 本觸發(fā)電路屬于內(nèi)雙脈沖電路。當(dāng)V5、V6都導(dǎo)通時(shí)，V7、V8截止，沒(méi)有脈沖輸出。只要V5、V6有一個(gè)截止，就會(huì)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。 第一個(gè)脈沖由本相觸發(fā)單元的uco對(duì)應(yīng)的控制角使V4由截止變導(dǎo)通造成V5瞬時(shí)截止，使得V8輸出脈沖。隔60的第二個(gè)脈沖是由后一相

41、觸發(fā)單元通過(guò)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(hào)相互干擾。 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(gè)觸發(fā)器的連接順序是：1Y-2X、2Y-3X、3Y-4X、4Y-5X、5Y-6X、6Y-1X。 5 強(qiáng)觸發(fā)環(huán)節(jié)強(qiáng)觸發(fā)環(huán)節(jié) 36V交流電壓經(jīng)整流、濾波后得到交流電壓經(jīng)整流、濾波后得到50V直流電壓，經(jīng)直流電壓，經(jīng)R15對(duì)對(duì)C6充電，充電，B點(diǎn)點(diǎn)電位為電位為50V。當(dāng)。當(dāng)V8導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，C6經(jīng)脈沖變壓器一次側(cè)經(jīng)脈沖變壓器一次側(cè)R16、V8迅速放電，迅速放電，形成脈沖尖峰，由于有形成脈沖尖峰，由于有R15的電阻，且

42、電容的電阻，且電容C6的存儲(chǔ)能量有限，的存儲(chǔ)能量有限，B點(diǎn)電點(diǎn)電位迅速下降。當(dāng)位迅速下降。當(dāng)B點(diǎn)電位下降到點(diǎn)電位下降到14.3V時(shí)，時(shí)，VD15導(dǎo)通，導(dǎo)通，B點(diǎn)電位被點(diǎn)電位被15V電源鉗位在電源鉗位在14.3V，形成脈沖平臺(tái)。，形成脈沖平臺(tái)。C5組成加速電路，用來(lái)提高觸發(fā)脈組成加速電路，用來(lái)提高觸發(fā)脈沖前沿陡度。沖前沿陡度。 6 脈沖封鎖脈沖封鎖 二極管二極管 VD5陰極接零電位或負(fù)電位，使陰極接零電位或負(fù)電位，使V7、V8截止，可以實(shí)現(xiàn)脈沖封截止，可以實(shí)現(xiàn)脈沖封鎖。鎖。VD5用來(lái)防止接地端與負(fù)電源之間形成大電流通路。用來(lái)防止接地端與負(fù)電源之間形成大電流通路。 2.3.3 集成觸發(fā)電路2.3.

43、4 觸發(fā)電路的定相 初始脈沖是指初始脈沖是指Ud0時(shí)，控制電壓時(shí)，控制電壓uco與偏移電壓與偏移電壓up為固定值條件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(yáng)極電壓的相位，下的觸發(fā)脈沖。因此，必須根據(jù)被觸發(fā)晶閘管陽(yáng)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(shí)刻輸出脈沖。這種選擇同步電別在各晶閘管需要觸發(fā)脈沖的時(shí)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(shí)刻的方法，稱為觸發(fā)電路的定相。壓相位以及得到要求的觸發(fā)時(shí)刻的方法，稱為觸發(fā)電路的定相?，F(xiàn)以三相全控橋?yàn)槔f(shuō)明定相的方法

44、。 晶閘管VT1的陽(yáng)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(duì)應(yīng)的范圍為t1t2。 采用鋸齒波同步的觸發(fā)電路時(shí)，同步信號(hào)負(fù)半周的起點(diǎn)對(duì)應(yīng)于鋸齒波的起點(diǎn)，通常使鋸齒波的上升段為240，上升段起始的30和終了段30線性度不好，舍去不用，使用中間的180。所以取同步波- uu。 三相橋整流電路大量用于直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，且通常要求可實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，使Ud=0時(shí)的觸發(fā)角為90。當(dāng)90時(shí)為逆變工作。將=90確定為鋸齒波的中點(diǎn)，鋸齒波向前向后各有90的移相范圍。=0對(duì)應(yīng)于uu的30的位置，說(shuō)明VT1的同步電壓應(yīng)滯后于uu 180。對(duì)于其他5個(gè)晶閘管，也存在同樣的關(guān)系，即同步電壓滯后于

45、主電路電壓180。 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(gè)晶閘管的同步電壓信號(hào)。 同步變壓器和整流變壓器的接法及矢量圖 同步電壓的選取結(jié)果見表。 晶閘管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主電路電壓+ uu- uw+ uv- uu+ uw- uv同步電壓- usu+ usw- usv+ usu- usw+ usv 為防止電網(wǎng)電壓波形畸變對(duì)觸發(fā)電路產(chǎn)生干擾，可對(duì)同步電壓進(jìn)行R-C濾波，當(dāng)R-C濾波器滯后角為60時(shí)，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+

46、usv- usu+ usw2.5 變壓器漏抗對(duì)整流電路的影響 前面我們介紹的各種整流電路都是在理想工作狀態(tài)下的工作情況，即假設(shè)： (1)變壓器的漏抗、繞組電阻和勵(lì)磁電流都可忽略； (2)晶閘管元件是理想的。 但實(shí)際的交流供電電源總存在電源阻抗，如電源變壓器的漏電抗、導(dǎo)線電阻以及為了限制短路電流而加上的交流進(jìn)線電抗器等。由于電感電流不能突變，因此換相過(guò)程不能瞬時(shí)完成。 1 換相過(guò)程 以三相半波可控整流電路為例來(lái)討論換相過(guò)程，假設(shè)三相漏抗相等，忽略交流側(cè)的電阻，負(fù)載電感足夠大，則負(fù)載電流連續(xù)且平直。以晶閘管從u相換到v相為例，VT1已導(dǎo)通。當(dāng)=30時(shí)觸發(fā)VT2，由于變壓器漏抗的作用，VT1不立即關(guān)

47、斷，u相電流iu=Id- ik逐漸減小到零；VT2導(dǎo)通，iv=0逐漸增加到Id。換相過(guò)程中，兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，在 uvu電壓作用下產(chǎn)生短路電流ik，當(dāng) iu=0， iv= Id時(shí)，u相和v相之間完成了換相。 變壓器漏感對(duì)整流電路的影響 2 換相期間的整流電壓換相期間的整流電壓 換相回路電壓平衡方程 換相期間變壓器漏感LB兩端的電壓 換相期間輸出電壓dtdiLudtdiLuudkBukBv)(21uvkBuudtdiL)(21vuduuu3 換相壓降換相壓降 由波形可以看出：與不考慮變壓器漏抗的情況比較，整流電壓波形少了一塊陰影部分，缺少部分為：式中 XB漏感為L(zhǎng)B的變壓器每相折算到二次側(cè)的漏

48、電抗， 單相雙半波電路m=2，三相半波m=3，三相橋式電路m=6 BBB2 fLLXdBk0BkBdvd22)(/21)()(/21dIXmdiLmtddtdiLmtduumuI 這里需要特別說(shuō)明的是對(duì)于單相全控橋，換相壓降的計(jì)算上述通式不成立，因?yàn)閱蜗嗳貥螂m然每周期換相2次(m=2)，但換相過(guò)程中ik是從-Id增加到Id，所以對(duì)式(2-50)中的Id應(yīng)該帶入2Id，故對(duì)于單相全控橋有： 思考題1: 三相半波整流電路、三相橋式整流電路、單相橋式整流電路的輸出電壓、變壓器二次電流、晶閘管端電壓的波形？dBd2IXU4. 4. 換相重疊角換相重疊角 以自然換相點(diǎn)=0作為坐標(biāo)的原點(diǎn)，以m相普遍形式

49、表示，uu和uv的表達(dá)式分別為 則有將上式帶入式(2-49)可得)mcos(22tUuu)mcos(22tUuvtUuuuvsinmsin222)(sinsin212BkttdmULdi對(duì)上式兩邊積分可得積分整理后得(1) 對(duì)于單相全控橋，與前面對(duì)換相壓降的討論一樣，所以對(duì)于單相全控橋有m=2，Id應(yīng)該帶入2Id，故有 (2) 對(duì)于三相橋式電路，m=6，三相橋式電路等效為相電壓為 的六相半波整流電路，)(dsinsin212Bd0kttmULdiImUIXsin2)cos(cos2dB2Bd22)cos(cosUXI2Bd62)cos(cosUXI23U 思考題2：為什么當(dāng)一定時(shí)，XB、Id增

50、大，則增大，換流時(shí)間增大；XB 、Id一定時(shí)，隨U2 、角的增大而減小。 變壓器漏感LB的存在可以限制短路電流，限制電流變化率di/dt 。但是變壓器漏感會(huì)引起電網(wǎng)波形畸變，出現(xiàn)電壓缺口，使du/dt加大，影響其他負(fù)載；而且由于變壓器漏感的存在會(huì)使功率因數(shù)降低，輸出電壓脈動(dòng)增大，降低電壓調(diào)整率。 三相半波整流電路在控制角60o時(shí)VT1上的電壓波形三相橋式整流電路在逆變角60o時(shí)VT4上的電壓波形【例2-2】三相橋式整流電路，反電勢(shì)電感性負(fù)載，E=100V，U2=220V，RL=2，L=，=30，LB=1mH，試計(jì)算(1) 輸出電壓Ud和輸出電流Id(2) 晶閘管額定電壓和額定電流(3) 輸出電

51、壓波形、晶閘管VT1的電流波形和端電壓波形解解 (1) 考慮到漏抗的影響，其輸出電壓平衡方程式應(yīng)該為其中，XB=LB=2fLBLddB2d26cos34. 2RIEIXUU將本題的已知條件代入輸出電壓平衡方程式，得LB2d3cos34. 2RXEUI4 .150210502310030cos22034. 23odI8 .30024 .150100ddRIEU(2) 三相整流電路中晶閘管承受的正反向電壓最大值是，考慮到23倍的安全裕量，晶閘管的額定電壓應(yīng)該為晶閘管流過(guò)的有效值為考慮到1.52倍的安全裕量，晶閘管的額定電流為選擇滿足要求的晶閘管 AII84.86732. 14 .1503dTVUU

52、)16161077(2206)32(6)32(2TNAII)11183(57. 184.86)25 . 1 (57. 1)25 . 1 (TT(AV)2.6 有源逆變電路 1.什么是逆變? 2.為什么要逆變? 3.逆變的條件?2.6.1 逆變的概念 1. 1. 整流與逆變關(guān)系整流與逆變關(guān)系 前面我們介紹的各種可控整流電路都工作在整流狀態(tài)，是將交流前面我們介紹的各種可控整流電路都工作在整流狀態(tài)，是將交流電能變換成直流電提供給負(fù)載。逆變是把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，電能變換成直流電提供給負(fù)載。逆變是把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，是整流的逆過(guò)程，是將直流電能變換成交流電回饋電網(wǎng)。上述的是整流的逆過(guò)程，是將直流電能

53、變換成交流電回饋電網(wǎng)。上述的電路也可以工作在逆變狀態(tài)。電路也可以工作在逆變狀態(tài)。 以三相全控橋式電路為例，這時(shí)電流以三相全控橋式電路為例，這時(shí)電流Id仍保持與整流運(yùn)行狀態(tài)相仍保持與整流運(yùn)行狀態(tài)相同的流動(dòng)方向，但同的流動(dòng)方向，但Ud改變了極性，功率由直流側(cè)流向可控整流電改變了極性，功率由直流側(cè)流向可控整流電路的交流側(cè)電網(wǎng)。三相可控整流電路的這種逆變模式的工作狀態(tài)，路的交流側(cè)電網(wǎng)。三相可控整流電路的這種逆變模式的工作狀態(tài)，只有如圖所示在直流側(cè)存在一個(gè)穩(wěn)定的能源時(shí)才是有可能的。注只有如圖所示在直流側(cè)存在一個(gè)穩(wěn)定的能源時(shí)才是有可能的。注意，兩個(gè)電源的不能形成順向串聯(lián)。意，兩個(gè)電源的不能形成順向串聯(lián)。

54、2. 2. 有源逆變時(shí)能量的流轉(zhuǎn)關(guān)系有源逆變時(shí)能量的流轉(zhuǎn)關(guān)系 由于晶閘管具有單向?qū)щ娦?，電流由于晶閘管具有單向?qū)щ娦?，電流Id方向不能改變，為實(shí)現(xiàn)有源逆方向不能改變，為實(shí)現(xiàn)有源逆變必須要求變必須要求 Ud為負(fù)，電源為負(fù)，電源E極性也為負(fù)，極性也為負(fù)， 整流和有源逆變的根本區(qū)別即在于能量的傳遞方向不同。整流和有源逆變的根本區(qū)別即在于能量的傳遞方向不同。 p由三相橋構(gòu)成的有源逆變電路 3. 3. 為什么要逆變呢為什么要逆變呢 節(jié)能，吊車、礦井提升機(jī)等的下放貨物、有軌電車的制動(dòng)等節(jié)能，吊車、礦井提升機(jī)等的下放貨物、有軌電車的制動(dòng)等 提高性能，電氣可逆調(diào)速系統(tǒng)如可逆軋機(jī)等提高性能，電氣可逆調(diào)速系統(tǒng)如可

55、逆軋機(jī)等 新能源發(fā)電，一個(gè)光電或風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)所轉(zhuǎn)換出來(lái)的電能，經(jīng)過(guò)逆新能源發(fā)電，一個(gè)光電或風(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)所轉(zhuǎn)換出來(lái)的電能，經(jīng)過(guò)逆變電路變換成三相交流電再連接到統(tǒng)一的電網(wǎng)中去。逆變可以起到變電路變換成三相交流電再連接到統(tǒng)一的電網(wǎng)中去。逆變可以起到節(jié)能、提高系統(tǒng)性能的作用。節(jié)能、提高系統(tǒng)性能的作用。 逆變按照負(fù)載是否為交流電源分為有源逆變和無(wú)源逆變。如果把變逆變按照負(fù)載是否為交流電源分為有源逆變和無(wú)源逆變。如果把變換器的交流側(cè)接到交流電源上，把直流電逆變?yōu)橥l率的交流電反換器的交流側(cè)接到交流電源上，把直流電逆變?yōu)橥l率的交流電反送到電網(wǎng)去，稱作有源逆變。如果變換器的交流側(cè)不與電網(wǎng)連接，送到電網(wǎng)去，稱

56、作有源逆變。如果變換器的交流側(cè)不與電網(wǎng)連接，而直接接到普通負(fù)載，稱作無(wú)源逆變。而直接接到普通負(fù)載，稱作無(wú)源逆變。 3. 有源逆變的條件有源逆變的條件 通過(guò)上述分析，可歸納出整流電路工作于有源逆變狀態(tài)的條件如下：通過(guò)上述分析，可歸納出整流電路工作于有源逆變狀態(tài)的條件如下： 整流（逆變）電路直流側(cè)有直流電動(dòng)勢(shì)，其極性必須與晶閘管導(dǎo)通方整流（逆變）電路直流側(cè)有直流電動(dòng)勢(shì)，其極性必須與晶閘管導(dǎo)通方向一致；向一致； 整流（逆變）電路輸出的直流平均電壓整流（逆變）電路輸出的直流平均電壓Ud必須為負(fù)值，即晶閘管控制必須為負(fù)值，即晶閘管控制角角90。 以上兩條必須同時(shí)滿足，變流器才能工作在逆變狀態(tài)。以上兩條必

57、須同時(shí)滿足，變流器才能工作在逆變狀態(tài)。 還應(yīng)指出，并不是所有整流電路都可以工作于有源逆變狀態(tài)。半控橋還應(yīng)指出，并不是所有整流電路都可以工作于有源逆變狀態(tài)。半控橋電路和有續(xù)流二極管的整流電路，由于其整流電壓電路和有續(xù)流二極管的整流電路，由于其整流電壓Ud不能為負(fù)值，也不能為負(fù)值，也不允許直流側(cè)出現(xiàn)負(fù)極性的反電動(dòng)勢(shì)，不能實(shí)現(xiàn)有源逆變。只有全控不允許直流側(cè)出現(xiàn)負(fù)極性的反電動(dòng)勢(shì)，不能實(shí)現(xiàn)有源逆變。只有全控電路才能實(shí)現(xiàn)有源逆變。電路才能實(shí)現(xiàn)有源逆變。2.6.2 三相橋式有源逆變電路 假設(shè)電感足夠大，直流電流近似為一個(gè)恒定值，為直流反電勢(shì)電感假設(shè)電感足夠大，直流電流近似為一個(gè)恒定值，為直流反電勢(shì)電感負(fù)載。

58、為實(shí)現(xiàn)有源逆變必須使控制角負(fù)載。為實(shí)現(xiàn)有源逆變必須使控制角90，Ud為負(fù)，電源為負(fù)，電源E極性極性與圖中一致。與圖中一致。 無(wú)論在整流狀態(tài)或逆變狀態(tài)，晶閘管總是受正向電壓時(shí)才能被觸發(fā)無(wú)論在整流狀態(tài)或逆變狀態(tài)，晶閘管總是受正向電壓時(shí)才能被觸發(fā)導(dǎo)通，晶閘管的導(dǎo)電順序不變；處于關(guān)斷狀態(tài)的晶閘管承受正向電導(dǎo)通，晶閘管的導(dǎo)電順序不變；處于關(guān)斷狀態(tài)的晶閘管承受正向電壓的時(shí)間比在整流運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)。壓的時(shí)間比在整流運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)。 三相半波逆變電路工作過(guò)程演示 三相橋式整流電路工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)的電壓波形 逆變狀態(tài)的控制角為逆變角： 輸出直流電壓的平均值 如果考慮變壓器的漏抗，則有： 輸出直流電流的平均值亦可用整流的

59、公式，即cos35. 1cos34. 22L2dUUUdBIXUU3cos34. 22dREUIdd 每個(gè)晶閘管導(dǎo)通 2/3，故流過(guò)晶閘管的電流有效值為 從交流電源送到直流側(cè)負(fù)載的有功功率為: 當(dāng)逆變工作時(shí)，故Pd為負(fù)值，表示功率由直流電源輸送到交流電源。 在三相橋式電路中，變壓器二次側(cè)線電流的有效值為： ddIII577. 03VTd2ddEIRIPddVT2816. 0322IIII2.6.3 逆變失敗與最小逆變角的限制 1 1 逆變失敗逆變失敗 可控整流電路在逆變運(yùn)行時(shí)，外接的直流電源就會(huì)通過(guò)晶閘管電路形成短路，或者使可控整流電路的輸出平均電壓和直流電動(dòng)勢(shì)變成順向串聯(lián)，由于逆變電路的內(nèi)阻

60、很小，將出現(xiàn)極大的短路電流流過(guò)晶閘管和負(fù)載，這種情況稱為逆變失敗，或稱為逆變顛覆。 造成逆變失敗的原因：造成逆變失敗的原因：(1) 觸發(fā)電路工作不可靠。不能適時(shí)、準(zhǔn)確地給各晶閘管分配觸發(fā)脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時(shí)等。(2) 晶閘管發(fā)生故障。器件失去阻斷能力，或器件不能導(dǎo)通。(3) 交流電源異常。在逆變工作時(shí)，電源發(fā)生缺相或突然消失而造成逆變失敗。(4) 換相裕量角不足，引起換相失敗。應(yīng)考慮變壓器漏抗引起的換相重疊角、晶閘管關(guān)斷時(shí)間等因素的影響。 交流側(cè)電抗對(duì)逆變換相過(guò)程的影響 2 最小逆變角最小逆變角確定的方法確定的方法 最小逆變角的大小要考慮以下因素：(1) (1) 換相重疊角換相重疊角此值