第2章 整流電路

1、第第1頁(yè)頁(yè)第二章第二章 整流電路整流電路 (P43)v 本章所要講述的內(nèi)容本章所要講述的內(nèi)容 單相可控整流電路單相可控整流電路 三相可控整流電路三相可控整流電路 變壓器漏感對(duì)整流電路的影響變壓器漏感對(duì)整流電路的影響 整流電路的諧波分析整流電路的諧波分析 有源逆變的基本原理有源逆變的基本原理 三相有源逆變電路分析和計(jì)算三相有源逆變電路分析和計(jì)算 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 相控變流裝置的觸發(fā)電路相控變流裝置的觸發(fā)電路v 本章重點(diǎn)本章重點(diǎn) 單相和三相橋式全控整流電路、有源逆變單相和三相橋式全控整流電路、有源逆變電路組成和工作原電路組成和工作原理理、不同性質(zhì)負(fù)載不同性質(zhì)負(fù)載

2、下重要物理量的下重要物理量的波形分析和數(shù)值計(jì)算波形分析和數(shù)值計(jì)算。第第2頁(yè)頁(yè)2.1 概述概述部分常見的整流電路部分常見的整流電路c）d）除除c）、）、d）外外a）e）f）、）、g）a ）、）、 b）、）、f） c）、）、d）、）、e）、）、g）a）、）、f）b）、）、 c）、）、d）、）、e）、）、g）不可控整流按組成器件半控整流可控整流全控整流單相三相按電源相數(shù)六相零式按電路結(jié)構(gòu)橋式半波按變壓器繞組電流全波整流電路整流電路第第3頁(yè)頁(yè)不同性質(zhì)的負(fù)載不同性質(zhì)的負(fù)載對(duì)于整流電路輸出的電壓電流波形有很大對(duì)于整流電路輸出的電壓電流波形有很大影影響響。負(fù)載的性質(zhì)負(fù)載的性質(zhì)大致分為以下幾種大致分為以下幾種

3、n 電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載如電阻加熱爐、電解、電鍍和電焊等。如電阻加熱爐、電解、電鍍和電焊等。n 電感性負(fù)載電感性負(fù)載各種電機(jī)的勵(lì)磁繞組，經(jīng)電抗器濾波各種電機(jī)的勵(lì)磁繞組，經(jīng)電抗器濾波的負(fù)載。的負(fù)載。n 電容性負(fù)載電容性負(fù)載整流輸出端接大電容濾波的情況。整流輸出端接大電容濾波的情況。n 反電勢(shì)負(fù)載反電勢(shì)負(fù)載整流裝置輸出供蓄電池充電或供直流整流裝置輸出供蓄電池充電或供直流電動(dòng)機(jī)作電源用時(shí)。電動(dòng)機(jī)作電源用時(shí)。實(shí)際上屬于單純的某一種性質(zhì)的負(fù)載是很少的。實(shí)際上屬于單純的某一種性質(zhì)的負(fù)載是很少的。確定負(fù)載性質(zhì)必須根據(jù)實(shí)際情況作具體分析。確定負(fù)載性質(zhì)必須根據(jù)實(shí)際情況作具體分析。2.1 概述概述第第4頁(yè)頁(yè)2.2

4、 單相可控整流電路單相可控整流電路2.2.1 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路1. 電阻負(fù)載電阻負(fù)載（P46)電路結(jié)構(gòu)及其工作原理電路結(jié)構(gòu)及其工作原理單相橋式整流帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及工作原理（不可控）單相橋式整流帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及工作原理（不可控）aD4D1i22ubTu1D3idRudD2u2 (a)D1RD4u2 (b)u2 0第第5頁(yè)頁(yè)單相橋式整流帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及工作原理（不可控）單相橋式整流帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及工作原理（不可控）aD4D1i22ubTu1D3idRudD2u2 02.2.1 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT

5、4udid單相橋式全控整流帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及工作原理（全控）單相橋式全控整流帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及工作原理（全控）第第7頁(yè)頁(yè)RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udid單相橋式全控整流帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及工作原理（全控）單相橋式全控整流帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及工作原理（全控）u2 (b)VT3RVT2u2 (a)u2 0b)c)d)wtwtwtpaa000i2udiduVT1,4u( i )dd轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)u2負(fù)半周負(fù)半周第第9頁(yè)頁(yè) 單相橋式全控整流帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形（單相橋式全控整流帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形（ ud、id ）RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udida)u2 02

6、.2.1 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路第第11頁(yè)頁(yè) 單相橋式全控整流帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形（單相橋式全控整流帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形（ uVT1，4 ）RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udida)u2 02.2.1 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路第第13頁(yè)頁(yè) 單相橋式全控整流帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形（單相橋式全控整流帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形（ i2 ）RTu1u2i2abVT1VT3VT2VT4udida)u2 30300 0，負(fù)載電流斷續(xù)，負(fù)載電流斷續(xù)的移相范圍的移相范圍:0:00 01501500 0。 負(fù)載電流平均值負(fù)載電流平均值I Id dU.td(

7、t)UUdcos171sin21223265662232612sin0 6751 cosdUUtd(t).U()RUIdd2.3.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路基本數(shù)量關(guān)系基本數(shù)量關(guān)系a =30u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uacwwttwtwta =60u2uaubucOOOOuGudiVT1第第36頁(yè)頁(yè)晶閘管承受的最大反向電壓晶閘管承受的最大反向電壓U URMRM 晶閘管承受的最大正向電壓晶閘管承受的最大正向電壓U UFMFM 晶閘管的額定電壓晶閘管的額定電壓U UT(AV)T(AV)晶閘管的額定電流晶閘管的額定電流I

8、 IT(AV)T(AV)26UUFM2632U)(UT(AV)571251.I).(ITT(AV)26UURM2.3.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路a =30u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uac第第37頁(yè)頁(yè)圖圖2.15 三相半波可控整流電路共陰極接法電感負(fù)載三相半波可控整流電路共陰極接法電感負(fù)載時(shí)的電路及時(shí)的電路及=600的波形的波形uvwTRLu2udeLidVT1VT2VT32.3.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路2.電感性負(fù)載（電感性負(fù)載（p54）特點(diǎn)特點(diǎn)：阻感負(fù)載，：阻感負(fù)載，L L值很大，值很大，i

9、id d波形基本平直。波形基本平直。a a3030 時(shí)：整流電壓波形與電時(shí)：整流電壓波形與電阻負(fù)載時(shí)相同。阻負(fù)載時(shí)相同。a a3030 時(shí)（如時(shí)（如a a=60=60 時(shí)的波形如時(shí)的波形如圖圖2-162-16所示）。所示）。u u2 2過零時(shí)，過零時(shí)，VTVT1 1不關(guān)斷，直不關(guān)斷，直到到VTVT2 2的脈沖到來(lái)，才換的脈沖到來(lái)，才換流，流，u ud d波形中出現(xiàn)負(fù)波形中出現(xiàn)負(fù)的部分。的部分。i id d波形有一定的脈動(dòng)，但波形有一定的脈動(dòng)，但為簡(jiǎn)化分析及定量計(jì)算，為簡(jiǎn)化分析及定量計(jì)算，可將可將i id d近似為一條水平線。近似為一條水平線。阻感負(fù)載時(shí)的移相范圍為阻感負(fù)載時(shí)的移相范圍為9090

10、 。udiauaubucibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt第第38頁(yè)頁(yè)輸出電壓平均值輸出電壓平均值U Ud d 由上式，由上式，a a的移相范圍的移相范圍 0 00 090900 0。 輸出電流平均值輸出電流平均值I Id d I I2 2即晶閘管電流的有效值即晶閘管電流的有效值I IT T 晶閘管電流的平均值晶閘管電流的平均值I IdTdTRUIddawwpappcos17. 1)(sin22326562UttdUUd32165622ddTItdIIIapapwpdddVTItdII3121656apapwp2.3.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路基本數(shù)量關(guān)

11、系基本數(shù)量關(guān)系udiauaubucibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt第第39頁(yè)頁(yè) 晶閘管最大正反向電壓晶閘管最大正反向電壓 晶閘管的額定電流晶閘管的額定電流 晶閘管的額定電壓晶閘管的額定電壓 三相整流電路的功率因數(shù)三相整流電路的功率因數(shù)2RMFM6UUU571251.I).(ITT(AV)223cosIUIUSPdd2632U)(UT(AV)2.3.1 三相半波可控整流電路三相半波可控整流電路udiauaubucibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt第第40頁(yè)頁(yè)圖圖2.16 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路(p54，圖2.17)2.3.2 三相橋

12、式全控整流電路三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載電阻負(fù)載共陰極組共陰極組陰極連接在一起陰極連接在一起的的3 3個(gè)晶閘管（個(gè)晶閘管（VTVT1 1，VTVT3 3，VTVT5 5）共陽(yáng)極組共陽(yáng)極組陽(yáng)極連接陽(yáng)極連接在 一 起 的在 一 起 的 3 3 個(gè) 晶 閘 管個(gè) 晶 閘 管（VTVT4 4，VTVT6 6，VTVT2 2）電路電路第第41頁(yè)頁(yè)工作原理工作原理1 12.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路u2w wu2uaucubOta a = 0w wt1圖圖2.17 2.17 三相橋式全控整流電路工作原理三相橋式全控整流電路工作原理(p54，圖2.17)第第42頁(yè)頁(yè)工作原理工作原理2

13、 2w wu2uaucubw wt1Ota a = 02.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路圖圖2.17 2.17 三相橋式全控整流電路工作原理三相橋式全控整流電路工作原理(p54，圖2.17)第第43頁(yè)頁(yè)工作原理工作原理3 3wu2uaucubwt1Ota = 02.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路圖圖2.17 2.17 三相橋式全控整流電路工作原理三相橋式全控整流電路工作原理(p54，圖2.17)第第44頁(yè)頁(yè)工作原理工作原理4 4wu2uaucubwt1Ota = 02.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路圖圖2.17 2.17 三相橋式全控整流電

14、路工作原理三相橋式全控整流電路工作原理(p54，圖2.17)第第45頁(yè)頁(yè)工作原理工作原理5 5wu2uaucubwt1Ota = 02.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路圖圖2.17 2.17 三相橋式全控整流電路工作原理三相橋式全控整流電路工作原理(p54，圖2.17)第第46頁(yè)頁(yè)工作原理工作原理6 6uuuwu2acbwt1Ota = 02.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路圖圖2.17 2.17 三相橋式全控整流電路工作原理三相橋式全控整流電路工作原理(p54，圖2.17)第第47頁(yè)頁(yè)2.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路波形分析波形分析1（=0

15、0 ）電阻負(fù)載電阻負(fù)載wwwwu2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubwt1OtOtOtOta = 0iVT1uVT1圖圖2.182.18 三相橋式全控整流電三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載路電阻負(fù)載=0=0o o時(shí)的波形時(shí)的波形第第48頁(yè)頁(yè)波形分析波形分析2（=300 ）2.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路wwwwud1ud2a = 30iaOtOtOtOtuduabuacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbu

16、abuacuVT1圖圖2.12.19 9 三相橋式全控整流電三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載路電阻負(fù)載=30=30o o時(shí)的波形時(shí)的波形第第49頁(yè)頁(yè)2.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路波形分析波形分析3（=600 ）w ww ww wa a = 60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaubucOtw wt1OtOtuVT1圖圖2.2.20 20 三相橋式全控整流電三相橋式全控整流電路電阻負(fù)載路電阻負(fù)載=60=60o o時(shí)的波形時(shí)的波形第第50頁(yè)頁(yè)波形分析波形分析2.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路cbaw ww wu

17、2u2Luduabuacubcubaucaucbuabuacuuuw wt1OtOta a = 0u ud d波形波形三相橋式全控整流電路帶電三相橋式全控整流電路帶電感性負(fù)載感性負(fù)載=00時(shí)的波形時(shí)的波形電感負(fù)載電感負(fù)載第第51頁(yè)頁(yè)w ww wuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacOtOtiT1uT1波形分析波形分析2.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路idw wtOcbaw wu2uuuw wt1Ota a = 0id d、iT1、uT1波形波形三相橋式全控整流電路電感三相橋式全控整流電路電感性負(fù)載性負(fù)載=00時(shí)的波形時(shí)的波形第第52頁(yè)頁(yè)cba波形分析波形

18、分析w wu2uuuw wt1Ot2.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路w wtuduabuacubcubaucaucbuabuacw wtOidw wtOa a = 30iT1w wtOw wtOud 、id d、iT1波形波形 三相橋式全控整流電路電感三相橋式全控整流電路電感性負(fù)載性負(fù)載=300時(shí)的波形時(shí)的波形第第53頁(yè)頁(yè)cba波形分析波形分析w wu2uuuw wt1Ot2.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路w wtu T1abacbcbacacbabacw wtOi2w wtOa a = 30uT1 、i2波形波形iT1iT4 三相橋式全控整流電路電感三相橋

19、式全控整流電路電感性負(fù)載性負(fù)載=300時(shí)的波形時(shí)的波形第第54頁(yè)頁(yè) 三相橋式全控整流電路電感性負(fù)載三相橋式全控整流電路電感性負(fù)載=600時(shí)的波形時(shí)的波形波形分析波形分析cbaw wu2uuuw wt1Otw wtuduabuacubcubaucaucbuabuacw wtOidw wtOa a = 60iT1w wtO2.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路第第55頁(yè)頁(yè)波形分析波形分析cbaw wu2uuuw wt1Otw wtuabuacubcubaucaucbuabuacw wtOOa a = 60i2w wtO2.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路u T1iT4

20、iT1 三相橋式全控整流電路電感性負(fù)載三相橋式全控整流電路電感性負(fù)載=600時(shí)的波形時(shí)的波形第第56頁(yè)頁(yè)觸發(fā)脈沖分析觸發(fā)脈沖分析 三相橋式全控整流電路的觸發(fā)三相橋式全控整流電路的觸發(fā)脈沖脈沖2.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路 對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：按按VTVT1 1-VT-VT2 2-VT-VT3 3-VT-VT4 4-VT-VT5 5-VT-VT6 6的順序，相位的順序，相位依次差依次差6060 。共陰極組共陰極組VTVT1 1、VTVT3 3、VTVT5 5的脈沖依次差的脈沖依次差120120 ，共陽(yáng)極組，共陽(yáng)極組VTVT4 4、VTVT6 6、VTVT2

21、2也依次差也依次差120120 。同一相的上下兩個(gè)橋臂，即同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VTVT1 1與與VTVT4 4，VTVT3 3與與VTVT6 6，VTVT5 5與與VTVT2 2，脈沖相差脈沖相差180180 。第第57頁(yè)頁(yè)觸發(fā)脈沖分析觸發(fā)脈沖分析 需保證同時(shí)導(dǎo)通的需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均個(gè)晶閘管均有脈沖，可采用兩種方法：一種有脈沖，可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā)，一種是雙窄脈沖是寬脈沖觸發(fā)，一種是雙窄脈沖觸發(fā)（常用）觸發(fā)（常用）2.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路第第58頁(yè)頁(yè) 輸出電壓平均值輸出電壓平均值U Ud d（連續(xù)時(shí)）（連續(xù)時(shí)） 帶電阻負(fù)載且?guī)щ娮柝?fù)載且60

22、600 0時(shí)，整流電壓平均值時(shí)，整流電壓平均值U Ud d 輸出電流平均值輸出電流平均值I Id d 如果是反電勢(shì)負(fù)載帶平波電抗器，則輸出電流如果是反電勢(shì)負(fù)載帶平波電抗器，則輸出電流I Id dawwpapapcos34. 2)(sin63123232UttdUUd)3cos(134. 2)(sin631232apwwppapUttdUUdRUIddREUIdd2.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路基本數(shù)量關(guān)系基本數(shù)量關(guān)系第第59頁(yè)頁(yè) 流過晶閘管的電流值有效值流過晶閘管的電流值有效值I IT T 晶閘管承受的最大正向電壓晶閘管承受的最大正向電壓 晶閘管承受的最大反向電壓晶閘管承受

23、的最大反向電壓 晶閘管的額定電壓晶閘管的額定電壓26UUFMdTII3126UURM2632U)(UT(AV)2.3.2 三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路基本數(shù)量關(guān)系基本數(shù)量關(guān)系第第60頁(yè)頁(yè)2.4 變壓器漏感對(duì)整流電路的影響變壓器漏感對(duì)整流電路的影響（P59） 考慮包括變壓器漏感（包含源邊和副邊漏感）在內(nèi)的交考慮包括變壓器漏感（包含源邊和副邊漏感）在內(nèi)的交流側(cè)電感的影響，該漏感可用一個(gè)集中的電感流側(cè)電感的影響，該漏感可用一個(gè)集中的電感LB表示。表示。 以三相半波為例，將其結(jié)論推廣。以三相半波為例，將其結(jié)論推廣。LRabcTLudicibiaBLBLBikVT1VT2VT3 ik=ib是

24、逐漸增大的，是逐漸增大的， 而而ia=Id-ik是逐漸減小的。是逐漸減小的。 當(dāng)當(dāng)ik增大到等于增大到等于Id時(shí)，時(shí)，ia=0，VT1關(guān)斷關(guān)斷,換流過程結(jié)束。換流過程結(jié)束。VTVT1 1換相至換相至VTVT2 2的過程：的過程： 因因a、b兩相均有漏感，故兩相均有漏感，故ia、ib均不能突變。于是均不能突變。于是VT1和和VT2同時(shí)導(dǎo)通，相當(dāng)于將同時(shí)導(dǎo)通，相當(dāng)于將a、b兩相兩相短路，在兩相組成的回路中產(chǎn)短路，在兩相組成的回路中產(chǎn)生環(huán)流生環(huán)流ik。圖圖2.25 考慮變壓器漏抗時(shí)的三相半波可控整流考慮變壓器漏抗時(shí)的三相半波可控整流電路及波形（電路及波形（p60，圖，圖2.25）udidwtOwtO

25、giciaibiciaIduaubucat1第第61頁(yè)頁(yè)dBdIXmUp202coscosddU()U2.4.1 換相過程中的輸出電壓換相過程中的輸出電壓兩個(gè)概念兩個(gè)概念換相壓降換相壓降與不考慮變壓器漏感時(shí)相比，與不考慮變壓器漏感時(shí)相比，u ud d平均值降低的多少。平均值降低的多少。 換相重疊角換相重疊角g g 換相過程所對(duì)應(yīng)的電角度，用換相過程所對(duì)應(yīng)的電角度，用g g表示。表示。換相壓降的計(jì)算換相壓降的計(jì)算角的計(jì)算角的計(jì)算Ud0指觸發(fā)角為零時(shí)的輸出電壓平均值指觸發(fā)角為零時(shí)的輸出電壓平均值第第62頁(yè)頁(yè)2.5 諧波和功率因數(shù)諧波和功率因數(shù) （P66）2.5.1 諧波分析目的諧波分析目的 隨著電

26、力電子技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用日益廣泛，由此帶來(lái)的隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用日益廣泛，由此帶來(lái)的無(wú)功無(wú)功(reactive power) 和和諧波諧波(harmonics)問題日益嚴(yán)重，引起了關(guān)注。問題日益嚴(yán)重，引起了關(guān)注。 在電力電子裝置接入電網(wǎng)前，必須進(jìn)行諧波分析，弄清楚諧波分布和在電力電子裝置接入電網(wǎng)前，必須進(jìn)行諧波分析，弄清楚諧波分布和注入電網(wǎng)的諧波值，以便制定諧波治理方案，使電力電子裝置能夠滿足注入電網(wǎng)的諧波值，以便制定諧波治理方案，使電力電子裝置能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的允許值。標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的允許值。諧波的定義諧波的定義對(duì)于非正弦波電壓，滿足狄里赫利條件，可分解為傅里葉級(jí)數(shù)：對(duì)于非正弦波電壓

27、，滿足狄里赫利條件，可分解為傅里葉級(jí)數(shù)：正弦波電壓可表示為：正弦波電壓可表示為：)sin(2)(utUtuw 基波基波（fundamentalfundamental）頻率與工頻相同的分量頻率與工頻相同的分量 諧波諧波頻率為基波頻率大于頻率為基波頻率大于1 1整數(shù)倍的分量整數(shù)倍的分量 諧波次數(shù)諧波次數(shù)諧波頻率和基波頻率的整數(shù)比諧波頻率和基波頻率的整數(shù)比第第63頁(yè)頁(yè)2.5.2 幾個(gè)重要的物理概念幾個(gè)重要的物理概念%IInn100HRI1（1）n次諧波電流含有率次諧波電流含有率HRIn%100THD1iIIh（2）電流諧波總畸變率）電流諧波總畸變率THDi （3）電壓紋波因數(shù)）電壓紋波因數(shù)u1222

28、2012sinsin24sinRudmmmmUmUmppppgppm23612u/%48.218.274.180.9940表表1 1 不同脈波數(shù)不同脈波數(shù)m m時(shí)的電壓紋波因數(shù)值時(shí)的電壓紋波因數(shù)值第第64頁(yè)頁(yè) m脈波整流電壓脈波整流電壓ud0的諧波的諧波次數(shù)為次數(shù)為mk (k=1,2,3,)次，即次，即m的整數(shù)倍次。的整數(shù)倍次。 當(dāng)當(dāng)m一定時(shí)，隨著諧波次一定時(shí)，隨著諧波次數(shù)的增加，諧波幅值迅速數(shù)的增加，諧波幅值迅速減小。減小。 各次諧波幅值與各次諧波幅值與角的關(guān)角的關(guān)系如圖系如圖2.26所示。所示。三相全控橋電流連續(xù)時(shí)三相全控橋電流連續(xù)時(shí)n次諧波次諧波幅值與幅值與的關(guān)系的關(guān)系 2.5.3 諧波

29、分析幾個(gè)重要結(jié)論諧波分析幾個(gè)重要結(jié)論第第65頁(yè)頁(yè) 2.5.4 功率因數(shù)功率因數(shù)功率因數(shù)功率因數(shù)n正弦電路中的情況u 電路的有功功率有功功率就是其平均功率平均功率：pwp20cos)(21UItuidPu視在功率視在功率為電壓、電流有效值的乘積，即S=UI u無(wú)功功率無(wú)功功率定義為： Q=U I sin u功率因數(shù)功率因數(shù)l 定義為有功功率P和視在功率S的比值：SPlu 此時(shí)無(wú)功功率Q與有功功率P、視在功率S之間有如下關(guān)系：222QPSu功率因數(shù)是由電壓和電流的相位差 決定的：l l =cos 第第66頁(yè)頁(yè)n非正弦電路中的情況u有功功率、視在功率、功率因數(shù)的定義均和正弦電路相同，功有功功率、視在

30、功率、功率因數(shù)的定義均和正弦電路相同，功率因數(shù)仍由式率因數(shù)仍由式 定義。定義。SPlu非正弦電路的有功功率 ：P=U I1 cos 1 u功率因數(shù)功率因數(shù)為：11111coscoscoslIIUIUISP u 基波因數(shù)基波因數(shù)v=I1 / I，即基波電流有效值和總電流有效值之比，即基波電流有效值和總電流有效值之比u 位移因數(shù)位移因數(shù)（基波功率因數(shù)）（基波功率因數(shù)）cos 1u功率因數(shù)由基波電流相移基波電流相移和電流波形畸變電流波形畸變這兩個(gè)因素共同決定的。 2.5.4 功率因數(shù)功率因數(shù)第第67頁(yè)頁(yè)n逆變、有源逆變的基本概念逆變、有源逆變的基本概念n有源逆變產(chǎn)生的基本條件有源逆變產(chǎn)生的基本條件

31、n有源逆變電路的分析方法有源逆變電路的分析方法2.7 有源逆變電路有源逆變電路第第68頁(yè)頁(yè)n逆變逆變（Invertion）將直流電能轉(zhuǎn)變成交流電能，是整流將直流電能轉(zhuǎn)變成交流電能，是整流的逆過程。的逆過程。n逆變電路逆變電路把直流電能逆變成交流電能的電路。把直流電能逆變成交流電能的電路。 n有源逆變有源逆變將直流變?yōu)榻涣髦?，輸出端與交流電網(wǎng)相連。將直流變?yōu)榻涣髦?，輸出端與交流電網(wǎng)相連。 應(yīng)用應(yīng)用：直流可逆調(diào)速系統(tǒng)、交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)：直流可逆調(diào)速系統(tǒng)、交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速以及高壓直流輸電等。調(diào)速以及高壓直流輸電等。 n無(wú)源逆變無(wú)源逆變 將直流變?yōu)榻涣髦螅敵龆伺c負(fù)載相連

32、將直流變?yōu)榻涣髦螅敵龆伺c負(fù)載相連(第第5章內(nèi)容章內(nèi)容)。2.7.1 基本概念基本概念2.7 有源逆變電路有源逆變電路第第69頁(yè)頁(yè)2.7.2 有源逆變電路的應(yīng)用有源逆變電路的應(yīng)用直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)圖圖2.29 兩組變流器的反并聯(lián)可逆電路及工作狀態(tài)（兩組變流器的反并聯(lián)可逆電路及工作狀態(tài)（p89,圖圖2.53）第第70頁(yè)頁(yè)直流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電能的流轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電能的流轉(zhuǎn)圖2.30 直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)之間電能的流轉(zhuǎn)a）兩電動(dòng)勢(shì)同極性EG EM b）兩電動(dòng)勢(shì)同極性EM EG c）兩電動(dòng)勢(shì)反極性，形成短路 電路過程分析電路過程分析 兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)同極性相接時(shí)，電流總是從電動(dòng)

33、勢(shì)高的流向低的，回路兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)同極性相接時(shí)，電流總是從電動(dòng)勢(shì)高的流向低的，回路電阻小，可在兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)間交換很大的功率。電阻小，可在兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)間交換很大的功率。2.7.3 2.7.3 有源逆變的基本原理有源逆變的基本原理第第71頁(yè)頁(yè)用單相全波電路代替上述發(fā)電機(jī)用單相全波電路代替上述發(fā)電機(jī)有源逆變產(chǎn)生的條件有源逆變產(chǎn)生的條件a)b)u10udu20u10aOOwtwtIdidUdEMu10udu20u10OOwtwtIdidUdEMaiVT1iVT2iVT2id=iVT +iVT12id=iVT +iVT12iVT1iVT2iVT1圖圖2.31 單相全波電路的整流和逆變運(yùn)行過程（單相全波電路的整流

34、和逆變運(yùn)行過程（p81，圖，圖2.45） t t1 1 t t1 1 t t2 2 t t3 3 t t2 2t4電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)M M電動(dòng)運(yùn)行電動(dòng)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)M M發(fā)電發(fā)電回饋制動(dòng)運(yùn)行回饋制動(dòng)運(yùn)行2.7.3 2.7.3 有源逆變的基本原理有源逆變的基本原理第第72頁(yè)頁(yè)（1）外部條件外部條件有直流電動(dòng)勢(shì)源，其極性必須和晶閘管有直流電動(dòng)勢(shì)源，其極性必須和晶閘管的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)稍大于變流器直流側(cè)平均電壓。的導(dǎo)通方向一致，其值應(yīng)稍大于變流器直流側(cè)平均電壓。（2）內(nèi)部條件內(nèi)部條件要求晶閘管的控制角要求晶閘管的控制角/2，使，使Ud為負(fù)為負(fù)值。值。從上述分析中，可以歸納出產(chǎn)生逆變的條件：從上述分析

35、中，可以歸納出產(chǎn)生逆變的條件： 半控橋或有續(xù)流二極管的電路，因其整流電壓半控橋或有續(xù)流二極管的電路，因其整流電壓ud不能不能出現(xiàn)負(fù)值，也不允許直流側(cè)出現(xiàn)負(fù)極性的電動(dòng)勢(shì)，故不能出現(xiàn)負(fù)值，也不允許直流側(cè)出現(xiàn)負(fù)極性的電動(dòng)勢(shì)，故不能實(shí)現(xiàn)有源逆變。欲實(shí)現(xiàn)有源逆變，只能采用實(shí)現(xiàn)有源逆變。欲實(shí)現(xiàn)有源逆變，只能采用全控全控電路。電路。2.7.3 2.7.3 有源逆變的基本原理有源逆變的基本原理思考：半控橋或有續(xù)流二極管的電路能不能實(shí)現(xiàn)有源逆變？思考：半控橋或有續(xù)流二極管的電路能不能實(shí)現(xiàn)有源逆變？第第73頁(yè)頁(yè)逆變和整流的區(qū)別逆變和整流的區(qū)別：控制角：控制角 a a 不同不同 a a以自然換相點(diǎn)作為計(jì)量的起始點(diǎn)，

36、并以此向右計(jì)量。以自然換相點(diǎn)作為計(jì)量的起始點(diǎn)，并以此向右計(jì)量。0a a p p /2 時(shí)，電路工作在時(shí)，電路工作在整流整流狀態(tài)。狀態(tài)。 p p /2 a a p p /2時(shí)的控制角用時(shí)的控制角用pp a a = b b表示表示，b b 稱為稱為逆變角逆變角。 逆變角逆變角b b和控制角和控制角a a的計(jì)量方向相反，其大小自的計(jì)量方向相反，其大小自b b =0的起的起始點(diǎn)始點(diǎn)向左方向左方計(jì)量。計(jì)量。2.7.3 2.7.3 有源逆變的基本原理有源逆變的基本原理第第74頁(yè)頁(yè)電路結(jié)構(gòu)、波形分析及基本數(shù)量關(guān)系電路結(jié)構(gòu)、波形分析及基本數(shù)量關(guān)系圖圖2.32 三相橋構(gòu)成的有源逆變電路三相橋構(gòu)成的有源逆變電路

37、cab2.7.4 三相三相有源逆變電路有源逆變電路第第75頁(yè)頁(yè)圖2.33 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(p82)uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacucaubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udwtOwtOb =p4b =p3b =p6b =p4b =p3b =p6wt1wt3wt22.7.4 三相三相有源逆變電路有源逆變電路第第76頁(yè)頁(yè)Md|dEUIR22L2.34cos1.35cosdUUUbb 每個(gè)晶閘管導(dǎo)通每個(gè)晶閘管導(dǎo)通2p p/3，故流過晶閘管的電流有效值為故流過晶閘管的

38、電流有效值為：0.5773dVTdIII從交流電源送到直流側(cè)負(fù)載的有功功率為：從交流電源送到直流側(cè)負(fù)載的有功功率為：dMddIEIRP2當(dāng)逆變工作時(shí)，由于當(dāng)逆變工作時(shí)，由于EM為負(fù)值為負(fù)值，故故Pd一般為負(fù)值，表示功率由直一般為負(fù)值，表示功率由直流電源輸送到交流電源。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：在三相橋式電路中，變壓器二次側(cè)線電流的有效值為：2220 .8 1 63TddIIII2.7.4 三相三相有源逆變電路有源逆變電路第第77頁(yè)頁(yè)2.7.5 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（一）逆變失敗（逆變顛覆）的概念（一）逆變失?。孀冾嵏?/p>

39、）的概念逆變時(shí)，一旦換相失敗，外接直流電源就會(huì)通過晶閘管電路逆變時(shí)，一旦換相失敗，外接直流電源就會(huì)通過晶閘管電路短路短路，或使，或使變流器的輸出平均電壓和直流電動(dòng)勢(shì)變成變流器的輸出平均電壓和直流電動(dòng)勢(shì)變成順向串聯(lián)順向串聯(lián)，形成很大，形成很大短路電流短路電流。（二）逆變失敗的原因（二）逆變失敗的原因（1）觸發(fā)電路工作不可靠，不能適時(shí)地、準(zhǔn)確地給各晶閘管分配脈沖，觸發(fā)電路工作不可靠，不能適時(shí)地、準(zhǔn)確地給各晶閘管分配脈沖，如脈沖丟失、脈沖延遲等，致使晶閘管不能正常換相，使交流電源電壓如脈沖丟失、脈沖延遲等，致使晶閘管不能正常換相，使交流電源電壓和直流電動(dòng)勢(shì)順向串聯(lián)，形成短路。和直流電動(dòng)勢(shì)順向串聯(lián)，形

40、成短路。u10udu20u10OOwtwtIdidUdg g 時(shí)，換相結(jié)束時(shí)，晶閘時(shí)，換相結(jié)束時(shí)，晶閘管能承受反壓而關(guān)斷。管能承受反壓而關(guān)斷。如果如果b b g g ，該通的晶閘管（，該通的晶閘管（VT1）會(huì)關(guān)斷，而應(yīng)關(guān)斷的晶閘管（）會(huì)關(guān)斷，而應(yīng)關(guān)斷的晶閘管（VT3)不能關(guān)斷，不能關(guān)斷，最終導(dǎo)致逆變失敗。最終導(dǎo)致逆變失敗。 圖圖2.34 交流側(cè)電抗對(duì)逆變換相過程的影響交流側(cè)電抗對(duì)逆變換相過程的影響udOOidwtwtuaubucuaubpbg giVT1iVTiVT3iVTiVT322 結(jié)論：結(jié)論：為了防止為了防止逆變失敗，逆變逆變失敗，逆變角角不能太小，其不能太小，其最小值必須加以最小值必須

41、加以限制。限制。abc第第80頁(yè)頁(yè)（三）最小逆變角（三）最小逆變角確定的依據(jù)確定的依據(jù)（1）逆變時(shí)允許采用的最?。┠孀儠r(shí)允許采用的最小min角應(yīng)等于角應(yīng)等于 v式中，式中，為晶閘管的關(guān)斷時(shí)間為晶閘管的關(guān)斷時(shí)間tq折合的電角度折合的電角度, 為換相重疊角為換相重疊角, 為安全裕量角。為安全裕量角。v晶閘管的關(guān)斷時(shí)間晶閘管的關(guān)斷時(shí)間tq可達(dá)可達(dá)200300s，折算成電，折算成電角度角度約為約為45。而重疊角。而重疊角是隨直流平均電是隨直流平均電流和換相電抗的增加而增大。流和換相電抗的增加而增大。v一般取一般取10o。qgdbmin2.7.5 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第第

42、81頁(yè)頁(yè)2.8 相控變流裝置的觸發(fā)電路相控變流裝置的觸發(fā)電路晶閘管相控裝置對(duì)觸發(fā)電路的要求晶閘管相控裝置對(duì)觸發(fā)電路的要求圖圖2.35 常見的觸發(fā)脈沖波形常見的觸發(fā)脈沖波形（1）觸發(fā)脈沖必須有）觸發(fā)脈沖必須有足夠的功率足夠的功率，保證在允許的整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)，對(duì)，保證在允許的整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)，對(duì)所有合格的元件都能所有合格的元件都能可靠觸發(fā)可靠觸發(fā)。（2）觸發(fā)脈沖應(yīng)有）觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的寬度足夠的寬度，以保證晶閘管，以保證晶閘管可靠導(dǎo)通可靠導(dǎo)通。（3）觸發(fā)脈沖的）觸發(fā)脈沖的前沿應(yīng)盡量陡些前沿應(yīng)盡量陡些。（4）觸發(fā)脈沖的相位應(yīng)能夠根據(jù)控制信號(hào)的要求在規(guī)定的范圍內(nèi)）觸發(fā)脈沖的相位應(yīng)能夠根據(jù)控制信號(hào)

43、的要求在規(guī)定的范圍內(nèi)移動(dòng)移動(dòng)。（5）觸發(fā)脈沖與晶閘管主回路電源電壓必須）觸發(fā)脈沖與晶閘管主回路電源電壓必須同步同步。 （6）觸發(fā)電路與晶閘管主回路之間有必要的）觸發(fā)電路與晶閘管主回路之間有必要的電氣隔離電氣隔離。 作用作用：產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的：產(chǎn)生符合要求的門極觸發(fā)脈沖，保證晶閘管在需要的 時(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。時(shí)刻由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通。第第82頁(yè)頁(yè)晶閘管變流裝置觸發(fā)電路簡(jiǎn)介晶閘管變流裝置觸發(fā)電路簡(jiǎn)介（1 1）主要有）主要有3 3種類型種類型 A A、由分立元件組成的觸發(fā)電路，一般稱之為、由分立元件組成的觸發(fā)電路，一般稱之為分立式觸發(fā)電路。分立式觸發(fā)電路。 B B、由模擬集

44、成電路和少量的外圍元件組成的、由模擬集成電路和少量的外圍元件組成的模擬集成觸發(fā)電路。模擬集成觸發(fā)電路。C C、數(shù)字觸發(fā)電路。、數(shù)字觸發(fā)電路。2.8 相控變流裝置的觸發(fā)電路相控變流裝置的觸發(fā)電路第第83頁(yè)頁(yè)（2 2）一種比較典型）一種比較典型的分立式觸發(fā)電的分立式觸發(fā)電路路 同步信號(hào)同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)為鋸齒波的觸發(fā)電路電路 1 1） 脈沖形成與放大脈沖形成與放大 環(huán)節(jié)環(huán)節(jié) 2 2） 鋸齒波的形成鋸齒波的形成 和脈沖移相環(huán)節(jié)和脈沖移相環(huán)節(jié) 3 3） 同步環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié) 4 4） 雙窄脈沖形成雙窄脈沖形成 環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)圖圖2.36 同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路2.8 相控變流裝

45、置的觸發(fā)電路相控變流裝置的觸發(fā)電路第第84頁(yè)頁(yè)1）脈沖形成與放大環(huán)節(jié)）脈沖形成與放大環(huán)節(jié) E1R7E2-E1uco2.8 相控變流裝置的觸發(fā)電路相控變流裝置的觸發(fā)電路n Uco=0V,V4截止，截止，V5飽和導(dǎo)通，飽和導(dǎo)通， V7和和V8截止，沒有脈沖輸出。截止，沒有脈沖輸出。n Uco=0.7V,V4導(dǎo)通，導(dǎo)通，V5截止，截止， V7和和V8導(dǎo)通，形成脈沖。導(dǎo)通，形成脈沖。n 脈沖前沿由脈沖前沿由V4導(dǎo)通時(shí)刻確定，導(dǎo)通時(shí)刻確定，脈沖寬度與反向充電回路時(shí)間脈沖寬度與反向充電回路時(shí)間常數(shù)常數(shù)R11C3有關(guān)。有關(guān)。n 電路的觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器電路的觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器TP二次側(cè)輸出，其一次繞組接

46、二次側(cè)輸出，其一次繞組接在在V8集電極電路中。集電極電路中。第第85頁(yè)頁(yè)2） 鋸齒波的形成鋸齒波的形成 和脈沖移相環(huán)節(jié)和脈沖移相環(huán)節(jié) 鋸齒波電壓形成電鋸齒波電壓形成電路由路由V1、V2、V3和和C2等元件組成，其中等元件組成，其中V1、VS、RP2和和R3為一恒為一恒流源電路。流源電路。2.8 相控變流裝置的觸發(fā)電路相控變流裝置的觸發(fā)電路第第86頁(yè)頁(yè) 3） 同步環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié) u同步同步要求觸發(fā)脈沖的頻率與主電要求觸發(fā)脈沖的頻率與主電路電源的頻率相同且相位關(guān)系確定。路電源的頻率相同且相位關(guān)系確定。u同步環(huán)節(jié)是由同步變壓器同步環(huán)節(jié)是由同步變壓器TS、VD1、 VD2、C1、R1和晶體管和晶體管V2組成。組成。u同步變壓器和整流變壓器接在