可控整流器與有源逆變器ppt課件

1、第2章 可控整流器與有源逆變器本章主要內(nèi)容整流器的構(gòu)造方式、任務(wù)原理，分析整流器的任務(wù)波形，整流器各參數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系和設(shè)計方法;整流器任務(wù)在逆變形狀時的任務(wù)原理、任務(wù)波形。變壓器漏抗對整流器的影響、整流器帶電動機負載時的機械特性、觸發(fā)電路等內(nèi)容。 2.1 簡 介n可控整流器的交流側(cè)接有工頻交流電源，輸出的直流電壓平均值Ud可以從正的最大值到負的最大值延續(xù)可控，但可控整流器的直流電流id的方向不能改動。其中，第一象限上Ud與Id均為正值，處于整流運轉(zhuǎn)形狀，能量從交流側(cè)輸向直流側(cè)，此時電路稱作整流器。在第四象限內(nèi)Id仍為正，Ud變負，處于逆變運轉(zhuǎn)形狀，能量是從直流側(cè)輸向交流側(cè)，此時電路稱作逆變器。n

2、工頻可控整流器2.2 單相半波可控整流器2.2.1 電阻性負載1. 任務(wù)原理任務(wù)原理在實踐運用中，某些負載根本上是電阻性的，如在實踐運用中，某些負載根本上是電阻性的，如電阻加熱爐、電解和電鍍等。電阻性負載的特電阻加熱爐、電解和電鍍等。電阻性負載的特點是電壓與電流成正比，波形一樣并且同相位，點是電壓與電流成正比，波形一樣并且同相位，電流可以突變。電流可以突變。首先假設(shè)以下幾點：首先假設(shè)以下幾點：(1) 開關(guān)元件是理想的，即開關(guān)元件是理想的，即開關(guān)元件開關(guān)元件(晶閘管晶閘管)導(dǎo)通時，通態(tài)壓降為零，關(guān)導(dǎo)通時，通態(tài)壓降為零，關(guān)斷時電阻為無窮大；斷時電阻為無窮大；(2) 變壓器是理想的，即變壓器是理想的

3、，即變壓器漏抗為零，繞組的電阻為零、勵磁電流變壓器漏抗為零，繞組的電阻為零、勵磁電流為零。為零。n單相半波可控整流器圖和任務(wù)波形(電阻性負載)n變壓器T起變換電壓和隔離的作用，在電源電壓正半波，晶閘管接受正向電壓，在t=處觸發(fā)晶閘管，晶閘管開場導(dǎo)通；負載上的電壓等于變壓器輸出電壓u2。在t=時辰，電源電壓過零，晶閘管電流小于維持電流而關(guān)斷，負載電流為零。n在電源電壓負半波，uAK0，晶閘管接受反向電壓而處于關(guān)斷形狀，負載電流為零，負載上沒有輸出電壓，直到電源電壓u2的下一周期，直流輸出電壓ud和負載電流id的波形相位一樣。n經(jīng)過改動觸發(fā)角的大小，直流輸出電壓ud的波形發(fā)生變化，負載上的輸出電壓

4、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。(1) 觸發(fā)角與導(dǎo)通角觸發(fā)角也稱觸發(fā)延遲角或控制角，是指晶閘管從接受正向電壓開場到導(dǎo)通時止之間的電角度。導(dǎo)通角，是指晶閘管在一周期內(nèi)處于通態(tài)的電角度。單相半波可控整流器電阻性負載情況下(2) 移相與移相范圍移相是指改動觸發(fā)脈沖ug出現(xiàn)的時辰，即改動控制角的大小。移相范圍是指觸發(fā)脈沖ug的挪動范圍，它決議了輸出電壓的變化范圍。單相半波可控整流器電阻性負載時的移相范圍是0180。2. 根本數(shù)量關(guān)系根本數(shù)量關(guān)系(1) 直流輸出電壓平均值直流輸出電壓平均值Ud與輸

5、出電流平與輸出電流平均值均值Id直流輸出電壓平均值直流輸出電壓平均值Ud:輸出電流平均值輸出電流平均值Id:2cos145. 02cos12dsin221222dUUttUU2cos10.45 2ddRURUI(2) 輸出電壓有效值U與輸出電流有效值I輸出電壓有效值U:輸出電流有效值I:22sin41d2sin22122UttUU22sin412RURUI(3) 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，負載、晶閘管和變壓器二次側(cè)流過一樣的電流，故其有效值相等，即：22sin4122TRUIII(4) 功率因數(shù)cos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式中

6、P變壓器二次側(cè)有功功率，P=UI=I2R S變壓器二次側(cè)視在功率，S=U2I2 (5) 晶閘管接受的最大正反向電壓Um由圖2-2 (f)可以看出晶閘管接受的最大正反向電壓Um是相電壓峰值。22sin41cos222IUUISP22mUU例例2-1 如下圖單相半波可控整流器，如下圖單相半波可控整流器，電阻性負載，電源電壓電阻性負載，電源電壓U2為為220V，要，要求的直流輸出電壓為求的直流輸出電壓為50 V，直流輸出，直流輸出平均電流為平均電流為20A 試計算：試計算：(1) 晶閘管的控制角。晶閘管的控制角。(2) 輸出電流有效值。輸出電流有效值。(3) 電路功率因數(shù)。電路功率因數(shù)。(4) 晶閘

7、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) (1) 那么那么=90=90(2) (2) 當(dāng)當(dāng)=90=90時，輸出電流有效值時，輸出電流有效值 (3) (3) 0122045. 0502145. 02cosddUU5 . 22050 ddIURA 44.4 22sin412RURUI505. 022020504 .44cos2222UUIUUISP(4) 晶閘管電流有效值IT 與輸出電流有效值相等，即：那么 取2倍平安裕量，晶閘管的額定電流為：5晶閘管接受的最高電壓：思索(23)倍平安裕量，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 (

8、57. 1TT(AV)IIA 6 .56T(AV)IV311220222mUUV 933622311)32()32(mTNUU2.2.2 電感性負載1. 任務(wù)原理任務(wù)原理電感性負載通常是電機的勵磁線圈和負載串聯(lián)電電感性負載通常是電機的勵磁線圈和負載串聯(lián)電抗器等?？蛊鞯取．?dāng)流過電感的電流變化時，電感兩端產(chǎn)生感應(yīng)電當(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)電勢對負載電流的變化有阻止作用，勢，感應(yīng)電勢對負載電流的變化有阻止作用，使得負載電流不能突變。當(dāng)電流增大時，電感使得負載電流不能突變。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；吸收能量儲能，電感的感應(yīng)電勢阻止電流增大；當(dāng)

9、電流減小時，電感釋放出能量，感應(yīng)電勢阻當(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。止電流的減小，輸出電壓、電流有相位差。n單相半波可控整流器圖和任務(wù)波形(電感性負載) n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)斷形狀，輸出電壓、電流都等于零。n在t=時，門極有觸發(fā)信號，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，負載電壓ud= u2。n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. 數(shù)量關(guān)系數(shù)量關(guān)系

10、直流輸出電壓平均值直流輸出電壓平均值Ud為為從從Ud的波形可以看出，由于電感負載的存在，的波形可以看出，由于電感負載的存在，電源電壓由正到負過零點也不會關(guān)斷，輸出電源電壓由正到負過零點也不會關(guān)斷，輸出電壓出現(xiàn)了負波形，輸出電壓和電流的平均電壓出現(xiàn)了負波形，輸出電壓和電流的平均值減?。划?dāng)大電感負載時輸出電壓正負面積值減?。划?dāng)大電感負載時輸出電壓正負面積趨于相等，輸出電壓平均值趨于零，那么趨于相等，輸出電壓平均值趨于零，那么id也很小。所以，實踐的大感電路中，經(jīng)常在也很小。所以，實踐的大感電路中，經(jīng)常在負載兩端并聯(lián)一個續(xù)流二極管。負載兩端并聯(lián)一個續(xù)流二極管。)(sin2212ttdUUd2.2.3

11、 電感性負載加續(xù)流二極管1. 任務(wù)原理任務(wù)原理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。在在t=處觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，負載上有輸出電處觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，負載上有輸出電壓和電流，續(xù)流二極管壓和電流，續(xù)流二極管VDR接受反向電壓而處接受反向電壓而處于斷態(tài)。于斷態(tài)。電源電壓負半波電源電壓負半波u20，經(jīng)過續(xù)流二極管，經(jīng)過續(xù)流二極管VDR使使晶閘管接受反向電壓而關(guān)斷。電感的感應(yīng)電壓晶閘管接受反向電壓而關(guān)斷。電感的感應(yīng)電壓使使VDR接受正向電壓導(dǎo)通續(xù)流，負載兩端的電接受正向電壓導(dǎo)通續(xù)流，負載兩端的電壓僅為續(xù)流二極管的管壓降。假設(shè)電感足夠大，壓僅為續(xù)流二極管的管壓降。假設(shè)電感足夠大，續(xù)

12、流二極管不斷導(dǎo)通到下一周期晶閘管導(dǎo)通，續(xù)流二極管不斷導(dǎo)通到下一周期晶閘管導(dǎo)通，使使id延續(xù)。延續(xù)。 n由以上分析可以看出，電感性負載加續(xù)流二極管后，輸出電壓波形與電阻性負載波形一樣，續(xù)流二極管可以起到提高輸出電壓的作用。在大電感負載時負載電流波形延續(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。n對于電感性負載加續(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載一樣為0180，且有+=180。單相半波可控整流器圖和任務(wù)波形(電感性負載加續(xù)流二極管)2. 根本數(shù)量關(guān)系根本數(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I

13、d輸出電壓平均值輸出電壓平均值Ud輸出電流平均值輸出電流平均值Id2cos145. 02cos122dsin22212dUUttUU2cos10.45 dddRURUI(2) 晶閘管的電流平均值IdT與晶閘管的電流有效值IT晶閘管的電流平均值IdT 晶閘管的電流有效值ITd2-dTIId2)(2d21TItdII(3) 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IDR(4) 晶閘管和續(xù)流二極管接受的最大正反向電壓晶閘管和續(xù)流二極管接受的最大正反向電壓均為電源電壓的峰值。 ddDR2IId02dDR2)(21ItdII2m2UUn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)

14、。但整流電壓脈動大，每周期脈動一次。變壓器二次側(cè)流過一方向的電流，存在直流磁化、利用率低的問題，為使變壓器不飽和，必需增大鐵心截面，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 電阻性負載 n單相全控橋式整流器圖和任務(wù)波形(電阻性負載) 1. 任務(wù)原理任務(wù)原理在電源電壓在電源電壓u2正半波，晶閘管正半波，晶閘管VT1、VT4接受接受正向電壓。假設(shè)四個晶閘管的漏電阻相等，正向電壓。假設(shè)四個晶閘管的漏電阻相等，那么在那么在0區(qū)間由于四個晶閘管都不導(dǎo)通，區(qū)間由于四個晶閘管都不導(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

15、aVT1RVT4b流通，此時負載上輸流通，此時負載上輸出電壓出電壓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)斷形狀，到上，處于關(guān)斷形狀，到t=時，時，因電源電壓過零，晶閘管因電源電壓過零，晶閘管VT1、VT4陽極電陽極電流也下降為零而關(guān)斷。流也下降為零而關(guān)斷。 n在電源電壓負半波，晶閘管VT2、VT3接受正向電壓，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載電阻上，負載上有輸出電壓ud=-u2。此時電源電壓反向施加到晶閘管VT1、VT4上，使其處于

16、關(guān)斷形狀。到t=2，電源電壓再次過零，VT2、V T 3 陽 極 電 流 也 下 降 為 零 而 關(guān) 斷 。 n單相橋式整流器電阻性負載時的移相范圍是0180。=0時，輸出電壓最高；=180時，輸出電壓最小。晶閘管接受最大反向電壓Um是相電壓峰值，晶閘管接受最大正向電壓是。n負載上正負兩個半波內(nèi)均有一樣方向的電流流過，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任務(wù)形狀并提高了變壓器的有效利用率。 2. 根本數(shù)量關(guān)系根本數(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

17、Id輸出電壓平均值輸出電壓平均值Ud為為 輸出電流平均值輸出電流平均值Id為為2cos19 . 02cos122dsin21222dUUttUU2cos19 . 02ddRURUI(2) 輸出電壓有效值U(3) 輸出電流有效值I與變壓器二次側(cè)電流I2輸出電流有效值I與變壓器二次側(cè)電流I2一樣為 2sin21dsin22122UttUU2sin2122RURUII(4) 晶閘管的電流平均值IdT與晶閘管電流有效值IT (5) 功率因數(shù)cos顯然功率因數(shù)與相關(guān)，=0時，cos=1。 ddT21II22T2122sin41IRUI2sin21cos2IUUISP2.3.2 電感性負載 1. 任務(wù)原理

18、任務(wù)原理電源電壓正半波，在電源電壓正半波，在t=處觸發(fā)晶閘管處觸發(fā)晶閘管VT1、VT4，晶閘管，晶閘管VT1、VT4接受正向電壓，元件接受正向電壓，元件導(dǎo)通，電流沿導(dǎo)通，電流沿aVT1LRVT4b流通，流通，此時負載上電壓此時負載上電壓ud=u2。此時電源電壓反向施。此時電源電壓反向施加到晶閘管加到晶閘管VT2、VT3上，使其接受反向陽極上，使其接受反向陽極電壓而處于關(guān)斷形狀。電壓而處于關(guān)斷形狀。當(dāng)當(dāng)t=時，電源電壓自然過零，電感感應(yīng)電勢使時，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。晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通。 n在電源電壓負半波，晶閘管VT2、VT3接受正向電壓，但沒有觸發(fā)脈沖而不導(dǎo)通；在t=+

19、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向施加到負載上，負載上有輸出電壓ud= -u2。此時VT1、VT4接受反向電壓由導(dǎo)通形狀變?yōu)殛P(guān)斷形狀。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。 n單相全控橋式整流器圖和任務(wù)波形(電感性負載) n從波形可以看出90輸出電壓波形正負面積一樣，平均值為零，所以移相范圍是090。控制角在090之間變化時，晶閘管導(dǎo)通角，導(dǎo)通角與控制角無關(guān)。晶閘管接受的最大正、反向電壓n Um = 22U2. 根本數(shù)量關(guān)系根本數(shù)量關(guān)系(1) 輸出電壓平均值輸出電壓平均值Ud(2) 輸出電流

20、平均值輸出電流平均值Id和變壓器副邊電流和變壓器副邊電流I2 cos9 . 0cos22dsin21222dUUttUU2ddIRUI(3) 晶閘管的電流平均值IdT由于晶閘管輪番導(dǎo)電，所以流過每個晶閘管的平均電流只需負載上平均電流的一半。 (4) 晶閘管的電流有效值IT 與通態(tài)平均電流 IT(AV) ddT21IIdT21II)25 . 1 (57. 1TT(AV)II3. 反電勢負載反電勢負載(1) 反電勢電阻負載的情況反電勢電阻負載的情況在負載回路無電感時，反電勢電阻負載的在負載回路無電感時，反電勢電阻負載的特點是：當(dāng)整流電壓的瞬時值特點是：當(dāng)整流電壓的瞬時值ud小于反小于反電勢電勢E

21、時，晶閘管接受反壓而關(guān)斷，這時，晶閘管接受反壓而關(guān)斷，這使得晶閘管導(dǎo)通角減小。晶閘管導(dǎo)通時，使得晶閘管導(dǎo)通角減小。晶閘管導(dǎo)通時，ud=u2， 晶閘管關(guān)斷時，晶閘管關(guān)斷時，ud=E。與電阻負載相比。與電阻負載相比晶閘管提早了電角度晶閘管提早了電角度停頓導(dǎo)電，停頓導(dǎo)電，稱作稱作停頓導(dǎo)電角。停頓導(dǎo)電角。 22arcsinUEREuiddn假設(shè) 時，觸發(fā)脈沖到來時，晶閘管接受負電壓，不能夠?qū)ā榱耸咕чl管可靠導(dǎo)通，要求觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當(dāng)晶閘管開場接受正電壓時，觸發(fā)脈沖依然存在。這樣，相當(dāng)于觸發(fā)角被推遲，即=。n單相全控橋電路圖和任務(wù)波形(反電勢無負載) (2) 反電勢電感性負載的情況假設(shè)負

22、載為直流電動機時，此時負載性質(zhì)為反電動勢電感性負載，電感缺乏夠大，輸出電流波形依然斷續(xù)。在負載回路串接平波電抗器可以減小電流脈動，假設(shè)電感足夠大，電流就能延續(xù)，在這種條件下其任務(wù)情況與電感性負載一樣。單相全控橋式整流器主要適用于4kW左右的運用場所，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。 2.4 三相半波可控整流電路 2.4.1 電阻性負載1 任務(wù)原理任務(wù)原理為了得到零線，整流變壓器二次繞組接成星形。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，減少高次諧波為了給三次諧波電流提供通路，減

23、少高次諧波對電網(wǎng)的影響，變壓器一次繞組接成三角形。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同，為共陰極接圖中三個晶閘管的陰極連在一同，為共陰極接法。法。 n三相半波可控整流電路=0時的波形 n穩(wěn)定任務(wù)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、t3點， 自然換相點之間互差2/3，三相脈沖也互差120。n在t1時辰觸發(fā)VT1，在t1t2區(qū)間有uuuv、uuuw，u相電壓最高，VT1接受正向電壓而導(dǎo)通，輸出電壓uduu。其他晶閘管

24、接受反向電壓而不能導(dǎo)通。VT1經(jīng)過的電流iT1與變壓器二次側(cè)u相電流波形一樣，大小相等。 n在t2時辰觸發(fā)VT2，在t2t3區(qū)間 v相電壓最高，由于uuuv，VT2接受正向電壓而導(dǎo)通， uduv。VT1兩端電壓uT1=uu-uv= uuv0，晶閘管VT1接受反向電壓關(guān)斷。在VT2導(dǎo)通期間，VT1兩端電壓uT1= uu-uv= uuv。在t2時辰發(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。n在t3時辰觸發(fā)VT3，在t3t4區(qū)間w相電壓最高，由于uvuw，VT3接受正向電壓而導(dǎo)通，uduw。VT2兩端電壓 uT2= uv-uw=uvw-E1，V5又重新導(dǎo)通。這時V5集電極電壓又立刻降

25、到-E1，使V7、V8截止，輸出脈沖終止。可見，脈沖前沿由V4導(dǎo)通時辰確定，脈沖寬度由反向充電時間常數(shù)R11C3決議。 2 鋸齒波的構(gòu)成和鋸齒波的構(gòu)成和脈沖移相環(huán)節(jié)脈沖移相環(huán)節(jié)鋸齒波電壓構(gòu)成電鋸齒波電壓構(gòu)成電路由路由V1、V2、V3和和C2等元件等元件組成，其中組成，其中V1、VS、RP2和和R3為一恒流源電路。為一恒流源電路。 n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nuC按線性增長,即ub3按線性增長。調(diào)理電位器RP2，可以改動C2的恒定充電電流I1C。 n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，

26、ub3便構(gòu)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。nV4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,它們分別經(jīng)過電阻R6、R7、R8 與V4基極銜接。 tICdtIuC1C1c1n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n n所以uh仍為鋸齒波，但斜率比ue3低。n同理，直流偏移電壓up單獨作用在V4基極時的電壓 為n n控制電壓uco單獨作用在V4基極時的電壓 為：n n 所以， 仍為一條與up平行的直線，但絕對值比up小； 仍為一條與uco平行的直線，但絕對值比uco小。 )/(/87687e3hRR

27、RRRuu)/(/76876ppRRRRRuu)/(/86786c0c0RRRRRuupuc0upuc0un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。改動uco便可以改動脈沖產(chǎn)生時辰，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。n以三相全控橋為例，當(dāng)接反電勢電感負載時，脈沖初始相位應(yīng)定在=90；當(dāng)uco=0時，調(diào)理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，那么輸出電壓為0；如uco為正值，M點就向前移，控制角90，處于逆變形狀。 cophuuun同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路的任務(wù)波形 3 同

28、步環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié)是由同步變壓同步環(huán)節(jié)是由同步變壓器器TS、VD1、VD2、C1、R1和晶體管和晶體管V2組成。同步變壓器和組成。同步變壓器和整流變壓器接在同一整流變壓器接在同一電源上，用同步變壓電源上，用同步變壓器的二次電壓來控制器的二次電壓來控制V2的通斷作用，這就的通斷作用，這就保證了觸發(fā)脈沖與主保證了觸發(fā)脈沖與主電路電源同步。電路電源同步。 n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一樣且相位關(guān)系確定。鋸齒波是由開關(guān)管V2控制的，也就是由V2的基極電位決議的。n同步電壓uTS經(jīng)二極管VD1加在V2的基極上。當(dāng)電壓波形在負半周的下降段時，因Q點為零電位，R點為負電位，VD1

29、導(dǎo)通，電容C1被迅速充電。Q點電位與R點相近，故在這一階段V2基極為反向偏置，V2截止。n在負半周的上升段，+E1電源經(jīng)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半周到來，VD1重新導(dǎo)通，C1放電后又被充電，V2截止。n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)通兩個形狀，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，到達同步的目的?？梢钥闯鲣忼X波的寬度是由充電時間常數(shù)R1C1決議的。 4 雙窄脈沖構(gòu)成環(huán)節(jié)雙窄脈沖構(gòu)成環(huán)節(jié)觸發(fā)電路本身在一個周期內(nèi)

30、可輸出兩個間隔觸發(fā)電路本身在一個周期內(nèi)可輸出兩個間隔60的脈沖，稱內(nèi)雙脈沖電路。而在觸發(fā)器外部經(jīng)的脈沖，稱內(nèi)雙脈沖電路。而在觸發(fā)器外部經(jīng)過脈沖變壓器的銜接得到雙脈沖稱為外雙脈沖。過脈沖變壓器的銜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)本觸發(fā)電路屬于內(nèi)雙脈沖電路。當(dāng)V5、V6都導(dǎo)都導(dǎo)通時，通時，V7、V8截止，沒有脈沖輸出。只需截止，沒有脈沖輸出。只需V5、V6有一個截止，就會使有一個截止，就會使V7、V8導(dǎo)通，有脈沖導(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。輸出。因此本電路可以產(chǎn)生符合要求的雙脈沖。第一個脈沖由本相觸發(fā)單元的第一個脈沖由本相觸發(fā)單元的uco對應(yīng)的控制

31、角對應(yīng)的控制角使使V4由截止變導(dǎo)通呵斥由截止變導(dǎo)通呵斥V5瞬時截止，使得瞬時截止，使得V8輸出脈沖。隔輸出脈沖。隔60的第二個脈沖是由后一相觸的第二個脈沖是由后一相觸發(fā)單元經(jīng)過銜接到引腳發(fā)單元經(jīng)過銜接到引腳Y使本單元使本單元V6截止，使截止，使本觸發(fā)電路第二次輸出觸發(fā)脈沖。其中本觸發(fā)電路第二次輸出觸發(fā)脈沖。其中VD4和和R17的作用主要是防止雙脈沖信號相互關(guān)擾。的作用主要是防止雙脈沖信號相互關(guān)擾。 n在三相橋式全控整流電路中，雙脈沖環(huán)節(jié)的可按以下圖接線。六個觸發(fā)器的銜接順序是：1Y-2X、2Y-3X、3Y-4X、4Y-5X、5Y-6X、6Y-1X。 5 強觸發(fā)環(huán)節(jié)強觸發(fā)環(huán)節(jié)36V交流電壓經(jīng)整流

32、、濾波后得到交流電壓經(jīng)整流、濾波后得到50V直流直流電壓，經(jīng)電壓，經(jīng)R15對對C6充電，充電，B點電位為點電位為50V。當(dāng)當(dāng)V8導(dǎo)通時，導(dǎo)通時，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，構(gòu)成脈沖尖峰，由迅速放電，構(gòu)成脈沖尖峰，由于有于有R15的電阻，且電容的電阻，且電容C6的存儲能量的存儲能量有限，有限，B點電位迅速下降。當(dāng)點電位迅速下降。當(dāng)B點電位下點電位下降到降到14.3V時，時，VD15導(dǎo)通，導(dǎo)通，B點電位被點電位被15V電源鉗位在電源鉗位在14.3V，構(gòu)成脈沖平臺。，構(gòu)成脈沖平臺。C5組成加速電路，用來提高觸發(fā)脈沖前組成加速電路，用來提高觸發(fā)脈沖前沿陡度。沿陡度。

33、6 脈沖封鎖脈沖封鎖二極管二極管 VD5陰極接零電位或負電位，使陰極接零電位或負電位，使V7、V8截止，可以實現(xiàn)脈沖封鎖。截止，可以實現(xiàn)脈沖封鎖。VD5用來用來防止接地端與負電源之間構(gòu)成大電流通防止接地端與負電源之間構(gòu)成大電流通路。路。 2.8.4 觸發(fā)電路的定相觸發(fā)電路的定相n初始脈沖是指初始脈沖是指Ud0時，控制電壓時，控制電壓uco與與偏移電壓偏移電壓up為固定值條件下的觸發(fā)脈沖。為固定值條件下的觸發(fā)脈沖。因此，必需根據(jù)被觸發(fā)晶閘管陽極電壓因此，必需根據(jù)被觸發(fā)晶閘管陽極電壓的相位，正確供應(yīng)各觸發(fā)電路特定相位的相位，正確供應(yīng)各觸發(fā)電路特定相位的同步電壓，才干使觸發(fā)電路分別在各的同步電壓，才

34、干使觸發(fā)電路分別在各晶閘管需求觸發(fā)脈沖的時辰輸出脈沖。晶閘管需求觸發(fā)脈沖的時辰輸出脈沖。這種選擇同步電壓相位以及得到要求的這種選擇同步電壓相位以及得到要求的觸發(fā)時辰的方法，稱為觸發(fā)電路的定相。觸發(fā)時辰的方法，稱為觸發(fā)電路的定相。 現(xiàn)以三相全控橋為例闡明定相的方法。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30線性度不好，舍去不用，運用中間的180。所以取同步波- uu。 n三相橋整流電路大量用于直流電機調(diào)速系統(tǒng)，

35、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?nèi)蝿?wù)。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，闡明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。nn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。n同步變壓器和整流變壓器的接法及矢量圖 n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

36、n為防止電網(wǎng)電壓波形畸變對觸發(fā)電路產(chǎn)生干擾，可對同步電壓進展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 n晶閘管可控整流安裝帶直流電動機負載組成的系統(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，也是可控整流安裝的主要用途之一。其一是在帶電動機負載時整流電路的任務(wù)情況，其二是由整流電路供電時電動機的任務(wù)情況。本節(jié)主要分析由整流電路供電時電動機的任務(wù)

37、情況。 2.9.1 任務(wù)于整流形狀時 1 電流延續(xù)時電動機的機械特性電流延續(xù)時電動機的機械特性直流電機傳動時負載就是反電勢電感負載，在負直流電機傳動時負載就是反電勢電感負載，在負載電流延續(xù)的情況下，電路任務(wù)情況與電感性載電流延續(xù)的情況下，電路任務(wù)情況與電感性負載時類似，電動機穩(wěn)態(tài)時，雖然負載時類似，電動機穩(wěn)態(tài)時，雖然ud波形脈動波形脈動較大，但由于電動機有較大的機械慣量，故其較大，但由于電動機有較大的機械慣量，故其轉(zhuǎn)速和反電動勢都根本無脈動。此時整流電壓轉(zhuǎn)速和反電動勢都根本無脈動。此時整流電壓的平均值由電動機的反電動勢及電路中負載平的平均值由電動機的反電動勢及電路中負載平均電流均電流Id所引起

38、的各種電壓降所平衡，整流電所引起的各種電壓降所平衡，整流電壓的交流分量那么全部降落在電抗器上。壓的交流分量那么全部降落在電抗器上。 n整流電路直流電壓的平衡方程為n式中 n在負載電流延續(xù)的情況下，機械特性方程為：UIREU2dMd)2/(6BMBXRRRede22cos34. 2CUIRCUnn三相橋式全控整流電路電動機負載電流延續(xù)時的機械特性 2.電流斷續(xù)時電動機的機械特性 當(dāng)電機任務(wù)在電感較小或負載較輕的情況下，電流要出現(xiàn)斷續(xù)的景象。電流斷續(xù)時電動機的機械特性呈現(xiàn)出非線性，變軟。實踐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。實踐運用中，串平波電抗器使電動機在任務(wù)范圍內(nèi)

39、堅持在電流延續(xù)形狀，提高直流電動機的機械特性硬度。 n串聯(lián)電抗器的電感量決議著主回路最小延續(xù)電流值n三相半波主回路電感量 n三相全控橋主回路電感量nIdmin 是最小延續(xù)電流值，普通取Idmin=(510)Idn串接的平波電抗器的電感量為 )mH( /46. 1dmin2IUL )mH( /693. 0dmin2IUL )(mH mBdLLLLn思索電流斷續(xù)時不同時反電動勢的機械特性曲線 2.9.2 任務(wù)于有源逆變形狀時 1 電流延續(xù)時電動機的機械特性電流延續(xù)時電動機的機械特性主回路電流延續(xù)時的機械特性由電壓平衡方程主回路電流延續(xù)時的機械特性由電壓平衡方程式式 決議。決議。逆變時由于逆變時由于

40、 ，由于由于 ，電動機的機械特性方程式，電動機的機械特性方程式 URIEU2dMdcosd0dUU)2cos(dd0MURIUE)2cos(1dd0eURIUCnnCEeM2 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電機理想空載轉(zhuǎn)速上翹很多，機械特性變軟，且電機理想空載轉(zhuǎn)速上翹很多，機械特性變軟，且呈現(xiàn)非線性。當(dāng)控制角呈現(xiàn)非線性。當(dāng)控制角由小變大，電動機的由小變大，電動機的機械特性那么逐漸的由第機械特性那么逐漸的由第1象限往下移，進而象限往下移，進而到達第到達第4象限。象限。圖中第圖中第1、第、第4象限中的特性和第象限中的特性和第3、第、第2象限中的象限中的特性是分別屬于兩組整流電路的，它們輸出整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)以正組和反流電壓的極性彼此相反，故分別標(biāo)以正組和反組變流器。組變流器。 n電動機在四象限中的機械特性 2.10 整流電路的諧波 (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)備的正常任務(wù)，使電機發(fā)活力械振動、噪聲和過熱，使變壓器部分嚴(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