電力電子技術(shù)第五版課件整流電路7

1、13.6 大功率可控整流(zhngli)電路3.6.1 帶平衡(pnghng)電抗器的雙反星形 可控整流電路3.6.2 多重化整流電路共三十二頁23.6 大功率可控整流電路(dinl)引言帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路的特點(diǎn)：適用于低電壓、大電流的場(chǎng)合。多重化整流電路的特點(diǎn)：在采用相同器件時(shí)可達(dá)到更大的功率。可減少交流側(cè)輸入(shr)電流的諧波或提高功率因數(shù)，從而減小對(duì)供電電網(wǎng)的干擾。共三十二頁33.6.1帶平衡(pnghng)電抗器的雙反星形可控整流電路電路(dinl)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)圖3-37 帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路二次側(cè)為兩組匝數(shù)相同極性相反的繞阻，分別接成兩組三相半波電路。二

2、次側(cè)兩繞組的極性相反可消除鐵芯的直流磁化。平衡電抗器是為保證兩組三相半波整流電路能同時(shí)導(dǎo)電。與三相橋式電路相比，雙反星形電路的輸出電流可大一倍。共三十二頁4繞組的極性相反的目的：消除直流磁通勢(shì)如圖可知，雖然兩組相電流的瞬時(shí)值不同(b tn)，但是平均電流相等而繞組的極性相反，所以直流安匝互相抵消。圖3-38 雙反星形電路(dinl)， =0時(shí)兩組整流電壓、電流波形twwtud1uaubuciaud2iaucuaubucOwtOOwtOId12Id16Id12Id163.6.1帶平衡電抗器的雙反星形可控整流電路共三十二頁5接平衡(pnghng)電抗器的原因：兩組整流電壓平均值相等，但瞬時(shí)值不等。

3、當(dāng)電壓平均值和瞬時(shí)值均相等時(shí)，負(fù)載電流才能平均分配。兩個(gè)星形的中點(diǎn)n1和n2間的電壓等于ud1和ud2之差。該電壓加在Lp上，產(chǎn)生電流ip，它通過兩組星形自成回路，不流到負(fù)載中去，稱為環(huán)流(hun li)或平衡電流。為了使兩組電流盡可能平均分配，一般使Lp值足夠大，以便限制環(huán)流在負(fù)載額定電流的1%2%以內(nèi)。共三十二頁6雙反星形電路(dinl)中如不接平衡電抗器，即成為六相半波整流電路：只能有一個(gè)晶閘管導(dǎo)電，其余五管均阻斷，每管最大導(dǎo)通角為60o，平均電流為Id/6。當(dāng)=0o 時(shí)，Ud為1.35U2，比三相半波時(shí)的1.17U2略大些。因晶閘管導(dǎo)電時(shí)間(shjin)短，變壓器利用率低，極少采用。平

4、衡電抗器的作用：使得兩組三相半波整流電路同時(shí)導(dǎo)電。對(duì)平衡電抗器作用的理解是掌握雙反星形電路原理的關(guān)鍵。共三十二頁7平衡電抗器工作(gngzu)原理分析：圖3-39 平衡(pnghng)電抗器作用下輸出電壓的波形和平衡(pnghng)電抗器上電壓的波形圖3-40 平衡電抗器作用下兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)電的情況平衡電抗器Lp承擔(dān)了n1、n2間的電位差，它補(bǔ)償了ub和ua的電動(dòng)勢(shì)差，使得ub和ua兩相的晶閘管能同時(shí)導(dǎo)電。（3-97）（3-98） 時(shí)，ubua，VT6導(dǎo)通，此電流在流經(jīng)LP時(shí)，LP上要感應(yīng)一電動(dòng)勢(shì)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(xué)表達(dá)式如下：upud1,ud

5、2OO60360t1ttb)a)uaubucucuaubub共三十二頁8原理(yunl)分析(續(xù))：圖3-39 平衡(pnghng)電抗器作用下輸出電壓的波形和平衡(pnghng)電抗器上電壓的波形圖3-40 平衡電抗器作用下兩個(gè)晶閘管同時(shí)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(shí)導(dǎo)通。 時(shí)間推遲至ub與ua的交點(diǎn)時(shí)， ub = ua ， 。之后 ub ub ，電流才從VT6換至VT2。此時(shí)VT1、VT2同時(shí)導(dǎo)電。每一組中的每一個(gè)晶閘管仍按三相半波的導(dǎo)電規(guī)律而各輪流導(dǎo)電。upud1,ud2OO60360t1ttb)a)uaubucucuaubub共三十二頁9由上述(s

6、hngsh)分析以可得：圖3-39 平衡電抗器作用下輸出(shch)電壓的波形和平衡電抗器上電壓的波形平衡電抗器中點(diǎn)作為整流電壓輸出的負(fù)端，其輸出的整流電壓瞬時(shí)值為兩組三相半波整流電壓瞬時(shí)值的平均值。波形如圖2-37 a。（3-98）諧波分析分析詳見P77-P78。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：u,uupd1d2OO60360t1ttb)a)uaubucucuaubub共三十二頁10 =30、 =60和 =90時(shí)輸出電壓的波形(b xn)分析圖2-39 當(dāng) =30、60、90時(shí)，雙反星形電路(dinl)的輸出電壓波形 分析輸出波形時(shí)，可先求出ud1

7、和ud2波形，然后根據(jù)式（3-98）做出波形( ud1+ud2 ) / 2。輸出電壓波形與三相半波電路比較，脈動(dòng)程度減小了，脈動(dòng)頻率加大一倍，f=300Hz。電感負(fù)載情況下，移相范圍是90。電阻負(fù)載情況下，移相范圍為120。90=a。60=a。30=audududwtOwtOwtOuaubucucuaububucucuaububucucuaub共三十二頁11整流電壓平均值與三相半波整流電路(dinl)的相等，為: Ud=1.17 U2 cos 將雙反星形電路與三相橋式電路進(jìn)行比較(bjio)可得出以下結(jié)論：三相橋?yàn)閮山M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(dāng)U2相等

8、時(shí)，雙反星形的Ud是三相橋的1/2，而Id是三相橋的2倍。兩種電路中，晶閘管的導(dǎo)通及觸發(fā)脈沖的分配關(guān)系一樣，ud和id的波形形狀一樣。共三十二頁123.6.2 多重化整流(zhngli)電路概述： 整流裝置功率(gngl)進(jìn)一步加大時(shí)，所產(chǎn)生的諧波、無功功率(gngl)等對(duì)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(gè)或更多的相同結(jié)構(gòu)的整流電路 進(jìn)行組合得到。目標(biāo)： 移相多重聯(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)。共三十二頁133.6.2 多重化整流(zhngli)電路1) 移相多重聯(lián)結(jié)(linji)圖3-42 并聯(lián)多重聯(lián)結(jié)

9、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，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。使用平衡電抗器來平衡2組整流器的電流。2個(gè)三相橋并聯(lián)而成的12脈波整流電路。共三十二頁143.6.2 多重化整流(zhngli)電路移相30構(gòu)成的串聯(lián)(chunlin)2重聯(lián)結(jié)電路圖3-43 移相30串聯(lián)2重聯(lián)結(jié)電路 圖3-44 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)ia1Id180360ia2iab2iAIdiab2wtwtwtwt000Id

10、2333Id33IdId323(1+ )Id323(1+)Id33Id13共三十二頁153.6.2 多重化整流(zhngli)電路iA基波幅值Im1和n次諧波(xi b)幅值Imn分別如下：（3-103）（3-104）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) cosj1=cosa （單橋時(shí)相同）功率因數(shù) l=n cosj1 =0.9886cosa共三十二頁163.6.2 多重化整流(zhngli)電路利用變壓器二次繞阻接法的不同，互相錯(cuò)開20，可將三組橋構(gòu)成串聯(lián)(chunlin)3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，

11、需采用曲折接法。整流電壓ud在每個(gè)電源周期內(nèi)脈動(dòng)18次，故此電路為18脈波整流電路。交流側(cè)輸入電流諧波更少，為18k1次（k=1, 2, 3），ud的脈動(dòng)也更小。輸入位移因數(shù)和功率因數(shù)分別為：cosj1=cosa =0.9949cosa共三十二頁173.6.2 多重化整流(zhngli)電路將整流(zhngli)變壓器的二次繞組移相15，可構(gòu)成串聯(lián)4重聯(lián)結(jié)電路： 為24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：cosj1=cosa=0.9971cosa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

12、提高功率因數(shù)。共三十二頁183.7 整流電路的有源逆變工作(gngzu)狀態(tài)3.7.1 逆變(n bin)的概念3.7.2 三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)3.7.3 逆變失敗與最小逆變角的限制共三十二頁193.7.1 逆變(n bin)的概念1) 什么(shn me)是逆變？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(dòng)機(jī)串級(jí)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(fù)載。對(duì)于可控整流電路，滿足一定條件就可工作于有源逆變，其電

13、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。共三十二頁203.7.1 逆變(n bin)的概念2) 直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電能(dinnng)的流轉(zhuǎn)圖3-46 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。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。共三十二頁213.7.1 逆變(n bin)的概念3) 逆變產(chǎn)生的條件單相全波電路(dinl)代替上述發(fā)電機(jī)圖3-47 單相全波電路的整流和逆變交流電網(wǎng)輸出電功率電動(dòng)機(jī)輸出電

14、功率a)b)u10udu20u10aOOwtwtIdidUdEMu10udu20u10OOwtwtIdidUd /2，使Ud為負(fù)值。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(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，只能采用全控電路。共三十二頁233.7.2三相橋整流電路的有源逆變(n bin)工作狀態(tài)逆變和整流(zhngli)的區(qū)別：控制角 不同 0 p /2 時(shí)，電路工作在整流狀態(tài)。 p /2 p /2時(shí)的控制角用p- = b表示，b 稱為逆變角。逆變角b和控制角a的計(jì)量方向相反，其大小自b =0的起始點(diǎn)向左方計(jì)量。共三十二頁243.7.2三相橋

15、整流電路的有源逆變工作(gngzu)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(shí)的輸出電壓(diny)波形及晶閘管兩端電壓(diny)波形如圖3-48所示。圖3-48 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uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuaubucuaubucuaubucuaubu2udwtOwtOb =p4b =p3b =p6b =p4b =p3b =p6wt1wt3wt2共三十二頁25有源逆變狀態(tài)時(shí)各電量(dinling)的計(jì)算：輸出直流電流的平均值亦可用整流(zhngli)的公式，

16、即（3-105）每個(gè)晶閘管導(dǎo)通2p/3，故流過晶閘管的電流有效值為：（3-106）從交流電源送到直流側(cè)負(fù)載的有功功率為：（3-107）當(dāng)逆變工作時(shí)，由于EM為負(fù)值，故Pd一般為負(fù)值，表示功率由直流電源輸送到交流電源。（3-108）在三相橋式電路中，變壓器二次側(cè)線電流的有效值為：共三十二頁263.7.3 逆變(n bin)失敗與最小逆變(n bin)角的限制逆變(n bin)失敗（逆變顛覆） 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，或使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)，形成很大短路電流。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脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時(shí)等，

17、致使晶閘管不能正常換相。晶閘管發(fā)生故障，該斷時(shí)不斷，或該通時(shí)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) 逆變失敗的原因共三十二頁273.7.3 逆變(n bin)失敗與最小逆變(n bin)角的限制換相重疊(chngdi)角的影響：圖3-49 交流側(cè)電抗對(duì)逆變換相過程的影響當(dāng)b g 時(shí)，換相結(jié)束時(shí)，晶閘管能承受反壓而關(guān)斷。如果b g 時(shí)（從圖2-47右下角的波形中可清楚地看到），該通的晶閘管（VT2）會(huì)關(guān)斷，而應(yīng)關(guān)斷的晶閘管（VT1)不能關(guān)斷，最終導(dǎo)致逆變失敗。 udOOidwtwtuaubucuaubpbgb giVT1iVTiVT3iVTiVT322共三十二頁283

18、.7.3 逆變失敗(shbi)與最小逆變角的限制2) 確定最小逆變角bmin的依據(jù)逆變時(shí)允許(ynx)采用的最小逆變角b 應(yīng)等于bmin=d +g+q （3-109）d 晶閘管的關(guān)斷時(shí)間tq折合的電角度g 換相重疊角q安全裕量角tq大的可達(dá)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(duì)脈沖不對(duì)稱程度（一般可達(dá)5），值約取為10。共三十二頁293.7.3 逆變(n bin)失敗與最小逆變(n bin)角的限制g 換相重疊角的確定(qudng)：查閱有關(guān)手冊(cè) 舉例如下：整流電壓整流電流變壓器容量短路電壓比Uk%g220V800A240kV。A5%1520參照整流時(shí)g 的計(jì)算方法（3-110）（3-111）根據(jù)逆變工作時(shí) ，并設(shè) ，上式可改寫成這樣， bmin一般取3035。共三十二頁30 本章(bn zhn)小結(jié)可控整流電路，重點(diǎn)掌握：電力電子電路作為分段線性電路進(jìn)行分析的基本思想、單相全控橋式整流電路和三相全控橋式整流電路的原理分析與計(jì)算、各種負(fù)載對(duì)整流電路工作情況的影響；電容濾波的不可控整流電路的工作情況，重點(diǎn)了解其工作特點(diǎn)；與