第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變器課件

1、5.1 簡介 5.2 晶閘管電路及其控制 5.3 單相整流器 5.4 三相整流器 5.5 其它的三相整流器第五章 基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 小結(jié) 首 頁下 頁返回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 大功率、高電壓、大電流的可控開關(guān)使交流到直流的可控轉(zhuǎn)換技術(shù)變得簡單。晶閘管整流器主要用于三相大功率之中，希望它能夠控制交流電網(wǎng)與直流電路之間的潮流。基于晶閘管的相位可控整流與逆變的變流器中的晶閘管導(dǎo)通或關(guān)斷取決于工頻交流電壓的波形和控制輸入信號。可控整流器的直流電流id連續(xù)。 5.1 簡介下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 換流 電流從一個器件到另一個器件的轉(zhuǎn)

2、換 單相或三相交流電50/60HZid+-UdUdid0電路結(jié)構(gòu)及輸入電壓限制整流逆變器件電流限制下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 5.2 晶閘管電路及其控制 5.2.1 晶閘管的基本電路 iGudUs+-+ uT -iRwt0ap2p0iudus0wtiGiGus(t)處于正半波時,在wt=a之前，線路電流為零。wt=a瞬間，給晶閘管施加正極性觸發(fā)脈沖，晶閘管開始導(dǎo)通，使 ud(t)=us(t)。下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 正半波期間內(nèi)，線路電流在wt=p時達(dá)到零。us(t)的負(fù)半波期間，線路電流一直為零。wt=2p+a時刻，重復(fù)上一

3、周波的導(dǎo)通過程。 只要改變a，就能控制負(fù)載電壓ud的平均值。 iGudUs+-+ uT -iRwt0ap2p0iudus0wtiGiGwt2p00puRA2q2A1q1下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 udus0wtiGiGiGudUs+-+ uT -iRuR+ uL -晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通后，us(t)正半波的其余時間內(nèi)，晶閘管所承受的電壓均為正，電感上的電壓為：電阻上的電壓 uR(t)=Ri(t)下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 wt2p00puRA2q2A1q1udus0wtiGiGiGudUs+-+ uT -iRuR+ uL -uR(t)曲

4、線與線路電流成正比 電感電壓uL(t)=us(t)-uR(t)在a到q1期間，uL(t)為正，電流為： z為積分變量下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 wt2p00pA2q2A1q1uRudus0wtiGiG在wt=q1之后，uL(t)變?yōu)樨?fù)值，電流及與uR(t)開始下降。當(dāng)線路電流下降到零后，下式積分關(guān)系無效。wt=q2時，面積A1等于A2。R和L串聯(lián)負(fù)載條件下 ，電壓us(t)變?yōu)樨?fù)值后，線路電流仍維持繼續(xù)導(dǎo)通 。下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 iGudUs+-+ uT -iLEd+ uL -+-wt2pp00iA2q3q2A1q1q4u

5、duswt0uTwt0iGwt=q1之前，晶閘管不導(dǎo)通。wt=q1后的wt=q2時刻觸發(fā)晶閘管，電感電壓為： 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 wt2pp00iA2q3q2A1q1q4udwt0uTwt0iG線路電流變量wt為：q3時刻，ud(t)=Ed wt=q4時刻，電流下降到零，A1=A2iGudUs+-+ uT -iLEd+ uL -+-下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 5.2.2 晶閘管的門極觸發(fā) 通過控制晶閘管的觸發(fā)時刻，即可控制交流電源給負(fù)載提供多少功率。比較與邏輯輸出門極觸發(fā)信號鋸齒波發(fā)生器交流輸入電源usynuctr+ -u

6、stt簡單的門極觸發(fā)控制的方塊圖 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 ttt門極觸發(fā)信號usyna/wUst.ma/wustuctr交流電壓正向過零后的某一a角處發(fā)出觸發(fā)脈沖。當(dāng)電壓處于負(fù)半波時，觸發(fā)信號在交流電壓負(fù)向過零后的a角處產(chǎn)生。 控制角 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 5.2.3 Ls0時的晶閘管整流器Udid+-Ldus-+Ls負(fù)載單相全橋整流器接線圖，直流側(cè)電感可看成是負(fù)載的一部分。 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 UdidnLdubn-+Ls負(fù)載LsLsuanucn三相全橋整流器接線圖，直流側(cè)電感可

7、看成是負(fù)載的一部分。 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 5.3 單相整流器5.3.1 Ls=0和id(t)=Id的理想電路Udid+-Ldus-+Ls負(fù)載T2usIdisT4T3T1令Ls=0id(t)=Id 理想電路 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 T2usIdisT4T3T1T2usIdisT4T3T1usAaT1,T2T3,T4a =0下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 0p2pwtisusud02ppwtusudaaa 002ppwtisusT1,T2T3,T4自然導(dǎo)通現(xiàn)象 始終保持晶閘管的門極觸發(fā)電流，晶閘

8、管在自然換流點導(dǎo)通 。下 頁上 頁返 回usAaT1,T2T3,T4a =00p2pwtisusud02ppwtusudaaa 002ppwtisusT1,T2T3,T4自然導(dǎo)通點wt=0的時刻，晶閘管1和2自然導(dǎo)通。wt=p時，晶閘管3和4自然導(dǎo)通。 延遲角或觸發(fā)角或控制角 第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 下 頁上 頁返 回wt=0之前，直流電壓ud(t)=-us(t) wt=0之后，晶閘管1和2的電壓變?yōu)檎鼈儾粚?dǎo)通。 到wt=a時，晶閘管1和2導(dǎo)通，晶閘管3和4自然關(guān)斷。 第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 usAaT1,T2T3,T4a =00p2pwtisusud

9、02ppwtusudaaa 002ppwtisusT1,T2T3,T4下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 當(dāng)a0時，Ud由控制角a控制，其表達(dá)式為：令Ud0為圖中對應(yīng)于a=0o、Ls=0時的平均直流輸出電壓，即：0p2pwtisud下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 a0所帶來的電壓降為： usAa02ppwtusudaaa 002ppwtisus電壓降DUda等于圖中的電壓波形與用弧度表示的橫坐標(biāo)之間的面積除以p。 逆變模式下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 整流模式01.0-1.0090180a當(dāng)a90o時，整流器運行

10、在逆變狀態(tài)。 整流器的平均功率為：直流電流為恒定值時，id=I，所以有： 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 5.3.1.1 直流側(cè)電壓ud根據(jù)下式得到直流側(cè)電壓平均電壓分量UdausAaT1,T2T3,T4a =00p2pwtisusudaaa 0usudud中的各次諧波幅值可以由傅里葉級數(shù)的分解來計算。下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 usAaT1,T2T3,T4a =00p2pwtis02ppwtusudaaa 002ppwtisusT1,T2T3,T4usud5.3.1.2 線電流iswtusisis1F1=a下 頁上 頁返 回第五章基

11、于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 is為180o方波的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： h=0 各項電流有效值可借助下式計算： 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 wtusisis1F1=a圖中基波電流分量is1的有效值為：各次諧波電流有效值為：諧波次數(shù)SS1Q1P090180ah13513911715171921231.01/31/51/71/91/111/131/151/171/191/211/23下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 交流有效值等于對應(yīng)的直流電流: Is =Id 根據(jù)上式和 得總諧波畸變率為： SS1Q1P090180a/p>

12、171921231.01/31/51/71/91/111/131/151/171/191/211/23下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 5.3.1.3 功率、功率因數(shù)、無功功率和視在功率wtusisis1F1=aT2usIdisT4T3T1位移功率因數(shù)為：DPF=cosF1=cosa 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 Is =IdDPF=cosF1=cosa 由式 得180o方波電流的功率因數(shù)為： 交流側(cè)送到整流器的功率為： P=Us Is1 cosF1 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 將和 DPF=cosF1=c

13、osa 代入到 P=Us Is1 cosF1得： P=0.9Us Id cosa 基波分量消耗的無功功率為： Q1 =Us Is1 sinF1 =0.9Us Id sina 基波電流所產(chǎn)生的視在功率為： SS1Q1P090180a下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 5.3.2 Ls的影響Udis+-Idus-+Ls+ uLs -T4T2T1T3給定控制角a，交流側(cè)電流在晶閘管換流時會存在換流時間g 。 aArgArwtusisis1wtusud5.3.2.1 對直流輸出電壓的影響 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 Udis+-Idus-+Ls+

14、 uLs -T4T2T1T3直流輸出電壓ud(t)=0，電感電壓uLs(t)=us(t)，即:對上式兩邊同乘以d(wt)，并在整個換流期間進(jìn)行積分，由此可得：下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 對 進(jìn)行積分將結(jié)果代入下式：aArgArwtusisis1wtusud下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 相等a=0時二極管整流器下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 aArgArwtusisis1wtusudLs的引入產(chǎn)生一個附加的平均電壓降DUdg，它與面積Ag成正比：usAa02ppwtusudaaa 002ppwtisus下

15、頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 當(dāng)存在線路電感Ls時，根據(jù) 導(dǎo)出單相橋式晶閘管整流電路的輸出電壓為： 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 例wtusisis1F1=a 已知圖中，交流電的額定電壓為230V，工作頻率為50Hz，線路電感Ls上的壓降為額定電壓的5%，線路的傳輸容量S=5kVA、控制角a=30o、有功消耗為3kW。試計算在額定輸入電壓下的換流重疊角g和Ud各為多少？解 根據(jù)已知條件，求得線路電流的額定值為： 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 系統(tǒng)等效阻抗的模數(shù)為：Zb=Us /Is=10.58W線路的等效電感

16、為：Ls=0.05Zb /w=1.684mH 根據(jù)式 整流器吸收的有功功率為：將已知條件代入上式中得：Id=17.196A下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 將Id=17.196A分別代入解得： g = 5.9o Ud = 173.47V 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 5.3.2.2 線路電流isaArgArwtusisis1wtusudis的基波電流分量從下式得到：根據(jù)以上兩式及可得： 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 5.3.3 Ls0的晶閘管整流計算Udid+-Ldus-+Ls負(fù)載udis+-Edus-+Ls

17、Ld+-rdid5.3.3.1 電流連續(xù) 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 0wtEdagidusud如果電流id是連續(xù)的，則直流電壓ud的平均值為： Id.min：id的最小值，大約位于wt=a的位置。電路的基爾霍夫電壓方程為： 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 直流電壓的平均值為：在穩(wěn)態(tài)運行條件下 根據(jù)式 ，通過控制角a來控制整流器輸出的平均直流電壓Ud，以及由此產(chǎn)生的Id，進(jìn)而達(dá)到控制負(fù)載功率的目的。 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 例 設(shè)圖中的單相晶閘管整流器由240V、50Hz的交流電作為電源。已知Ls=

18、1.4mH，控制角a=45o，Ld=9mH，Ed=145V，rd=0。試采用PSpice仿真軟件繪出ud(t)和is(t)的波形，并計算Is1、Is、DPF、PF和THD的值各為多少？ udis+-Edus-+LsLdrdid+-解 用SCR子電路描述晶閘管，由電壓控制的開關(guān)模擬晶閘管，用0V的電壓源監(jiān)測開關(guān)的電流。下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 當(dāng)門極有脈沖或有門極電流時，晶閘管處于導(dǎo)通狀態(tài)。關(guān)于程序的詳細(xì)情況，在調(diào)用這個子程序之前，先要設(shè)置門極脈沖的延時以及門極電壓。wt0usis1isa =451 =54.84Is1=59.68AIs=60.1ADPF=0.5

19、76PF=0.572THD=12.3%下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 5.3.3.2 電流的斷續(xù) wt0usudidaEd電流斷續(xù)區(qū)間Ed=180V時的有關(guān)波形，Ed的值越大，直流電流Id的平均值越小。 udis+-Edus-+LsLdrdid+-Ls=1.4mH，a=45o，Ld=9mH，Ed=145V，rd=0 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 當(dāng)a為某一固定值時，若Id逐漸減小，直至達(dá)到某一臨界電流值時，電壓Ud快速上升。050Id /A1020304050607080Ud /V100150200250300350a =0a =30a

20、 =45a =60o為了維持Ud的穩(wěn)定，輕載時，Id較小時，必須增加控制角a。 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 5.3.4 單相橋式整流器的逆變運行單相或三相交流電50/60HZid+-UdUdid0電路結(jié)構(gòu)及輸入電壓限制整流逆變器件電流限制晶閘管整流器在逆變模式下運行時要求直流電壓Ud的值為負(fù)值，因此，功率只能由直流側(cè)向交流側(cè)流動。 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 udis+-Idus-+LsT4T2T1T3usudT1,T2T3,T4isa1,2iG1,2iG3,4wtwta3,4wt當(dāng)控制角a位于90oa90o，Pac=UdIs1c

21、osF1也為負(fù)值。udis+-Idus-+LsT4T2T1T3usudT1,T2T3,T4isa1,2iG1,2iG3,4wtwta3,4wt下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 整流器的逆變模式首先要求直流側(cè)必須有一個電源來維持逆變模式的運行。 整流器在逆變模式下，功率流向交流側(cè)。 其次，整流器的交流側(cè)必須有一個交流電源，它要能夠完成線路電流從一對晶閘管轉(zhuǎn)移到另一對晶閘管的換流。下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 udis-uT3+Edus-+LsLdT2idT4T3T10Ed=Ed1UdId=Id1Ida3a2a1如果Ld的值足夠大，可將id看

22、成是恒定直流。 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 由于Ld上電壓降的平均值為零，此時整流器的直流輸出電壓為： 0Ed=Ed1UdId=Id1Ida3a2a1如果電流Id發(fā)生變化，則上式中的Id要在wt=a時用瞬時值id表示。下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 uT3isuswta3,4gs0iG3,400wtwtiG3,4在逆變模式運行下，整流器中任一晶閘管上的電壓波形 。封鎖角：s =180o(a+g) 在封鎖角s對應(yīng)的時間段內(nèi)，晶閘管上的電壓為負(fù)值，超過這個角度之后，電壓又變?yōu)檎怠Ｏ?頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行

23、 udis-uT3+Edus-+LsLdT2idT4T3T1要在圖中實現(xiàn)逆變運行，就要使控制角a足夠大。 iG3,4wt000EdudiduswtwtiG1,2逐漸減小a，可得到期望的Id或Pd。下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 5.3.5 交流電壓的波形晶閘管整流器會對運行線路產(chǎn)生干擾。對線路電壓而言，它會產(chǎn)生電壓跌落和電壓畸變。下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 5.4.1 理想的三相整流器udn-+iaT5IdPNicibT3T1T2T4T6Idun-+iaT5PicibT3T1T2T4T6Nabc5.4 三相整流器下 頁上 頁返 回第五

24、章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 Idun-+iaT5PicibT3T1T2T4T6Nabc如果對三相整流器中所有的晶閘管都施加連續(xù)的觸發(fā)脈沖，則該整流電路相當(dāng)于二極管整流器。下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 理想條件下(a=0、Ls=0)，各相電壓和a相電流的波形如圖所示。 wt0iduanubnucnuPn351uNn246iaUd0wt=0平均直流電壓為： ucbAa第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 Aawt0iduanubnucnuPn351uNn246iaUd0wt=00wtwt=0auanubnucnuPnuNnwt0iawt0uabubcud

25、uanubnucnudaauda在wt=a之前，T5一直保持導(dǎo)通，因Ls=0，在wt=a時刻，電流瞬間轉(zhuǎn)換到T1。 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 AaAawt0iduanubnucnuPn351uNn246iaUd0wt=00wtwt=0auanubnucnuPnuNnwt0iawt0uabucbubcuduanubnucnudaauda所有晶閘管的控制角取相同的控制角a，晶閘管可順序觸發(fā)導(dǎo)通。輸出電壓為：下 頁上 頁返 回下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 定義線電壓起始時刻 根據(jù)則有：將上式帶入到式 中，同時考慮式 的關(guān)系，最后可得：下

26、 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 wt0udawtwtwtwtwtwt000000ududududududaaaaa =0a =60a =30a =90a =120a =150a =180在不同控制角a下的直流電壓波形如圖所示，對應(yīng)的平均功率為： 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 5.4.1.1 直流側(cè)電壓 wt0udawtwtwtwtwtwt000000ududududududaaaaa =0a =60a =30a =90a =120a =150a =180圖中平均直流電壓為：Uda=1.35ULLcosaud中的交流紋波頻率是交流電源頻率的

27、六倍，各次諧波分量可通過傅里葉級數(shù)的分析得到。 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 5.4.1.2 輸入線電流 wt0iaucnaubnuania1wt=01 =awt0iduanubnucnuPn351uNn246iaUd0wt=0三相交流輸入的線電流有ia、ib和ic，它們都是幅值為Id的矩形波。上圖中的a相電流ia的波形與下圖中的波形相比偏移了a角度。 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 若將uan(t)的正向過零點定義為時間坐標(biāo)的原點，則將a相電流波形用傅里葉級數(shù)展開后可得：諧波次數(shù)為： h=6n1 (n=1,2) 基波電流的有效值為：

28、Is1=0.78Id諧波分量的有效值與諧波次數(shù)成反比，即 Ish=Is1 /h (h=6n1) 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 h0157111317192325wt0iaucnaubnuania1wt=01 =a相電流的有效值為：因Ls=0、id(t)=Id，由上式和Ish=Is1 /h可得： is的電流總諧波畸變率為： THD%=31.08% 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 5.4.1.3 有功、無功和功率因數(shù) 如Ls=0、F1=a，則DPF=cosF1=cosa wt0iaucnaubnuania1wt=01 =a下 頁上 頁返 回

29、第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 DPF=cosj1根據(jù)DPF=cosF1=cosaTHD%=31.08%對位移功率因數(shù)和功率因數(shù)的定義可得：下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 wt00000a =60Uanj =0Ia1Uania1iaaaaaa0UanUanUanUanUaniaIdIdIdIdiaiaiaIdIdiawtwtwtwtwta =0a =120a =90a =30a =150Uanj =30Ia1Uanj =60Ia1Uanj =0Ia1Uanj =0Ia1Uanj =0Ia1線電流隨控制角a的變化下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整

30、流與逆變運行 5.4.2 Ls的影響 udNnPb-+LsLsLsacT5T3T1T2T4T6Id三相晶閘管整流電路中線路電感的最小感抗值為電源等效基波電抗的5%，即: 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 NnPbLsLsLsacT5T1icT6udIdibiaid在wt=a之前，電流在晶閘管T5和晶閘管T6中導(dǎo)通，在wt=a時，電流開始從晶閘管T5向晶閘管T1換流。 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 在晶閘管T1的自然換流點之后，uan比ucn越來越大。在換流間隔g時間內(nèi)，由于晶閘管T1和T5同時導(dǎo)通，使a、c兩相通過各相的Ls發(fā)生短路。 I

31、d35ia=i1wt0upnucnubnuanic+ia=Id15246awt=0wtic=i50Ag下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 在換流期間，a相電流ia由零逐漸向Id增加，c相電流ic由Id逐漸減小到零。換流結(jié)束時，ia=Id，ic=0，晶閘管T5中的電流完全由晶閘管T1取代。Id35ia=i1wt0upnucnubnuanic+ia=Id15246awt=0wtic=i50Ag下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 wt0ucnaia1uanucniag 電流ia的完整波形 換流期間awta+g 內(nèi)有： Id35ia=i1wt0upnuc

32、nubnuanic+ia=Id15246awt=0wtic=i50Ag下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 假定電流ia在awta+g期間由零逐漸增加到Id，根據(jù)上式和 的關(guān)系可得： 換流使直流輸出電壓降低的電壓-弧度面積為： Id35ia=i1wt0upnucnubnuanic+ia=Id15246awt=0wtic=i50Ag下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 上式的面積除以p/3即為減少的平均直流電壓。 中減去這個減少的平均直流電壓后可得到考慮Ls后的直流側(cè)平均輸出電壓為：從下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 換流期間

33、內(nèi)a、c兩相短路，因此有： 同理將上兩式相加后即得：下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 設(shè)在換流期間ia+ic=Id為恒定值，因此，一個電流的增加量與另一個電流的減少量一定相等，即：式 可簡化為：下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 uPn在換流期間的波形如圖所示和得： 合并Id35ia=i1wt0upnucnubnuanic+ia=Id15246awt=0wtic=i50Ag下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 假設(shè)可得：Id35ia=i1wt0upnucnubnuanic+ia=Id15246awt=0wtic=i50Ag

34、下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 在換流期間awta+g時間段內(nèi)進(jìn)行積分，并認(rèn)為電流ia在該時間段內(nèi)從零增大到Id，因此：對式整理后得： 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 5.4.2.1 線電流iswt0ucnaia1uanucniag圖中的ia波形大致為梯形波，在這種近似條件下有：位移功率因數(shù)為： 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 gh=5161820a=051530 -9001020101214gh=7a=051530-9010200 存在Ls時的諧波電流標(biāo)幺值下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆

35、變運行 456789gh=11a=05151020030 -9056732h=1330 -904g100a=051520 存在Ls時的諧波電流標(biāo)幺值下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 典型諧波限值和理想條件的諧波限值典型值 理想條件值 h Ih/I1 Ih/I1 5 0.17 197 17 2311 130.030.020.10 0.040.040.010.010.01250.050.060.070.090.140.200.04下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 5.4.3 實際的三相橋式整流電路 UdidnLdubn-+Ls負(fù)載LsLsuanu

36、cn+-udNnPb-+LsLsLsacT5T3T1T2T4T6LdEdrdid下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 例+-udNnPb-+LsLsLsacT5T3T1T2T4T6LdEdrdid 如圖所示，已知三相橋式晶閘管整流電路的輸入線電壓ULL=480V，頻率50Hz，電源內(nèi)電感Ls1=0.2mH，交流側(cè)的線路電感Ls2=1.0mH。負(fù)載參數(shù)為：Ld=5mH，rd=0，Ed=600V，此外，控制角a=20o。 試?yán)肞Spice進(jìn)行仿真分析，畫出us，is和ud的波形，并計算出Is1，Is，DPF，PF和THD。 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與

37、逆變運行 解 仿真得到的波形如圖所示，其他的結(jié)果分別為：Is1=22.0A，Is =22.94A，DPF=0.928，PF=0.89和THD=29.24%。 wt0udEduaiau/i下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 +-udNnPb-+LsLsLsacT5T3T1T2T4T6LdEdrdid當(dāng)控制角a一定時，只要圖中所示電路的直流平均電流減小到一定程度，則電流就會變得不連續(xù)。隨著Ed的增加，Id將不斷減小。為了穩(wěn)定Ud，在Id較小時，須增大控制角a。0udEdidu/iwt下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 5.4.4 三相橋式整流電路的逆

38、變運行 udNnPb-+LsLsLsacT5T3T1T2T4T6Id假定整流電路直流側(cè)電流源具有恒定的幅值Id。 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 wt0ucnaia1uanubnidgUdudiawts352164F1控制角90oa180o時的電壓、電流波形。 根據(jù)下式可知，當(dāng)90oa180o時，Ud的平均值為負(fù)值。 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 udNnPb-+LsLsLsacT5T3T1T2T4T6Ed+-Ld+ uL -功率方向id整流0Uda1a0a2A3=90a4a5Id逆變在恒定直流電壓下晶閘管整流器的逆變運行 下 頁上 頁

39、返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 wt0ucnauanubnidgupns3521644uT5ucawt0ap圖中晶閘管的封鎖角度s =180o-a-g大于晶閘管的關(guān)斷角度wtq。 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 5.4.5 交流側(cè)電壓波形 udNnPb-+Ls1Ls1Ls1acT5T3T1T2T4T6idCsLs2Ls2Ls2id連續(xù)CsCscab線路上的其它設(shè)備吸收電路三相橋式整流電路 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 0uanubnucnwt0agAn=2wLsIduabwtwt =0An/2=2wLsId在每個換流期間，三相電壓中就有兩相電壓都會經(jīng)過自身線路的Ls發(fā)生斷路。 5.4.5.1 線電壓的電壓跌落 下 頁上 頁返 回第五章基于晶閘管的相位可控整流與逆變運行 Id35ia=i1wt0upnucnubnuanic+ia=Id15246awt=0wtic=i50Ag每次電壓跌落所形成的面積應(yīng)該是圖中面積Ag的兩倍 。 下 頁上 頁返 回第五章基