三相可控整流電路的課件

1、第2章 三相可控整流電路2.1 三相半波可控整流電路2.2 三相橋式全控整流電路2.3 變壓器漏感對(duì)整流電路的影響2.4 晶閘管相控整流電路供電的直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械 特性2.1 三相可控整流電路引言交流測(cè)由三相電源供電。負(fù)載容量較大，或要求直流電壓脈動(dòng)較小、容易濾波?；镜氖侨喟氩煽卣麟娐罚鄻蚴饺卣麟娐窇?yīng)用最廣 。三相半波（三相零式）不可控整流電路三相半波不可控整流電路2.1 三相半波可控整流電路由三相變壓器供電，也可直接接到三相四線制交流電網(wǎng)，二次相電壓有效值為U2，線電壓為U21，其表達(dá)式為三只整流管的陰極連在一起接到負(fù)載端，稱(chēng)為共陰接法，三個(gè)陽(yáng)極分別接到變壓器二次側(cè)，變壓器為三

2、角形星形聯(lián)結(jié)。2.1 三相半波可控整流電路直流平均電壓值為將三相半波整流輸出電壓ud波形用富氏級(jí)數(shù)展開(kāi)可得 2.1 三相半波可控整流電路其中直流分量即為輸出電壓的平均值d，最低次的諧波為三次諧波分量，其幅值為U2，其紋波因數(shù)為o183 遠(yuǎn)比單相小。 整流輸出電壓ud和管子二端電壓uD的波形在調(diào)試與維修時(shí)很有用，根據(jù)波形可判斷各元件的工作是否正常以及故障出在何處。2.1 三相半波可控整流電路2.1 三相半波可控整流電路電路的特點(diǎn)：變壓器二次側(cè)接成星形得到零線，而一次側(cè)接成三角形避免3次諧波流入電網(wǎng)。三個(gè)晶閘管分別接入a、b、c三相電源，其陰極連接在一起共陰極接法 。1)電阻負(fù)載自然換相點(diǎn)：二極管

3、換相時(shí)刻為自然換相點(diǎn)，是各相晶閘管能觸發(fā)導(dǎo)通的最早時(shí)刻，將其作為計(jì)算各晶閘管觸發(fā)角a的起點(diǎn)，即a =0。2.1 三相半波可控整流電路圖2-12 三相半波可控整流電路共陰極接法電阻負(fù)載時(shí)的電路及a =0時(shí)的波形 b)c)d)e)f)u2Riduaubuca =0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwt2.1 三相半波可控整流電路a =0時(shí)的工作原理分析變壓器二次側(cè)a相繞組和晶閘管VT1的電流波形，變壓器二次繞組電流有直流分量。晶閘管的電壓波形，由3段組成。圖2-12 三相半波可控整流電路共陰極接法電阻負(fù)載時(shí)的電路及a =0時(shí)的波形 b)c)d)e)f)

4、u2uaubuca =0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwta)Ra =30u2uaubucOwtOwtOwtOwtOwtuGuduabuacwt1iVT1uVT1uac三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載，a=30時(shí)的波形 特點(diǎn)：負(fù)載電流處于連續(xù)和斷續(xù)之間的臨界狀態(tài)。wwttwtwta =60u2uaubucOOOOuGudiVT1三相半波可控整流電路，電阻負(fù)載， a=60時(shí)的波形 特點(diǎn)：負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角小于120 。2.1 三相半波可控整流電路（2-18）當(dāng)a=0時(shí)，Ud最大，為 。(2-19)整流電壓平均值的計(jì)算a30時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)，

5、有：a30時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時(shí)有：2.1 三相半波可控整流電路Ud/U2隨a變化的規(guī)律如圖2-15中的曲線1所示。圖2-15 三相半波可控整流電路Ud/U2隨a變化的關(guān)系1電阻負(fù)載 2電感負(fù)載 3電阻電感負(fù)載2.1 三相半波可控整流電路 負(fù)載電流平均值為 晶閘管承受的最大反向電壓，為變壓器二次線電壓峰值，即晶閘管陽(yáng)極與陰極間的最大正向電壓等于變壓器二次相電壓的峰值，即（2-20）（2-21）（2-22）2.1 三相半波可控整流電路2）阻感負(fù)載圖2-16 三相半波可控整流電路，阻感負(fù)載時(shí)的電路及a =60時(shí)的波形特點(diǎn)：阻感負(fù)載，L值很大，id波形基本平直。a30時(shí)：整流電壓波

6、形與電阻負(fù)載時(shí)相同。a30時(shí)（如a=60時(shí)的波形如圖2-16所示）。u2過(guò)零時(shí)，VT1不關(guān)斷，直到VT2的脈沖到來(lái)，才換流，ud波形中出現(xiàn)負(fù)的部分。id波形有一定的脈動(dòng)，但為簡(jiǎn)化分析及定量計(jì)算，可將id近似為一條水平線。阻感負(fù)載時(shí)的移相范圍為90。udiauaubucibiciduacOwtOwtOOwtOOwtawtwt2.1 三相半波可控整流電路數(shù)量關(guān)系由于負(fù)載電流連續(xù)， Ud可由式（2-18）求出，即Ud/U2與a成余弦關(guān)系，如圖2-15中的曲線2所示。如果負(fù)載中的電感量不是很大，Ud/U2與a的關(guān)系將介于曲線1和2之間，曲線3給出了這種情況的一個(gè)例子。圖2-15 三相半波可控整流電路U

7、d/U2隨a變化的關(guān)系1電阻負(fù)載 2電感負(fù)載 3電阻電感負(fù)載2.1 三相半波可控整流電路變壓器二次電流即晶閘管電流的有效值為晶閘管的額定電流為晶閘管最大正、反向電壓峰值均為變壓器二次線電壓峰值三相半波的主要缺點(diǎn)在于其變壓器二次電流中含有直流分量，為此其應(yīng)用較少。（2-23）（2-24）（2-25）3) 共陽(yáng)接法三相半波相控整流電路在某些整流裝置中，考慮能共用一塊大散熱器與安裝方便采用共陽(yáng)接法，缺點(diǎn)是要求三個(gè)管子的觸發(fā)電路的輸出端彼此絕緣。2.1 三相半波可控整流電路為了克服三相半波電路的缺點(diǎn)，利用共陰與共陽(yáng)接法對(duì)于整流變壓器電流方向相反的特點(diǎn)，用一個(gè)變壓器同時(shí)對(duì)共陰與共陽(yáng)兩組整流電路供電。 所

8、以三相橋式電路實(shí)質(zhì)上是三相半波共陰與共陽(yáng)極組的串聯(lián)。 2.2 三相橋式全控整流電路2.2 三相橋式全控整流電路三相橋是應(yīng)用最為廣泛的整流電路共陰極組陰極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT1，VT3，VT5）共陽(yáng)極組陽(yáng)極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT4，VT6，VT2）圖2-17 三相橋式全控整流電路原理圖導(dǎo)通順序： VT1VT2 VT3 VT4 VT5VT62.2 三相橋式全控整流電路1）帶電阻負(fù)載時(shí)的工作情況當(dāng)a60時(shí)，ud波形均連續(xù)，對(duì)于電阻負(fù)載，id波形與ud波形形狀一樣，也連續(xù) 波形圖： a =0 （圖1） a =30 （圖2） a =60 （圖3）當(dāng)a60時(shí)，ud波形每60中有一段為零，ud

9、波形不能出現(xiàn)負(fù)值 波形圖： a =90 （圖4）帶電阻負(fù)載時(shí)三相橋式全控整流電路a角的移相范圍是120圖1 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a=0時(shí)的波形wwwwu2ud1ud2u2Luduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuaucubwt1OtOtOtOta = 0iVT1uVT1圖2 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a= 30 時(shí)的波形wwwwud1ud2a = 30iaOtOtOtOtuduabuacuaubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1

10、圖3 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a= 60 時(shí)的波形wwwa = 60ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabacuaubucOtwt1OtOtuVT1u圖4 三相橋式全控整流電路帶電阻負(fù)載a= 90 時(shí)的波形ud1ud2uduaubucuaubwtOwtOwtOwtOwtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT12.2 三相橋式全控整流電路晶閘管及輸出整流電壓的情況如表21所示時(shí) 段IIIIIIIVVVI共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽(yáng)極組中導(dǎo)通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT

11、6整流輸出電壓udua-ub=uabua-uc=uacub-uc=ubcub-ua=ubauc-ua=ucauc-ub=ucb 請(qǐng)參照?qǐng)D12.2 三相橋式全控整流電路（2）對(duì)觸發(fā)脈沖的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60。共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120，共陽(yáng)極組VT4、VT6、VT2也依次差120。同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相差180。 三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)（1）2管同時(shí)導(dǎo)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽(yáng)極組各1個(gè)，且不能為同一相器件。2.2 三相橋式全控整流電路（3）ud一周期

12、脈動(dòng)6次，每次脈動(dòng)的波形都一樣，故該電路為6脈波整流電路。（4）需保證同時(shí)導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管均有脈沖可采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發(fā) 一種是雙脈沖觸發(fā)（常用） (5）晶閘管承受的電壓波形與三相半波時(shí)相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關(guān)系也相同。 三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)a60時(shí)（a =0 圖1；a =30 圖2）ud波形連續(xù)，工作情況與帶電阻負(fù)載時(shí)十分相似。 各晶閘管的通斷情況 輸出整流電壓ud波形 晶閘管承受的電壓波形2.2 三相橋式全控整流電路2) 阻感負(fù)載時(shí)的工作情況主要包括a 60時(shí)（ a =90圖3）阻感負(fù)載時(shí)的工作情況與電阻負(fù)載時(shí)不同。 電阻負(fù)載時(shí)，ud波形不會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分。 阻感

13、負(fù)載時(shí)，ud波形會(huì)出現(xiàn)負(fù)的部分。帶阻感負(fù)載時(shí)，三相橋式全控整流電路的a角移相范圍為90 。區(qū)別在于：得到的負(fù)載電流id波形不同。 當(dāng)電感足夠大的時(shí)候， id的波形可近似為一條水平線。圖1 三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載a= 0 時(shí)的波形ud1u2ud2u2LudidwtOwtOwtOwtOuaa = 0ubucwt1uabuacubcubaucaucbuabuaciVT1圖2 三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載a= 30 時(shí)的波形ud1a = 30ud2uduabuacubcubaucaucbuabuacwtOwtOwtOwtOidiawt1uaubuc圖3 三相橋式全控整流電路帶阻感負(fù)載a= 9

14、0 時(shí)的波形a = 90ud1ud2uacubcubaucaucbuabuacuabuduacuabuacwtOwtOwtOubucuawt1uVT12.2 三相橋式全控整流電路3) 定量分析當(dāng)整流輸出電壓連續(xù)時(shí)（即帶阻感負(fù)載時(shí)，或帶電阻負(fù)載a60時(shí)）的平均值為： 帶電阻負(fù)載且a 60時(shí)，整流電壓平均值為：輸出電流平均值為 ：Id=Ud /R（2-26）（2-27）2.2 三相橋式全控整流電路當(dāng)整流變壓器為圖2-17中所示采用星形接法，帶阻感負(fù)載時(shí)，變壓器二次側(cè)電流波形如圖2-23中所示，其有效值為：（2-28）晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時(shí)一致。接反電勢(shì)阻感負(fù)載時(shí)，在負(fù)載電流連續(xù)的

15、情況下，電路工作情況與電感性負(fù)載時(shí)相似，電路中各處電壓、電流波形均相同。僅在計(jì)算Id時(shí)有所不同，接反電勢(shì)阻感負(fù)載時(shí)的Id為：（2-29）式中R和E分別為負(fù)載中的電阻值和反電動(dòng)勢(shì)的值。ik=ib是逐漸增大的， 而ia=Id-ik是逐漸減小的。當(dāng)ik增大到等于Id時(shí)，ia=0，VT1關(guān)斷,換流過(guò)程結(jié)束。2.3 變壓器漏感對(duì)整流電路的影響考慮包括變壓器漏感在內(nèi)的交流側(cè)電感的影響，該漏感可用一個(gè)集中的電感LB表示?，F(xiàn)以三相半波為例，然后將其結(jié)論推廣。VT1換相至VT2的過(guò)程：因a、b兩相均有漏感，故ia、ib均不能突變。于是VT1和VT2同時(shí)導(dǎo)通，相當(dāng)于將a、b兩相短路，在兩相組成的回路中產(chǎn)生環(huán)流ik

16、。圖2-25 考慮變壓器漏感時(shí)的三相半波可控整流電路及波形udidwtOwtOgiciaibiciaIduaubuca換相重疊角換相過(guò)程持續(xù)的時(shí)間，用電角度g表示。換相過(guò)程中，整流電壓ud為同時(shí)導(dǎo)通的兩個(gè)晶閘管所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)相電壓的平均值。換相壓降與不考慮變壓器漏感時(shí)相比，ud平均值降低的多少。（2-30）（2-31）2.3 變壓器漏感對(duì)整流電路的影響換相重疊角的計(jì)算（2-32）（2-33）（2-34）2.3 變壓器漏感對(duì)整流電路的影響由上述推導(dǎo)過(guò)程，已經(jīng)求得： 當(dāng) 時(shí)， ，于是隨其它參數(shù)變化的規(guī)律： （1） Id越大則越大； （2） XB越大越大； （3） 當(dāng)a90時(shí)， 越小 越大。（2-35

17、）（2-36）2.3 變壓器漏感對(duì)整流電路的影響 變壓器漏抗對(duì)各種整流電路的影響 電路形式單相全波單相全控橋三相半波三相全控橋m脈波整流電路 表2-2 各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計(jì)算注：?jiǎn)蜗嗳貥螂娐分?，環(huán)流ik是從-Id變?yōu)镮d。本表所列通用公式不適用； 三相橋等效為相電壓等于 的6脈波整流電路，故其m=6，相電壓按 代入。2.3 變壓器漏感對(duì)整流電路的影響變壓器漏感對(duì)整流電路影響的一些結(jié)論:出現(xiàn)換相重疊角 ，整流輸出電壓平均值Ud降低。整流電路的工作狀態(tài)增多。晶閘管的di/dt 減小，有利于晶閘管的安全開(kāi)通。 有時(shí)人為串入進(jìn)線電抗器以抑制晶閘管的di/dt。換相時(shí)晶閘管電壓出現(xiàn)缺口

18、，產(chǎn)生正的du/dt，可能使晶閘管誤導(dǎo)通，為此必須加吸收電路。 換相使電網(wǎng)電壓出現(xiàn)缺口，成為干擾源。2.3 變壓器漏感對(duì)整流電路的影響2.4 晶閘管相控整流電路供電的直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性晶閘管相控整流電路供電的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，具有起動(dòng)性能好、調(diào)速范圍寬、動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)。此類(lèi)調(diào)整裝置應(yīng)特別注意以下兩個(gè)特殊問(wèn)題：晶閘管電路輸出的直流電壓是脈動(dòng)的，如主電路平波電感量不夠大或電動(dòng)機(jī)輕載或空載時(shí)均會(huì)出現(xiàn)電流不連續(xù)，而電流連續(xù)與不連續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性差別很大。由于晶閘管的單向?qū)щ娞匦?，整流裝置的輸出電流不能反向，因此當(dāng)電機(jī)需要可逆運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，必須用開(kāi)關(guān)切換電機(jī)電樞成勵(lì)磁，要求高的需增添另一套反向整

19、流裝置。整流電路接反電動(dòng)勢(shì)負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)，對(duì)整流電路和電動(dòng)機(jī)的工作都很不利。圖2-48 三相半波帶電動(dòng)機(jī)負(fù)載且加平波電抗器時(shí)的電壓電流波形通常在電樞回路串聯(lián)一平波電抗器，保證整流電流在較大范圍內(nèi)連續(xù)，如圖2-48。udOidwtuaubucaudOiaibicicwtEUdidR2.4 晶閘管相控整流電路供電的直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性2.4 晶閘管相控整流電路供電的直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性此時(shí)，整流電路直流電壓的平衡方程為 （2-112） 式中， 。 為電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì) 負(fù)載平均電流Id所引起的各種電壓降，包括：變壓器的電阻壓降 電樞電阻壓降由重疊角引起的電壓降 晶閘管本身的管壓降，它基本上是一恒值

20、。系統(tǒng)的兩種工作狀態(tài)：電流連續(xù)工作狀態(tài) 電流斷續(xù)工作狀態(tài)2.4 晶閘管相控整流電路供電的直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性 轉(zhuǎn)速與電流的機(jī)械特性關(guān)系式為 1) 電流連續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 在電機(jī)學(xué)中，已知直流電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)為（2-113）可根據(jù)整流電路電壓平衡方程式（2-112），得（2-114）圖2-49 三相半波電流連續(xù)時(shí)以電流表示的電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性其機(jī)械特性是一組平行的直線，其斜率由于內(nèi)阻不一定相同而稍有差異。調(diào)節(jié)a 角，即可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。2.4 晶閘管相控整流電路供電的直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性O(shè)na1a2a3a3a2a1Id(RB+RM+ )IdCe3XB2p2) 電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性當(dāng)負(fù)載減小時(shí)，平波電抗器中的電感儲(chǔ)能減小，致使電流不再連續(xù)，此時(shí)其機(jī)械特性也就呈現(xiàn)出非線性。 電動(dòng)機(jī)的實(shí)際