可控整流器與有源逆變器培訓課程課件

第2章可控整流器與有源逆變器第2章可控整流器與有源逆變器1本章主要內(nèi)容整流器的結構形式、工作原理，分析整流器的工作波形，整流器各參數(shù)的數(shù)學關系和設計方法;整流器工作在逆變狀態(tài)時的工作原理、工作波形。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。

本章主要內(nèi)容22.1簡介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連續(xù)可控，但可控整流器的直流電流id的方向不能改變。其中，第一象限上Ud與Id均為正值，處于整流運行狀態(tài)，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，處于逆變運行狀態(tài)，能量是從直流側(cè)輸向交流側(cè)，此時電路稱作逆變器。2.1簡介可控整流器的交流側(cè)接有工頻交流電源，輸3工頻可控整流器工頻可控整流器42.2單相半波可控整流器2.2單相半波可控整流器52.2.1電阻性負載1.工作原理在實際應用中，某些負載基本上是電阻性的，如電阻加熱爐、電解和電鍍等。電阻性負載的特點是電壓與電流成正比，波形相同并且同相位，電流可以突變。首先假設以下幾點：(1)開關元件是理想的，即開關元件(晶閘管)導通時，通態(tài)壓降為零，關斷時電阻為無窮大；(2)變壓器是理想的，即變壓器漏抗為零，繞組的電阻為零、勵磁電流為零。2.2.1電阻性負載1.工作原理6單相半波可控整流器圖和工作波形(電阻性負載)單相半波可控整流器圖和工作波形(電阻性負載)7變壓器T起變換電壓和隔離的作用，在電源電壓正半波，晶閘管承受正向電壓，在ωt=α處觸發(fā)晶閘管，晶閘管開始導通；負載上的電壓等于變壓器輸出電壓u2。在ωt=π時刻，電源電壓過零，晶閘管電流小于維持電流而關斷，負載電流為零。在電源電壓負半波，uAK＜0，晶閘管承受反向電壓而處于關斷狀態(tài)，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的波形相位相同。變壓器T起變換電壓和隔離的作用，在電源電壓正半波，晶閘管承受8通過改變觸發(fā)角α的大小，直流輸出電壓ud的波形發(fā)生變化，負載上的輸出電壓平均值發(fā)生變化，顯然α=180o時，Ud=0。由于晶閘管只在電源電壓正半波內(nèi)導通，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。通過改變觸發(fā)角α的大小，直流輸出電壓ud的波形發(fā)生變化，負載9(1)觸發(fā)角α與導通角θ觸發(fā)角α也稱觸發(fā)延遲角或控制角，是指晶閘管從承受正向電壓開始到導通時止之間的電角度。導通角θ，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(1)觸發(fā)角α與導通角θ10(2)移相與移相范圍移相是指改變觸發(fā)脈沖ug出現(xiàn)的時刻，即改變控制角α的大小。移相范圍是指觸發(fā)脈沖ug的移動范圍，它決定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0～180o。(2)移相與移相范圍11式中Ih—總諧波電流有效值輸出直流電流的平均值亦可用整流的公式，即5．為滿足三相全控橋的要求，觸發(fā)電路應能輸出雙窄脈沖或?qū)捗}沖。逆變時由于，但是變壓器漏感會引起電網(wǎng)波形畸變，出現(xiàn)電壓缺口，使du/dt加大，影響其他負載；實際應用中，串平波電抗器使電動機在工作范圍內(nèi)保持在電流連續(xù)狀態(tài)，提高直流電動機的機械特性硬度。此時電源電壓反向施加到晶閘管VT2、VT3上，使其承受反向陽極電壓而處于關斷狀態(tài)。2工作于有源逆變狀態(tài)時顯然功率因數(shù)與α相關，α=0o時，cosφ=1。當α≤30o時的工作情況與電阻性負載相同，輸出電壓ud波形、uT波形也相同。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°對應的范圍為ωt1～ωt2。2換相期間的整流電壓(電感性負載加續(xù)流二極管)換相過程中，兩個晶閘管同時導通，在uvu電壓作用下產(chǎn)生短路電流ik，當iu=0，iv=Id時，u相和v相之間完成了換相。2同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路舉例來說，這個穩(wěn)定的能源可以是一個光電或風電發(fā)電系統(tǒng)所轉(zhuǎn)換出來的電能，經(jīng)過逆變電路變換成三相交流電再連接到統(tǒng)一的電網(wǎng)中去。當不為0時，諧波電壓與角相關由圖可見，當從0~90變化時，ud的諧波幅值隨增大而增大，=90時諧波幅值最大；而且由于變壓器漏感的存在會使功率因數(shù)降低，輸出電壓脈動增大，降低電壓調(diào)整率。在電源電壓負半波，晶閘管VT2、VT3承受正向電壓，但沒有觸發(fā)脈沖而不導通；(2)變壓器漏抗對整流電路的影響，重點建立換相壓降、換相重疊角等概念，并掌握相關的計算，熟悉漏抗對整流電路工作情況的影響。2.基本數(shù)量關系(1)直流輸出電壓平均值Ud與輸出電流平均值Id直流輸出電壓平均值Ud:輸出電流平均值Id:式中Ih—總諧波電流有效值2.基本數(shù)量關系12(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:(2)輸出電壓有效值U與輸出電流有效值I13(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)流過相同的電流，故其有效值相等，即：(3)晶閘管電流有效值和變壓器二次側(cè)電流有效值14(4)功率因數(shù)cosφ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)晶閘管承受的最大正反向電壓Um由圖2-2(f)可以看出晶閘管承受的最大正反向電壓Um是相電壓峰值。(4)功率因數(shù)cosφ15〖例2-1〗如圖所示單相半波可控整流器，電阻性負載，電源電壓U2為220V，要求的直流輸出電壓為50V，直流輸出平均電流為20A試計算：(1)晶閘管的控制角。(2)輸出電流有效值。(3)電路功率因數(shù)。(4)晶閘管的額定電壓和額定電流?！祭?-1〗如圖所示單相半波可控整流器，電阻性負載，電源電16可控整流器與有源逆變器培訓課程課件17解(1)則α=90o(2)Ω當α=90o時，輸出電流有效值(3)解(1)18(4)晶閘管電流有效值IT與輸出電流有效值相等，即：則

取2倍安全裕量，晶閘管的額定電流為：（5）晶閘管承受的最高電壓：考慮(2~3)倍安全裕量，晶閘管的額定電壓為

根據(jù)計算結果可以選取滿足要求的晶閘管。

(4)晶閘管電流有效值IT與輸出電流有效值相等，即：192.2.2電感性負載1.工作原理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。當流過電感的電流變化時，電感兩端產(chǎn)生感應電勢，感應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。當電流增大時，電感吸收能量儲能，電感的感應電勢阻止電流增大；當電流減小時，電感釋放出能量，感應電勢阻止電流的減小，輸出電壓、電流有相位差。2.2.2電感性負載1.工作原理20單相半波可控整流器圖和工作波形(電感性負載)

單相半波可控整流器圖和工作波形(電感性負載)21在ωt=0到α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，晶閘管處于正向關斷狀態(tài)，輸出電壓、電流都等于零。在ωt=α時，門極有觸發(fā)信號，晶閘管被觸發(fā)導通，負載電壓ud=u2。當ωt=π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。在ωt=0到α期間，晶閘管陽極和陰極之間的電壓uAK大于零，22晶閘管承受最大反向電壓Um是相電壓峰值，晶閘管承受最大正向電壓是。由三相橋構成的有源逆變電路5．為滿足三相全控橋的要求，觸發(fā)電路應能輸出雙窄脈沖或?qū)捗}沖。變壓器二次側(cè)流過單方向的電流，存在直流磁化、利用率低的問題，為使變壓器不飽和，必須增大鐵心截面，這樣就導致設備容量增大。(2)反電勢電感性負載的情況(1)觸發(fā)電路工作不可靠。同步電壓的選取結果見表。在ωt2時刻發(fā)生的一相晶閘管導通變換為另一相晶閘管導通的過程稱為換相。將一周期相電壓分為六個區(qū)間：電流斷續(xù)時電動機的機械特性S—變壓器二次側(cè)視在功率，S=U2I2負載上正負兩個半波內(nèi)均有相同方向的電流流過，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。5．為滿足三相全控橋的要求，觸發(fā)電路應能輸出雙窄脈沖或?qū)捗}沖。而且由于變壓器漏感的存在會使功率因數(shù)降低，輸出電壓脈動增大，降低電壓調(diào)整率。在電源電壓負半波，晶閘管VT2、VT3承受正向電壓，但沒有觸發(fā)脈沖而不導通；在VT3導通期間VT1兩端電壓uT1=uu-uw=uuw。直到V5基極電位ub5>-E1，V5又重新導通。在三相橋式電路中，變壓器二次側(cè)線電流的有效值為：(1)晶閘管的控制角。(1)觸發(fā)電路工作不可靠。2.數(shù)量關系直流輸出電壓平均值Ud為從Ud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斷，輸出電壓出現(xiàn)了負波形，輸出電壓和電流的平均值減小；當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，則id也很小。所以，實際的大感電路中，常常在負載兩端并聯(lián)一個續(xù)流二極管。晶閘管承受最大反向電壓Um是相電壓峰值，晶閘管承受最大正向電232.2.3電感性負載加續(xù)流二極管1.工作原理電源電壓正半波u2＞0，晶閘管電壓uAK＞0。在ωt=α處觸發(fā)晶閘管導通，負載上有輸出電壓和電流，續(xù)流二極管VDR承受反向電壓而處于斷態(tài)。電源電壓負半波u2＜0，通過續(xù)流二極管VDR使晶閘管承受反向電壓而關斷。電感的感應電壓使VDR承受正向電壓導通續(xù)流，負載兩端的電壓僅為續(xù)流二極管的管壓降。如果電感足夠大，續(xù)流二極管一直導通到下一周期晶閘管導通，使id連續(xù)。2.2.3電感性負載加續(xù)流二極管1.工作原理24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相同，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連續(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。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相同為0～180o，且有α+θ=180o。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25單相半波可控整流器圖和工作波形(電感性負載加續(xù)流二極管)單相半波可控整流器圖和工作波形262.基本數(shù)量關系(1)輸出電壓平均值Ud與輸出電流平均值Id輸出電壓平均值Ud輸出電流平均值Id2.基本數(shù)量關系27(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IT(2)晶閘管的電流平均值IdT與晶閘管的電流有效值IT28(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)流二極管承受的最大正反向電壓晶閘管和續(xù)流二極管承受的最大正反向電壓均為電源電壓的峰值。

(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29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)。但整流電壓脈動大，每周期脈動一次。變壓器二次側(cè)流過單方向的電流，存在直流磁化、利用率低的問題，為使變壓器不飽和，必須增大鐵心截面，這樣就導致設備容量增大。

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)。但整302.3單相橋式全控整流器

2.3單相橋式全控整流器312.3.1電阻性負載

單相全控橋式整流器圖和工作波形(電阻性負載)

2.3.1電阻性負載單相全控橋式整流器圖和工作波形(電321.工作原理在電源電壓u2正半波，晶閘管VT1、VT4承受正向電壓。假設四個晶閘管的漏電阻相等，則在0～α區(qū)間由于四個晶閘管都不導通，uAK1，4=1/2u2。在ωt=α處觸發(fā)晶閘管VT1、VT4導通，電流沿a→VT1→R→VT4→b流通，此時負載上輸出電壓ud=u2。電源電壓反向施加到晶閘管VT2、VT3上，處于關斷狀態(tài)，到ωt=π時，因電源電壓過零，晶閘管VT1、VT4陽極電流也下降為零而關斷。

1.工作原理33在電源電壓負半波，晶閘管VT2、VT3承受正向電壓，在π～π+α區(qū)間，uAK2，3=1/2u2，在ωt=π+α處觸發(fā)晶閘管VT2、VT3，元件導通，電流沿b→VT3→R→VT2→a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，使其處于關斷狀態(tài)。到ωt=2π，電源電壓再次過零，VT2、VT3陽極電流也下降為零而關斷。

在電源電壓負半波，晶閘管VT2、VT3承受正向電壓，在π～π34單相橋式整流器電阻性負載時的移相范圍是0～180o。α=0o時，輸出電壓最高；α=180o時，輸出電壓最小。晶閘管承受最大反向電壓Um是相電壓峰值，晶閘管承受最大正向電壓是。負載上正負兩個半波內(nèi)均有相同方向的電流流過，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工作狀態(tài)并提高了變壓器的有效利用率。

單相橋式整流器電阻性負載時的移相范圍是0～180o。α=0o352.基本數(shù)量關系(1)輸出電壓平均值Ud與輸出電流平均值Id輸出電壓平均值Ud為

輸出電流平均值Id為2.基本數(shù)量關系36顯然功率因數(shù)與α相關，α=0o時，cosφ=1。取2倍安全裕量，晶閘管的額定電流為：2換相期間的整流電壓式中P—變壓器二次側(cè)有功功率，P=UI=I2Rα=0o時，Ud=1.三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π/6處，即ωt1、ωt2、ωt3點，自然換相點之間互差2π/3，三相脈沖也互差120o。3單相橋式全控整流器而且由于變壓器漏感的存在會使功率因數(shù)降低，輸出電壓脈動增大，降低電壓調(diào)整率。電流斷續(xù)時電動機的機械特性呈現(xiàn)出非線性，變軟。從上述波形圖可以看出晶閘管承受最大正向電壓是變壓器二次相電壓的峰值，UFM=U2，晶閘管承受最大反向電壓是變壓器二次線電壓的峰值，URM=×U2=U2。根據(jù)疊加原理，先設uh為鋸齒波電壓ue3單獨作用在基極時的電壓，其值為直到下一個周期的正半周。如果電感足夠大，續(xù)流二極管一直導通到下一周期晶閘管導通，使id連續(xù)。(3)晶閘管電流平均值第2章可控整流器與有源逆變器此值隨電路形式、工作電流大小、觸發(fā)角的不同而不同。在電源電壓負半波，晶閘管VT2、VT3承受正向電壓，但沒有觸發(fā)脈沖而不導通；在負載電感足夠大足以使負載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與電感性負載時相似，電路中各處電壓、電流波形均相同，僅在計算Id時有所不同，接反電勢電感性負載時舉例來說，這個穩(wěn)定的能源可以是一個光電或風電發(fā)電系統(tǒng)所轉(zhuǎn)換出來的電能，經(jīng)過逆變電路變換成三相交流電再連接到統(tǒng)一的電網(wǎng)中去。到ωt=2π，電源電壓再次過零，VT2、VT3陽極電流也下降為零而關斷。(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相同為

顯然功率因數(shù)與α相關，α=0o時，cosφ=1。(2)輸出37(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)cosφ顯然功率因數(shù)與α相關，α=0o時，cosφ=1。

(4)晶閘管的電流平均值IdT與晶閘管電流有效值IT382.3.2電感性負載

1.工作原理電源電壓正半波，在ωt=α處觸發(fā)晶閘管VT1、VT4，晶閘管VT1、VT4承受正向電壓，元件導通，電流沿a→VT1→L→R→VT4→b流通，此時負載上電壓ud=u2。此時電源電壓反向施加到晶閘管VT2、VT3上，使其承受反向陽極電壓而處于關斷狀態(tài)。當ωt=π時，電源電壓自然過零，電感感應電勢使晶閘管繼續(xù)導通。

2.3.2電感性負載1.工作原理39在電源電壓負半波，晶閘管VT2、VT3承受正向電壓，但沒有觸發(fā)脈沖而不導通；在ωt=π+α處觸發(fā)晶閘管VT2、VT3，元件導通，電流沿b→VT3→L→R→VT2→a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承受反向電壓由導通狀態(tài)變?yōu)殛P斷狀態(tài)。晶閘管VT2、VT3—直要導通到下一周期ωt=2π+α處再次觸發(fā)晶閘管VT1、VT4為止。

在電源電壓負半波，晶閘管VT2、VT3承受正向電壓，但沒有觸40單相全控橋式整流器圖和工作波形(電感性負載)

單相全控橋式整流器圖和工作波形(電感性負載)41從波形可以看出α＞90o輸出電壓波形正負面積相同，平均值為零，所以移相范圍是0～90o?？刂平铅猎?～90o之間變化時，晶閘管導通角θ≡π，導通角θ與控制角α無關。晶閘管承受的最大正、反向電壓Um=

從波形可以看出α＞90o輸出電壓波形正負面積相同，平均值為零422.基本數(shù)量關系(1)輸出電壓平均值Ud(2)輸出電流平均值Id和變壓器副邊電流I2

2.基本數(shù)量關系43(3)晶閘管的電流平均值IdT由于晶閘管輪流導電，所以流過每個晶閘管的平均電流只有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)

(3)晶閘管的電流平均值IdT443.反電勢負載(1)反電勢電阻負載的情況在負載回路無電感時，反電勢電阻負載的特點是：當整流電壓的瞬時值ud小于反電勢E時，晶閘管承受反壓而關斷，這使得晶閘管導通角減小。晶閘管導通時，ud=u2，

晶閘管關斷時，ud=E。與電阻負載相比晶閘管提前了電角度δ停止導電，δ稱作停止導電角。

3.反電勢負載45若α<δ時，觸發(fā)脈沖到來時，晶閘管承受負電壓，不可能導通。為了使晶閘管可靠導通，要求觸發(fā)脈沖有足夠的寬度，保證當晶閘管開始承受正電壓時，觸發(fā)脈沖仍然存在。這樣，相當于觸發(fā)角被推遲，即α=δ。單相全控橋電路圖和工作波形(反電勢無負載)

若α<δ時，觸發(fā)脈沖到來時，晶閘管承受負電壓，不可能導通。46當α=120o時，Ud=0(1)m脈波整流電壓ud0的諧波次數(shù)為mk(k=1，2，3.在負半周的上升段，+E1電源通過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。換相期間變壓器漏感LB兩端的電壓(1)輸出電壓平均值控制電壓uco單獨作用在V4基極時的電壓為：(電感性負載加續(xù)流二極管)單相半波可控整流器電阻性負載情況下VT1通過的電流iT1與變壓器二次側(cè)u相電流波形相同，大小相等。(3)電路功率因數(shù)。改變uco便可以改變脈沖產(chǎn)生時刻，脈沖被移相。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π/6處，即ωt1、ωt2、ωt3點，自然換相點之間互差2π/3，三相脈沖也互差120o。3V時，VD15導通，B點電位被15V電源鉗位在14.單相雙半波電路m=2，三相半波m=3，三相橋式電路m=6(3)m增加時，最低次諧波次數(shù)增大，且幅值迅速減小，電壓紋波因數(shù)迅速下降。為了可靠防止β進入βmin區(qū)內(nèi)，在要求較高的場合，可在觸發(fā)電路中加一套保護線路，使β在減小時移不到βmin區(qū)內(nèi)，或在βmin處設置產(chǎn)生附加安全脈沖的裝置，萬一當工作脈沖移入βmin區(qū)內(nèi)時，則安全脈沖保證在βmin處觸發(fā)晶閘管，防止逆變失敗。大的可達200～300ms，折算到電角度約4～5；圖中第1、第4象限中的特性和第3、第2象限中的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，故分別標以正組和反組變流器。本觸發(fā)電路屬于內(nèi)雙脈沖電路。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)。而且由于變壓器漏感的存在會使功率因數(shù)降低，輸出電壓脈動增大，降低電壓調(diào)整率。(2)反電勢電感性負載的情況若負載為直流電動機時，此時負載性質(zhì)為反電動勢電感性負載，電感不足夠大，輸出電流波形仍然斷續(xù)。在負載回路串接平波電抗器可以減小電流脈動，如果電感足夠大，電流就能連續(xù)，在這種條件下其工作情況與電感性負載相同。單相全控橋式整流器主要適用于4kW左右的應用場合，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。

當α=120o時，Ud=0(2)反電勢電感性負載的情況472.4三相半波可控整流電路

2.4三相半波可控整流電路482.4.1電阻性負載

1工作原理為了得到零線，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起，為共陰極接法。

2.4.1電阻性負載

1工作原理49三相半波可控整流電路α=0o時的波形

可控整流器與有源逆變器培訓課程課件50穩(wěn)定工作時，三個晶閘管的觸發(fā)脈沖互差120o，規(guī)定ωt=π/6為控制角α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π/6處，即ωt1、ωt2、ωt3點，

自然換相點之間互差2π/3，三相脈沖也互差120o。在ωt1時刻觸發(fā)VT1，在ωt1～ωt2區(qū)間有uu＞uv、uu＞uw，u相電壓最高，VT1承受正向電壓而導通，輸出電壓ud＝uu。其他晶閘管承受反向電壓而不能導通。VT1通過的電流iT1與變壓器二次側(cè)u相電流波形相同，大小相等。

穩(wěn)定工作時，三個晶閘管的觸發(fā)脈沖互差120o，規(guī)定ωt=π/51在ωt2時刻觸發(fā)VT2，在ωt2～ωt3區(qū)間

v相電壓最高，由于uu＜uv，VT2承受正向電壓而導通，ud＝uv。VT1兩端電壓uT1=uu-uv=uuv<0，晶閘管VT1承受反向電壓關斷。在VT2導通期間，VT1兩端電壓uT1=uu-uv=uuv。在ωt2時刻發(fā)生的一相晶閘管導通變換為另一相晶閘管導通的過程稱為換相。在ωt3時刻觸發(fā)VT3，在ωt3～ωt4區(qū)間w相電壓最高，由于uv＜uw，VT3承受正向電壓而導通，ud＝uw。VT2兩端電壓

uT2=uv-uw=uvw<0，晶閘管VT2承受反向電壓關斷。在VT3導通期間VT1兩端電壓uT1=uu-uw=uuw。這樣在一周期內(nèi)，VT1只導通2π/3，在其余4π/3時間承受反向電壓而處于關斷狀態(tài)。

在ωt2時刻觸發(fā)VT2，在ωt2～ωt3區(qū)間v相電壓最高，52只有承受高電壓的晶閘管元件才能被觸發(fā)導通，輸出電壓ud波形是相電壓的一部分，每周期脈動三次，是三相電源相電壓正半波完整包絡線，輸出電流id與輸出電壓ud波形相同(id=ud/R)。電阻性負載α=0o

時，VT1在VT2、VT3導通時僅承受反壓，隨著α的增加，晶閘管承受正向電壓增加；其他兩個晶閘管承受的電壓波形相同，僅相位依次相差120o。

只有承受高電壓的晶閘管元件才能被觸發(fā)導通，輸出電壓ud波形是53三相半波可控整流電路電阻負載α=30時的波形

三相半波可控整流電路電阻負載α=30時的波形54三相半波可控整流電路電阻負載α=60時的波形

三相半波可控整流電路電阻負載α=60時的波形55增大α，則整流電壓相應減小。α=30o是輸出電壓、電流連續(xù)和斷續(xù)的臨界點。當α＜30o時，后一相的晶閘管導通使前一相的晶閘管關斷。當α＞30o時，導通的晶閘管由于交流電壓過零變負而關斷后，后一相的晶閘管未到觸發(fā)時刻，此時三個晶閘管都不導通，直到后一相的晶閘管被觸發(fā)導通。從上述波形圖可以看出晶閘管承受最大正向電壓是變壓器二次相電壓的峰值，UFM=U2，晶閘管承受最大反向電壓是變壓器二次線電壓的峰值，URM=×U2=U2。α=150o時輸出電壓為零，所以三相半波整流電路電阻性負載移相范圍是0o～150o。

增大α，則整流電壓相應減小。56換相期間變壓器漏感LB兩端的電壓根據(jù)逆變工作時，α=π-β，由于β越小，γ越大，考慮惡劣情況，設β=γ：當ωt=π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。2換相期間的整流電壓(4)功率因數(shù)cosφ為了給三次諧波電流提供通路，減少高次諧波對電網(wǎng)的影響，變壓器一次繞組接成三角形。單相半波可控整流器電阻性負載時的移相范圍是0～180o。顯然，α=90o時輸出電壓為零，所以移相范圍是0o～90o。α=120o時，輸出電壓為零Ud=0，因此三相全控橋式整流電路電阻性負載移相范圍為0o～120o。9晶閘管-直流電動機系統(tǒng)的機械特性此時VT1、VT4承受反向電壓由導通狀態(tài)變?yōu)殛P斷狀態(tài)。以三相半波可控整流電路為例來討論換相過程，假設三相漏抗相等，忽略交流側(cè)的電阻，負載電感足夠大，則負載電流連續(xù)且平直。(1)反電勢電阻負載的情況在ωt2時刻發(fā)生的一相晶閘管導通變換為另一相晶閘管導通的過程稱為換相。當ωt=π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。由三相橋構成的有源逆變電路將一周期相電壓分為六個區(qū)間：2換相期間的整流電壓所以，仍為一條與up平行的直線，但絕對值比up??；α=120o時，輸出電壓為零Ud=0，因此三相全控橋式整流電路電阻性負載移相范圍為0o～120o。式中P—變壓器二次側(cè)有功功率，P=UI=I2R2數(shù)量關系(1)輸出電壓平均值Ud

α=30o是ud波形連續(xù)和斷續(xù)的分界點。因此，計算輸出電壓平均值Ud時應分兩種情況進行。1)α≤30o時

當α=0o時，Ud=Ud0=1.17U22)α＞30o時當α=150o時，Ud=0

換相期間變壓器漏感LB兩端的電壓2數(shù)量關系57(2)輸出電流平均值Id(3)晶閘管電流平均值IdT(4)晶閘管電流有效值IT1)α≤30o時

2)α＞30o時

(2)輸出電流平均值Id582.4.2電感性負載

1工作原理

當α≤30o

時的工作情況與電阻性負載相同，輸出電壓ud波形、uT波形也相同。由于負載電感的儲能作用，輸出電流id是近似平直的直流波形，晶閘管中分別流過幅度Id、寬度2π/3的矩形波電流，導通角θ=120o。當α＞30o

時，假設α=60o，VT1已經(jīng)導通，在u相交流電壓過零變負后，VT1在負載電感產(chǎn)生的感應電勢作用下維持導通，輸出電壓ud＜0，直到VT2

被觸發(fā)導通，VT1承受反向電壓關斷，輸出電壓ud＝uv。顯然，α=90o時輸出電壓為零，所以移相范圍是0o～90o。

顯然，晶閘管承受的最大正反向電壓是變壓器二次線電壓的峰值。

2.4.2電感性負載1工作原理59三相半波可控整流電路，電感性負載時的電路及α=60時的波形

三相半波可控整流電路，電感性負載時的電路及α=60時的波602數(shù)量關系(1)輸出電壓平均值

由于ud波形是連續(xù)的，所以計算輸出電壓Ud時只需一個計算公式α=0o時，Ud=1.17U2(2)輸出電流平均值

2數(shù)量關系61(3)晶閘管電流平均值

(4)晶閘管電流有效值

(5)晶閘管通態(tài)平均電流

(3)晶閘管電流平均值622.4.3三相半波共陽極接法的可控整流電路把三只晶閘管的陽極接成公共端連在一起就構成了共陽極接法的三相半波可控整流電路，由于陰極不同電位，要求三相的觸發(fā)電路必須彼此絕緣。由于晶閘管只有在陽極電位高于陰極電位時才能導通，因此晶閘管只在相電壓負半周被觸發(fā)導通，換相總是換到陰極更負的那一相。下圖給出了共陽極接法的三相半波可控整流和α=30o時的工作波形。

2.4.3三相半波共陽極接法的可控整流電路63三相半波可控整流電路共陽極接法及波形

三相半波可控整流電路共陽極接法及波形642.5三相全控橋式整流電路

三相半波可控整流的變壓器存在直流磁化的問題，造成變壓器發(fā)熱和利用率下降。三相全控橋式整流電路是由三相半波可控整流電路演變而來，它可看作是三相半波共陰極接法(VT1，VT3，VT5)和三相半波共陽極接法(VT4，VT6，VT2)的串聯(lián)組合，

2.5三相全控橋式整流電路三相半波可控整流的變壓器652.5.1電阻性負載

1工作原理三相全控整流電路中共陰極接法(VT1，VT3，VT5)和共陽極接法(VT4，VT6，VT2)的控制角α分別與三相半波可控整流電路共陰極接法和共陽極接法相同。在一個周期內(nèi)，晶閘管的導通順序為VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6。

三相橋式全控整流電路

2.5.1電阻性負載1工作原理三相橋式全控整流66將一周期相電壓分為六個區(qū)間：

時段ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ輸出電壓uuvuuWuvwuvvuwuuvv導通晶閘管VT6VT1VT1VT2VT2VT3VT3VT4VT4VT5VT5VT6將一周期相電壓分為六個區(qū)間：時段ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ輸出電壓u67三相橋式全控整流電路帶電阻負載α=0時的波形

三相橋式全控整流電路帶電阻負載α=0時的波形68三相橋式全控整流電路帶電阻負載α=60時的波形

三相橋式全控整流電路帶電阻負載α=60時的波形693三相半波共陽極接法的可控整流電路(3)輸出電壓ud由六段線電壓組成，每周期脈動六次，每周期脈動頻率為300HZ。大的可達200～300ms，折算到電角度約4～5；6變壓器漏抗對整流電路的影響整流器工作在逆變狀態(tài)時的工作原理、工作波形。6．為滿足反并聯(lián)可逆電路的要求，觸發(fā)電路應有αmin、βmin限制。2)α＞30o時由于電感電流不能突變，因此換相過程不能瞬時完成。大的可達200～300ms，折算到電角度約4～5；S—變壓器二次側(cè)視在功率，S=U2I2(4)晶閘管的電流平均值IdT與晶閘管電流有效值IT5．為滿足三相全控橋的要求，觸發(fā)電路應能輸出雙窄脈沖或?qū)捗}沖。(2)對于三相橋式電路，m=6，三相橋式電路等效為相電壓為的六相半波整流電路，1)α≤30o時單相半波可控整流器圖和工作波形(電感性負載)(5)諧波會對鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，輕者產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量，重者導致信息丟失，使通信系統(tǒng)無法正常工作?？刂齐妷簎co加在V4基極上，觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器TP二次輸出，經(jīng)整流提供。在ωt2時刻觸發(fā)VT2，在ωt2～ωt3區(qū)間v相電壓最高，由于uu＜uv，VT2承受正向電壓而導通，ud＝uv。將α=90o確定為鋸齒波的中點，鋸齒波向前向后各有90o的移相范圍。當流過電感的電流變化時，電感兩端產(chǎn)生感應電勢，感應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。三相橋式全控整流電路帶電阻負載α=90時的波形

3三相半波共陽極接法的可控整流電路三相橋式全控整流電路帶70從上述分析可以總結出三相全控橋式整流電路的工作特點：(1)任何時候共陰、共陽極組各有一只元件同時導通才能形成電流通路。(2)共陰極組晶閘管VT1、VT3、VT5，按相序依次觸發(fā)導通，相位相差120o，共陽極組晶閘管VT2、VT4、VT6，相位相差120o，同一相的晶閘管相位相差180o。每個晶閘管導通角120o；(3)輸出電壓ud由六段線電壓組成，每周期脈動六次，每周期脈動頻率為300HZ。(4)晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，它只與晶閘管導通情況有關，其波形由3段組成：一段為零(忽略導通時的壓降)，兩段為線電壓。晶閘管承受最大正、反向電壓的關系也相同。(5)變壓器二次繞組流過正負兩個方向的電流，消除了變壓器的直流磁化，提高了變壓器的利用率。

從上述分析可以總結出三相全控橋式整流電路的工作特點：71(6)對觸發(fā)脈沖寬度的要求：整流橋開始工作時以及電流中斷后，要使電路正常工作，需保證應同時導通的2個晶閘管均有脈沖，常用的方法有兩種：一種是寬脈沖觸發(fā)，它要求觸發(fā)脈沖的寬度大于60o(一般為80o～100o)，另一種是雙窄脈沖觸發(fā)，即觸發(fā)一個晶閘管時，向下一個序號的晶閘管補發(fā)脈沖。寬脈沖觸發(fā)要求觸發(fā)功率大，易使脈沖變壓器飽和，所以多采用雙窄脈沖觸發(fā)。

電阻性負載α≤60o時的ud波形連續(xù)，α＞60o時ud波形斷續(xù)。α=120o時，輸出電壓為零Ud=0，因此三相全控橋式整流電路電阻性負載移相范圍為0o～120o。可以看出，晶閘管元件兩端承受的最大正反向電壓是變壓器二次線電壓的峰值

(6)對觸發(fā)脈沖寬度的要求：整流橋開始工作時以及電流中斷后722參數(shù)計算由于α=60o是輸出電壓Ud波形連續(xù)和斷續(xù)的分界點，輸出電壓平均值應分兩種情況計算：(1)α≤60o當α=0o時，Ud=Ud

0=2.34U2(2)α＞60o當α=120o時，Ud=0

2參數(shù)計算732.5.2電感性負載

1工作原理當α≤60o時電感性負載的工作情況與電阻負載時相似，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等都一樣；區(qū)別在于由于電感的作用，使得負載電流波形變得平直，當電感足夠大的時候，負載電流的波形可近似為一條水平線。

α＞60o時電感性負載時的工作情況與電阻負載時不同，由于負載電感感應電勢的作用，ud波形會出現(xiàn)負的部分。圖2-18為帶電感性負載α=90o時的波形，可以看出，α=90o時，ud波形上下對稱，平均值為零，因此帶電感性負載三相橋式全控整流電路的α角移相范圍為90。

2.5.2電感性負載1工作原理74三相橋式全控整流電路帶電感性負載α=0時的波形

三相橋式全控整流電路帶電感性負載α=0時的波形75三相橋式整流電路帶電感性負載，

α=90時的波形

三相橋式整流電路帶電感性負載，α=90時的波形762參數(shù)計算(1)輸出電壓平均值由于ud波形是連續(xù)的，

α=0o時，Ud0=2.34U2。(2)輸出電流平均值

2參數(shù)計算77(3)晶閘管電流平均值

(4)晶閘管電流有效值

(5)晶閘管額定電流

(6)變壓器二次電流有效值

(3)晶閘管電流平均值78在反電勢電感性負載時

在負載電感足夠大足以使負載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與電感性負載時相似，電路中各處電壓、電流波形均相同，僅在計算Id時有所不同，接反電勢電感性負載時

在反電勢電感性負載時792.5.3其他形式的大功率可控整流電路

雙反星形可控整流電路在電解電鍍等工業(yè)中，常常使用低電壓大電流(例如幾十伏，幾千至幾萬安)可調(diào)直流電源。由于三相橋式整流電路有2倍的晶閘管壓降，因此常常使用雙反星形可控整流電路

2.5.3其他形式的大功率可控整流電路雙反星形可控整流80多重化整流電路整流裝置功率很大時，所產(chǎn)生的諧波、無功功率等對電網(wǎng)的干擾也隨之加大，為減輕干擾，可采用多重化整流電路。

并聯(lián)多重連接的12脈波整流電路

多重化整流電路并聯(lián)多重連接的12脈波整流電路812.6變壓器漏抗對整流電路的影響

前面我們介紹的各種整流電路都是在理想工作狀態(tài)下的工作情況，即假設：(1)變壓器的漏抗、繞組電阻和勵磁電流都可忽略；(2)晶閘管元件是理想的。但實際的交流供電電源總存在電源阻抗，如電源變壓器的漏電抗、導線電阻以及為了限制短路電流而加上的交流進線電抗器等。由于電感電流不能突變，因此換相過程不能瞬時完成。

2.6變壓器漏抗對整流電路的影響821換相過程與換相重疊角

以三相半波可控整流電路為例來討論換相過程，假設三相漏抗相等，忽略交流側(cè)的電阻，負載電感足夠大，則負載電流連續(xù)且平直。以晶閘管從u相換到v相為例，VT1已導通。當α=30°時觸發(fā)VT2，由于變壓器漏抗的作用，VT1不立即關斷，u相電流iu=Id-ik逐漸減小到零；VT2導通，iv=0逐漸增加到Id。換相過程中，兩個晶閘管同時導通，在

uvu電壓作用下產(chǎn)生短路電流ik，當

iu=0，iv=Id時，u相和v相之間完成了換相。

1換相過程與換相重疊角83變壓器漏感對整流電路的影響

變壓器漏感對整流電路的影響842換相期間的整流電壓換相回路電壓平衡方程換相期間變壓器漏感LB兩端的電壓

換相期間輸出電壓2換相期間的整流電壓853換相壓降由波形可以看出：與不考慮變壓器漏抗的情況比較，整流電壓波形少了一塊陰影部分，缺少部分為：式中

XB—漏感為LB的變壓器每相折算到二次側(cè)的漏電抗，

單相雙半波電路m=2，三相半波m=3，三相橋式電路m=6

3換相壓降86這里需要特別說明的是對于單相全控橋，換相壓降的計算上述通式不成立，因為單相全控橋雖然每周期換相2次(m=2)，但換相過程中ik是從-Id增加到Id，所以對式(2-50)中的Id應該帶入2Id，故對于單相全控橋有：

這里需要特別說明的是對于單相全控橋，換相壓降的計算上述通式不874換相重疊角γ由式(2-48)可得對上式兩邊積分，可得顯然，當α一定時，XB、Id增大，則γ增大，換流時間增大；XB

、Id一定時，γ隨α角的增大而減小。

4換相重疊角γ88(1)對于單相全控橋，與前面對換相壓降的討論一樣，所以對于單相全控橋有m=2，Id應該帶入2Id，故有

(2)對于三相橋式電路，m=6，三相橋式電路等效為相電壓為的六相半波整流電路，

變壓器漏感LB的存在可以限制短路電流，限制電流變化率di/dt

。但是變壓器漏感會引起電網(wǎng)波形畸變，出現(xiàn)電壓缺口，使du/dt加大，影響其他負載；而且由于變壓器漏感的存在會使功率因數(shù)降低，輸出電壓脈動增大，降低電壓調(diào)整率。

可控整流器與有源逆變器培訓課程課件89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(1)輸出電壓平均值9晶閘管-直流電動機系統(tǒng)的機械特性由于晶閘管只有在陽極電位高于陰極電位時才能導通，因此晶閘管只在相電壓負半周被觸發(fā)導通，換相總是換到陰極更負的那一相。晶閘管承受最大正、反向電壓的關系也相同。到ωt=2π，電源電壓再次過零，VT2、VT3陽極電流也下降為零而關斷。當α=120o時，Ud=0可控整流電路在逆變運行時，外接的直流電源就會通過晶閘管電路形成短路，或者使可控整流電路的輸出平均電壓和直流電動勢變成順向串聯(lián)，由于逆變電路的內(nèi)阻很小，將出現(xiàn)極大的短路電流流過晶閘管和負載，這種情況稱為逆變失敗，或稱為逆變顛覆。+E1電源通過R11提供給V5一個足夠大的基極電流，使V5飽和導通。根據(jù)逆變工作時，α=π-β，由于β越小，γ越大，考慮惡劣情況，設β=γ：在ωt1時刻觸發(fā)VT1，在ωt1～ωt2區(qū)間有uu＞uv、uu＞uw，u相電壓最高，VT1承受正向電壓而導通，輸出電壓ud＝uu。單相半波可控整流器中，負載、晶閘管和變壓器二次側(cè)流過相同的電流，故其有效值相等，即：在ωt3時刻觸發(fā)VT3，在ωt3～ωt4區(qū)間w相電壓最高，由于uv＜uw，VT3承受正向電壓而導通，ud＝uw。VT1兩端電壓uT1=uu-uv=uuv<0，晶閘管VT1承受反向電壓關斷。當uco為0，α=90，則輸出電壓為0；同時電容C3由+E1經(jīng)R11、VD4、V4放電并反向充電，使V5基極電位逐漸上升。Idmin是最小連續(xù)電流值，一般取Idmin==(5％～10％)Id同步變壓器和整流變壓器的接法及矢量圖2.7有源逆變電路

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2.7902.7.1逆變的概念

前面我們介紹的各種可控整流電路都工作在整流狀態(tài)，是將交流電能變換成直流電提供給負載。逆變是把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，是整流的逆過程，是將直流電能變換成交流電回饋電網(wǎng)。上述的電路也可以工作在逆變狀態(tài)。以三相全控橋式電路為例，這時電流Id仍保持與整流運行狀態(tài)相同的流動方向，但Ud改變了極性，功率由直流側(cè)流向可控整流電路的交流側(cè)電網(wǎng)。三相可控整流電路的這種逆變模式的工作狀態(tài)，只有如圖所示在直流側(cè)存在一個穩(wěn)定的能源時才是有可能的。注意，兩個電源的不能形成順向串聯(lián)。

2.7.1逆變的概念前面我們介紹的各種可控整流電路都工91由三相橋構成的有源逆變電路

由三相橋構成的有源逆變電路92舉例來說，這個穩(wěn)定的能源可以是一個光電或風電發(fā)電系統(tǒng)所轉(zhuǎn)換出來的電能，經(jīng)過逆變電路變換成三相交流電再連接到統(tǒng)一的電網(wǎng)中去。逆變可以節(jié)能、提高系統(tǒng)性能的作用。如：有軌電車的制動、吊車的下放貨物、電氣可逆調(diào)速系統(tǒng)等。逆變按照負載是否為交流電源分為有源逆變和無源逆變。如果把變換器的交流側(cè)接到交流電源上，把直流電逆變?yōu)橥l率的交流電反送到電網(wǎng)去，稱作有源逆變。如果變換器的交流側(cè)不與電網(wǎng)連接，而直接接到普通負載，稱作無源逆變。

舉例來說，這個穩(wěn)定的能源可以是一個光電或風電發(fā)電系統(tǒng)所轉(zhuǎn)換出932.7.2三相橋式有源逆變電路

假設電感足夠大，直流電流近似為一個恒定值，為直流反電勢電感負載。為實現(xiàn)有源逆變必須使控制角α＞90°，Ud為負，電源E極性與圖中一致，并且有。無論在整流狀態(tài)或逆變狀態(tài)，晶閘管總是受正向電壓時才能被觸發(fā)導通，晶閘管的導電順序不變；處于關斷狀態(tài)的晶閘管承受正向電壓的時間比在整流運行時長。

2.7.2三相橋式有源逆變電路94三相橋式整流電路工作于有源逆變狀態(tài)時的電壓波形

三相橋式整流電路工作于有源逆變狀態(tài)時的電壓波形95逆變狀態(tài)的控制角為逆變角β：輸出直流電壓的平均值如果考慮變壓器的漏抗，則有：輸出直流電流的平均值亦可用整流的公式，即逆變狀態(tài)的控制角為逆變角β：96每個晶閘管導通2π/3，故流過晶閘管的電流有效值為從交流電源送到直流側(cè)負載的有功功率為:當逆變工作時，故Pd為負值，表示功率由直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：

每個晶閘管導通2π/3，故流過晶閘管的電流有效值為972.7.3逆變失敗與最小逆變角的限制

1逆變失敗可控整流電路在逆變運行時，外接的直流電源就會通過晶閘管電路形成短路，或者使可控整流電路的輸出平均電壓和直流電動勢變成順向串聯(lián)，由于逆變電路的內(nèi)阻很小，將出現(xiàn)極大的短路電流流過晶閘管和負載，這種情況稱為逆變失敗，或稱為逆變顛覆。

2.7.3逆變失敗與最小逆變角的限制98造成逆變失敗的原因：(1)觸發(fā)電路工作不可靠。不能適時、準確地給各晶閘管分配觸發(fā)脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時等。(2)晶閘管發(fā)生故障。器件失去阻斷能力，或器件不能導通。(3)交流電源異常。在逆變工作時，電源發(fā)生缺相或突然消失而造成逆變失敗。(4)換相裕量角不足，引起換相失敗。應考慮變壓器漏抗引起的換相重疊角、晶閘管關斷時間等因素的影響。

造成逆變失敗的原因：99交流側(cè)電抗對逆變換相過程的影響

交流側(cè)電抗對逆變換相過程的影響1002最小逆變角β確定的方法最小逆變角β的大小要考慮以下因素：(1)換相重疊角γ。此值隨電路形式、工作電流大小、觸發(fā)角的不同而不同。即根據(jù)逆變工作時，α=π-β，由于β越小，γ越大，考慮惡劣情況，設β=γ：(2)晶閘管關斷時間tq所對應的電角度δ。大的可達200～300ms，折算到電角度約4～5；

2最小逆變角β確定的方法101(3)安全裕量角θ′考慮到脈沖調(diào)整時不對稱、電網(wǎng)波動、畸變與溫度等影響，還必須留一個安全裕量角，一般取θ′為10左右。綜上所述，最小逆變角為：為了可靠防止β進入βmin區(qū)內(nèi)，在要求較高的場合，可在觸發(fā)電路中加一套保護線路，使β在減小時移不到βmin區(qū)內(nèi)，或在βmin處設置產(chǎn)生附加安全脈沖的裝置，萬一當工作脈沖移入βmin區(qū)內(nèi)時，則安全脈沖保證在βmin處觸發(fā)晶閘管，防止逆變失敗。

(3)安全裕量角θ′1022.8晶閘管觸發(fā)電路

2.8晶閘管觸發(fā)電路1032.8.1晶閘管對觸發(fā)電路的要求

1.觸發(fā)脈沖的電壓和電流應大于晶閘管要求的數(shù)值，并留有一定的裕量。2.觸發(fā)脈沖應滿足要求的移相范圍。3．觸發(fā)脈沖與晶閘管主電路電源必須同步。4．觸發(fā)脈沖的應有足夠的寬度，脈沖前沿陡度應大于1A/us。5．為滿足三相全控橋的要求，觸發(fā)電路應能輸出雙窄脈沖或?qū)捗}沖。6．為滿足反并聯(lián)可逆電路的要求，觸發(fā)電路應有αmin、βmin

限制。

2.8.1晶閘管對觸發(fā)電路的要求1042.8.2同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路

2.8.2同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路1051脈沖形成與放大環(huán)節(jié)脈沖形成環(huán)節(jié)由V4、V5構成；放大環(huán)節(jié)由V7、V8組成?？刂齐妷簎co加在V4基極上，觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器TP二次輸出，經(jīng)整流提供。

1脈沖形成與放大環(huán)節(jié)106當V4的基極電壓uco=0時，V4截止。+E1電源通過R11提供給V5一個足夠大的基極電流，使V5飽和導通。所以V5集電極電壓接近于-E1，V7、V8處于截止狀態(tài)，無脈沖輸出。電源+E1經(jīng)R9、V5的發(fā)射極到-E1對電容C3充電，充滿后電容兩端電壓接近2E1，極性如圖所示。當uco≥0.7V時，V4導通。A點電位從+E1突降到1V，由于電容C3兩端電壓不能突變，所以V5基極電位也突降到-2E1，V5基射極反偏置，V5立即截止。它的集電極電壓由-E1迅速上升到鉗位電壓2.1V時，使得V7、V8導通，輸出觸發(fā)脈沖。同時電容C3由+E1經(jīng)R11、VD4、V4放電并反向充電，使V5基極電位逐漸上升。直到V5基極電位ub5>-E1，V5又重新導通。這時V5集電極電壓又立即降到-E1，使V7、V8截止，輸出脈沖終止?？梢姡}沖前沿由V4導通時刻確定，脈沖寬度由反向充電時間常數(shù)R11C3決定。

當V4的基極電壓uco=0時，V4截止。+E1電源通過R111072鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)鋸齒波電壓形成電路由V1、V2、V3和C2等元件組成，其中V1、VS、RP2和R3為一恒流源電路。

2鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)108當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uC按線性增長,即ub3按線性增長。調(diào)節(jié)電位器RP2，可以改變C2的恒定充電電流I1C。

當V2導通時，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V2周期性地導通和關斷時，ub3便形成一鋸齒波。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。V4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,它們分別通過電阻R6、R7、R8

與V4基極連接。

當V2截止時，恒流源電流I1C對電容C2充電，所以C2兩端的109根據(jù)疊加原理，先設uh為鋸齒波電壓ue3單獨作用在基極時的電壓，其值為

所以uh仍為鋸齒波，但斜率比ue3低。同理，直流偏移電壓up單獨作用在V4基極時的電壓為

控制電壓uco單獨作用在V4基極時的電壓為：

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。

根據(jù)疊加原理，先設uh為鋸齒波電壓ue3單獨作用在基極時的電110當V4不導通時，V4的基極b4的波形由確定。當b4點電壓等于0.7V后，V4導通。產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。改變uco便可以改變脈沖產(chǎn)生時刻，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。以三相全控橋為例，當接反電勢電感負載時，脈沖初始相位應定在α=90；當uco=0時，調(diào)節(jié)up的大小使產(chǎn)生脈沖的M點對應α=90的位置。當uco為0，α=90，則輸出電壓為0；如uco為正值，M點就向前移，控制角α<90，處于整流工作狀態(tài)；如uco為負值，M點就向后移，控制角α>90，處于逆變狀態(tài)。

當V4不導通時，V4的基極b4的波形由確111同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路的工作波形

同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路的工作波形1123同步環(huán)節(jié)同步環(huán)節(jié)是由同步變壓器TS、VD1、VD2、C1、R1和晶體管V2組成。同步變壓器和整流變壓器接在同一電源上，用同步變壓器的二次電壓來控制V2的通斷作用，這就保證了觸發(fā)脈沖與主電路電源同步。

3同步環(huán)節(jié)113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相同且相位關系確定。鋸齒波是由開關管V2控制的，也就是由V2的基極電位決定的。同步電壓uTS經(jīng)二極管VD1加在V2的基極上。當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導通，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。在負半周的上升段，+E1電源通過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Q點電位達1.4V時，V2導通，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重新導通，C1放電后又被充電，V2截止。如此循環(huán)往復，在一個正弦波周期內(nèi)，包括截止與導通兩個狀態(tài)，對應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，達到同步的目的。可以看出鋸齒波的寬度是由充電時間常數(shù)R1C1決定的。

可控整流器與有源逆變器培訓課程課件1144雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)觸發(fā)電路自身在一個周期內(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)器外部通過脈沖變壓器的連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V5、V6都導通時，V7、V8截止，沒有脈沖輸出。只要V5、V6有一個截止，就會使V7、V8導通，有脈沖輸出。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uco對應的控制角α使V4由截止變導通造成V5瞬時截止，使得V8輸出脈沖。隔60的第二個脈沖是由后一相觸發(fā)單元通過連接到引腳Y使本單元V6截止，使本觸發(fā)電路第二次輸出觸發(fā)脈沖。其中VD4和R17的作用主要是防止雙脈沖信號相互干擾。

4雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)115在三相橋式全控整流電路中，雙脈沖環(huán)節(jié)的可按下圖接線。六個觸發(fā)器的連接順序是：1Y-2X、2Y-3X、3Y-4X、4Y-5X、5Y-6X、6Y-1X。

在三相橋式全控整流電路中，雙脈沖環(huán)節(jié)的可按下圖接線。六個觸發(fā)1165強觸發(fā)環(huán)節(jié)36V交流電壓經(jīng)整流、濾波后得到50V直流電壓，經(jīng)R15對C6充電，B點電位為50V。當V8導通時，C6經(jīng)脈沖變壓器一次側(cè)R16、V8迅速放電，形成脈沖尖峰，由于有R15的電阻，且電容C6的存儲能量有限，B點電位迅速下降。當B點電位下降到14.3V時，VD15導通，B點電位被15V電源鉗位在14.3V，形成脈沖平臺。C5組成加速電路，用來提高觸發(fā)脈沖前沿陡度。

5強觸發(fā)環(huán)節(jié)1176脈沖封鎖二極管VD5陰極接零電位或負電位，使V7、V8截止，可以實現(xiàn)脈沖封鎖。VD5用來防止接地端與負電源之間形成大電流通路。

6脈沖封鎖1182.8.4觸發(fā)電路的定相初始脈沖是指Ud＝0時，控制電壓uco與偏移電壓up為固定值條件下的觸發(fā)脈沖。因此，必須根據(jù)被觸發(fā)晶閘管陽極電壓的相位，正確供給各觸發(fā)電路特定相位的同步電壓，才能使觸發(fā)電路分別在各晶閘管需要觸發(fā)脈沖的時刻輸出脈沖。這種選擇同步電壓相位以及得到要求的觸發(fā)時刻的方法，稱為觸發(fā)電路的定相。

2.8.4觸發(fā)電路的定相119現(xiàn)以三相全控橋為例說明定相的方法。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°對應的范圍為ωt1～ωt2。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，使用中間的180。所以取同步波-uu。

現(xiàn)以三相全控橋為例說明定相的方法。120三相橋整流電路大量用于直流電機調(diào)速系統(tǒng)，且通常要求可實現(xiàn)再生制動，使Ud=0時的觸發(fā)角α為90o。當α

<90o時為整流工作，α>90o時為逆變工作。將α=90o確定為鋸齒波的中點，鋸齒波向前向后各有90o的移相范圍。α=0o對應于uu的30o的位置，說明VT1的同步電壓應滯后于uu180o。對于其他5個晶閘管，也存在同樣的關系，即同步電壓滯后于主電路電壓180o。

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。三相橋整流電路大量用于直流電機調(diào)速系統(tǒng)，且通常要求可實現(xiàn)再生121同步變壓器和整流變壓器的接法及矢量圖

同步變壓器和整流變壓器的接法及矢量圖122同步電壓的選取結果見表。

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同步電壓的選取結果見表。晶閘管VT1VT2VT3VT4VT123為防止電網(wǎng)電壓波形畸變對觸發(fā)電路產(chǎn)生干擾，可對同步電壓進行R-C濾波，當R-C濾波器滯后角為60o時，同步電壓選取結果見表

晶閘管VT1VT2VT3VT4VT5VT6主電路電壓+Uu-Uw+Uv-Uu+Uw-Uv同步電壓+Usv-Usu+Usw-Usv+Usu-Usw為防止電網(wǎng)電壓波形畸變對觸發(fā)電路產(chǎn)生干擾，可對同步電壓進行R1242.9晶閘管-直流電動機系統(tǒng)的機械特性

晶閘管可控整流裝置帶直流電動機負載組成的系統(tǒng)習慣稱為晶閘管-直流電動機系統(tǒng)，是電力拖動系統(tǒng)中主要的一種，也是可控整流裝置的主要用途之一。其一是在帶電動機負載時整流電路的工作情況，其二是由整流電路供電時電動機的工作情況。本節(jié)主要分析由整流電路供電時電動機的工作情況。

2.9晶閘管-直流電動機系統(tǒng)的機械特性晶閘管可控整流裝置1252.9.1工作于整流狀態(tài)時

1電流連續(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，在負載電流連續(xù)的情況下，電路工作情況與電感性負載時相似，電動機穩(wěn)態(tài)時，雖然ud波形脈動較大，但由于電動機有較大的機械慣量，故其轉(zhuǎn)速和反電動勢都基本無脈動。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均電流Id所引起的各種電壓降所平衡，整流電壓的交流分量則全部降落在電抗器上。

2.9.1工作于整流狀態(tài)時1電流連續(xù)時電動機的機械126整流電路直流電壓的平衡方程為式中

在負載電流連續(xù)的情況下，機械特性方程為：整流電路直流電壓的平衡方程為127三相橋式全控整流電路電動機負載電流連續(xù)時的機械特性

三相橋式全控整流電路電動機負載電流連續(xù)時的機械特性1282.電流斷續(xù)時電動機的機械特性

當電機工作在電感較小或負載較輕的情況下，電流要出現(xiàn)斷續(xù)的現(xiàn)象。電流斷續(xù)時電動機的機械特性呈現(xiàn)出非線性，變軟。實際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。實際應用中，串平波電抗器使電動機在工作范圍內(nèi)保持在電流連續(xù)狀態(tài)，提高直流電動機的機械特性硬度。

2.電流斷續(xù)時電動機的機械特性129串聯(lián)電抗器的電感量決定著主回路最小連續(xù)電流值三相半波主回路電感量

三相全控橋主回路電感量Idmin

是最小連續(xù)電流值，一般取Idmin==(5％～10％)Id串接的平波電抗器的電感量為

串聯(lián)電抗器的電感量決定著主回路最小連續(xù)電流值130考慮電流斷續(xù)時不同α時反電動勢的機械特性曲線

考慮電流斷續(xù)時不同α時反電動勢的機械特性曲線1312.9.2工作于有源逆變狀態(tài)時

1電流連續(xù)時電動機的機械特性主回路電流連續(xù)時的機械特性由電壓平衡方程式

決定。逆變時由于，因為，電動機的機械特性方程式2.9.2工作于有源逆變狀態(tài)時1電流連續(xù)時電動機的1322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，且呈現(xiàn)非線性。當控制角α由小變大，電動機的機械特性則逐漸的由第1象限往下移，進而到達第4象限。圖中第1、第4象限中的特性和第3、第2象限中的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，故分別標以正組和反組變流器。

2電流斷續(xù)時電動機的機械特性133電動機在四象限中的機械特性

電動機在四象限中的機械特性1342.10