電力電子技術(shù) 基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路

5.1單相橋式全控整流電路5.2三相整流電路5.3多脈沖整流電路5.4其它電路結(jié)構(gòu)5.5網(wǎng)絡(luò)換流整流電路的應(yīng)用第五章基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路小結(jié)

首頁基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路圖中所示單相全控橋整流電路是一個(gè)理想的電路形式，是后續(xù)電路分析的一個(gè)基礎(chǔ)。下頁返回5.1單相橋式全控整流電路注：此處直流側(cè)負(fù)載簡單的用直流電壓來表示，事實(shí)上可以將直流負(fù)載看成是純電阻負(fù)載、阻感負(fù)載，或是這類負(fù)載帶有直流電壓源，以模擬不同的運(yùn)行工況。下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路5.1.1單相全控橋整流電路的結(jié)構(gòu)及理想化分析理想化的單相全控橋整流電路結(jié)構(gòu)及電流、電壓波形LdududaisUsLdVT2VT3VT4VT1IdVT1VT3VT2VT4is1udauisudaπ/20wtwtwtia2π3π/2π下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路圖中各符號(hào)的意義：理想的正弦波電源，無內(nèi)阻抗無內(nèi)阻抗的恒定直流電壓源整流橋輸出的直流電壓直流平波電抗器直流電流晶閘管電感量應(yīng)足夠大，保證Id通過時(shí)不會(huì)飽和LdududaisUsLdVT2VT3VT4VT1Id下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路

假定系統(tǒng)交流電源為理想電壓源，且所有的晶閘管、電感沒有任何損失，可得到如圖所示的電壓和電流波形?？刂平墙涣麟妷鹤匀贿^零點(diǎn)到觸發(fā)脈沖輸出之間的時(shí)間間隔所對(duì)應(yīng)的角度。VT1VT3VT2VT4is1udauisudaπ/20wtwtwtua2π3π/2π下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路當(dāng)控制角為a

時(shí)，輸出電壓的平均值可為：Us：交流電源有效值直流側(cè)輸出的有功功率為：

不考慮損耗，直流輸出功率等于交流側(cè)輸入的有功功率。下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路Usm為電壓峰值，Us為有效值，原式變?yōu)椋杭僭O(shè)Is1m為is(t)傅里葉級(jí)數(shù)展開的基波電流峰值則：Is1m

=(4/p)Id下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路假定基波滯后功率因數(shù)為cosj1則從圖中推得：Is1：交流電流基波分量有效值VT1VT3VT2VT4is1udauisudaπ/20wtwtwtua2π3π/2π下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路整流電路輸入的交流電壓矢量為：交流側(cè)基波電流矢量為：ReImIs1_qIs1Is1_daUs.基波電流分量Is1的矢量滯后于角度為a，即基波對(duì)應(yīng)的功率因數(shù)角j1。Us.當(dāng)a>p/2時(shí)，基波有功電流分量Is1－d變?yōu)樨?fù)值。下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路當(dāng)單相全控橋整流電路工作在a=90°時(shí)，直流側(cè)與交流側(cè)沒有有功功率的交換，交流線路上只存在無功電流。單相全控橋整流電路的電壓、電流波形可根據(jù)傅立葉級(jí)數(shù)分解描述:下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路5.1.2單相全控橋整流電路的換流單相全控橋整流電路結(jié)構(gòu)圖及換流波形LdududaisUsLdVT2VT3VT4VT1IdLsVT1VT3udaiisudaπ/20wtwtwtua2π3π/2πVT2VT4agAw下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路換流重疊過程wt=a時(shí)，VT1、VT3觸發(fā),4個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，流過VT2、VT4的電流逐漸下降到零，VT1、VT3中的電流值逐漸上升到Id的過渡過程。換流重疊過程換流重疊過程過渡時(shí)間所對(duì)應(yīng)的角度VT1VT3udaiisudaπ/20wtwtwtua2π3π/2πVT2VT4agAw下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路

換流重疊期間，整流輸出電壓Uda為零，直流電流Id保持不變。若忽略4個(gè)晶閘管的導(dǎo)通管壓降，is(t)

為：令Xs=wLs，wt=a時(shí)，is(t)=－Id，解上式得：下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路換流結(jié)束時(shí)，wt=a+g，is(t)=Id，由此可得：整理后可得：令上式可寫成：下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路對(duì)整流電路的輸出起到非常重要的作用，它也是控制整流電路換流的起始點(diǎn)?？刂平莂換流重疊角g為控制角a的函數(shù)下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路換流重疊期間，a取不同數(shù)值,is(t)過渡過程的波形交流電流is(t)總是為余弦電流過零的一段波形。0π/2ia-Idis3πwtis2is4is1a4is0a2a3a1a4+g4a2+g2a0a1+g1a3+g3Id下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路0π/2ia-Idis3πwtis2is4is1a4is0a2a3a1a4+g4a2+g2a0a1+g1a3+g3Id當(dāng)a

=

p/2時(shí)，換流重疊過程最短，換流電壓幅值最高。當(dāng)a=0時(shí)，

g=g0，則有：dx和g0表明實(shí)際交流側(cè)對(duì)電流的電抗性能。

下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路給定變壓器，在相對(duì)短路電壓UxN和所呈現(xiàn)的額定電流下，dx可寫為：例如:UxN=5%則可推算出：dxN

=3.54%g0=21.7°下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路圖中Aw表示由于Xs的存在，直流輸出電壓所損失電壓對(duì)應(yīng)的面積。將方程(5.5)進(jìn)行積分，可得相對(duì)于方程VT1VT3udaiisudaπ/20wtwtwtua2π3π/2πVT2VT4agAw下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路將方程進(jìn)行積分得：即：考慮到關(guān)系式和將電壓方程修改為：即：下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路考慮線路電抗Xs后，直流輸出電壓的平均值隨負(fù)載電流成正比地增加的工作特性,及相應(yīng)的短路狀態(tài)(Uda=0，dx=1)a=p/3a+g=p_mina+g=p1.00.60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8-1.00.8a=p/6a=p/2a=2p/3dxa=p/4a=3p/4a=5p/6UdaUd0min=p/61.00.80.60.40.2a=0下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路兩個(gè)不同直流電流Id下，相應(yīng)的兩個(gè)控制角不同時(shí)的換流波形Uπ/20wtwtwt2π3π/2πag00-IdIdIVT3=IVT1IVT2=IVT4udais穩(wěn)定的逆變運(yùn)行波形由逆變向整流的轉(zhuǎn)移0Uπ/2wtwtwt2π3π/2πag00Id-Idisuda下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路換流期間，保持IVT1=IVT3

和IVT2=IVT4的假設(shè)前提已經(jīng)不能成立?？赏频门R界工作狀態(tài)a+g=p的輸出電壓方程:根據(jù)下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路晶閘管中電流由導(dǎo)通至截止、又到重新施加正向電壓的時(shí)間，對(duì)應(yīng)的電角度用s表示?；謴?fù)時(shí)間最小的恢復(fù)時(shí)間smin和工作臨界狀態(tài)為：因此：輸出電壓的平均值為：下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路控制角a均為常數(shù)的單相全控橋整流電路特性曲線1.0a=p/3a=p/6a=p/2a=2p/3dxa+g=2p/30.60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8-1.00.8UdaUd01.00.80.60.40.2a=0a+g=5p/6g=p/6g=p/3ag=p/2a+g=p下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路5.1.3單相全控橋整流電路的工作原理分析假定所有的電路元件均為理想元件，且認(rèn)為平波電感中流過的電流為恒定的理想電流，在穩(wěn)定的直流電流作用下，該電感相當(dāng)于短路狀態(tài)，它只是在電路動(dòng)態(tài)過程中起到遏制電流突變的作用。下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路LdududaisUsLdVT2VT3VT4VT1IdLs單相全控橋整流電路電壓、電流波形Uπ/20wtwt2π3π/2πag0isudaud下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路設(shè)整流電路的工作區(qū)間為:輸出電壓為:輸出電流與電壓的關(guān)系可表示為:將帶入上式后得:下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路IdA:

換流結(jié)束時(shí)的直流電流值在換流區(qū)間，電角度變量的取值范圍為換流區(qū)間的微分方程為：下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路對(duì)方程求解得：換流開始時(shí):wt=a

，IdE=－Is=Id換流結(jié)束時(shí):wt=a+g,Id=Is=IdA

下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路5.1.4單相全控橋整流電路的間斷運(yùn)行問題間斷運(yùn)行控制角a在某一恒定的角度運(yùn)行，若直流輸出電壓Ud增加，則輸出的平均直流電流Id就會(huì)減少，甚至使直流電流不再連續(xù)，即在某時(shí)段沒有電流運(yùn)行的現(xiàn)象。下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路Uπ/20wtwt2π3π/2πa0isududa導(dǎo)通角電流導(dǎo)通對(duì)應(yīng)的角度在間斷運(yùn)行方式下，單相全控橋整流電路的導(dǎo)通角q<p。當(dāng)Us>Ud時(shí)，最小控制角為：下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路在a≤wt≤a+q

區(qū)間，當(dāng)兩個(gè)橋臂都有一個(gè)功率器件有電流導(dǎo)通時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出電壓為：輸出電流為：下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路在(a+q)≤wt≤(p+a)區(qū)間，無電流工作橋路，此時(shí)的輸出電壓為：Uda=Ud輸出電流為：Id=0在間斷工作狀態(tài)下，輸出電壓的平均值保持恒定值：Uda=Ud下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路dx1.570.1-1.570.0501.0-1.0Ud0Udaa=qa=amin

a=p/3a=p/2a=2p/3a=5p/3a=4p/3a=pXd/Xs=5時(shí),單相全控橋整流電路運(yùn)行特性1.0a=p/3a=p/4a=p/2a=2p/3dx0.60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.80.81.00.60.40.2a=0a=3p/40.8Ud0Uda下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路5.1.5不可控兩脈沖整流電路

單相全控橋式整流電路用4個(gè)二極管來代替4個(gè)晶閘管的兩脈沖整流電路不可控。udisUsVD2VD3VD4VD1負(fù)載

這種電路在直流側(cè)并上一個(gè)平波電容得到直流電壓。下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路XsC→∞IdudisUsVD2VD3VD4VD1負(fù)載根據(jù)電容濾波的整流原理實(shí)現(xiàn)的電路結(jié)構(gòu)udisUsVD2VD3VD4VD1負(fù)載下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路理想情況下，整流橋中任何時(shí)候總是有兩個(gè)二極管導(dǎo)通，而另外兩個(gè)二極管截止。Uπ/20wtwt2π3π/2π1.00isudusamin0.5usm只有當(dāng)電流is過零后，另一對(duì)二極管才能導(dǎo)通。當(dāng)直流電壓Ud

很高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電流斷續(xù)。下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路在區(qū)間amin≤wt≤amin+q，對(duì)應(yīng)的電流方程為：在wt=amin+q時(shí)，sinamin=Ud/Usm，直流電壓方程為：下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路平均電流為：當(dāng)電壓Ud降低時(shí)，且q=p，則q不再變化，Ud進(jìn)一步減小，二極管的導(dǎo)通時(shí)序依次后移。Uwta0udususmπ/20wt2π3π/2π1.0is0.5下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路設(shè)觸發(fā)角為a

，則輸出電壓為：當(dāng)wt=a時(shí)，Id=0，直流電流為：通過積分得到的直流電流平均值為：下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路0.40.60.81.00.20.00.400.20.60.81.0udusmqaminπpaudusmaminπpa=amin標(biāo)幺值表示的電壓、角度與電流之間的關(guān)系下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路5.1.6半控整流電路

IdududaisUsVT3VT4VT1iVT4iVT3iVT2iVT1VT2

用兩個(gè)可控半導(dǎo)體器件和兩個(gè)不可控半導(dǎo)體器件組成半控整流電路

共陽極組（或共陰極組）的晶閘管都換成不可控的二極管下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路IdududaisUsVD2VD3VT4VT1iVT4iVT3iVD2iVT1

將某個(gè)橋臂都轉(zhuǎn)換成二極管下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路橋臂可控整流電路及理想化電壓、電流波形IdududaisUsVD2VD3VT4VT1iVT4iVT3iVD2iVT1Ld/2Ld/2π/20wt2π3π/2πwtwtwtwtwtUa0UsmudUsisiVT4iVT3iVT2iVT1IdId-IdIdIdId注：此時(shí)的波形相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路假定在理想條件下，直流電壓的平均值為：即網(wǎng)絡(luò)電流的基波有功分量為：無功分量為：下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路

半控橋整流電路在恒定工作電壓下交流側(cè)基波分量矢量關(guān)系ImRc0Isq1Is1Isq1aUs下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路5.1.7半控整流電路的正常工作特性分析

IdududaisUsVD2VD3VT4VT1iVT4iVT3iVD2iVT1Ld/2Ld/2LsUπ/20wtwtwt2π3π/2πag00IdIVT1IVT2g0UsUsm下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路換流過程的微分方程wt=a時(shí)，is(t)=0所以：換流結(jié)束時(shí)：is(t)=IdUπ/20wtwtwt2π3π/2πag00IdIVT1IVT2g0UsUsm下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路半波結(jié)束時(shí)：由此可得：Uπ/20wtwtwt2π3π/2πag00IdIVT1IVT2g0UsUsm換流期間is(t)

在Id附近變化換流重疊角較小直流電壓的降低為單相全控橋整流電路的一半下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路采用5.1.2節(jié)類似的方法可以推得減小的電壓面積：下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路整流電路在每個(gè)半波開始的換流不產(chǎn)生附加壓降，但會(huì)隨時(shí)間的推移呈逐漸下降的趨勢(shì)，并最終到零。因a不能小于g0，整流電路工作范圍的臨界電壓方程為：根據(jù)可得：下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路單相半控橋式整流電路工作特性0.80.61.41.21.02.01.80.21.60.41.000.40.20.80.6a=p/3a=p/2a=2p/3dxa=0a+=p/3Ud0Uda邊界線

a=a+=p/2a+=2p/3不能設(shè)置的區(qū)域

下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路因?yàn)閺腶到p所包含的電壓面積并不總是非常大，所以換流過程并不總是相同。整流電路的工作不像單相全控橋整流電路那樣進(jìn)入整流全控狀態(tài)。wtwtwtwtπ/202π3π/2πisiVT3iVT2UsmUs0000IdaiVT1iVT4UdIdiU下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路

三相整流電路是將三相交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷囊环N整流裝置。5.2三相整流電路Iduda

us共陰極組Ld/2PiscisbisaVT5VT1VT3VT4VT2VT6Ld/2iT6iT4iT5iT3iT2iT1N共陽極組下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路三相橋式整流電路及輸出電壓、電流波形

wt0UUabUcbUbcUacUbaπ/202π3π/2π11π/67π/65π/6π/3π/6wtisaisa1IId0wt0a=0UUsaUsbawtUscIdududa

usaLd/2iscisbisaVT5VT1VT3VT4VT2VT6Ld/2usbusc下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路5.2.1理想工作狀態(tài)三相橋式整流電路的輸出電壓可從直流端電壓的極性得到。最簡單方法就是用直流側(cè)的正極性端電位減去負(fù)極性端電位。以三相電源中性點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，假定正常工作時(shí):直流側(cè)的電流Id為恒定直流晶閘管的控制角a=0下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路共陰極組P點(diǎn)的電位是三相電源中瞬時(shí)值的幅值最高一相的電位；共陽極組N點(diǎn)的電位就是三相電源中瞬時(shí)值最低一相的電位。Idududa

us共陰極組Ld/2PiscisbisaVT5VT1VT3VT4VT2VT6Ld/2iT6iT4iT5iT3iT2iT1N共陽極組下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路

除了交叉點(diǎn)外，任何時(shí)刻只有一相電源的電壓幅值最高，一相電源的電壓幅值最低。

wt0UUabUcbUbcUacUbaπ/202π3π/2π11π/67π/65π/6π/3π/6wtisaisa1IId0wt0a=0UUsaUsbawtUsc下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路三相橋式整流電路導(dǎo)通順序及輸出電壓工作區(qū)間p/6～p/2p/2～5p/65p/6～7p/67p/6～3p/23p/2～11p/611p/6～13p/6最高相電壓Ua

Ua

UbUbUcUc最低相電壓UbUbUcUcUa

Ua

導(dǎo)通晶閘管VT6,VT1

VT1,VT2

VT2,VT3

VT3,VT4VT4,VT5

VT5,VT6輸出電壓UabUac

UbcUbaUca

Ucb

下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路每隔p/3有一次換流，每個(gè)周期共有6次換流，一個(gè)周期重復(fù)一個(gè)周期，無窮循環(huán)。直流輸出電壓波形是由各區(qū)間對(duì)應(yīng)的線電壓“拼湊”而成。

wt0UUabUcbUbcUacUbaπ/202π3π/2π11π/67π/65π/6π/3π/6wtisaisa1IId0wt0a=0UUsaUsbawtUsc下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路控制角a=0的起點(diǎn)不是定在電壓的正向過零點(diǎn)，而是定在兩個(gè)相電壓的相交點(diǎn)。

wt0UUabUcbUbcUacUbaπ/202π3π/2π11π/67π/65π/6π/3π/6wtisaisa1IId0wt0a=0UUsaUsbawtUsc下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路晶閘管的控制角一般不為零，隨著控制角的改變，輸出電壓的波形會(huì)出現(xiàn)前后移動(dòng)，對(duì)應(yīng)的幅值也會(huì)發(fā)生上下偏移。根據(jù)分段線性法的方式分析輸出電壓和輸出電流。

wt0UUabUcbUbcUacUbaπ/202π3π/2π11π/67π/65π/6π/3π/6wtisaisa1IId0wt0a=0UUsaUsbawtUsc下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路輸出電壓的平均值為：即：Ua:

a

相相電壓有效值Uam:a

相相電壓的幅值下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路用U2表示三相對(duì)稱系統(tǒng)相電壓的有效值，三相橋式整流電路輸出電壓的表達(dá)式為:

比較

單相整流輸出電壓的表達(dá)式和三相整流輸出電壓表達(dá)式基本上相同，只是單相整流輸出電壓的系數(shù)小一些。下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路

每個(gè)晶閘管的導(dǎo)通角都是2p/3，同一橋臂的上、下兩個(gè)晶閘管之間相隔p/3電角度，并具有對(duì)稱性。如果三相系統(tǒng)的中性點(diǎn)不接地，三相電流應(yīng)滿足：

wt0UUabUcbUbcUacUbaπ/202π3π/2π11π/67π/65π/6π/3π/6wtisaisa1IId0wt0a=0UUsaUsbawtUsc下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路

用傅立葉級(jí)數(shù)將圖中的線電流展開后得：下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路

線電流的波形與變壓器的連接方式有關(guān)Idududa

usaLd/2icibiaVT5VT1VT3VT4VT2VT6Ld/2usbuscipaipcipbiscisbisa下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路

D/Y-11連接方式下的三相整流電路的電流波形iPa=iaπ/22π3π/2

wtiPbaId0

wt0π-π/3wtId0isc2IdId0isbwtId0Id0iPcwtwt2IdId02Idisa下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路5.2.2一般條件下的整流

Idududa

usaLd/2icibiaVT5VT1VT3VT4VT2VT6Ld/2usbuscipaipcipbiscisbisa下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路VT5過渡到VT1的換流期間,短路電壓Uk=Usa-Usc直接加在線路電抗2wLs上，其電流表達(dá)式可寫為:假定直流電流Id為恒定值，dId/dwt=0，且在換流期間isa+isc=Id,上式可改寫為：即下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路

t‘與t之間的0參考點(diǎn)不同，用Usm表示線電壓的幅值，代入初始條件wt’

=a

，isc=0

，解上式得：系數(shù)不同

Id為恒定直流，換流時(shí)一個(gè)支路電流上升，另一個(gè)支路電流下降。比較下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路

若換流過程持續(xù)時(shí)間對(duì)應(yīng)的角度仍為g當(dāng)換流結(jié)束時(shí)，

isa=Id

則:根據(jù)電壓-角度的面積Aw計(jì)算公式，直流輸出電壓的平均值Uda可簡化為:下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路

對(duì)從a～a+g進(jìn)行積分，得：換流重疊過程后，直流輸出電壓的平均值為：式中：下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路

根據(jù)三相系統(tǒng)的對(duì)稱性，用相電壓的有效值表示：

三相橋式整流電路的工作特性曲線完全可以借鑒單相橋式整流電路的特性進(jìn)行分析，但所推得的方程和工作特性不能推廣到短路狀態(tài)。直流輸出電壓減小了與單相橋式整流電路的結(jié)果基本一致比較下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路

5.2.3特殊運(yùn)行狀態(tài)

三相橋式整流電路同樣存在電流間斷的問題，它與負(fù)載的特性有關(guān)。若負(fù)載電阻用直流電壓ud表示，則在沒有電流的區(qū)間,用直流電壓ud代替計(jì)算。此時(shí)晶閘管的導(dǎo)通角q小于p/3。

wt0UUabUcbUbcUacUbaπ/202π3π/2π11π/67π/65π/6π/3π/6wtisaisa1IId0wt0a=0UUsaUsbawtUsc下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路在三相橋式整流電路的間斷運(yùn)行中，每個(gè)晶閘管中通過的電流都會(huì)有間斷現(xiàn)象，在每個(gè)晶閘管2p/3的導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)，對(duì)晶閘管保持連續(xù)觸發(fā)脈沖，或用雙窄脈沖觸發(fā)方式，持續(xù)角度不得小于p/3。

wt0UUabUcbUbcUacUbaπ/202π3π/2π11π/67π/65π/6π/3π/6wtisaisa1IId0wt0a=0UUsaUsbawtUsc下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路

大功率整流電路要求有高電壓和大電流，只用一個(gè)三相橋式整流電路無法滿足負(fù)載的需求，此時(shí)須將整流電路進(jìn)行合理的串聯(lián)或并聯(lián)運(yùn)行，這樣不僅能增加輸出功率，同時(shí)還能有效降低線路電流和輸出電壓中的諧波含量、并使最低的諧波頻率進(jìn)一步抬高。實(shí)現(xiàn)這樣的大功率整流控制，觸發(fā)脈沖數(shù)也會(huì)隨之提高。5.3多脈沖整流電路下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路

5.3.1三相整流電路的串聯(lián)

兩個(gè)三相橋式整流電路串聯(lián)運(yùn)行的電路結(jié)構(gòu)isa1VT52VT12VT32VT41VT21VT61iVT21Uda1

isc1isb1iVT11iVT61iVT51iVT41iVT31Uda

Uda2

isc2isb2isa2iVT52iVT42iVT12iVT32iVT62VT51VT11VT31PVT42VT22VT62NiVT22下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路

UsaiscisbisaUsbUscUab1isc1isb1isa1Uca1Usa1Usc1Usb1Ubc1iac2Uab2isc2isb2isa2Uca2Usa2Usc2Usb2Ubc2icb2iba2

兩個(gè)橋式電路輸入的三相電源電流是通過兩個(gè)變壓器的副邊繞組產(chǎn)生三角形連接星形連接下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路

不考慮線路壓降及變壓器漏抗的影響，Usa、Usa1和Uab2的電壓矢量方向完全相同

a相、b相和c相電壓矢量則依次滯后120°。Ubc2Uca2Uab2UsaUsc1UscUsa1Usb1UsbUsa2Usc1Usa1Usb1Usb2Usc230o30o30o下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路三角形連接的副邊繞組的線電壓與星形連接副邊繞組對(duì)應(yīng)的相電壓矢量方向一致，三角形連接的副邊繞組的等效相電壓滯后對(duì)應(yīng)線電壓30°。兩個(gè)副邊繞組相同相電壓矢量之間有p/6的相角差Ubc2Uca2Uab2UsaUsc1UscUsa1Usb1UsbUsa2Usc1Usa1Usb1Usb2Usc230o30o30o下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路

三相交流電系統(tǒng)的線電壓幅值為相電壓幅值的

倍，為了保證兩個(gè)副邊繞組輸出相電壓的幅值相同，在變壓器的設(shè)計(jì)上，要求三角形副邊繞組的線圈匝數(shù)必須是星形副邊繞組匝數(shù)的倍電流矢量之間的關(guān)系與負(fù)載特性有關(guān)，它與對(duì)應(yīng)電壓之間相差一個(gè)功率因數(shù)角，其它的相序關(guān)系則與電壓矢量完全一致。

下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路Uda波形的每段由兩個(gè)整流電路的輸出電壓“組裝”而成，可用正弦波表示，段與段之間相隔p/6。

Uda1Uda2wtUwtUdawtUUsa1Usc1Usb1aUsa2Usc2Usb2ππ/35π/3Uwt2π/34π/30000下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路

直流輸出電壓由12段組成，比三相整流橋路的直流輸出電壓要平滑。直流輸出電壓最低次諧波為輸入電網(wǎng)電壓頻率的12倍。

Uda1Uda2wtUwtUdawtUUsa1Usc1Usb1aUsa2Usc2Usb2ππ/35π/3Uwt2π/34π/30000下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路wt0Isa1IdIsa2Idwt0wt0Idwt02Id/3Id/3Iba2Isawt0Isb2兩個(gè)三相橋路串聯(lián)運(yùn)行時(shí)輸出的電流波形下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路電流表達(dá)式為：有了Iba2后可求得其它電流量分別為：以iba2作為已知參數(shù)，將上面的表達(dá)式及相應(yīng)關(guān)系進(jìn)行重新組合得:或下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路

假定系統(tǒng)工作在對(duì)稱條件下工作，則iba2、iac2、icb2的波形相同，相位互差120°。wt0Isa1IdIsa2Idwt0wt0Idwt02Id/3Id/3Iba2Isawt0Isb2下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路

該系統(tǒng)可看成是零系統(tǒng)，3及3倍數(shù)次諧波電流只能在三角形繞組中流過，不會(huì)通過變壓器的耦合傳到原邊。wt0Isa1IdIsa2Idwt0wt0Idwt02Id/3Id/3Iba2Isawt0Isb2下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路

若不考慮變壓器的飽和效應(yīng)，則不會(huì)出現(xiàn)電壓的沖擊，此時(shí)應(yīng)有下式成立：將以上關(guān)系式代入中，則有：下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路5.3.2兩整流電路的并聯(lián)運(yùn)行整流電路并聯(lián)運(yùn)行可以保證在較低的電壓作用下提供較大的直流電流，并能充分發(fā)揮每個(gè)功率元件的容量，這對(duì)于降低整流電路成本、提高功率元件的利用率非常重要。直流電機(jī)或電解設(shè)備使用電壓在1kV內(nèi)，可用兩個(gè)三相整流電路的并聯(lián)結(jié)構(gòu)形式實(shí)現(xiàn)整流。下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路UsaiscisbisaUsbUscUab1isc1isb1isa1Uca1Usc1Usb1Ubc1Uda1udiac2Uab2isc2isb2isa2Uca2Usa1Usb1Ubc2icb2iba2Uda2Usc2Usb1Usa2Usb2VT4VT2VT6VT2VT6Usa1IdUD

VT5VT1VT3VT5VT3VT1VT4

并聯(lián)結(jié)構(gòu)需要雙副邊繞組變壓器，一個(gè)為星形連接，一個(gè)為三角形連接，提供相差p/6的兩個(gè)三相電源，保證并聯(lián)裝置的正確運(yùn)行。變壓器下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路Uda1Uda2wt0UwtUUsa1Usc1Usb10ππ/35π/3Usc22π/34π/3Usa2Usb2wt0Udawt0UDUs1m/2三相整流電路并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的輸出電壓波形下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路5.3.2.1理想電抗器的工作特征整流電路的輸出電壓為:直流電流為：理想變壓器是由兩個(gè)串行連接的副邊繞組所形成的一個(gè)等效電抗器，在理想情況下：兩個(gè)整流電路的輸出電壓差為:下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路

當(dāng)變壓器的磁路處于飽和狀態(tài)時(shí)，它的副邊繞組不呈現(xiàn)電抗特性，沒有電壓、電流之間的相移，UD為純粹交流電壓，即

變壓器中的電流也可根據(jù)電流疊加原理的假設(shè)前提進(jìn)行疊加分析。根據(jù)功率守恒的原則，變壓器原邊電流的波形可通過直流電流的疊加得到。下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路5.3.2.2實(shí)際電抗器的工作特征實(shí)際電路中，任何電抗器都有勵(lì)磁電流Im，兩個(gè)整流電路的直流輸出電流Id1和Id2不完全相同。Id1IμIdId2Xh下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路Id1Iμ/2IdId2XhId/2Id/2Id1IμIdId2XhId1IμIdId2Xh下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路連接電感勵(lì)磁電流作用時(shí)雙整流電路在某一控制角下的電壓、電流波形wt0wtUDUs1m/2a0UDUda1Uda2UId/8IIμ/2wt0wt0Id/2IId2wt0Id/2IId1π/202π3π/2π下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路0wtUUda2Uda10wtwtbUDUs1m/2awt00wt0wtwtUdaUDIdId1Iμ/20Id/2Id2IdId00π/22π3π/2π連接電感勵(lì)磁電流作用時(shí)雙整流電路在某一控制角下的電壓、電流波形的局部特性下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路整流電路的結(jié)構(gòu)基本組成單元基本相同，工作原理基本相似。為了保證電路的正常運(yùn)行（如橋臂直通保護(hù)、恒壓、均流等功能），在它們的相互組合時(shí)增加了部分電路元件。5.4其它電路結(jié)構(gòu)下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路5.4.1全波整流結(jié)構(gòu)

全波整流電路一般用在功率不大的場(chǎng)合，但此電路需要一個(gè)能引出中性點(diǎn)的變壓器，且變壓器繞組功率較通常情況要大些。UdaUda0wtU下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路UdaUda0wtUUda0UwtUda下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路此整流電路結(jié)構(gòu)的開關(guān)器件中有一半功率元件是由不可控的二極管構(gòu)成，且對(duì)稱。二極管只根據(jù)電壓正、反向決定是否導(dǎo)通，對(duì)電路的控制幾乎沒什么作用。器件本身所承受的電壓與整流輸出電壓波形相同的（輸出電壓處于零時(shí)除外）。5.4.2半控整流結(jié)構(gòu)下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路UdaUda0wtUUdaUda0wtU下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路5.4.3具有續(xù)流支路的整流結(jié)構(gòu)

這種類型的電路中，當(dāng)輸出電壓為零時(shí)，直流電路中的電流通過續(xù)流二極管保護(hù)整流元件不受直流側(cè)引起的過電壓危害。這種結(jié)構(gòu)能使直流側(cè)的滯后電流與交流電網(wǎng)和變壓器原邊的無功電流，不產(chǎn)生耦合關(guān)系，但該電路產(chǎn)生零電壓輸出缺口。下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路UdaUda0wtU在電路設(shè)計(jì)中可將所有已介紹過的簡單整流電路都加上續(xù)流支路（不包括逆變電路），在續(xù)流期間它們同樣會(huì)產(chǎn)生缺口。下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路工業(yè)應(yīng)用中大量使用網(wǎng)絡(luò)換流整流電路，以得到所需要的直流電流。網(wǎng)絡(luò)換流整流電路在電力系統(tǒng)的直流高壓輸電系統(tǒng)中也得到實(shí)際應(yīng)用，它實(shí)際上是由多個(gè)簡單整流電路的疊加而成。5.5網(wǎng)絡(luò)換流整流電路的應(yīng)用下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路5.5.1雙向整流電路可通過改變施加在電樞上的直流電壓方向改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。如采用整流電路實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)向的控制，則要求整流電路直流輸出電壓的極性能夠改變。通常應(yīng)用情況下，一般采用輸出相反極性的兩組整流電路。下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路IdUda2Uda1兩個(gè)反并聯(lián)連接的整流電路Uda1IdUda2下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路IdUda2Uda1

兩整流電路之間可能出現(xiàn)的直通電流（即環(huán)流）用環(huán)流電抗器進(jìn)行限制，并從電抗器的中心抽頭引出直流輸出端子下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路Uda1IdUda2

兩整流電路之間沒有環(huán)流電抗器兩個(gè)整流電路可以分別獨(dú)立控制，以得到兩個(gè)輸出電壓和電流的極性。下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路環(huán)流短路的存在對(duì)電路的運(yùn)行非常不利，不管是哪種輸出電壓等級(jí)，只要在不同組的整流電路中均有一個(gè)橋臂導(dǎo)通（不同相），就會(huì)形成環(huán)流短路，實(shí)質(zhì)上是一種相間短路形式。邏輯無環(huán)流系統(tǒng)一組整流電路工作，另一組不工作的兩個(gè)反并聯(lián)的整流電路系統(tǒng)。下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路局部環(huán)流系統(tǒng)一個(gè)整流電路處于整流輸出狀態(tài)，另一個(gè)整流電路處于逆變工作狀態(tài)，但兩個(gè)整流電路之間存在有限流電抗器的系統(tǒng)。自由環(huán)流系統(tǒng)一個(gè)整流電路處于整流輸出狀態(tài)，另一個(gè)整流電路處于逆變工作狀態(tài)，但兩個(gè)整流電路之間不存在環(huán)流限制器件的系統(tǒng)。下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路5.5.1.1局部環(huán)流工作方式在局部環(huán)流驅(qū)動(dòng)方式下，可將兩組整流電路的直流輸出電壓平均值控制為完全相同，其表達(dá)式為:由前述的計(jì)算公式可得:下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路由于兩個(gè)整流電路的瞬時(shí)輸出電壓Uda1和Uda2在任何瞬間的值不相等，因此產(chǎn)生兩個(gè)整流電路之間的環(huán)流，該環(huán)流通過環(huán)流電抗器可以得到有效地抑制。環(huán)流的大小與所選擇的開關(guān)控制形式、控制角或逆變角以及環(huán)流電抗器大小有關(guān)。為了保證晶閘管在任何情況下都能正常工作，環(huán)流電抗器的電感量應(yīng)選擇最大瞬時(shí)環(huán)流電壓作用下所允許的環(huán)流電流值。環(huán)流電抗器的工作頻率可設(shè)為交流電源輸入頻率的12倍。下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路5.5.1.2自然環(huán)流工作方式在自然環(huán)流工作方式下，只要一個(gè)整流電路的某個(gè)晶閘管有一個(gè)截止動(dòng)作，就會(huì)對(duì)另一個(gè)整流電路的工作產(chǎn)生沖擊。此時(shí)，當(dāng)需要改變輸出電流的方向，若要觸發(fā)一個(gè)整流電路中的某個(gè)晶閘管，就必須先行關(guān)斷另一個(gè)整流電路正在工作的某個(gè)晶閘管，否則會(huì)產(chǎn)生交流電源的短路。在自然環(huán)流工作方式下，電流換向的等待時(shí)間比局部環(huán)流工作方式下電流換向的等待時(shí)間長。下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路5.5.2交－交變頻器

直接變頻器交－交變頻器在兩個(gè)反并聯(lián)連接的整流電路的基礎(chǔ)上，通過改變直流輸出電壓和輸出電流的方向使負(fù)載得到交流電源。交流電源的頻率可調(diào)，使一個(gè)整流電路輸出電流為正半波，另一個(gè)整流電路輸出電流為負(fù)半波，兩個(gè)整流電路交替作用，周而復(fù)始，不斷循環(huán)。下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路5.5.2.1帶狀變頻器帶狀變頻器交－交變頻器的兩個(gè)整流橋交替工作，負(fù)載得到一個(gè)交流電源，交流輸出電壓看似一個(gè)帶狀波形。Uda1UUm0wt02π3ππ6π5π4π0Iwta1=0a1=0a2=0a1=--0a2=--0GR2WR1GR1WR2GR1下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路某個(gè)整流電路輸出電壓的極性變化時(shí)，它只要從整流狀態(tài)變?yōu)槟孀儬顟B(tài)即可；輸出電流反向時(shí)，則必須在一個(gè)整流電路到零時(shí)，才能開放另一個(gè)整流電路。Uda1UUm0wt02π3ππ6π5π4π0Iwta1=0a1=0a2=0a1=--0a2=--0GR2WR1GR1WR2GR1下頁上頁返回基于晶閘管的電網(wǎng)換流型整流電路在“死時(shí)”時(shí)間段內(nèi)，系統(tǒng)不可控?！八罆r(shí)”的持續(xù)時(shí)間是可控的，這個(gè)時(shí)間應(yīng)根據(jù)環(huán)流大小、晶閘管的反向恢復(fù)時(shí)間及晶閘管的驅(qū)動(dòng)速度確定。Uda1UUm0wt02π3ππ6π5π4π0I