電力電子技術(shù)第二章綜述課件

第2章晶閘管相控電路2.1晶閘管單相可控整流電路2.4相控式交流調(diào)壓電路2.3電動(dòng)勢負(fù)載可有源逆變2.2晶閘管三相可控整流電路2.5相控電路的同步問題7/23/20231概述：各種整流器電解用整流器同步電機(jī)勵(lì)磁用整流器電力傳動(dòng)用整流器7/23/20232大型整流器小型整流器這種交-直傳動(dòng)的電力機(jī)車，也用到了大功率整流器。概述各種整流器7/23/202332.1晶閘管單相可控整流電路整流電路2.1.1單相半波整流電路2.1.2單相橋式全控整流電路2.1.3單相橋式半控整流電路7/23/20234單相半波整流電路BECDA電路構(gòu)成電壓波形及表達(dá)式數(shù)量關(guān)系電感性負(fù)載續(xù)流二極管2.1.1單相半波整流電路7/23/202352.1.1單相半波整流電路——電路構(gòu)成u為交流輸入電壓VT為晶閘管ud為輸出電壓，其中有直流成分，也有交流成分R為負(fù)載7/23/202362.1.1單相半波整流電路——電壓波形及表達(dá)式輸出電壓的波形晶閘管電壓的波形7/23/202372.1.1單相半波整流電路——數(shù)量關(guān)系負(fù)載電壓平均值（直流成分）為負(fù)載電壓有效值為功率因數(shù)為7/23/202382.1.1單相半波整流電路——電感性負(fù)載如果整流電路的負(fù)載是電感性的（電阻和電感的串聯(lián)），與純電阻負(fù)載相比電路中的各電量將產(chǎn)生很大的變化。當(dāng)晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通后，由于電感的存在電流不能突變，只能較緩慢地上升，id和ud的波形不再相同。晶閘管從開始導(dǎo)通到關(guān)斷所對(duì)應(yīng)的電角度叫做導(dǎo)通角θ，對(duì)于電感性負(fù)載，α+θ>π。7/23/202392.1.1單相半波整流電路——電感性負(fù)載負(fù)載電壓的直流成分為電路的微分方程為微分方程的解為α、φ、θ之間的關(guān)系為7/23/2023102.1.1單相半波整流電路——電感性負(fù)載大電感負(fù)載（φ接近π/2）和純電阻負(fù)載（φ=0）兩種極端的情況θ與α的關(guān)系曲線。7/23/2023112.1.1單相半波整流電路——續(xù)流二極管VR為續(xù)流二極管，正半周VT導(dǎo)通時(shí)VR承受反向電壓而阻斷，仍有ud=u，負(fù)半周，由于電感產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為VR提供正向電壓，VR導(dǎo)通，VR的導(dǎo)通又將電源負(fù)電壓加在VT兩端使其關(guān)斷，此時(shí)負(fù)載電流通過VR形成回路。電路工作時(shí)能量的傳遞過程為，VT導(dǎo)通時(shí)電源輸出的能量一部分供R消耗，另一部分被L吸收儲(chǔ)存；在VT關(guān)斷期間，電感釋放能量供R消耗，直到L中的儲(chǔ)能釋放完畢，id下降到0，VR關(guān)斷。7/23/2023122.1.1單相半波整流電路——續(xù)流二極管由于二極管的作用，盡管在進(jìn)入電源電壓負(fù)半周的一段時(shí)間負(fù)載電流仍不為0，但晶閘管關(guān)斷，負(fù)載電壓為0，輸出電壓波形與電阻性負(fù)載完全相同，所以可用式電阻性負(fù)載的方法來計(jì)算輸出直流電壓。負(fù)載電流的波形與純電阻負(fù)載是有較大差異的，但不難證明其平均值即直流成分之間仍存在著Id=Ud/R的關(guān)系。

7/23/2023132.1.1單相半波整流電路——續(xù)流二極管如果使τ足夠大，負(fù)載電流id的波形將趨于一條直線，電阻兩端的電壓也接近于純直流。此時(shí)，晶閘管和續(xù)流二極管交替導(dǎo)通，VT的導(dǎo)通區(qū)間為α<ωt<π，續(xù)流二極管的導(dǎo)通區(qū)間為π<ωt<2π+α。由于id為直線，則流過晶閘管和續(xù)流二極管的電流的波形為矩形波。由此可得出晶閘管電流有效值IVT為續(xù)流二極管電流有效值IDR與控制角的關(guān)系為

7/23/2023142.1.2單相橋式全控整流電路單相半波整流電路BECDA主電路結(jié)構(gòu)純電阻負(fù)載的波形純電阻負(fù)載的計(jì)算RL負(fù)載的波形RL負(fù)載的計(jì)算7/23/2023152.1.2單相橋式全控整流電路——主電路結(jié)構(gòu)四個(gè)橋臂均為可控的晶閘管，所以該電路叫做單相橋式全控整流電路。對(duì)四個(gè)晶閘管的控制規(guī)則是，在電源電壓正半周，在ωt=α?xí)r同時(shí)向VT1、VT4發(fā)觸發(fā)脈沖，使其導(dǎo)通；在電源電壓負(fù)半周，在ωt=π+α?xí)r同時(shí)向VT2、VT3發(fā)觸發(fā)脈沖，VT2、VT3在負(fù)半周導(dǎo)通。7/23/2023162.1.2單相橋式全控整流電路——純電阻負(fù)載的波形純電阻負(fù)載輸出電壓和輸出電流的波形純電阻負(fù)載晶閘管電壓的波形7/23/2023172.1.2單相橋式全控整流電路——純電阻負(fù)載的計(jì)算純電阻負(fù)載輸出電壓平均值純電阻負(fù)載輸出電壓有效值功率因數(shù)7/23/2023182.1.2單相橋式全控整流電路——RL負(fù)載的波形RL負(fù)載輸出電壓和輸出電流的波形RL負(fù)載晶閘管電壓的波形7/23/2023192.1.2單相橋式全控整流電路——RL負(fù)載的計(jì)算負(fù)載電壓平均值為晶閘管電流有效值為

7/23/2023202.1.3單相橋式半控整流電路單相橋式半控整流電路續(xù)流二極管失控現(xiàn)象電感性負(fù)載主電路結(jié)構(gòu)7/23/2023212.1.3單相橋式半控整流電路——主電路結(jié)構(gòu)如果將橋式全控電路的兩個(gè)橋臂換成整流二極管，則電路就成了橋式半控整流電路。對(duì)于純電阻負(fù)載，電路工作時(shí)VT1、VD4同時(shí)導(dǎo)通；VT2、VD3同時(shí)導(dǎo)通，兩組器件均在電源電壓的過零點(diǎn)關(guān)斷，這與全控電路相同。但對(duì)于電感性負(fù)載半控電路的工作過程與全控電路有較大的差異。

7/23/2023222.1.3單相橋式半控整流電路——電感性負(fù)載在電源電壓的正半周，在ωt=α?xí)r向VT1發(fā)觸發(fā)脈沖，VT1導(dǎo)通。VD3、VD4不受觸發(fā)脈沖控制，但是VD3的陰極接在電源的正極、VD4的陰極接電源負(fù)極，VD4的導(dǎo)通趨勢更大，而VD4一旦導(dǎo)通則將整個(gè)電源電壓加在VD3的兩端，使其承受反壓。所以在ωt=α以后，電路中VT1和VD4導(dǎo)通，負(fù)載電壓ud=u。

7/23/2023232.1.3單相橋式半控整流電路——電感性負(fù)載到ωt=π之后，電源電壓過零變負(fù)，由于電感的感應(yīng)電動(dòng)勢的作用，負(fù)載中仍有電流，VT1保持導(dǎo)通狀態(tài)，但是電源電壓變負(fù)使得VD3因受正壓而導(dǎo)通，VD3的導(dǎo)通又將電源電壓加在VD4的兩端，使VD4承受負(fù)電壓而關(guān)斷?？梢?，從電源電壓進(jìn)入負(fù)半周到觸發(fā)VT2這段時(shí)間，電路中VT1和VD3導(dǎo)通，電感電流通過VT1、VT3形成回路，如果忽略VT1、VD3的導(dǎo)通壓降，此時(shí)ud=0。7/23/2023242.1.3單相橋式半控整流電路——失控現(xiàn)象假如電路進(jìn)入了穩(wěn)定狀態(tài)，電源在某正半周已成功地使VT1觸發(fā)導(dǎo)通，正常情況下電路經(jīng)過VT1、VD4導(dǎo)通和VT1、VD3導(dǎo)通兩個(gè)階段，待到VT2被觸發(fā)導(dǎo)通后給VT1施加反壓使其關(guān)斷。但如果發(fā)往VT2的脈沖丟失或其它原因VT2未能導(dǎo)通，VT1就無法獲得反壓而關(guān)斷。這樣，VT1、VD3導(dǎo)通的狀態(tài)將繼續(xù)，電感通過VT1、VD3形成放電回路。如果負(fù)載電路的時(shí)間常數(shù)足夠大，到電源負(fù)半周結(jié)束電感的能量尚未釋放完畢，id仍未下降到0，在電源下一個(gè)正半周開始時(shí)，由于電源極性的改變，VD4、VD3換相，又進(jìn)入VT1、VD4導(dǎo)通的狀態(tài)，此狀態(tài)下，ud=u，電源給電感補(bǔ)充能量。該狀態(tài)持續(xù)到本正半周的結(jié)束，VD4、VD3再一次換相，VT1、VD3導(dǎo)通，電感釋放能量。以后反復(fù)重復(fù)上述過程，電路表現(xiàn)為電源正半周VT1、VD4導(dǎo)通；負(fù)半周VT1、VD3導(dǎo)通。這就是“失控”現(xiàn)象。

7/23/2023252.1.3單相橋式半控整流電路——續(xù)流二極管

防止失控出現(xiàn)的有效措施是加續(xù)流二極管，即在負(fù)載兩端并聯(lián)一個(gè)二極管VR，陰極接ud+；陽極接ud-。當(dāng)ud=u>0，VR承受反壓不導(dǎo)通，當(dāng)電源電壓過零變負(fù)時(shí),由于電感感應(yīng)電動(dòng)勢的作用，VR導(dǎo)通。VR的導(dǎo)通使得VT1、VD3的串聯(lián)支路的兩端因有一個(gè)很小的電壓不足以使VT1、VD3導(dǎo)通，所以VT1關(guān)斷。VR導(dǎo)通后ud=0，一直持續(xù)到VT2獲得觸發(fā)脈沖而導(dǎo)通，電路進(jìn)入VT2、VD3導(dǎo)通的狀態(tài)，ud=-u。待到負(fù)半周結(jié)束，VR又一次導(dǎo)通，同時(shí)使VT2關(guān)斷，ud=0，直到VT1再度獲得觸發(fā)脈沖開通。7/23/2023262.1.3單相橋式半控整流電路——續(xù)流二極管加入續(xù)流二極管后晶閘管電流有效值為

加入續(xù)流二極管后續(xù)流二極管電流有效值為

7/23/2023272.2.2三相橋式全控整流電路整流電路2.2.1三相半波整流電路2.2.3三相橋式半控整流電路2.2晶閘管三相可控整流電路7/23/2023282.2.1三相半波整流電路三相半波電路結(jié)構(gòu)電阻性負(fù)載電感性負(fù)載7/23/2023292.2.1三相半波整流電路——電路結(jié)構(gòu)

電路結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，三相電壓分別接3個(gè)晶閘管的陽極，3個(gè)陰極接在一起然后接負(fù)載，負(fù)載的另一端接零線。所以該電路又叫三相零式。7/23/2023302.2.1三相半波整流電路——電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載控制角小于30度時(shí)的（輸出電壓波形輸出電壓連續(xù)）電阻性負(fù)載控制角小于30度時(shí)的輸出電壓平均值的公式為

控制角小于30度1.7/23/2023312.2.1三相半波整流電路——電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載控制角大于30度時(shí)的（輸出電壓波形輸出電壓斷續(xù)）

電阻性負(fù)載控制角大于30度時(shí)的輸出電壓平均值的公式為控制角大于30度2.7/23/2023322.2.1三相半波整流電路——電感性負(fù)載由于電感的儲(chǔ)能作用，使得電源電壓下降到零后的一段時(shí)間晶閘管仍能維持導(dǎo)通，所以只要負(fù)載的時(shí)間常數(shù)足夠大，即使控制角大于π/6負(fù)載電流也不會(huì)出現(xiàn)斷續(xù)。波形如下圖。7/23/2023332.2.1三相半波整流電路——電感性負(fù)載Ud與α的關(guān)系為將id視為直流，流過晶閘管的電流iVT為方波，iVT的周期為2π，脈沖寬度為2π/3，因此晶閘管電流有效值IVT為7/23/2023342.2.1三相半波整流電路——電感性負(fù)載電源的視在功率S為各相電壓和電流有效值的乘積之合，由于電路是對(duì)稱的，S表示為

S1=3U1I1=3（KU）（IVTa/K）

S2=3UIVT=其中IVTa為變壓器次級(jí)（亦即晶閘管）電流中的交流成分。

可見初級(jí)容量S1和次級(jí)容量S2并不相等，取變壓器容量S為初級(jí)容量S1和次級(jí)容量S2的平均值

7/23/2023352.2.2三相橋式全控整流電路三相橋式全控電路結(jié)構(gòu)電阻性負(fù)載電感性負(fù)載7/23/2023362.2.2三相橋式全控整流電路——電路結(jié)構(gòu)共6個(gè)晶閘管接成三相橋，其中三個(gè)晶閘管共陰極連接；另三個(gè)晶閘管共陽極連接。電路中必須有一個(gè)共陽極組中的晶閘管和一個(gè)共陰極組中的晶閘管同時(shí)導(dǎo)通才能形成電流通路。并且由于兩個(gè)導(dǎo)通的晶閘管屬于不同的兩相

晶閘管的觸發(fā)導(dǎo)通順序VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6→VT1。7/23/2023372.2.2三相橋式全控整流電路——電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載在控制角小于60度時(shí)的負(fù)載電壓波形圖

電阻性負(fù)載在控制角小于60度時(shí)的晶閘管電壓波形圖7/23/2023382.2.2三相橋式全控整流電路——電阻性負(fù)載每間隔π/3發(fā)一次觸發(fā)脈沖，電路換相一次，一個(gè)電源周期中共換相6次，晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)椋?-6、1-2、3-2、3-4、5-4、5-6、1-6、……。負(fù)載電壓由各線電壓分段組成，為uab、uac、ubc、uba、uca、ucb、……。

根據(jù)負(fù)載電壓波形可求出負(fù)載電壓與控制角的關(guān)系為

7/23/2023392.2.2三相橋式全控整流電路——電阻性負(fù)載電阻性負(fù)載在控制角大于60度時(shí)的負(fù)載電壓波形圖

電阻性負(fù)載在控制角大于60度時(shí)的晶閘管電壓波形圖

7/23/2023402.2.2三相橋式全控整流電路——電阻性負(fù)載每隔π/3向一對(duì)晶閘管發(fā)脈沖，這一對(duì)晶閘管導(dǎo)通一定角度（小于π/3）因電源線電壓過零變負(fù)而關(guān)斷。因此造成了輸出電壓斷續(xù)。

由波形圖求出負(fù)載電壓直流成分與α的關(guān)系為7/23/2023412.2.2三相橋式全控整流電路——電感性負(fù)載電感性負(fù)載在控制角大于60度時(shí)的負(fù)載電壓波形圖

電感性負(fù)載在控制角大于60度時(shí)的晶閘管電壓波形圖7/23/2023422.2.2三相橋式全控整流電路——電感性負(fù)載可以看出，電感性負(fù)載在任何控制角下負(fù)載電壓都是連續(xù)的，所以其平均值計(jì)算公式均為

對(duì)任何控制角，晶閘管電流也都是一個(gè)寬度為120度，周期為360度，幅度為負(fù)載電流的方波，計(jì)算公式為7/23/2023432.2.2三相橋式全控整流電路——電感性負(fù)載整流變壓器次級(jí)電流中沒有直流成分，其有效值為整流變壓器次級(jí)電流與相關(guān)晶閘管電流的波形如下圖由于變壓器電流中沒有直流成分，初、次級(jí)電流符合變比關(guān)系

7/23/2023442.2.3三相橋式半控整流電路三相橋式半控電路結(jié)構(gòu)控制角小于60度控制角大于60度7/23/2023452.2.3三相橋式半控整流電路——電路結(jié)構(gòu)三相橋式半控電路與全控電路相比，只是將共陽極組的三個(gè)晶閘管用整流二極管來替代。由于二極管的換相是靠電源電壓的過零反向來完成，所以輸出電壓波形與全控電路有一定的區(qū)別。

7/23/2023462.2.3三相橋式半控整流電路——控制角小于60度由于電路中只有3個(gè)晶閘管，一個(gè)電源周期中控制電路向主電路發(fā)3次觸發(fā)脈沖，其間隔為2π/3。晶閘管的換相由觸發(fā)脈沖決定；而二極管的換相是根據(jù)電源電壓的變化決定的，所以二極管總是在自然換相點(diǎn)換相，輸出電壓的周期為120度。

此時(shí)的輸出電壓平均值為

7/23/2023472.2.3三相橋式半控整流電路——控制角大于60度如果α>π/3，ωt=π/3+α觸發(fā)VT1時(shí)ωt已大于2π/3，此時(shí)c相電壓已低于b相電壓，c相的二極管VD2優(yōu)先導(dǎo)通，電路中不會(huì)出現(xiàn)VT1和VD6導(dǎo)通的過程，VT1被觸發(fā)后即與VD2同時(shí)導(dǎo)通，ud=uac。

此時(shí)的輸出電壓平均值為7/23/202348電動(dòng)勢負(fù)載可有源逆變2.3.1電動(dòng)勢負(fù)載2.3.2逆變的概念2.3電動(dòng)勢負(fù)載可有源逆變2.3.3三相逆變電路7/23/202349電動(dòng)勢負(fù)載電路結(jié)構(gòu)R-E負(fù)載R-L-E負(fù)載2.3.1電動(dòng)勢負(fù)載7/23/2023502.3.1電動(dòng)勢負(fù)載——電路結(jié)構(gòu)在工程應(yīng)用中，相控式整流電路的負(fù)載中常包含著直流電動(dòng)勢，如蓄電池、直流電機(jī)的電樞回路等。由于電動(dòng)勢的存在，會(huì)給各電量的計(jì)算帶來一些新的問題。下面以單相橋式電路為例對(duì)其進(jìn)行分析，其它電路形式分析方法類似。7/23/2023512.3.1電動(dòng)勢負(fù)載——R-E負(fù)載回路電壓方程：負(fù)載電壓不僅與控制角和電源電壓有關(guān)，還與開始導(dǎo)通角有關(guān)，其計(jì)算公式為：開始導(dǎo)通角：7/23/2023522.3.1電動(dòng)勢負(fù)載——R-L-E負(fù)載如果負(fù)載中包含著R、L、E，稱之為R-L-E負(fù)載。假定負(fù)載的時(shí)間常數(shù)足夠大，足以使電壓連續(xù)并且電流的波動(dòng)可以忽略，即id=Id=IO。在ωt=α?xí)rVT1、VT4得到觸發(fā)脈沖而導(dǎo)通，電源給負(fù)載供電。來自電源的能量一部分供給電阻和電動(dòng)勢，另一部分被電感吸收儲(chǔ)存。到ωt=π-δ以后，u<E，但電感電勢的作用使得晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通，電感釋放的能量分以下三部分：供給負(fù)載反電勢；供電阻消耗；回饋給電源。無論其中是否含有反電勢，負(fù)載電壓ud的波形是相同的。因此其直流成分Ud的計(jì)算公式也應(yīng)相同。這一結(jié)論雖然是在單相橋式電路中得出，但因?yàn)殡姼性诟鞣N電路中的作用機(jī)理是一樣的，所以也可以推廣到其它電路中。7/23/2023532.3.2逆變的概念

這是一個(gè)單相橋式全控電路，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與整流電路相同。但直流電源的方向與整流相反。7/23/2023542.3.2逆變的概念要使變流器吸收直流功率控制角必須大于90度。而此時(shí)交流電源電流的基波成分與電壓的相位差也大于90度。說明交流電源是吸收功率的。因此，要使電路工作在逆變狀態(tài)，應(yīng)滿足：1.直流回路有一個(gè)直流電源，方向?yàn)槟軌蜉敵瞿芰浚?.變流器的控制角大于90度。

7/23/202355三相半波三相逆變電路三相橋式2.3.3三相逆變電路7/23/2023562.3.3三相逆變電路——三相半波主電路圖：輸出電壓波形圖：輸出電壓平均值：

負(fù)載電流平均值：7/23/2023572.3.3三相逆變電路——三相橋式三相橋式逆變電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也與整流相同，但有一個(gè)直流逆變電源。負(fù)載電壓的波形晶閘管電壓的波形

7/23/2023582.4相控式交流調(diào)壓相控式交流調(diào)壓2.4.1單相交流調(diào)壓2.4.2三相交流調(diào)壓2.4.3三相6晶閘管無中線交流調(diào)壓器2.4.4星形中點(diǎn)交流調(diào)壓器7/23/202359通過某種裝置對(duì)交流電壓的有效值進(jìn)行調(diào)整叫做交流調(diào)壓。交流調(diào)壓的方式一般分為三種：相控式、斬波式、通斷式。相控式電路一般由晶閘管構(gòu)成，通過改變控制角實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。斬控式電路又叫交流斬波器，一般要用全控型器件來實(shí)現(xiàn)。通斷式調(diào)壓電路也叫功率控制器，主電路也與相控電路相似，但控制規(guī)則不同。本節(jié)只討論相控式交流調(diào)壓。

定義和分類7/23/202360電風(fēng)扇的調(diào)速采用晶閘管相控式交流調(diào)壓技術(shù)白熾燈的調(diào)光是最為廣泛的晶閘管交流調(diào)壓技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例。鐵路貨場的照明燈橋也有采用交流調(diào)壓技術(shù)的，這是交流調(diào)壓技術(shù)的大功率應(yīng)用。7/23/202361大型的晶閘管調(diào)壓設(shè)備晶閘管調(diào)壓設(shè)備晶閘管交流調(diào)壓模塊概述：產(chǎn)品和應(yīng)用7/23/2023622.4.1單相交流調(diào)壓電阻性負(fù)載單相交流調(diào)壓電感性負(fù)載7/23/2023632.4.1單相交流調(diào)壓——電阻性負(fù)載單相相控交流調(diào)壓電路。兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)后與負(fù)載串聯(lián)，通過改變控制角來調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，進(jìn)而起到調(diào)節(jié)負(fù)載電壓有效值的作用。與晶閘管相控整流電路類似，負(fù)載性質(zhì)會(huì)對(duì)電路的工作情況有較大的影響，下面對(duì)純電阻負(fù)載進(jìn)行分析。

7/23/2023642.4.1單相交流調(diào)壓——電阻性負(fù)載相控作用使電流發(fā)生滯后，并且波形也發(fā)生畸變，所以即使純電阻負(fù)載功率因數(shù)也不為1。而且控制角越大，功率因數(shù)越低，這是相控電路普遍存在的一個(gè)缺點(diǎn)。

相控式交流調(diào)壓電路負(fù)載電壓和負(fù)載電流的波形圖7/23/202365負(fù)載電壓有效值：電壓與電流的關(guān)系：視在功率：有功功率：功率因數(shù)：有關(guān)數(shù)量關(guān)系7/23/2023662.4.1單相交流調(diào)壓——電感性負(fù)載

帶電感性負(fù)載的單相交流調(diào)壓電流如左圖。ωt=α?xí)rVT1導(dǎo)通，負(fù)載電壓uo=u，電流開始上升，由于電感的作用，io與uo不呈正比關(guān)系，電感的作用還使晶閘管延遲關(guān)斷，在電壓正半周結(jié)束后的一段時(shí)間VT1仍導(dǎo)通，直到負(fù)載電流下降到0時(shí)VT1關(guān)斷。ωt=π+α?xí)r觸發(fā)VT2，VT2的導(dǎo)通時(shí)間也將持續(xù)到負(fù)半周結(jié)束io下降到零的時(shí)刻。可見晶閘管的導(dǎo)通角θ>π-α。電感性負(fù)載時(shí)負(fù)載電壓和電流的波形如右圖。7/23/2023672.4.1單相交流調(diào)壓——電感性負(fù)載在φ較大且α較小的情況下，先導(dǎo)通的晶閘管尚未關(guān)斷時(shí)后一個(gè)晶閘管就得到了觸發(fā)脈沖，但是由于兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)，先導(dǎo)通的晶閘管的導(dǎo)通壓降會(huì)加在另一晶閘管的兩端使其承受反壓，使后一晶閘管不能導(dǎo)通。為防止這一現(xiàn)象的出現(xiàn)，把觸發(fā)脈沖設(shè)置成一個(gè)脈沖列，對(duì)于VT1，從ωt=α開始，到ωt=π結(jié)束；對(duì)VT2，從ωt=π+α開始，到ωt=2π結(jié)束。這樣可以使得任何一個(gè)晶閘管在前一個(gè)晶閘管關(guān)斷時(shí)也得到觸發(fā)信號(hào)，兩個(gè)晶閘管交替導(dǎo)通。負(fù)載電流為：

7/23/2023682.4.2三相交流調(diào)壓——電路結(jié)構(gòu)圖（a）為由三個(gè)單相交流調(diào)壓電路組合而成，三個(gè)單相交流調(diào)壓器完全獨(dú)立工作，互不影響。圖（b）也是三個(gè)獨(dú)立的單相調(diào)壓器的一種組合形式。但電源為線電壓，組成一個(gè)完整的交流調(diào)壓器。該電路在應(yīng)用時(shí)要求三相負(fù)載有6條引出線，因此造成一定的局限性。圖（c）和（d）所示的兩種電路工作過程比較復(fù)雜，在以下的分析中均假設(shè)負(fù)載是三相對(duì)稱的。7/23/202369電阻性負(fù)載單相交流調(diào)壓電感性負(fù)載7/23/2023702.4.3三相6晶閘管無中線交流調(diào)壓器基本電路特性曲線工作狀態(tài)π/3<α<π/2α>π/2α<π/37/23/2023712.4.3三相6晶閘管無中線交流調(diào)壓器——基本電路（3）本相無晶閘管導(dǎo)通，其它兩相各有一個(gè)晶閘管導(dǎo)通。以A相無晶閘管導(dǎo)通，B、C兩相各有一個(gè)晶閘管導(dǎo)通為例，此時(shí)N點(diǎn)與O點(diǎn)電位不相等.

（2.50）

晶閘管承受電壓有以下3種情況：（1）本相有一個(gè)晶閘管導(dǎo)通，晶閘管電壓為0。（2）電路中6個(gè)晶閘管均不導(dǎo)通。由于負(fù)載兩端沒有壓降，N點(diǎn)和O點(diǎn)電位相等，各晶閘管承受本相的相電壓。A相晶閘管VT1和VT4兩端的電壓uVT1為7/23/2023722.4.3三相6晶閘管無中線交流調(diào)壓器——α<π/3工作狀態(tài)

此時(shí)電路中會(huì)出現(xiàn)三個(gè)晶閘管導(dǎo)通、兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通兩種情況。按照晶閘管的觸發(fā)導(dǎo)通順序，在VT1導(dǎo)通之前VT5、VT6導(dǎo)通，VT1兩端電壓uVT1=1.5uAO，uAO正半周VT1承受正壓。在ωt=α?xí)r觸發(fā)VT1，VT1導(dǎo)通后電路進(jìn)入VT5、VT6、VT1等3個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通的狀態(tài)，各相負(fù)載電壓與電源相電壓相等。輸出電壓的波形如下圖。ωt=π/3時(shí)，相電壓uCO過零變負(fù)，使得VT5關(guān)斷，而后VT1、VT6同時(shí)導(dǎo)通，電源線電壓uAB加在A、B兩相負(fù)載上，A、B兩相負(fù)載電壓為線電壓的一半。由前面對(duì)晶閘管承壓情況的分析知，此時(shí)VT2承受的電壓為VT2符合觸發(fā)導(dǎo)通條件，在ωt=α+π/3時(shí)，VT2導(dǎo)通。電路轉(zhuǎn)為VT6、VT1、VT2同時(shí)導(dǎo)通的狀態(tài)，各相負(fù)載電壓為電源相電壓。7/23/2023732.4.3三相6晶閘管無中線交流調(diào)壓器——α<π/3工作狀態(tài)

A相負(fù)載電壓的波形圖(其它相波形類似，只是、相位不同)負(fù)載電壓有效值的計(jì)算公式為

7/23/2023742.4.3三相6晶閘管無中線交流調(diào)壓器——π/3<α<π/2工作狀態(tài)

電路中總是有兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通，每個(gè)晶閘管的導(dǎo)通角θ2=2π/3。導(dǎo)通兩相的負(fù)載電壓為電源線電壓的一半，晶閘管兩端電壓為0；另一相負(fù)載電壓為0，晶閘管兩端電壓為該相電源相電壓的1.5倍。

例如，電路中VT5、VT6導(dǎo)通，C、B兩相負(fù)載串聯(lián)后與線電壓uBC并聯(lián)，每相負(fù)載電壓為0.5uBC，A相負(fù)載電壓為0，A相晶閘管VT1的端電壓1.5

uAO>0，具備觸發(fā)導(dǎo)通的條件。ωt=α觸發(fā)VT1導(dǎo)通,VT1的導(dǎo)通使電路瞬間處于三相導(dǎo)通狀態(tài)，N點(diǎn)與O點(diǎn)電位相等，此時(shí)uCO<0，導(dǎo)致VT5隨即關(guān)斷，電路進(jìn)入VT1、VT6導(dǎo)通狀態(tài)。加在A、B兩相負(fù)載上的電壓為uAB，C相負(fù)載電壓為0，VT2承受的電壓uVT2=－1.5

uCO>0，為VT2的開通做準(zhǔn)備。ωt=π/3+α?xí)r觸發(fā)VT2導(dǎo)通，VT2的導(dǎo)通又使VT5關(guān)斷，電路進(jìn)入VT1、VT2導(dǎo)通的狀態(tài)，A、C兩相負(fù)載串聯(lián)后接線電壓uAC，B相電壓為0，B相晶閘管VT3的電壓uVT2=1.5

uBO>0，為VT3的開通做準(zhǔn)備。

7/23/2023752.4.3三相6晶閘管無中線交流調(diào)壓器——π/3<α<π/2工作狀態(tài)

A相負(fù)載電壓的波形圖

負(fù)載電壓電壓有效值的計(jì)算公式為

7/23/2023762.4.3三相6晶閘管無中線交流調(diào)壓器——α>π/2工作狀態(tài)

α>π/2時(shí)，在向晶閘管發(fā)觸發(fā)脈沖之前，先導(dǎo)通的晶閘管就因?yàn)榫€電壓的過零而自然關(guān)斷，每一個(gè)晶閘管每次導(dǎo)通的導(dǎo)通角均不超過π/3，負(fù)載電壓波形出現(xiàn)斷續(xù)。因?yàn)殡娐分斜仨氂袃蓚€(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通才能形成電流通路，所以觸發(fā)晶閘管時(shí)要采用雙脈沖。在ωt=α?xí)r觸發(fā)VT1、VT6，VT1、VT6導(dǎo)通使A、B兩相負(fù)載電壓為線電壓uAB，C相負(fù)載電壓為0。當(dāng)ωt=5π/6時(shí)，電源電壓uAB過0變負(fù)導(dǎo)致VT1、VT6關(guān)斷。負(fù)載三相電壓均為0，各晶閘管的電壓為電源相電壓。ωt=π/3+α?xí)r觸發(fā)VT1、VT2，A、C兩相負(fù)載串聯(lián)后與線電壓uAB并聯(lián)，B相負(fù)載電壓為0。其它時(shí)段的工作情況依次類推。

在一個(gè)工作周期中每個(gè)晶閘管導(dǎo)通兩次，兩次導(dǎo)通的導(dǎo)通角為

7/23/2023772.4.3三相6晶閘管無中線交流調(diào)壓器——α>π/2工作狀態(tài)

A相負(fù)載電壓的波形如下圖負(fù)載電壓有效值計(jì)算公式為

7/23/2023782.4.3三相6晶閘管無中線交流調(diào)壓器——特性曲線

負(fù)載電壓有效值隨控制角變化的特性曲線圖7/23/2023792.4.4星形中點(diǎn)交流調(diào)壓器電路結(jié)構(gòu)特性曲線工作狀態(tài)α<π/2a>π/27/23/2023802.4.4星形中點(diǎn)交流調(diào)壓器——電路結(jié)構(gòu)

1.如果3個(gè)晶閘管都不導(dǎo)通，各晶閘管承受線電壓。2.如果有一個(gè)晶閘管導(dǎo)通，另兩個(gè)晶閘管承受線電壓的1.5倍。3.如果2個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，3個(gè)晶閘管的電壓均為0。電路中有一個(gè)晶閘管導(dǎo)通時(shí)，與之相關(guān)的電源線電壓過零變負(fù)可使該晶閘管關(guān)斷。電路中有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，圖中a、b、c三點(diǎn)電位相等，由于負(fù)載的對(duì)稱性，上述三點(diǎn)與O點(diǎn)電位相等，這時(shí)接于導(dǎo)通著的晶閘管陽極上的相電壓過零變負(fù)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致該晶閘管關(guān)斷。晶閘管關(guān)斷件晶閘管承受的電壓7/23/2023812.4.4星形中點(diǎn)交流調(diào)壓器——α<π/2

在ωt=-π/3+α?xí)r觸發(fā)VT1，VT1、VT3同時(shí)導(dǎo)通，各相負(fù)載電壓等于電源相電壓。到ωt=π/3，uCO過零變負(fù)，VT3自然關(guān)斷，轉(zhuǎn)入VT1單獨(dú)導(dǎo)通的狀態(tài)。此時(shí)uVT2>0，為其觸發(fā)導(dǎo)通做好了準(zhǔn)備。ωt=π/3+α?xí)r觸發(fā)VT2，VT1、VT2同時(shí)導(dǎo)通，又進(jìn)入三相負(fù)載電壓等于電源相電壓的狀態(tài)。到ωt=π時(shí)uAO過0變負(fù)，VT1自然關(guān)斷。VT2單獨(dú)導(dǎo)通。A、C兩相接線電壓，A相負(fù)載電壓為0。ωt=π+α?xí)r觸發(fā)VT3，VT2、VT3同時(shí)導(dǎo)通，各相負(fù)載電壓與電源相電壓相等。ωt=5π/6，B相電源電壓過0變負(fù)，VT2自然關(guān)斷，轉(zhuǎn)入VT3單獨(dú)導(dǎo)通的狀態(tài)。到ωt=5π/3+α?xí)r再度觸發(fā)VT1，進(jìn)入下一個(gè)工作周期。工作過程：7/23/2023822.4.4星形中點(diǎn)交流調(diào)壓器——α<π/2

A相負(fù)載電壓的波形圖:負(fù)載電壓有效值的計(jì)算公式:

晶閘管的導(dǎo)通角為

7/23/2023832.4.4星形中點(diǎn)交流調(diào)壓器——α>π/2

α>π/2時(shí)，由于觸發(fā)時(shí)間后移，在觸發(fā)任一晶閘管之前電路都處于三個(gè)晶閘管均不導(dǎo)通的狀態(tài)，電路工作時(shí)只有一個(gè)晶閘管單獨(dú)導(dǎo)通和三個(gè)晶閘管均不導(dǎo)通這兩種情況。下面對(duì)此做簡單的分析。在ωt=-π/3+α?xí)r觸發(fā)VT1，因VT3早在ωt=π/6時(shí)關(guān)斷，VT1單獨(dú)導(dǎo)通。A、B兩相負(fù)載接線電壓uAB，C相電壓為0。到ωt=5π/6，uAB正半周結(jié)束，VT1自然關(guān)斷，電路中三個(gè)晶閘管均不導(dǎo)通。到ωt=π/3+α?xí)r觸發(fā)VT2，VT2導(dǎo)通使B、C兩相負(fù)載接線電壓uBC，A相負(fù)載電壓為0。上述狀態(tài)一直持續(xù)到ωt=3π/2，uBC過零變負(fù)，VT2自然關(guān)斷，電路又進(jìn)入三個(gè)晶閘管都不導(dǎo)通的狀態(tài)。ωt=π+α?xí)r觸發(fā)VT3導(dǎo)通，C、A兩相負(fù)載接uCA，B相負(fù)載電壓為0，本狀態(tài)持續(xù)到ωt=13π/6，uCA過零變負(fù)使VT3關(guān)斷。然后進(jìn)入下一個(gè)工作周期。7/23/2023842.4.4星形中點(diǎn)交流調(diào)壓器——α>π/2

A相負(fù)載電壓的波形

負(fù)載電壓有效值的計(jì)算公式

晶閘管的導(dǎo)通角為

7/23/2023852.4.4星形中點(diǎn)交流調(diào)壓器——特性曲線負(fù)載電壓隨控制角變化的曲線在α=π/2處有一個(gè)間斷點(diǎn)曲線從0.791U躍變到0.778U

7/23/2023862.5相控電路的同步問題相控電路的同步問題2.5.1單結(jié)管觸發(fā)電路2.5.2鋸齒波觸發(fā)電路7/23/202387單結(jié)管觸發(fā)電路單結(jié)晶體管多諧振蕩器觸發(fā)電路2.5.1單結(jié)管觸發(fā)電路7/23/2023882.5.1單結(jié)管觸發(fā)電路——單結(jié)晶體管結(jié)構(gòu)為，在一塊N型半導(dǎo)體材料的一側(cè)擴(kuò)展出一個(gè)P型區(qū)域，形成一個(gè)PN結(jié)。引出三個(gè)電極，分別為發(fā)射極e、第一基極b1和第二基極b2。PN結(jié)等效為一個(gè)二極管，A點(diǎn)為N型材料的中點(diǎn)，為等效二極管的陰極。Rb1、Rb2為N型材料上、下兩半部分到A點(diǎn)之間的等效電阻。如果將單結(jié)晶體管如下圖連接，在b1、b2之間加入直流電壓Ubb后，若發(fā)射極電位較低不足以使二極管導(dǎo)通，則A點(diǎn)的電壓UA僅取決于Ubb和電阻Rb1

、Rb2的數(shù)值η=Rb1/

Rbb叫做單結(jié)晶體管的分壓比

7/23/2023892.5.1單結(jié)管觸發(fā)電路——單結(jié)晶體管1.如果發(fā)射極電位Ue低于A點(diǎn)電位UA，二極管承受反向電壓，只有很小的反向漏電流，發(fā)射極電流ie為負(fù)。

2.當(dāng)增大Ue使得Ue=UA時(shí)，ie=0。繼續(xù)增大Ue則二極管承受正向電壓，出現(xiàn)正向發(fā)射極電流。在二極管的正向電壓不足以達(dá)到二極管的導(dǎo)通壓降時(shí)，二極管的電流依然是很小。

3.Ue的升高使二極管兩端的電壓達(dá)到導(dǎo)通壓降時(shí)，二極管導(dǎo)通，ie迅速增大。此時(shí)發(fā)射極電流通過e極、PN結(jié)、Rb1、b1極形成回路，大量的載流子流入Rb1區(qū)域，使Rb1的阻值變小。

7/23/2023902.5.1單結(jié)管觸發(fā)電路——多諧振蕩器設(shè)電容器的初始電壓為0。接通電源后電源通過電阻R向電容充電，單結(jié)晶體管內(nèi)部的UA決定于電源電壓E和器件的伏安特性，峰點(diǎn)與谷點(diǎn)也由此而確定。電容電壓UC依指數(shù)規(guī)律上升，在發(fā)射極電壓達(dá)到峰點(diǎn)之前，發(fā)射極電流很小，由于流過R1的電流很小，其兩端的電壓可以忽略。當(dāng)電壓上升到峰點(diǎn)，UC=UP時(shí)，單結(jié)晶體管進(jìn)入負(fù)阻區(qū)，內(nèi)部的二極管導(dǎo)通，電容通過導(dǎo)通著的二極管、R1放電，放電電流呈指數(shù)規(guī)律衰減，該電流經(jīng)過R1產(chǎn)生壓降。

電容兩端電壓波形電阻R1兩端電壓波形7/23/2023912.5.1單結(jié)管觸發(fā)電路——觸發(fā)電路與單結(jié)晶體管構(gòu)成弛張振蕩電路相比較，電路的振蕩部分相同。同步是通過對(duì)電源電路的改進(jìn)實(shí)現(xiàn)的。取自主電路的正弦交流電通過同步變壓器T降壓，變?yōu)檩^低的交流電壓，然后經(jīng)二極管整流橋變成脈動(dòng)直流。穩(wěn)壓管VW和電阻RW的作用是“削波”，脈動(dòng)電壓小于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值時(shí)，VW不導(dǎo)通，其兩端的電壓與整流輸出電壓相等；如果脈動(dòng)電壓大于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值，將使VW擊穿，其兩端電壓保持穩(wěn)壓值，整流橋輸出電壓高出穩(wěn)壓值的部分降在電阻RW上。這樣VW兩端的電壓波形近似于一個(gè)梯形波，用這個(gè)電壓取代弛張振蕩電路中的直流電源，起到同步作用。7/23/2023922.5.1單結(jié)管觸發(fā)電路——觸發(fā)電路當(dāng)電源電壓接近梯形波的頂部時(shí)，振蕩電路開始工作，當(dāng)電容充電使兩端的電壓達(dá)到峰點(diǎn)電壓時(shí)，單結(jié)晶體管導(dǎo)通電容放電，放電電流流過R1與被觸發(fā)晶閘管的門極的并聯(lián)電路形成輸出，為晶閘管提供觸發(fā)脈沖，使晶閘管導(dǎo)通。然后電路進(jìn)入下一振蕩周期，但晶閘管一經(jīng)導(dǎo)通門極就失去控制作用，一個(gè)電源電壓半周中振蕩電路輸出的脈沖只是第一個(gè)起到觸發(fā)作用。在主電路電壓的半周接近結(jié)束時(shí)，振蕩電路的電源電壓進(jìn)入梯形波的斜邊并迅速下降，振蕩電路停振，同時(shí)電容電壓釋放到0。電容總是從0開始充電，保證了觸發(fā)脈沖與主電路電壓的同步。由于振蕩電路的電源為梯形波，在主電路正弦波每一半波結(jié)束和開始的一段時(shí)間，振蕩電路的電源電壓很小，電路不振蕩，同時(shí)電容電壓釋放到0。7/23/2023932.5.2鋸齒波觸發(fā)電路——電路結(jié)構(gòu)T為同步變壓器，其原邊與被觸發(fā)的晶閘管的主電路相連接，副邊供給電路以正弦波同步電壓。在同步電壓的負(fù)半周的前四分之一周期（即同步電壓為負(fù)且其導(dǎo)數(shù)也為負(fù)時(shí)），同步電壓經(jīng)二極管VD1向電容C1充電，電容電壓與同步電壓相等。

在同步電壓負(fù)半周的后四分之一周期，電壓雖然為負(fù)但其導(dǎo)數(shù)是正的，電壓的絕對(duì)值隨時(shí)間變小，使VD1承受反壓處于阻斷狀態(tài)，C1通過R1和直流電源放電，兩端的電壓逐漸上升，當(dāng)C1電壓上升到+1.4V時(shí)，VD2、V2導(dǎo)通，由于VD2和V2的導(dǎo)通使C1兩端電壓保