第2章整流電路39節(jié)課件

《電力電子技術(shù)》電子教案第二章：整流電路（第二部分）2.3變壓器漏感對(duì)整流電路的影響

2.4電容濾波的不可控整流電路

2.4.1電容濾波的單相不可控整流電路

2.4.2電容濾波的三相不可控整流電路

2.5整流電路的諧波和功率因數(shù)

2.5.1諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ)

2.5.2帶電感性負(fù)載時(shí)可控整流電路交流側(cè)諧波和功

率因數(shù)分析

2.5.3電容濾波的不可控整流電路交流側(cè)諧波和功

率因數(shù)分析

2.5.4整流輸出電壓和電流的諧波分析

第二章整流電路第二章整流電路2.7整流電路的有源逆變工作狀態(tài) 2.7.1逆變的概念 2.7.2三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài) 2.7.3逆變失敗與最小逆變角的限制2.8晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)

2.8.1工作于整流狀態(tài)時(shí) 2.8.2工作于有源逆變狀態(tài)時(shí) 2.8.3直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)2.9相控電路的驅(qū)動(dòng)控制 2.9.1同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路 2.9.2集成觸發(fā)器 2.9.3觸發(fā)電路的定相本章小結(jié)

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(也稱為漏抗)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。在許多情況下，LB不能忽略，它使得電流換相過(guò)程不能瞬時(shí)完成。1、以三相半波電路為例：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。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。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2.3變壓器漏感對(duì)整流電路的影響

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。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。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換相重疊角γ——換相過(guò)程持續(xù)的時(shí)間，用電角度γ表示換相過(guò)程中，整流輸出電壓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。這導(dǎo)致ud的波形出現(xiàn)一個(gè)明顯的缺口。同時(shí)各相的電流也不是突變的。

（2-30）

2.3變壓器漏感對(duì)整流電路的影響

2.換相壓降△Ud——與不考慮變壓器漏感時(shí)相比，ud平均值降低的多少。換相壓降相當(dāng)于陰影部分的面積的平均值，它使得輸出的整流電壓下降。這塊陰影由負(fù)載電流Id的換相過(guò)程引起。具體計(jì)算,以三相半波為例：

（2-31）2.3變壓器漏感對(duì)整流電路的影響

式中XB相當(dāng)于漏感為L(zhǎng)B的變壓器每相折算到二次側(cè)的漏抗，可根據(jù)變壓器的銘牌數(shù)據(jù)求出。3.換相重疊角γ的計(jì)算

（2-32）

由上式得：

（2-33）進(jìn)而得出：

（2-34）2.3變壓器漏感對(duì)整流電路的影響

Ik的通式當(dāng)時(shí)，，于是

（2-35）

（2-36）

可見(jiàn)，γ

隨其它參數(shù)變化的規(guī)律：（1）

Id越大則γ

越大；（2）

XB越大γ

越大；（3）

當(dāng)≤90時(shí)，越小γ

越大。2.3變壓器漏感對(duì)整流電路的影響

4、

變壓器漏抗對(duì)各種整流電路的影響表2-2各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計(jì)算注：①單相全控橋電路中，環(huán)流ik是從-Id變?yōu)镮d。本表所列通用公式不適用；②三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。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①②2.3變壓器漏感對(duì)整流電路的影響

5、變壓器漏感對(duì)整流電路影響的一些結(jié)論：（1）出現(xiàn)換相重疊角γ，整流輸出電壓平均值Ud降低，電壓的脈動(dòng)系數(shù)也增加；（2）

整流電路的工作狀態(tài)增多；（3）

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；（4）

換相時(shí)晶閘管電壓出現(xiàn)缺口，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；（5）

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電容濾波的不可控整流電路（了解）

在交—直—交變頻器、不間斷電源、開(kāi)關(guān)電源等應(yīng)用場(chǎng)合中，大量應(yīng)用。簡(jiǎn)單介紹電容濾波的單相不可控整流電路

常用于小功率單相交流輸入的場(chǎng)合，如目前大量普及的微機(jī)、電視機(jī)等家電產(chǎn)品中：1.工作原理及波形分析圖2-26電容濾波的單相橋式不可控整流電路及其工作波形a)電路b)波形

2.4電容濾波的不可控整流電路

圖2-26電容濾波的單相橋式不可控整流電路及其工作波形a)電路b)波形a)+RCu1u2i2VD1VD3VD2VD4idiCiRudb)0iudqdp2pwti,ud粗紅線為id波形

基本工作過(guò)程：在u2正半周過(guò)零點(diǎn)至ωt=0期間，因u2<ud，故二極管均不導(dǎo)通，電容C向R放電，提供負(fù)載所需電流；至ωt=0之后，u2將要超過(guò)ud，使得VD1和VD4開(kāi)通，ud=u2，交流電源向電容充電，同時(shí)向負(fù)載R供電。當(dāng)u2越過(guò)最大值開(kāi)始下降至θ點(diǎn)時(shí)，u2＝ud，即電容兩端電壓，此后，VD1和VD4再次關(guān)斷。此時(shí)，電容C向R放電直至下一次VD2和VD3開(kāi)通。

電容的最大特點(diǎn)是對(duì)電壓的變化具有抵抗作用。（可類比電感）同樣，它也和電感一樣，在電路正常工作時(shí)，吸收的能量和釋放的能量相等。

2.4電容濾波的不可控整流電路

2.主要的數(shù)量關(guān)系1）輸出電壓平均值整流電壓平均值Ud可根據(jù)前述波形及有關(guān)計(jì)算公式推導(dǎo)得出，但推導(dǎo)繁瑣。空載時(shí)，。重載時(shí)，Ud逐漸趨近于0.9U2，即趨近于接近電阻負(fù)載時(shí)的特性。通常在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)負(fù)載的情況選擇電容C值，使

，

T為交流電源的周期，此時(shí)輸出電壓為：Ud≈1.2U2（2-46）2）電流平均值

輸出電流平均值IR為：IR=

Ud/R

（2-47）

Id=IR

（2-48）二極管電流iD平均值為ID=Id/2=IR/2

（2-49）

2.4電容濾波的不可控整流電路

3、感容濾波的二極管整流電路常常加入小電感成為感容濾波電路；ud波形更平直，電流i2的上升段平緩了許多，這對(duì)于電路的工作是有利的。二極管的導(dǎo)通時(shí)間也相應(yīng)地延長(zhǎng)。圖2-29感容濾波的單相橋式不可控整流電路及其工作波形a）電路圖b）波形

2.4電容濾波的不可控整流電路

2.5整流電路的諧波和功率因數(shù)

〔概述〕：許多電力電子裝置要消耗無(wú)功功率，會(huì)對(duì)公用電網(wǎng)帶來(lái)不利影響：電力電子裝置還會(huì)產(chǎn)生諧波，對(duì)公用電網(wǎng)產(chǎn)生危害；許多國(guó)家都發(fā)布了限制電網(wǎng)諧波的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，或由權(quán)威機(jī)構(gòu)制定限制諧波的規(guī)定。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T14549-93）《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》從1994年3月1日起開(kāi)始實(shí)施。

2.5整流電路的諧波和功率因數(shù)

無(wú)功功率（reactionpower）對(duì)電網(wǎng)的影響：無(wú)功功率會(huì)導(dǎo)致電流增大和視在功率增加，導(dǎo)致設(shè)備容量增加；無(wú)功功率增加，會(huì)使總電流增加，從而使得設(shè)備和線路的損耗增加；無(wú)功功率使線路壓降增大，沖擊性無(wú)功負(fù)載還會(huì)使電壓劇烈波動(dòng)。

2.5整流電路的諧波和功率因數(shù)

諧波（harmonics）對(duì)電網(wǎng)的危害：諧波使電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加的諧波損耗，降低發(fā)電、輸電及用電效率，大量的3次諧波流過(guò)中性線會(huì)使線路過(guò)熱甚至發(fā)生火災(zāi)。諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作，使電機(jī)發(fā)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和過(guò)熱，使變壓器局部嚴(yán)重過(guò)熱，使電容器、電纜等設(shè)備過(guò)熱、使絕緣老化、壽命縮短以致?lián)p壞；諧波會(huì)引起電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，會(huì)使上述1）和2）兩項(xiàng)的危害大大增加，甚至引起嚴(yán)重事故；諧波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作，并使電氣測(cè)量?jī)x表計(jì)量不準(zhǔn)確；諧波會(huì)對(duì)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(dǎo)致信息丟失，使通信系統(tǒng)無(wú)法正常工作。

2.5.1諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ)

諧波在供電系統(tǒng)中，我們總是希望電壓和電流一直保持正弦波形。當(dāng)正弦波電壓施加在線性無(wú)源器件電阻、電感和電容上時(shí)，其電流和電壓分別為比例、積分和微分關(guān)系，但仍為同頻的正弦波。如果正弦波電壓施加在非線性電路上時(shí)，電流就成為非正弦波，非正弦波電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生壓降，會(huì)使電壓波形也變?yōu)榉钦也ā．?dāng)然，非正弦波電壓施加在線性電路上時(shí)，電流也是非正弦的。1）非正弦電壓一般滿足狄里赫利條件，可分解為傅里葉級(jí)數(shù)基波（fundamental）——在傅里葉級(jí)數(shù)中，頻率與工頻相同的分量諧波——頻率為基波頻率大于1整數(shù)倍的分量，即2,3,4,…N次諧波諧波次數(shù)——諧波頻率和基波頻率的整數(shù)比n次諧波電流含有率以HRIn（HarmonicRatioforIn）表示（2-57）電流諧波總畸變率THDi（TotalHarmonicdistortion）定義為（2-58）

2.5.1諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ)

注：Ih為總諧波電流有效值。狄里赫利條件：周期函數(shù)在一個(gè)周期內(nèi)連續(xù)或只有有限個(gè)第一類間斷點(diǎn)，并且至多只有有限個(gè)極值點(diǎn)。2.功率因數(shù)1)正弦電路中的情況

電路的有功功率P就是其平均功率：（2-59）

視在功率S為電壓、電流有效值的乘積，即S=UI（2-60）

無(wú)功功率Q定義為：Q=UIsinφ

（2-61）

功率因數(shù)λ

定義為有功功率P和視在功率S的比值：（2-62）此時(shí)無(wú)功功率Q與有功功率P、視在功率S之間有如下關(guān)系： （2-63）

功率因數(shù)λ是由電壓和電流的相位差φ

決定的：λ=cosφ（2-64）

2.5.1諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ)

2)非正弦電路中的情況有功功率、視在功率、功率因數(shù)的定義均和正弦電路相同，功率因數(shù)λ

仍由式（2-62）定義。公用電網(wǎng)中，通常電壓的波形畸變很小，而電流波形的畸變可能很大。因此，不考慮電壓畸變，研究電壓波形為正弦波、電流波形為非正弦波的情況有很大的實(shí)際意義。設(shè)正弦波電壓有效值為U，畸變電流有效值為I，基波電流有效值及與電壓的相位差分別為I1和φ

1。這時(shí)有功功率為：P=UI1cosφ1功率因數(shù)為：（2-66）

2.5.1諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ)

基波因數(shù)——ν=I1/I，即基波電流有效值和總電流有效值之比位移因數(shù)（基波功率因數(shù)）——cosφ

1非正弦電路的無(wú)功功率定義很多，但尚無(wú)被廣泛接受的科學(xué)而權(quán)威的定義一種簡(jiǎn)單的定義是仿照式（2-63）給出的：（2-67）

這樣定義的無(wú)功功率Q反映了能量的流動(dòng)和交換，目前被較廣泛的接受，但該定義對(duì)無(wú)功功率的描述很粗糙。

2.5.1諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ)

也可仿照式（2-61）定義無(wú)功功率，為和式（2-67）區(qū)別，采用符號(hào)Qf，忽略電壓中的諧波時(shí)有：Qf=UI1

sinφ

1

在非正弦情況下，，因此引入畸變功率D，使得：（2-69）比較式（2-67）和（2-69），可得：（2-70）忽略電壓諧波時(shí)（2-71）這種情況下，Qf為由基波電流所產(chǎn)生的無(wú)功功率，D是諧波電流產(chǎn)生的無(wú)功功率。（2-68）

2.5.1諧波和無(wú)功功率分析基礎(chǔ)

1.單相橋式全控整流電路忽略換相過(guò)程和電流脈動(dòng)，帶阻感負(fù)載，直流電感L為足夠大（電流i2的波形見(jiàn)圖2-6）。將電流i2分解為傅里葉級(jí)數(shù)，可得：

（2-72）

變壓器二次側(cè)電流諧波分析：基波和各次諧波有效值為：

n=1,3,5,…（2-73）電流中僅含奇次諧波；各次諧波有效值與諧波次數(shù)成反比，且與基波有效值的比值為諧波次數(shù)的倒數(shù)。

2.5.2帶阻感負(fù)載時(shí)可控整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析

圖2-6單相全控橋帶電感性負(fù)載時(shí)的電路及波形

功率因數(shù)計(jì)算基波電流有效值為（2-74）

i2的有效值I=Id，結(jié)合式（2-74）可得基波因數(shù)為（2-75）

電流基波與電壓的相位差就等于控制角，故位移因數(shù)為（2-76）所以，功率因數(shù)為

（2-77）

2.5.2帶阻感負(fù)載時(shí)可控整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析

2.三相橋式全控整流電路阻感負(fù)載，忽略換相過(guò)程和電流脈動(dòng)，直流電感L為足夠大以=30為例，交流側(cè)電壓和電流波形如圖2-20中的ua和ia波形所示。此時(shí)，電流為正負(fù)半周各120的方波，其有效值與直流電流的關(guān)系為：（2-78）

變壓器二次側(cè)電流諧波分析：

（2-79）

2.5.2帶阻感負(fù)載時(shí)可控整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析

電流基波和各次諧波有效值分別為（2-80）

電流中僅含6k1（k為正整數(shù)）次諧波；可見(jiàn)三相橋的優(yōu)越性。各次諧波有效值與諧波次數(shù)成反比，且與基波有效值的比值為諧波次數(shù)的倒數(shù)。

2.5.2帶阻感負(fù)載時(shí)可控整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析

功率因數(shù)計(jì)算由式（2-78）和（2-80）可得基波因數(shù)為 （2-81）電流基波與電壓的相位差仍為，故位移因數(shù)仍為 （2-82）功率因數(shù)為 （2-83）

2.5.2帶阻感負(fù)載時(shí)可控整流電路交流側(cè)諧波和功率因數(shù)分析

2.5.4整流輸出電壓和電流的諧波分析

整流電路的輸出電壓中主要成分為直流，同時(shí)包含各種頻率的諧波，這些諧波對(duì)于負(fù)載的工作是不利的。圖2-33α=0時(shí)，m脈波整流電路的整流電壓波形

=0時(shí)，m脈波整流電路的整流電壓和整流電流的諧波分析：將縱坐標(biāo)選在整流電壓的峰值處，則在-p/m~p/m區(qū)間，整流電壓的表達(dá)式為：（2-84）對(duì)該整流輸出電壓進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解，得出：

（2-85）式中，k=1，2，3…；且：（2-86）

（2-87）

2.5.4整流輸出電壓和電流的諧波分析

為了描述整流電壓ud0中所含諧波的總體情況，定義電壓紋波因數(shù)為ud0中諧波分量有效值UR與整流電壓平均值Ud0之比：（2-88）其中：（2-89）

而：U為整流電壓有效值

（2-90）

2.5.4整流輸出電壓和電流的諧波分析

將上述式（2-89）、（2-90）和（2-86）代入（2-88）得

（2-91）表2-3給出了不同脈波數(shù)m時(shí)的電壓紋波因數(shù)值。

m23612∞gu（%）48.218.274.180.9940

2.5.4整流輸出電壓和電流的諧波分析

負(fù)載電流的傅里葉級(jí)數(shù)可由整流電壓的傅里葉級(jí)數(shù)求得：（2-92）當(dāng)負(fù)載為R、L和反電動(dòng)勢(shì)E串聯(lián)時(shí)，上式中：（2-93）n次諧波電流的幅值dn為：（2-94）n次諧波電流的滯后角為：（2-95）

2.5.4整流輸出電壓和電流的諧波分析

=0時(shí)整流電壓、電流中的諧波有如下規(guī)律：（1）m脈波整流電壓ud0的諧波次數(shù)為mk（k=1，2，3...）次，即m的倍數(shù)次；整流電流的諧波由整流電壓的諧波決定，也為mk次；（2）當(dāng)m一定時(shí)，隨諧波次數(shù)增大，諧波幅值迅速減小，表明最低次（m次）諧波是最主要的，其它次數(shù)的諧波相對(duì)較少；當(dāng)負(fù)載中有電感時(shí)，負(fù)載電流諧波幅值dn的減小更為迅速；（3）m增加時(shí)，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。

2.5.4整流輸出電壓和電流的諧波分析

不為0時(shí)的情況：m脈波整流電壓諧波的一般表達(dá)式十分復(fù)雜，這里給出三相橋式整流電路的結(jié)果，說(shuō)明諧波電壓與

角的關(guān)系以n為參變量，n次諧波幅值（取標(biāo)幺值）對(duì)

的關(guān)系如圖2-34所示：當(dāng)

從0~90變化時(shí)，ud的諧波幅值隨

增大而增大，=90時(shí)諧波幅值最大；

從90~180之間電路工作于有源逆變工作狀態(tài)，ud的諧波幅值隨

增大而減小。圖2-34三相全控橋電流連續(xù)時(shí)，以n為參變量的與

的關(guān)系

2.5.4整流輸出電壓和電流的諧波分析

2.7整流電路的有源逆變工作狀態(tài)

2.7.1逆變的概念1.什么是逆變？為什么要逆變？逆變（invertion）——把直流電轉(zhuǎn)變成交流電，為整流的逆過(guò)程。實(shí)例：電力機(jī)車下坡行駛，機(jī)車的位能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽此偷浇涣麟娋W(wǎng)中去，有助于剎車；逆變電路——把直流電逆變成交流電的電路；有源逆變電路——交流側(cè)和電網(wǎng)連結(jié)，即電網(wǎng)為負(fù)載。應(yīng)用：直流可逆調(diào)速系統(tǒng)、交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速以及高壓直流輸電等；對(duì)于可控整流電路，滿足一定條件就可工作于有源逆變，其電路形式未變，只是電路工作條件轉(zhuǎn)變。既可工作在整流狀態(tài)又可工作在逆變狀態(tài)，稱為變流電路（converter）。無(wú)源逆變——變流電路的交流側(cè)不與電網(wǎng)聯(lián)接，而直接接到普通負(fù)載。

2.7.1有源逆變的概念

2.直流發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電能的流轉(zhuǎn)

圖2-44aM電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，EG>EM，電流Id從G流向M，M吸收電功率，相當(dāng)于反電勢(shì)負(fù)載。圖2-44b回饋制動(dòng)狀態(tài)，M作發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)，EM>EG，電流反向，從M流向G，此時(shí)即為有源逆變狀態(tài)。M輸出電功率，G則吸收電功率，M軸上輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊此徒oG。圖2-44c兩電動(dòng)勢(shì)順向串聯(lián)，向電阻R供電，G和M均輸出功率，由于R一般都很小，實(shí)際上形成短路，在工作中必須嚴(yán)防這類事故發(fā)生。圖2-44直流發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)之間電能的流轉(zhuǎn)

a）兩電動(dòng)勢(shì)同極性EG

>EMb）兩電動(dòng)勢(shì)同極性EM>EG

c）兩電動(dòng)勢(shì)反極性，形成短路圖2-44直流發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)之間電能的流轉(zhuǎn)

a）兩電動(dòng)勢(shì)同極性EG

>EMb）兩電動(dòng)勢(shì)同極性EM

>EG

c）兩電動(dòng)勢(shì)反極性，形成短路反電勢(shì)負(fù)載有源逆變短路（應(yīng)避免）3.逆變產(chǎn)生的條件使用單相雙半波電路（單相全波）代替上述發(fā)電機(jī)G。（注意同時(shí)添加一個(gè)電抗器，以使電流連續(xù)，從而負(fù)載為大電感反電勢(shì)負(fù)載）。圖2-45aM電動(dòng)運(yùn)行，全波電路工作在整流狀態(tài)，

在0~π/2間，Ud為正值，并且只有當(dāng)Ud>EM，才能輸出Id交流電網(wǎng)輸出電功率，電動(dòng)機(jī)輸入電功率。圖2-45bM回饋制動(dòng)，由于晶閘管的單向?qū)щ娦裕琁d方向不變，欲改變電能的輸送方向，只能改變EM極性。為了防止兩電動(dòng)勢(shì)順向串聯(lián)，Ud極性也必須反過(guò)來(lái)，即Ud應(yīng)為負(fù)值，且|EM|>|Ud

|，才能把電能從直流側(cè)送到交流側(cè),實(shí)現(xiàn)逆變。

電能（注意不是電流）的流向與整流時(shí)相反,M輸出電功率,電網(wǎng)吸收電功率。Ud可通過(guò)改變來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，逆變狀態(tài)時(shí)Ud為負(fù)值，在π/2~π間。

2.7.1逆變的概念

圖2-45單相全波電路的整流和逆變

產(chǎn)生逆變的條件有二：（1）有直流電動(dòng)勢(shì)，其極性和晶閘管導(dǎo)通方向一致，其絕對(duì)值大于變流器直流側(cè)平均電壓；（2）晶閘管的控制角

>π/2，使Ud為負(fù)值。圖2-45

單相全波電路的整流和逆變半控橋或有續(xù)流二極管的電路能否實(shí)現(xiàn)有源逆變?

2.7.1逆變的概念

其整流電壓ud不能出現(xiàn)負(fù)值（最小為零），也不允許直流側(cè)出現(xiàn)負(fù)極性的電動(dòng)勢(shì)，故不能實(shí)現(xiàn)有源逆變。欲實(shí)現(xiàn)有源逆變，只能采用全控電路。

2.7.2三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)

1、逆變和整流的區(qū)別：控制角不同0<<π/2時(shí)，電路工作在整流狀態(tài)π/2<<π時(shí)，電路工作在逆變狀態(tài)

圖2-46

三相橋式整流電路工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)的電壓波形

2.7.2三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)

圖2-46

三相橋式整流電路工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)的電壓波形可沿用整流的辦法來(lái)處理逆變時(shí)有關(guān)波形與參數(shù)計(jì)算等各項(xiàng)問(wèn)題把>π/2時(shí)的控制角用β＝π－α

表示，β

稱為逆變角而逆變角β和控制角α的計(jì)量方向相反，其大小自β=0的起始點(diǎn)向左方計(jì)量。（實(shí)際上還是由α來(lái)確定比較方便）。三相橋式電路工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)波形如圖2-46所示有源逆變狀態(tài)時(shí)各電量的計(jì)算：Ud=-2.34U2cosβ=-1.35U2Lcosβ

（2-105）輸出直流電流的平均值亦可用整流的公式，即Id=（Ud-EM)/R

2.7.2三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)

每個(gè)晶閘管導(dǎo)通2π/3，故流過(guò)晶閘管的電流有效值為（忽略直流電流id的脈動(dòng)）（2-106）從交流電源送到直流側(cè)負(fù)載的有功功率為:

Pd=RId2+EMId

（2-107）當(dāng)逆變工作時(shí)，由于EM為負(fù)值，故Pd一般為負(fù)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：（2-108）

2.7.2三相橋整流電路的有源逆變工作狀態(tài)

2.7.3逆變失敗與最小逆變角的限制

逆變失敗（逆變顛覆）——指逆變時(shí)，一旦換相失敗，外接直流電源就會(huì)通過(guò)晶閘管電路短路，或使變流器的輸出平均電壓和直流電動(dòng)勢(shì)變成順向串聯(lián)，形成很大短路電流，造成器件和變壓器損壞。1.逆變失敗的原因（1）觸發(fā)電路工作不可靠，不能適時(shí)、準(zhǔn)確地給各晶閘管分配脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時(shí)等，致使晶閘管不能正常換相；（2）晶閘管發(fā)生故障，該斷時(shí)不斷，或該通時(shí)不通；（3）交流電源缺相或突然消失；（4）換相的裕量角不足，引起換相失敗。2.7.3逆變失敗與最小逆變角的限制（5)換相重疊角的影響：當(dāng)β>γ

時(shí)，換相結(jié)束時(shí)，晶閘管能承受反壓而關(guān)斷。如果β<γ

（從圖2-47右下角的波形中可清楚地看到），該通的晶閘管（VT2）反而關(guān)斷，而應(yīng)關(guān)斷的晶閘管（VT1)繼續(xù)導(dǎo)通。這樣會(huì)使得Ud的波形中正部分大于負(fù)部分，從而使得Ud和EM順向串聯(lián)，最終導(dǎo)致逆變失敗。

圖2-47交流側(cè)電抗對(duì)逆變換相過(guò)程的影響2.確定最小逆變角β

min的依據(jù)逆變時(shí)允許采用的最小逆變角β

應(yīng)等于β

min=δ+γ

+θ′（2-109）

δ:晶閘管的關(guān)斷時(shí)間tq折合的電角度，tq大的可達(dá)200~300ms，折算到電角度約4~5；γ：換相重疊角，隨直流平均電流和換相電抗的增加而增大；θ′：為安全裕量角，主要針對(duì)脈沖不對(duì)稱程度（一般可達(dá)5）值約取為10。舉例如下：某裝置整流電壓為220V，整流電流800A，整流變壓器容量為240kVA，短路電壓比Uk%為5%的三相線路，其γ值約為15~20。2.7.3逆變失敗與最小逆變角的限制或參照整流時(shí)γ

的計(jì)算方法：（2-110）根據(jù)逆變工作時(shí)＝

π－β，并設(shè)β＝γ，上式可改寫(xiě)成（2-111）（重疊角γ與Id和XB有關(guān)，當(dāng)電路參數(shù)確定后，重疊角就有定值。）2.7.3逆變失敗與最小逆變角的限制

2.8晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)

晶閘管直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)——晶閘管可控整流裝置帶直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載組成的系統(tǒng)。是電力拖動(dòng)系統(tǒng)中主要的一種，也是可控整流裝置的主要用途之一；對(duì)該系統(tǒng)的研究包括兩個(gè)方面：其一是在帶電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)整流電路的工作情況，其二是由整流電路供電時(shí)電動(dòng)機(jī)的工作情況。本節(jié)主要從第二個(gè)方面進(jìn)行分析。

2.8.1電動(dòng)機(jī)工作于整流狀態(tài)時(shí)

1、不考慮電動(dòng)機(jī)的電樞電感時(shí)：只有晶閘管導(dǎo)通相的變壓器二次側(cè)電壓瞬時(shí)值大于反電動(dòng)勢(shì)時(shí)才有電流輸出，此時(shí)負(fù)載電流斷續(xù)，對(duì)整流電路和電動(dòng)機(jī)的工作都不利，要盡量避免；所以普遍在電樞回路串聯(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。

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

2.8.1電動(dòng)機(jī)工作于整流狀態(tài)時(shí)

2、電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)時(shí)，雖然Ud波形脈動(dòng)較大，但由于電動(dòng)機(jī)有較大的機(jī)械慣量，故其轉(zhuǎn)速和反電動(dòng)勢(shì)都基本無(wú)脈動(dòng)。此時(shí)整流電壓的平均值由電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)及電路中負(fù)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。由Id引起的壓降有下列四部分：變壓器的電阻壓降IdRB，其中RB為變壓器的等效電阻，它包括變壓器二次繞組本身的電阻以及一次繞組電阻折算到二次側(cè)的等效電阻；晶閘管本身的管壓降△U，它基本上是一恒值；電樞電阻壓降IdRM；由換相重疊角引起的電壓降3XBId/(2π)。此時(shí)，整流電路直流電壓的平衡方程為:（2-112）

2.8.1電動(dòng)機(jī)工作于整流狀態(tài)時(shí)

3.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）式中，Ce

由電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)；Φ

為電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)每對(duì)磁極下的磁通量，單位為（Wb）；n為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為（r/min）。可根據(jù)整流電路電壓平衡方程式（2-112），作出不同控制角α?xí)rEM與Id的關(guān)系：（2-114）轉(zhuǎn)速與電流的機(jī)械特性關(guān)系式為：（2-115）

2.8.1電動(dòng)機(jī)工作于整流狀態(tài)時(shí)

第二項(xiàng)較小，可見(jiàn)一個(gè)α角度對(duì)應(yīng)一個(gè)轉(zhuǎn)速n。根據(jù)式（2-115）做出不同α角

時(shí)n與Id的關(guān)系，如圖2-49所示。圖中△U的值一般為1V左右，所以忽略?？梢?jiàn)其機(jī)械特性與由直流發(fā)電機(jī)供電時(shí)的機(jī)械特性是相似的，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)α角，即可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。而負(fù)載加大時(shí)，電流加大，轉(zhuǎn)速變化不大。同理，可列出三相橋式全控整流電路電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)的機(jī)械特性方程為：（2-116）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

2.8.1電動(dòng)機(jī)工作于整流狀態(tài)時(shí)

4.電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性(圖2-50）由于整流電壓是一個(gè)脈動(dòng)的直流電壓，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(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)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性也就呈現(xiàn)出非線性。

電流連續(xù)時(shí)的理想空載（此時(shí)Id=0）的反電動(dòng)勢(shì)（取=60,忽略△U）：實(shí)際上，當(dāng)Id減小至某一定值Idmin以后，電流即變?yōu)閿嗬m(xù)，這個(gè)E0`是達(dá)不到的，真正的理想空載點(diǎn)遠(yuǎn)大于此值：≤60，電動(dòng)機(jī)的實(shí)際空載反電動(dòng)勢(shì)都是;當(dāng)>60以后，空載反電動(dòng)勢(shì)為。

2.8.1電動(dòng)機(jī)工作于整流狀態(tài)時(shí)

〔解釋〕因?yàn)椤?0時(shí)晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通后最大相電壓瞬時(shí)值為，大于E0`。因此如果反電勢(shì)為E0`，則必然產(chǎn)生電流，從而與空載的前提矛盾，所以實(shí)際上此時(shí)電流是斷續(xù)的，同時(shí)實(shí)際空載點(diǎn)的反電勢(shì)是。（由于電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性，會(huì)保持最大可能的反電勢(shì)，或說(shuō)是最大的轉(zhuǎn)速運(yùn)行）當(dāng)>60時(shí)，晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)的相電壓瞬時(shí)值為為此時(shí)實(shí)際空載點(diǎn)的反電勢(shì)。

2.8.1電動(dòng)機(jī)工作于整流狀態(tài)時(shí)

電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的特點(diǎn)：電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速抬高；機(jī)械特性變軟，即負(fù)載電流變化很小也可引起很大的轉(zhuǎn)速變化；隨著

的增加，進(jìn)入斷續(xù)區(qū)的電流值加大。由于

愈大，變壓器加給晶閘管陽(yáng)極上的負(fù)電壓時(shí)間愈長(zhǎng)，電流要維持連續(xù)，必須要求平波電抗器儲(chǔ)存較大的磁能。在電抗器的L為一定值的情況下，要有較大的電流Id才能使得電流連續(xù)。圖2-51考慮電流斷續(xù)時(shí)不同a時(shí)反電動(dòng)勢(shì)的特性曲線

1<

a2<a3<60，a5>a4>60

2.8.1電動(dòng)機(jī)工作于整流狀態(tài)時(shí)

一般只要主電路電感足夠大，可以只考慮電流連續(xù)段，完全按線性處理。當(dāng)?shù)退佥p載時(shí)，斷續(xù)作用顯著，可改用另一段較陡的特性來(lái)近似處理（見(jiàn)圖2-50），其等效電阻比實(shí)際的電阻R要大一個(gè)數(shù)量級(jí)。整流電路為三相半波時(shí)，在最小負(fù)載電流為Idmin時(shí)，為保證電流連續(xù)所需的主回路電感量為：（mH）（2-120）對(duì)于三相橋式全控整流電路帶電動(dòng)機(jī)負(fù)載的系統(tǒng)，有（mH）（2-121）L中包括整流變壓器的漏電感、電樞電感和平波電抗器的電感。前者數(shù)值都較小，有時(shí)可忽略。Idmin一般取電動(dòng)機(jī)額定電流的5%～10%。因?yàn)槿鄻蚴饺卣麟妷旱拿}動(dòng)頻率比三相半波的高一倍，因而所需平波電抗器的電感量也可相應(yīng)減小約一半，這也是三相橋式整流電路的一大優(yōu)點(diǎn)。

2.8.1電動(dòng)機(jī)工作于整流狀態(tài)時(shí)

2.8.2電動(dòng)機(jī)工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)

1.電流連續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性主回路電流連續(xù)時(shí)的機(jī)械特性由電壓平衡方程式?jīng)Q定。逆變時(shí)由于，EM反接，得：（2-122）同時(shí)因?yàn)镋M=Cen，可求得電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式：

（2-123）圖2-52

電動(dòng)機(jī)在四象限中的機(jī)械特性Ud0為α＝0時(shí)的整流輸出平均電壓值圖2-52電動(dòng)機(jī)在四象限中的機(jī)械特性正轉(zhuǎn)整流反轉(zhuǎn)逆變正轉(zhuǎn)逆變反轉(zhuǎn)整流2.電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程可沿用整流時(shí)電流斷續(xù)的機(jī)械特性表達(dá)式，只要把α＝π－β

代入式（2-117）、式（2-118）和式（2-119），便可得EM、n與Id的表達(dá)式，求出三相半波電路工作于逆變狀態(tài)且電流斷續(xù)時(shí)的機(jī)械特性，即：

（2-124）（2-125）

（2-126）()()eeUEMjqjqppjbjqbjctanctan676721sinsincos2-------+-=()()eeeeMCUCEnjqjqppjbjqbjctanctan67672sinsincos2------+-′￠=￠=ú?ùê?é￠-÷???è?+--÷???è?-=nUCZUIedqqbpbpjp22267cos67coscos223

2.8.2電動(dòng)機(jī)工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)

逆變電流斷續(xù)時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，與整流時(shí)十分相似：理想空載轉(zhuǎn)速上翹很多，機(jī)械特性變軟，且呈現(xiàn)非線性；說(shuō)明逆變狀態(tài)的機(jī)械特性是整流狀態(tài)的延續(xù)；縱觀控制角α由小變大（如π/6~5π/6），電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性則逐漸的由第1象限往下移，進(jìn)而到達(dá)第4象限。逆變狀態(tài)的機(jī)械特性同樣還可表示在第2象限里，與它對(duì)應(yīng)的整流狀態(tài)的機(jī)械特性則表示在第3象限里。圖2-52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對(duì)應(yīng)兩組變流器的工作狀態(tài)，分別標(biāo)以正組和反組變流器。

2.8.2電動(dòng)機(jī)工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)

圖2-53

兩組變流器的反并聯(lián)可逆線路2.8.3直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)2.8.3直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)兩套變流裝置反并聯(lián)連接的可逆電路：圖2-53a為三相半波有環(huán)流接線，圖2-53b為三相全控橋的無(wú)環(huán)流接線。環(huán)流是指只在兩組變流器之間流動(dòng)而不經(jīng)過(guò)負(fù)載的電流。電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行時(shí)由正組變流器供電的；反向運(yùn)行時(shí)，則由反組變流器供電；根據(jù)對(duì)環(huán)流的不同處理方法，反并聯(lián)可逆電路又可分為不同的控制方案，如配合控制有環(huán)流（α1＝β2工作制）、可控環(huán)流、邏輯控制無(wú)環(huán)流和錯(cuò)位控制無(wú)環(huán)流等；以上四種反并聯(lián)可逆電路都可使電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行；可根據(jù)電動(dòng)機(jī)所需運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來(lái)決定哪一組變流器工作及其工作狀態(tài)：整流或逆變。2.8.3直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)第1象限：正轉(zhuǎn)電動(dòng)運(yùn)行，此時(shí)1組工作于整流狀態(tài)，由α1＝β2，2組工作于逆變狀態(tài)，且Ud1=Ud2,但由于二極管的單相導(dǎo)電性，2組橋沒(méi)有電流流過(guò)。工作在待逆變狀態(tài)。同樣，由于Ud1和Ud2的瞬時(shí)值不相等，所以有交流的環(huán)流在兩者間流動(dòng)。必需加上環(huán)流電抗器Lc加以限制。α1＝β2,，即α1＋α2＝π2.8.3直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)第2象限：正轉(zhuǎn)制動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)需要正轉(zhuǎn)制動(dòng)（剎車）時(shí)，將α增大但<900，此時(shí)由于電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，其E不能突變，所以此時(shí)E>Ud1=Ud2，此時(shí)2組立刻工作于逆變狀態(tài)。由二極管的單相導(dǎo)電性，1組橋沒(méi)有電流流過(guò)。工作在待整流狀態(tài)。2.8.3直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)第3象限：將α2調(diào)節(jié)至<900，Ud2變?yōu)樯县?fù)下正，由α1＝β2Ud1變?yōu)樯县?fù)下正，由于二極管的單相導(dǎo)電性，2組橋有電流流過(guò)。工作在整流狀態(tài)，1組橋沒(méi)有電流流過(guò)。工作在待逆變狀態(tài)。此時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn)，E電壓為上負(fù)下正。2.8.3直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)第4象限：反轉(zhuǎn)制動(dòng)運(yùn)行，和第二象限類似，當(dāng)將α2增大但保持<900，E>Ud1=Ud2此時(shí)1組工作于逆變狀態(tài)，由于二極管的單相導(dǎo)電性，2組橋沒(méi)有電流流過(guò)。工作在待整流狀態(tài)。圖2-53

兩組變流器的反并聯(lián)可逆線路等效圖n圖2-53c繪出了電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行時(shí)兩組變流器（簡(jiǎn)稱正組橋、反組橋）的工作情況第1象限：正轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)作電動(dòng)運(yùn)行，正組橋工作在整流狀態(tài)，

1<π/2，EM<Ud(下標(biāo)中有表示整流）第2象限，正轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)作發(fā)電運(yùn)行，反組橋工作在逆變狀態(tài)，β2<

π/2（

2>π/2），EM>Udβ(下標(biāo)中有β

表示逆變）第3象限，反轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)作電動(dòng)運(yùn)行，反組橋工作在整流狀態(tài)，

2

<π/2，EM<Ud第4象限，反轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)作發(fā)電運(yùn)行，正組橋工作在逆變狀態(tài)，β

1<π/2（

1>π/2），EM>Udβ直流可逆拖動(dòng)系統(tǒng)，除能方便地實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)外，還能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的回饋制動(dòng)。2.8.3直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)1、電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)過(guò)程：電動(dòng)機(jī)在第1象限正轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)從1組橋取得電能，欲使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，必需首先正轉(zhuǎn)迅速制動(dòng)。此時(shí)EM的方向保持為上正下負(fù)，而對(duì)于正向橋來(lái)說(shuō)，電流方向是不能改變的，為此需切換到2組橋工作，同時(shí)要求2組橋工作在逆變狀態(tài)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)進(jìn)入第2象限作正轉(zhuǎn)發(fā)電運(yùn)行，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能送給電網(wǎng)。隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的下降，不斷地調(diào)節(jié)β，使之由小變大直至β2＝π/2

，如繼續(xù)增大，即

<

π/2，反組橋?qū)⑥D(zhuǎn)入整流狀態(tài)下工作：電動(dòng)機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)進(jìn)入第3象限的電動(dòng)運(yùn)行。注意：電動(dòng)機(jī)的上反電勢(shì)的方向和轉(zhuǎn)向保持一致。2.8.3直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)2、1=β2配合控制的有環(huán)流可逆系統(tǒng)對(duì)正、反兩組變流器同時(shí)輸入觸發(fā)脈沖，并嚴(yán)格保證1=β2的配合控制關(guān)系;假設(shè)正組為整流，反組為逆變，即有1=β2，Ud1=Udβ2.，且極性相抵，兩組變流器之間沒(méi)有直流環(huán)流；兩組變流器的輸出電壓瞬時(shí)值不等，會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)的交流環(huán)流。為防止環(huán)流只經(jīng)晶閘管流過(guò)而使電源短路，必須串入環(huán)流電抗器LC限制環(huán)流。2.8.3直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)3、邏輯無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)工程上使用較廣泛，不需設(shè)置環(huán)流電抗器；控制原則是：只有一組橋投入工作（另一組關(guān)斷），所以兩組橋之間不存在環(huán)流；兩組橋之間的切換不能簡(jiǎn)單地把原來(lái)工作著的一組橋的觸發(fā)脈沖立即封鎖，而同時(shí)把原來(lái)封鎖著的另一組橋立即開(kāi)通；首先應(yīng)使已導(dǎo)通橋的晶閘管斷流，要妥當(dāng)處理主回路內(nèi)電感儲(chǔ)存的能量，直到儲(chǔ)存的能量釋放完，主回路電流變?yōu)榱?，使原?dǎo)通晶閘管恢復(fù)阻斷能力；

隨后再開(kāi)通原封鎖著的晶閘管，使其觸發(fā)導(dǎo)通；

這種無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)中，變流器之間的切換過(guò)程由邏輯單元控制，稱為邏輯控制無(wú)環(huán)流系統(tǒng)。2.8.3直流可逆電力拖動(dòng)系統(tǒng)

2.9相控電路的驅(qū)動(dòng)控制

相控電路：晶閘管可控整流電路，通過(guò)控制觸發(fā)角的大小即控制觸發(fā)脈沖起始相位來(lái)控制輸出電壓大??；采用晶閘管相控方式時(shí)的交流交流電力變換電路和交交變頻電路（第4章）。相控電路的驅(qū)動(dòng)控制：為保證相控電路的正常工作，很重要的一點(diǎn)是應(yīng)保證按觸發(fā)角的大小在正確的時(shí)刻向電路中的晶閘管施加有效的觸發(fā)脈沖。對(duì)于相控電路這樣使用晶閘管的場(chǎng)合，也習(xí)慣稱為觸發(fā)控制，相應(yīng)的電路習(xí)慣稱為觸發(fā)電路。本節(jié)主要內(nèi)容：在第1章已簡(jiǎn)單介紹了SCR的理想觸發(fā)波形和、SCR觸發(fā)脈沖的放大等內(nèi)容。本節(jié)主要介紹觸發(fā)脈沖與晶閘管所處電路相結(jié)合；大、中功率的變流器對(duì)觸發(fā)電路的精度要求較高，對(duì)輸出的觸發(fā)功率要求較大，故廣泛應(yīng)用的是晶體管觸發(fā)電路，其中以同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路應(yīng)用最多。

2.9相控電路的驅(qū)動(dòng)控制

晶閘管觸發(fā)電路的原理解釋：

V1、V2構(gòu)成脈沖放大環(huán)節(jié)（V1和V2接成達(dá)林頓結(jié)構(gòu)）；脈沖變壓器TM和附屬電路構(gòu)成脈沖輸出環(huán)節(jié)，這里利用了脈沖變壓器原邊的電壓等于電感與電流變化率的乘積的原理在副邊產(chǎn)生了觸發(fā)脈沖開(kāi)始的大電流；

V1、V2導(dǎo)通時(shí)，通過(guò)脈沖變壓器向晶閘管的G和K之間輸出觸發(fā)脈沖；VD1和R3是為了V1、V2由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)脈沖變壓器TM釋放其儲(chǔ)存的能量而設(shè)計(jì)。

圖1-26理想的晶閘管觸發(fā)脈沖電流波形t1~t2脈沖前沿上升時(shí)間（<1s）t1~t3強(qiáng)脈寬度IM強(qiáng)脈沖幅值（3IGT~5IGT）t1~t4脈沖寬度I脈沖平頂幅值（1.5IGT~2IGT）圖1-27常見(jiàn)的晶閘管觸發(fā)電路

2.9.1同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路

2.9.1同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路

輸出可為雙窄脈沖（適用于有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通的電路），也可為單窄脈沖；三個(gè)基本環(huán)節(jié)：脈沖的形成與放大、鋸齒波的形成和脈沖移相、同步環(huán)節(jié)。此外，還有強(qiáng)觸發(fā)和雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。圖2-54

同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路

2.9.1同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路

圖2-54

同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路1.同步環(huán)節(jié)同步——要求觸發(fā)脈沖的頻率與主電路電源的頻率相同且相位關(guān)系確定；鋸齒波是由開(kāi)關(guān)V2管來(lái)控制的；V2開(kāi)關(guān)的頻率就是鋸齒波的頻率——由同步變壓器所接的交流電壓決定；V2由導(dǎo)通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波——鋸齒波起點(diǎn)基本就是同步電壓由正變負(fù)的過(guò)零點(diǎn)；V2截止?fàn)顟B(tài)持續(xù)的時(shí)間就是鋸齒波的寬度——取決于充電時(shí)間常數(shù)R1C1。

2.9.1同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路

1.同步環(huán)節(jié)二次電壓波形在負(fù)半周的下降段，VD1導(dǎo)通，C1被迅速充電，因?yàn)镺接零電位，所以Q點(diǎn)為負(fù)，V2基極反向偏置，V2截止。在負(fù)半周的上升段，＋15V通過(guò)R1給電容C1反向充電，VD1截止，當(dāng)Q點(diǎn)電位達(dá)到1.4V時(shí)，V2導(dǎo)通，Q點(diǎn)電位鉗位在1.4V直至下一個(gè)負(fù)半周。V2截止時(shí)間越長(zhǎng)，鋸齒波越寬。該截止時(shí)間由充電時(shí)間常數(shù)R1C1決定。

2.9.1同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路

同步環(huán)節(jié)當(dāng)UST<0時(shí)的等效電路和波形2.鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)電路組成鋸齒波電壓形成的方案較多，如采用自舉式電路、恒流源電路等。恒流源電路方案，由V1、V2、V3和C2等元件組成。

V1、VS、RP2和R3為一恒流源電路。

2.9.1同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路

工作原理：

V2截止時(shí)，恒流源電流I1c對(duì)電容C2充電，調(diào)節(jié)RP2，即改變C2的恒定充電電流I1c，可見(jiàn)RP2是用來(lái)調(diào)節(jié)鋸齒波斜率的。V2導(dǎo)通時(shí)，因R4很小故C2迅速放電，ub3電位迅速降到零伏附近；V2周期性地通斷，ub3便形成一鋸齒波，同樣ue3也是一個(gè)鋸齒波。tICtICuccc111d1==ò

2.9.1同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路

射極跟隨器V3的作用是減小控制回路電流對(duì)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三者作用的疊加所定；如果uco=0，up為負(fù)值時(shí)，b4點(diǎn)的波形由uh+uP`確定；當(dāng)uco為正值時(shí)，b4點(diǎn)的波形由uh+uP`+uco

確定；M點(diǎn)是V4由截止到導(dǎo)通的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，也就是脈沖的前沿；加up的目的是為了確定控制電壓uco=0時(shí)脈沖的初始相位。

2.9.1同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路

三相全控橋時(shí)的情況:接感性負(fù)載電流連續(xù)時(shí)，脈沖初始相位應(yīng)定在=90；如果是可逆系統(tǒng)，需要在整流和逆變狀態(tài)下工作，要求脈沖的移相范圍理論上為180（由于考慮min和βmin，實(shí)際一般為120），由于鋸齒波波形兩端的非線性，因而要求鋸齒波的寬度大于180。此時(shí)，令uco=0，調(diào)節(jié)up的大小使產(chǎn)生脈沖的M點(diǎn)移至鋸齒波的中央，相應(yīng)于=90的位置。如uco為正值，M點(diǎn)就向前移，控制角<90，晶閘管電路處于整流工作狀態(tài)；如uco為負(fù)值，M點(diǎn)就向后移，控制角>90，晶閘管電路處于逆變狀態(tài)。

2.9.1同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路

3．脈沖形成與放大環(huán)節(jié)

V4、V5脈沖形成

V7、V8脈沖放大控制電壓uco加在V4基極上。uco對(duì)脈沖的控制作用及脈沖形成：1)uco=0時(shí)，V4截止。V5飽和導(dǎo)通。V7、V8處于截止?fàn)顟B(tài)，無(wú)脈沖輸出。電容C3充電，充滿后電容兩端電壓接近2E1(30V)；

2.9.1同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路

2)uco

≈0.7V

時(shí)，V4導(dǎo)通，A點(diǎn)電位由+E1(+15V)1.0V左右，由于電容C3兩端電壓不能突變，所以V5基極電位約-2E1(-30V)，V5立即截止。V5集電極電壓由-E1(-15V)+2.1V(VD6、V7、V8

三個(gè)管壓降），V7、V8導(dǎo)通，輸出觸發(fā)脈沖。電容C3放電和反向充電，使V5基極電位，直到ub5>-E1(-15V)，V5又重新導(dǎo)通。使V7、V8截止，輸出脈沖終止。3)脈沖前沿由V4導(dǎo)通時(shí)刻確定，脈沖寬度與反向充電回路時(shí)間常數(shù)R11C3有關(guān);4)電路的觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器TP二次側(cè)輸出，其一次繞組接在V5集電極電路中。

2.9.1同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路

4.雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)內(nèi)雙脈沖電路

V5、V6構(gòu)成“或”門當(dāng)V5、V6都導(dǎo)通時(shí)，Uc5=-15V,V7、V8都截止，沒(méi)有脈沖輸出；只要V5、V6有一個(gè)截止，都會(huì)使V7、V8導(dǎo)通，有脈沖輸出；第一個(gè)脈沖由本相觸發(fā)單元的uco對(duì)應(yīng)的控制角

產(chǎn)生；隔60的第二個(gè)脈沖是由滯后60相位的后一相觸發(fā)單元產(chǎn)生（通過(guò)V6）。三相橋式全控整流電路的情況器件導(dǎo)通順序?yàn)閂T1,2,3,4,5,6，彼此相隔600?？梢赃@樣接線：VT1的觸發(fā)單元的Y接至VT2的觸發(fā)單元的X端，從而當(dāng)滯后600的VT2觸發(fā)單元的V4導(dǎo)通時(shí)，輸出一個(gè)脈沖給VT1的Y，使V6截止，從而給VT1再次發(fā)一個(gè)脈沖。依次類推，從而實(shí)現(xiàn)雙窄脈沖的發(fā)送。

2.9.1同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路

5.強(qiáng)觸發(fā)環(huán)節(jié)強(qiáng)觸發(fā)脈沖可以縮短SCR開(kāi)通時(shí)間，提高承受di/dt能力，有利于并聯(lián)時(shí)的動(dòng)態(tài)均壓和均流。強(qiáng)觸發(fā)脈沖特點(diǎn)是在脈沖初期有一個(gè)大電流脈沖，以減小門極損耗。使用單相橋整流獲得50V電源。在V8導(dǎo)通前，50V電源通過(guò)R15向C6充電。所以B點(diǎn)電位處于50V。V8導(dǎo)通，C6迅速放電形成強(qiáng)脈沖，當(dāng)UB<15V時(shí)，VD15導(dǎo)通。此時(shí)UB電位鉗位在15V，進(jìn)入觸發(fā)脈沖平穩(wěn)階段。當(dāng)V8截止后，50V電源重新向C6充電，使UB=50V。重復(fù)上面過(guò)程。

C5可以提高脈沖前沿的陡度。

2.9.1同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路

圖2-55同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路的工作波形2.9.2

集成觸發(fā)器可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便。晶閘管觸發(fā)電路的集成化已逐漸普及，已逐步取代分立式電路。KJ004

與分立元件的鋸齒波移相觸發(fā)電路相似,分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個(gè)環(huán)節(jié)。圖2-56KJ004電路原理圖2.9.2

集成觸發(fā)器完整的三相全控橋觸發(fā)電路:

3個(gè)KJ004集成塊和1個(gè)KJ041集成塊，可形成六路雙脈沖，再由六個(gè)晶體管進(jìn)行脈沖放大即可。

圖2-57

三相全控橋整流電路的集成觸發(fā)電路2.9.2

集成觸發(fā)器模擬與數(shù)字觸發(fā)電路以上觸發(fā)電路為模擬的，優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠；缺點(diǎn)：易受電網(wǎng)電壓影響，觸發(fā)脈沖不對(duì)稱度較高，可達(dá)3~4，精度低。數(shù)字觸發(fā)電路：脈沖對(duì)稱度很好，如基于8位單片機(jī)的數(shù)字觸發(fā)器精度可達(dá)0.7~1.5。KJ041內(nèi)部是由12個(gè)二極管構(gòu)成的6個(gè)或門。也有廠家生產(chǎn)了將圖2-57全部電路集成的集成塊，但目前應(yīng)用還不多。

2.9.3觸發(fā)電路的定相

觸發(fā)電路的定相——在三相SCR變流裝置中，觸發(fā)電路應(yīng)保證每個(gè)SCR觸發(fā)脈沖與施加于SCR上的交流電壓保持固定、正確的相位關(guān)系。正確選擇同步電壓相位以及獲取不同相位同步的方法，稱為觸發(fā)電路的定相。措施：同步變壓器原邊接入為主電路供電的電網(wǎng)，可以保證頻率一致；觸發(fā)電路定相的關(guān)鍵是確定同步信號(hào)與晶閘管陽(yáng)極電壓的關(guān)系。

2.9.3觸發(fā)電路的定相

圖2-58

三相全控橋中同步電壓與主電路電壓關(guān)系示意圖對(duì)于Ua上的VT1來(lái)說(shuō)，在ωt1～ωt2區(qū)間均有導(dǎo)通的可能。這就要求觸發(fā)電路能夠在該區(qū)間發(fā)揮作用。2.9.3觸發(fā)電路的定相以三相全控橋?yàn)槔?，采用鋸齒波同步觸發(fā)電路時(shí)的情況：對(duì)于負(fù)半周有效的電路（UTS為負(fù)時(shí)才能產(chǎn)生觸發(fā)脈沖），對(duì)于連接于Ua相正向的VT1，應(yīng)選用滯后Ua1800的（即反相）的電壓作為VT1的同步電壓Us，常計(jì)為－Usa。對(duì)于連接Ua相反向的VT4，由于VT1和VT4觸發(fā)導(dǎo)通相差18