電力電子技術(shù)模塊3

模塊3可控整流電路3.1單相半波可控整流電路3.2單相橋式可控整流電路3.3三相半波可控整流電路3.4三相橋式可控整流電路3.5有源逆變電路3.6變壓器漏感抗對(duì)整流電路的影響3.7任務(wù)實(shí)施——可控整流電路測試3.8知識(shí)拓展——整流電路諧波分析小結(jié)3.1單相半波可控整流電路一、電阻性負(fù)載電爐、電焊機(jī)及白熾燈等均屬于電阻性負(fù)載變壓器T起變換電壓和電氣隔離的作用。電阻負(fù)載的特點(diǎn)：電壓與電流成正比，兩者波形相同。工作原理分析圖3-1單相半波可控整流電路（電阻性負(fù)載）及波形wwwwtTVTR0α)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTαq0b)c)d)e)001.工作原理分析在電源電壓正半周，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(dǎo)通；負(fù)載上的電壓等于變壓器輸出電壓u2。在ωt=π時(shí)刻，電源電壓過零，晶閘管電流小于維持電流而關(guān)斷，負(fù)載電流為零。在電源電壓負(fù)半周，uαK＜0，晶閘管承受反向電壓而處于關(guān)斷狀態(tài)，負(fù)載電流為零，負(fù)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(fù)載電流id的波形相位相同。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(fù)載上的輸出電壓平均值發(fā)生變化，顯然α=180o時(shí)，Ud=0。由于晶閘管只在電源電壓正半波內(nèi)導(dǎo)通，輸出電壓ud為極性不變但瞬時(shí)值變化的脈動(dòng)直流，故稱“半波”整流。3.1單相半波可控整流電路首先，引入兩個(gè)重要的基本概念：觸發(fā)角α

：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加發(fā)脈沖止的電角度,用α表示,也稱觸發(fā)角或控制角。導(dǎo)通角θ

：晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為導(dǎo)通角，用θ表示。在單相半波可控整流電阻性負(fù)載電路中,移相角α的控制范圍為:0～π，對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通角θ的可變范圍是π～0，兩者關(guān)系為α＋θ=π。3.1單相半波可控整流電路2.基本數(shù)量關(guān)系(1)直流輸出電壓平均值Ud與輸出電流平均值Id3.1單相半波可控整流電路輸出電流平均值Id:直流輸出電壓平均值Ud

:(2)輸出電壓有效值U與輸出電流有效值I3.1單相半波可控整流電路輸出電流有效值I

:直流輸出電壓有效值U

:(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電路中，負(fù)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：3.1單相半波可控整流電路(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=I2RS—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UTM晶閘管承受的最大正反向電壓Um是相電壓峰值。3.1單相半波可控整流電路〖例3-1〗如圖所示單相半波可控整流器，電阻性負(fù)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20α。試計(jì)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。3.1單相半波可控整流電路解:(1)當(dāng)α=90o時(shí)，輸出電流有效值(3)Ω(2)則α=90o(4)晶閘管電流有效值IT與輸出電流有效值相等，即：（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選取晶閘管型號(hào)為KP100-7F晶閘管。取2倍安全裕量，晶閘管的額定電流為：則3.1單相半波可控整流電路二、電感性負(fù)載電感性負(fù)載通常是電機(jī)的勵(lì)磁線圈、繼電器線圈及其他含有電抗器的負(fù)載。電感性負(fù)載的特點(diǎn)：感生電動(dòng)勢總是阻礙電感中流過的電流使得流過電感的電流不發(fā)生突變。

圖3-2帶阻感負(fù)載的單相半波電路及其波形1.無續(xù)流二極管時(shí)工作原理0~α：uαK大于零，但門極沒有觸發(fā)信號(hào)，晶閘管處于正向關(guān)斷狀態(tài)，輸出電壓、電流都等于零。在ωt=α?xí)r，門極有觸發(fā)信號(hào)，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，負(fù)載電壓ud=u2。當(dāng)ωt=π時(shí)，交流電壓u2過零，由于有電感電勢的存在，晶閘管的電壓uαK仍大于零，晶閘管會(huì)繼續(xù)導(dǎo)通，電感的儲(chǔ)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(gè)周期的正半周。3.1單相半波可控整流電路有負(fù)面積圖3-3電感負(fù)載,不接續(xù)流管時(shí)的電壓電流波形圖數(shù)量關(guān)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(fù)載的存在，電源電壓由正到負(fù)過零點(diǎn)也不會(huì)關(guān)斷，輸出電壓出現(xiàn)了負(fù)波形，輸出電壓和電流的平均值減??；當(dāng)大電感負(fù)載時(shí)輸出電壓正負(fù)面積趨于相等，輸出電壓平均值趨于零，則Id也很小。所以，實(shí)際的大電感電路中，常常在負(fù)載兩端并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管。3.1單相半波可控整流電路2.接續(xù)流二極管時(shí)工作原理u2＞0：uαK＞0。在ωt=α處觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，ud=u2續(xù)流二極管VDR承受反向電壓而處于斷態(tài)。u2＜0：電感的感應(yīng)電壓使VDR承受正向電壓導(dǎo)通續(xù)流，晶閘管承受反壓關(guān)斷,ud=0。如果電感足夠大，續(xù)流二極管一直導(dǎo)通到下一周期晶閘管導(dǎo)通，使id連續(xù)。3.1單相半波可控整流電路

圖3-4帶阻感負(fù)載(接續(xù)流管)的單相半波電路及其波形由以上分析可以看出，電感性負(fù)載加續(xù)流二極管后，輸出電壓波形與電阻性負(fù)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(fù)載時(shí)負(fù)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(duì)于電感性負(fù)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電路電阻性負(fù)載相同為0～180o，且有α+θ=180o。3.1單相半波可控整流電路基本數(shù)量關(guān)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Id3.1單相半波可控整流電路(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：3.1單相半波可控整流電路(3)續(xù)流二極管的電流平均值IdD與續(xù)流二極管的電流有效值ID3.1單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路的特點(diǎn)：簡單，但輸出脈動(dòng)大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化。實(shí)際上很少應(yīng)用此種電路。分析該電路的主要目的是建立起整流電路的基本概念。

3.2單相橋式可控整流電路一、單相橋式可控整流電路1.帶電阻負(fù)載的工作情況工作原理及波形分析u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddααuVT1,4圖3-5

單相全控橋式帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形VT1和VT4組成一對(duì)橋臂，在u2正半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時(shí)關(guān)斷。VT2和VT3組成另一對(duì)橋臂，在u2正半周承受電壓-u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時(shí)關(guān)斷。α)數(shù)量關(guān)系1)輸出直流電壓平均值Ud及有效值U（α角的移相范圍為0～180

。）3.2單相橋式可控整流電路2)輸出直流電流平均值Id

3)晶閘管電流平均值IdT和有效值ITpwtwtwt000i2udidb)c)d)ddααuVT1,43.2單相橋式可控整流電路5)功率因數(shù)4)變壓器二次測電流有效值I2與輸出直流電流I有效值相等：不考慮變壓器的損耗時(shí)，要求變壓器的容量S=U2I2。2.電感性負(fù)載（不接續(xù)流二極管）

假設(shè)負(fù)載電感很大，負(fù)載電流id連續(xù)且波形近似為一水平線。圖3-6

單相全控橋帶阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形3.2單相橋式可控整流電路u2過零變負(fù)時(shí)，由于電感的作用晶閘管VT1和VT4中仍流過電流id，并不關(guān)斷。至ωt=π+α

時(shí)刻，給VT2和VT3加觸發(fā)脈沖，因VT2和VT3本已承受正電壓，故兩管導(dǎo)通。VT2和VT3導(dǎo)通后，u2通過VT2和VT3分別向VT1和VT4施加反壓使VT1和VT4關(guān)斷，流過VT1和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2和VT3上，此過程稱換相或換流。3.2單相橋式可控整流電路2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4

數(shù)量關(guān)系晶閘管移相范圍為90

。晶閘管承受的最大正反向電壓均為。晶閘管導(dǎo)通角θ與α無關(guān)，均為180

。電流的平均值和有效值：變壓器二次側(cè)電流i2的波形為正負(fù)各180

的矩形波，其相位由α角決定，有效值I2=Id。3.電感性負(fù)載（接續(xù)流二極管）見圖3-7為了擴(kuò)大移相范圍，使ｕｄ波形不出現(xiàn)負(fù)值且輸出電流更加平穩(wěn)，可在負(fù)載兩端并接續(xù)流二極管，如圖4-7α電路所示。接續(xù)流管后，α的移相范圍可擴(kuò)大到0～π。α在這區(qū)間內(nèi)變化，只要電感量足夠大，輸出電流id就可保持連續(xù)且平穩(wěn)。在電源電壓u2過零變負(fù)時(shí)，續(xù)流管承受正向電壓而導(dǎo)通，晶閘管承受反向電壓被關(guān)斷。這樣ud波形與電阻性負(fù)載相同，如圖4-7b所示。負(fù)載電流id是由晶閘管VT1和VT3、VT2和VT４、續(xù)流管VD相繼輪流導(dǎo)通而形成的。uT波形與電阻負(fù)載時(shí)相同。3.2單相橋式可控整流電路圖3-7單相全控橋帶阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形

（接續(xù)流管）接入VD：擴(kuò)大移相范圍，不讓ud出現(xiàn)負(fù)面積。移相范圍：0

~180

ud波形與電阻性負(fù)載相同Id由VT1和VT3，VT2和VT4，以及VD輪流導(dǎo)通形成。uT波形與電阻負(fù)載時(shí)相同。4.帶反電動(dòng)勢負(fù)載時(shí)的工作情況

在|u2|>E時(shí)，才有晶閘管承受正電壓，有導(dǎo)通的可能。

圖3-8單相橋式全控整流電路接反電動(dòng)勢—電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形3.2單相橋式可控整流電路電流斷續(xù)導(dǎo)通之后，

ud=u2，直至|u2|=E，id即降至0,使得晶閘管關(guān)斷，此后ud=E。與電阻負(fù)載時(shí)相比，晶閘管提前了電角度δ停止導(dǎo)電，δ稱為停止導(dǎo)電角，在α

角相同時(shí)，整流輸出電壓比電阻負(fù)載時(shí)大。b)idOEudwtIdOwtαqd為了使電流連續(xù)，一般在主電路中直流輸出側(cè)串聯(lián)一個(gè)平波電抗器，用來減少電流的脈動(dòng)和延長晶閘管導(dǎo)通的時(shí)間。電感量足夠大時(shí)，電流波形近似一直線。3.2單相橋式可控整流電路電流連續(xù)有負(fù)面積由于電感存在Ud波形出現(xiàn)負(fù)面積，使Ud下降。α可調(diào)范圍：0

~90

圖3-9

單相橋式全控整流電路帶反電動(dòng)勢負(fù)載串平波電抗器，電流連續(xù)的臨界情況twwOud0Eidtpdαq=p3.2單相橋式可控整流電路接入VD：擴(kuò)大移相范圍，不讓ud出現(xiàn)負(fù)面積。移相范圍：0

~180

ud波形與電阻性負(fù)載相同Id由VT1和VT4，V2和VT3，以及VD輪流導(dǎo)通形成。

圖3-10單相橋式全控整流電路，有反電動(dòng)勢負(fù)載串平波電抗器、接續(xù)流二極管3.2單相橋式可控整流電路二、單相橋式半控整流電路單相全控橋中，每個(gè)導(dǎo)電回路中有2個(gè)晶閘管，為了對(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制，只需1個(gè)晶閘管就可以了，另1個(gè)晶閘管可以用二極管代替，從而簡化整個(gè)電路。如此即成為單相橋式半控整流電路（先不考慮VDR）。半控電路與全控電路在電阻負(fù)載時(shí)的工作情況相同。

圖3-11單相橋式半控整流電路，有續(xù)流二極管，阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形單相半控橋帶阻感負(fù)載的情況

*假設(shè)負(fù)載中電感很大，且電路已工作于穩(wěn)態(tài)在u2正半周，觸發(fā)角α處給晶閘管VT加觸發(fā)脈沖，u2經(jīng)VT1和VD4向負(fù)載供電。

u2過零變負(fù)時(shí)，因電感作用使電流連續(xù)，VT1繼續(xù)導(dǎo)通。但因α點(diǎn)電位低于b點(diǎn)電位，使得電流從VD4轉(zhuǎn)移至VD2，VD4關(guān)斷，電流不再流經(jīng)變壓器二次繞組，而是由VT1和VD2續(xù)流。在u2負(fù)半周觸發(fā)角α?xí)r刻觸發(fā)VT3，VT3導(dǎo)通，則向VT1加反壓使之關(guān)斷，u2經(jīng)VT3和VD2向負(fù)載供電。u2過零變正時(shí)，VD4導(dǎo)通，VD2關(guān)斷。VT3和VD4續(xù)流，ud又為零。

圖3-11單相橋式半控整流電路，有續(xù)流二極管，阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形3.2單相橋式可控整流電路續(xù)流二極管的作用若無續(xù)流二極管，則當(dāng)α突然增大至180

或觸發(fā)脈沖丟失時(shí)，會(huì)發(fā)生一個(gè)晶閘管持續(xù)導(dǎo)通而兩個(gè)二極管輪流導(dǎo)通的情況，這使ud成為正弦半波，即半周期ud為正弦，另外半周期ud為零，其平均值保持恒定，稱為失控。（見圖3-12）有續(xù)流二極管VDR時(shí)，續(xù)流過程由VDR完成，晶閘管關(guān)斷，避免了某一個(gè)晶閘管持續(xù)導(dǎo)通從而導(dǎo)致失控的現(xiàn)象。同時(shí)，續(xù)流期間導(dǎo)電回路中只有一個(gè)管壓降，有利于降低損耗。3.2單相橋式可控整流電路圖3-12單相半控橋電感性負(fù)載不接續(xù)流二極管的情況分析

3.3三相半波可控整流電路一、電阻性負(fù)載udidN三角形星形1.電路的特點(diǎn)：變壓器二次側(cè)接成星形，而一次側(cè)接成三角形。三個(gè)晶閘管分別接入α、b、c三相電源，其陰極連接在一起——共陰極接法。3.3三相半波可控整流電路udidN0ωtuuαubucwt1wt2wt3wt4VD1導(dǎo)通，ud=uαVD2導(dǎo)通，ud=ubVD3導(dǎo)通，ud=uc二極管換相時(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α的起點(diǎn)，即α=0

。自然換相點(diǎn)（α=0）圖3-13三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α=0

時(shí)的波形

3.3三相半波可控整流電路2.工作原理：（1）α＝0°每管導(dǎo)通120°,三相電源輪流向負(fù)載供電，負(fù)載電壓ud為三相電源電壓正半周包絡(luò)線。

變壓器二次繞組的電流:變壓器二次側(cè)α相繞組和晶閘管VT1的電流波形相同，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。

α)Rb)c)d)e)f)u2Riduαubucα=0Owt1wt2wt3uGOudOOuαbuαcOiVT1uVT1wtwtwtwtwt（2）α=30

時(shí)，波形如下圖所示α≤30

時(shí)的波形：負(fù)載電流連續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角等于120

。（α＝30

時(shí)負(fù)載電流連續(xù)和斷續(xù)之間的臨界狀態(tài)）（3）α=60

時(shí)，波形如下圖所示α>30

的情況：負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角小于120

。α移相范圍：0~150

3.各電量計(jì)算

（1）0

≤

α≤30

時(shí)，負(fù)載電流連續(xù)，有：

當(dāng)α=0

時(shí)，Ud最大，為。（2）30

≤

α≤150

時(shí)，負(fù)載電流斷續(xù)，晶閘管導(dǎo)通角減小，此時(shí)有：

3.3三相半波可控整流電路負(fù)載電流平均值為流過晶閘管的電流平均值為

晶閘管承受的最大電壓，為變壓器二次線電壓峰值，即3.3三相半波可控整流電路二、阻感負(fù)載1.工作原理及波形分析圖3-14三相半波可控整流電路，阻感負(fù)載時(shí)的電路及α=60

時(shí)的波形3.3三相半波可控整流電路阻感負(fù)載，當(dāng)L值很大時(shí)，id波形基本平直0

≤

α≤30

時(shí)：整流電壓波形與電阻負(fù)載時(shí)相同。30

＜α≤90°時(shí)：（如α=60

時(shí)的波形右圖所示）。特點(diǎn)：晶閘管導(dǎo)通角均為120°，與控制角α無關(guān)；移相范圍為90

；晶閘管電流波形近似為方波。2.各電量計(jì)算(1)輸出電壓平均值

ud(2）負(fù)載電流平均值

(3）流過晶閘管的電流平均值IdT、有效值IT

以及承受的最高電壓UTM分別為

3.3三相半波可控整流電路圖3-15三相半波可控整流電路，阻感負(fù)載(不接續(xù)流管)時(shí)的波形3.大電感負(fù)載接續(xù)流二極管為了擴(kuò)大移相范圍并使負(fù)載電流id平穩(wěn)，可在電感負(fù)載兩端并接續(xù)流二極管，由于續(xù)流管的作用，ud波形已不出現(xiàn)負(fù)值，與電阻性負(fù)載ud波形相同。

3.3三相半波可控整流電路接入VD圖3-16三相半波可控整流電路，阻感負(fù)載(接續(xù)流管)時(shí)的波形3.大電感負(fù)載接續(xù)流二極管在0°≤α≤30°區(qū)間，電源電壓均為正值，ud波形連續(xù)，續(xù)流管不起作用；當(dāng)30°＜α≤150°區(qū)間，電源電壓出現(xiàn)過零變負(fù)時(shí)，續(xù)流管及時(shí)導(dǎo)通為負(fù)載電流提供續(xù)流回路，晶閘管承受反向電源相電壓而關(guān)斷。這樣ud波形斷續(xù)但不出現(xiàn)負(fù)值。續(xù)流管VD起作用時(shí)，晶閘管與續(xù)流管的導(dǎo)通角分別為：

3.3三相半波可控整流電路三、反電動(dòng)勢負(fù)載與單相全控橋反電勢負(fù)載情況相似，在電樞回路中串入電感量足夠大的Ld。這就為含有反電勢的大電感負(fù)載，其波形分析、各電量計(jì)算式與大電感負(fù)載時(shí)相同，僅電流計(jì)算公式不同同樣，為了擴(kuò)大移相范圍，并使id波形更加平穩(wěn)，也可在負(fù)載兩端并聯(lián)續(xù)流管VD。其波形分析和計(jì)算方法，與接續(xù)流管的三相半波大電感負(fù)載相同。

圖3-17三相半波可控整流電路，反電動(dòng)勢負(fù)載的波形各電量計(jì)算

(1)負(fù)載電壓平均值Ud和電流平均值Id1)0°≤α≤30°時(shí)

2)30°≤α≤150°時(shí)

3)負(fù)載電流Id=Ud/Rd3.3三相半波可控整流電路（2）晶閘管電流平均值IdT、有效值IT及晶閘管承受的最高電壓值UTM

1）0°≤α≤30°時(shí)

2)30°≤α≤150°時(shí)

（3）續(xù)流管平均電流IdD、有效值ID及承受的最高電壓UDM(30°≤α≤150°)3.3三相半波可控整流電路

3.4三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）共陽極組——陽極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT4，VT6，VT2）三相橋式全控整流電路原理圖導(dǎo)通順序：

VT1－VT2－VT3－

VT4－VT5－VT6陽極電壓最大的導(dǎo)通陰極電壓最低的導(dǎo)通阻感負(fù)載時(shí)的工作情況α≤60

時(shí)（α=0

圖3－18；α=30

圖4－19）ud波形連續(xù)，工作情況與帶電阻負(fù)載時(shí)十分相似。區(qū)別在于：id的波形可近似為一條水平線。α>60

時(shí)（α=90

圖4－20）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)面積阻感負(fù)載時(shí)，ud波形會(huì)出現(xiàn)負(fù)面積帶阻感負(fù)載時(shí)，三相橋式全控整流電路的α角移相范圍為:0

~90

。主要包括3.4三相橋式全控整流電路圖3-18三相橋式全控整流電路

帶阻感負(fù)載α=0

時(shí)的波形圖3-19三相橋式全控整流電路

帶阻感負(fù)載α=30

時(shí)的波形圖3-20三相橋式整流電路

帶阻感負(fù)載，α=90

時(shí)的波形定量分析當(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α≤60

時(shí)）的平均值為：

帶電阻負(fù)載且α>60

時(shí)，整流電壓平均值為：

輸出電流平均值為：Id=Ud/R3.4三相橋式全控整流電路晶閘管及輸出整流電壓的情況如下表所示時(shí)段IIIIIIIVVVI共陰極組中導(dǎo)通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5共陽極組中導(dǎo)通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6整流輸出電壓uduα-ub=uαbuα-uc=uαcub-uc=ubcub-uα=ubαuc-uα=ucαuc-ub=ucb3.4三相橋式全控整流電路三相橋式全控整流電路的特點(diǎn)（1）2管同時(shí)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各1，且不能為同1相器件。（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。3.4三相橋式全控整流電路（3）ud一周期脈動(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：單寬脈沖觸發(fā)、雙窄脈沖觸發(fā)（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。3.4三相橋式全控整流電路一、逆變的概念

逆變：把直流電變成交流電的過程。逆變UPS3.5有源逆變電路逆變分類DC—AC有源逆變無源逆變AC—DC—AC直流電交流電電網(wǎng)直流電交流電負(fù)載逆變類型對(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。既工作在整流狀態(tài)又工作在逆變狀態(tài)，稱為變流電路。二、有源逆變工作原理1.能量關(guān)系UdM可用兩個(gè)電源相連來反映問題二、有源逆變工作原理1.能量關(guān)系Ud:施能E:受能R：耗能整流短路有源逆變反極性相連，相當(dāng)于兩個(gè)電源串聯(lián)短路，應(yīng)避免Ud:受能E:施能R：耗能UdER+_+_IUdER+_+_IUdER+_+_I2.有源逆變產(chǎn)生的條件Q擲向1：αⅠ＜90°，整流工作。

UdⅠ上正下負(fù)，電動(dòng)機(jī)作電動(dòng)運(yùn)行，反電勢E上正下負(fù)。Q快速擲向2：若αⅡ＜90°，UdⅡ下正上負(fù)，反電勢E上正下負(fù)，兩電源順極性相連，相當(dāng)于短路事故。Q擲向2：應(yīng)使αⅡ＞90°，UdⅡ

極性為上正下負(fù)，且使︱Ud︱＜︱E︱。此時(shí)電動(dòng)機(jī)供給能量，運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)，晶閘管裝置吸收能量送回電網(wǎng)。

逆變角β=180°—αⅡ圖3-25單相橋式電路的整流和逆變?cè)韺?shí)現(xiàn)有源逆變的條件可歸納如下：

1)變流裝置的直流側(cè)必須外接有電壓極性與晶閘管導(dǎo)通方向一致的直流電源E，且E的數(shù)值要大于Ud2)變流器必須工作在β＜90°（α＞90°)區(qū)間，使

Ud＜0，才能將直流功率逆變?yōu)榻涣鞴β史邓碗娋W(wǎng)3)為了保證變流裝置回路中的電流連續(xù)，逆變電路中一定要串接大電抗2、有源逆變產(chǎn)生的條件注意：半控橋或有續(xù)流二極管的電路，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。

三、有源逆變應(yīng)用電路1.單相有源逆變電路（以單相全控橋接電動(dòng)機(jī)負(fù)載為例）整流逆變2.三相有源逆變電路（三相半波接電動(dòng)機(jī)負(fù)載）

Ud=-1.17U2cosβ

圖3-26三相半波有源逆變電路原理圖3-27三相橋式整流電路工作于有源逆變狀態(tài)時(shí)不同逆變角的電壓波形

3.5晶閘管的有源逆變工作狀態(tài)四、逆變失敗與最小逆變角限制1.逆變失敗變流器工作在有源逆變狀態(tài)時(shí)，若出現(xiàn)輸出電壓平均值與直流電源E順極性串聯(lián)，必然形成很大的短路電流流過晶閘管和負(fù)載，造成事故。這種現(xiàn)象稱為逆變失敗，或稱為逆變顛覆。

3.5晶閘管的有源逆變工作狀態(tài)2.造成逆變失敗的原因：(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觸發(fā)脈沖，如脈沖丟失、脈沖延時(shí)等。(2)晶閘管發(fā)生故障。器件失去阻斷能力，或器件不能導(dǎo)通。(3)交流電源異常。在逆變工作時(shí)，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(yīng)考慮變壓器漏抗引起的換相重疊角、晶閘管關(guān)斷時(shí)間等因素的影響。為防止逆變失敗，應(yīng)限制最小逆變角3.5晶閘管的有源逆變工作狀態(tài)3.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（15°～25°）(2)晶閘管關(guān)斷時(shí)間tq所對(duì)應(yīng)的電角度δ：約4°～6°(3)安全裕量角θ′：一般取θ′為10°左右綜上所述，最小逆變角為：3.5晶閘管的有源逆變工作狀態(tài)換相重疊角的影響：圖3-28交流側(cè)電抗對(duì)逆變換相過程的影響當(dāng)b>g時(shí)，換相結(jié)束時(shí)，晶閘管能承受反壓而關(guān)斷。如果b<g時(shí)（從圖3-28右下角的波形中可清楚地看到），該通的晶閘管（VT2）會(huì)關(guān)斷，而應(yīng)關(guān)斷的晶閘管（VT1)不能關(guān)斷，最終導(dǎo)致逆變失敗。udOOidwtwtuαubucuαubpbgb<gαgbb>giVT1iVTiVT3iVTiVT322ik=ib是逐漸增大的，

而iα

=Id-ik是逐漸減小的。當(dāng)ik增大到等于Id時(shí)，iα

=0，VT1關(guān)斷,換流過程結(jié)束。3.6變壓器漏感抗對(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的過程：因α、b兩相均有漏感，故iα

、ib均不能突變。于是VT1和VT2同時(shí)導(dǎo)通，相當(dāng)于將α、b兩相短路，在兩相組成的回路中產(chǎn)生環(huán)流ik。圖3-29

考慮變壓器漏感時(shí)的三相半波可控整流電路及波形udidwtOwtOgiciαibiciαIduαubucα3.6

變壓器漏感對(duì)整流電路的影響換相重疊角——換相過程持續(xù)的時(shí)間，用電角度g表示。換相過程中，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。換相重疊角g的計(jì)算由上式得：進(jìn)而得出：3.6變壓器漏感對(duì)整流電路的影響由上述推導(dǎo)過程，已經(jīng)求得：當(dāng)時(shí)，，于是g隨其它參數(shù)變化的規(guī)律：（1）

Id越大則g越大；（2）

XB越大g越大；（3）

當(dāng)α≤90

時(shí)，

越小g越大。3.6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②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①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。3.6變壓器漏感對(duì)整流電路的影響3.6

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g

，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，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。3.7任務(wù)實(shí)施——可控整流電路測試1.單相半波可控整流電路測試2.單相橋式半控整流電路測試3.單相橋式全控整流電路測試及有源逆變電路測試4.三相半波可控整流電路測試5.三相半波有源逆變電路測試6.三相橋式半控整流電路測試1.單相半波可控整流電路★

采用THPDD實(shí)訓(xùn)臺(tái)、雙蹤示波器、萬用表、數(shù)字表等進(jìn)行實(shí)訓(xùn)?！?/p>

單相交流電源采用220V，觸發(fā)電路采用單結(jié)晶體管觸發(fā)?！?/p>

繪制單相半波可控整流電路原理圖。★

連接實(shí)際接線圖。★

單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的調(diào)試?！?/p>

單結(jié)晶體管觸發(fā)電路各點(diǎn)電壓波形的觀察并記錄?！?/p>

用示波器觀察可控半波整流電路負(fù)載兩端電壓的波形隨觸發(fā)角變化的情況。★

單相半波整流電路帶電阻性負(fù)載時(shí)Ud/U2=f(α)特性的測定?！?/p>

單相半波整流電路帶電阻電感性負(fù)載時(shí)續(xù)流二極管作用的觀察?！?/p>

總結(jié)測試結(jié)論。3.7任務(wù)實(shí)施——可控整流電路測試思考題(1)單結(jié)晶體管觸發(fā)電路的振蕩頻率與電路中電容C1的數(shù)值有什么關(guān)系?

(2)單相半波可控整流電路接電感性負(fù)載時(shí)會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?如何解決?2.單相橋式半控整流電路★采用THPDD實(shí)訓(xùn)臺(tái)、雙蹤示波器、萬用表、數(shù)字表等進(jìn)行實(shí)訓(xùn)?！飭蜗嘟涣麟娫床捎?20V，觸發(fā)電路采用TCA785集成觸發(fā)?！锢L制單相橋式半控整流電路原理圖。★連接實(shí)際接線圖?！?/p>

TCA785觸發(fā)電路原理的學(xué)習(xí)與調(diào)試?！镎{(diào)節(jié)電位器RP1、RP2觀察觸發(fā)角變化并記錄?！镉檬静ㄆ饔^