三相晶閘管變流技術(shù)基礎(chǔ)：整流與逆變

維修電工

整流與逆變

高級(jí)維修電工理論培訓(xùn)直流電源一、整流二極管元件單向?qū)щ娞匦哉鞫O管的外形圖及符號(hào)

整流二極管的特點(diǎn)？

二、二極管整流電路二、二極管整流電路二、二極管整流電路二、二極管整流電路單相半波整流電路的特點(diǎn)負(fù)載上的直流電壓和直流電壓流二、二極管整流電路練習(xí)題已知一單相半波整流電路，直流負(fù)載電阻為50歐姆，變壓器變比U1/U2=2，計(jì)算負(fù)載電壓Uo和電流Io？二、二極管整流電路二、二極管整流電路二、二極管整流電路二、二極管整流電路練習(xí)：上一題缺點(diǎn)？輸出電壓不可調(diào)三、晶閘管整流元件常用晶閘管的結(jié)構(gòu)螺栓型晶閘管晶閘管模塊平板型晶閘管外形及結(jié)構(gòu)三、晶閘管整流元件晶閘管的符號(hào)陽(yáng)極控制極陰極三、晶閘管整流元件晶閘管的工作現(xiàn)象正向阻斷狀態(tài)正向?qū)顟B(tài)導(dǎo)通后控制極失控狀態(tài)導(dǎo)通變關(guān)斷（Ua=0）晶閘管加反向電壓三、晶閘管整流元件晶閘管的導(dǎo)通、關(guān)斷條件晶閘管正向?qū)l件：一是在陽(yáng)極與陰極之間加正向電壓，即UAK>0；二是在控制極與陰極之間也要加正向電壓（觸發(fā)電壓），即UGK>0。

晶閘管一旦導(dǎo)通后：控制極便失去對(duì)晶閘管的控制作用，即減小或取消觸發(fā)電壓，晶閘管仍導(dǎo)通?？刂平怯胊表示。

晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)樽钄鄺l件：一是減小陽(yáng)極與陰極間的正向電壓，使陽(yáng)極電流小于維持電流；二是在陽(yáng)極與陰極之間加反向電壓，即UAK<0。

四、晶閘管整流電路

單相半波可控整流電路1）帶電阻負(fù)載的工作情況變壓器T起變換電壓和電氣隔離作用。電阻負(fù)載的特點(diǎn)：電壓與電流成正比，兩者波形相同。wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00負(fù)載直流電壓平均值：Ud=0.45U2（1+COSa）/2=（0~0.45）U2Id=Ud/R四、晶閘管整流電路2)帶阻感負(fù)載的工作情況阻感負(fù)載的特點(diǎn)：電感對(duì)電流變化有抗拒作用，使得流過(guò)電感的電流不發(fā)生突變。wttwwtwtwu20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)++四、晶閘管整流電路3)帶續(xù)流二極管的工作情況u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRa)當(dāng)u2過(guò)零變負(fù)時(shí)，VDR導(dǎo)通，ud為零，VT承受反壓關(guān)斷。L儲(chǔ)存的能量保證了電流id在L-R-VDR回路中流通，此過(guò)程通常稱(chēng)為續(xù)流。單相半波可控整流電路的特點(diǎn)？VT的a移相范圍為180

簡(jiǎn)單，但輸出脈動(dòng)大，但很少用四、晶閘管整流電路電阻負(fù)載單相橋式全控整流電路u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4工作原理及波形分析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(guò)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(guò)零時(shí)關(guān)斷。負(fù)載直流電壓平均值：Ud=0.9U2（1+COSa）/2=（0~0.9）U2Id=Ud/R四、晶閘管整流電路三相半波可控整流電路電路的特點(diǎn)：變壓器二次側(cè)接成星形得到零線，而一次側(cè)接成三角形避免3次諧波流入電網(wǎng)。三個(gè)晶閘管分別接入a、b、c三相電源，其陰極連接在一起——共陰極接法。1)電阻負(fù)載b)c)d)e)f)u2Riduaubuca=0Owt1wt2wt3uGOudOOuabuacOiVT1uVT1wtwtwtwtwt分析a導(dǎo)通角分別為0、30、600時(shí)的工作狀態(tài)四、晶閘管整流電路2）阻感負(fù)載特點(diǎn)：阻感負(fù)載，L值很大，id波形基本平直。a≤30

時(shí)：整流電壓波形與電阻負(fù)載時(shí)相同。a>30

時(shí)（如a=60

時(shí)的波形如圖2-16所示）。u2過(guò)零時(shí)，VT1不關(guān)斷，直到VT2的脈沖到來(lái)，才換流，——ud波形中出現(xiàn)負(fù)的部分。id波形有一定的脈動(dòng)，但為簡(jiǎn)化分析及定量計(jì)算，可將id近似為一條水平線。阻感負(fù)載時(shí)的移相范圍為90

。分析a導(dǎo)通角分別為0、30、600時(shí)的工作狀態(tài)

四、晶閘管整流電路有關(guān)計(jì)算

電阻性負(fù)載：電感性負(fù)載：輸出直流電壓平均值：Ud=1.17U2ΦCOSaU2Φ為變壓器二次則相電壓U2Φ為變壓器二次則相線電壓輸出直流電流平均值：Id=Ud/R晶閘管最高反向電壓：晶閘管的電流平均值：三相半波的主要缺點(diǎn)在于其變壓器二次電流中含有直流分量，為此其應(yīng)用較少

兩者波形比對(duì)晶閘管的電流值有效值：四、晶閘管整流電路三相橋式全控整流電路（電阻）共陰極組——陰極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT1，VT3，VT5）共陽(yáng)極組——陽(yáng)極連接在一起的3個(gè)晶閘管（VT4，VT6，VT2）導(dǎo)通順序：

VT1－VT2

－VT3－

VT4

－VT5－VT6哪一相電壓最高,且該晶閘管承受正向電壓,具備觸發(fā)到同條件。哪一相電壓最低,且該晶閘管承受正向電壓,具備觸發(fā)到同條件。四、晶閘管整流電路原理分析a=00四、晶閘管整流電路原理分析a=300四、晶閘管整流電路原理分析a=600四、晶閘管整流電路原理分析a=900

移相范圍0~1200四、晶閘管整流電路三相橋式全控整流電路（大電感）四、晶閘管整流電路電路分析四、晶閘管整流電路原理分析a=00四、晶閘管整流電路原理分析a=300四、晶閘管整流電路四、晶閘管整流電路原理分析a=900四、晶閘管整流電路五、逆變電路原理:把直流電變成交流電與整流的關(guān)系:逆變是整流的逆向過(guò)程分類(lèi):有源逆變和無(wú)源逆變

有源逆變:把直流電逆變成與電網(wǎng)同頻率的交流電,返回交流電網(wǎng)。

無(wú)源逆變：把直流電逆變成固定頻率或可變頻率的交流電，提供給交流負(fù)載,如交流變頻調(diào)速、感應(yīng)加熱器（中頻電源和高頻電源）或不停電電源使用。五、逆變電路----有源逆變的工作原理有源逆變過(guò)程的能量轉(zhuǎn)換

分析有源逆變電路的關(guān)鍵是把握電源間的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系。整流與逆變的根本區(qū)別就是能量傳遞方向不同。

下面電路分三種情況加以說(shuō)明分析。注意這三個(gè)電路的連接有什么不同！五、逆變電路----有源逆變的工作原理

圖（a）發(fā)電機(jī)G向電動(dòng)機(jī)M供電，EG>EM，電流Id從G流向M。負(fù)載電流Id為：發(fā)電機(jī)輸出功率：電動(dòng)機(jī)吸收功率：電能由發(fā)電機(jī)流向電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)的機(jī)械能。五、逆變電路----有源逆變的工作原理

圖（b）電動(dòng)機(jī)M

運(yùn)行在發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，EG<EM，電流反向，Id從M流向G。故電動(dòng)機(jī)輸出功率，發(fā)電機(jī)吸收功率。電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊此徒o發(fā)電機(jī)五、逆變電路----有源逆變的工作原理

圖（c）改變電動(dòng)機(jī)G

勵(lì)磁電流方向使EM與EG的方向一致。這時(shí)兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)順象串聯(lián)，向電阻RZ供電。發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)都輸出功率，因電阻RZ一般都很小，形成很大的短路電流，這種情況是不允許的。五、逆變電路----有源逆變的工作原理

綜上所述，可得出以下結(jié)論：

(1)兩電動(dòng)勢(shì)同極性相連，電流總是從高電勢(shì)流向低電勢(shì)，其電流的大小取決于兩個(gè)電勢(shì)之差與回路總電阻的比值。兩個(gè)電源反極性相連，如果電路的總電阻很小，將形成電源間的短路，實(shí)際中應(yīng)避免發(fā)生這種情況。

五、逆變電路----有源逆變的工作原理P=IU(2)電流從電動(dòng)勢(shì)的正極流出，該電動(dòng)勢(shì)輸出電能；而電流從電動(dòng)勢(shì)的正極流入，該電動(dòng)勢(shì)吸收電能。電源輸出或吸收功率的大小由電勢(shì)與電流的乘積來(lái)決定，若電勢(shì)或者電流方向改變，則電能的傳送方向也隨之改變。五、逆變電路---有源逆變的工作原理

現(xiàn)以單相全控橋式整流電路對(duì)直流電動(dòng)機(jī)供電系統(tǒng)的三種工作情況為例說(shuō)明有源逆變?cè)?。圖中的直流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的負(fù)載設(shè)備為卷?yè)P(yáng)機(jī)。直流卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)(a)提升重物；(b)放下重物EGEM五、逆變電路---有源逆變的工作原理1．整流工作狀態(tài)（0＜α＜π/2）當(dāng)控制角α在0～π/2之間觸發(fā)晶閘管時(shí)，變流裝置輸出的直流平均電壓為Ud=0.9U2cosα，因?yàn)榇藭r(shí)α小于π/2，故Ud為正值。波形如圖。此時(shí)，變流裝置工作在整流工作狀態(tài)。

五、逆變電路---有源逆變的工作原理

在整流狀態(tài)下，直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，卷?yè)P(yáng)機(jī)將重物提升起來(lái)，直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的反電勢(shì)為ED略小于Ud，此時(shí)電樞回路的電流為：EG＞EM

注意：此時(shí)能量的傳遞方向！輸出電能吸收電能五、逆變電路---有源逆變的工作原理提升速度的控制

在整流狀態(tài)下，因，當(dāng)減小α?xí)r，Ud增大，引起Id增大，電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩增大，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，提升加快。但同時(shí)，因轉(zhuǎn)速升高，電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)E也增大，使電流Id恢復(fù)到原來(lái)的值，這時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在新的較高轉(zhuǎn)速。

所以改變?chǔ)量梢苑奖愕母淖兲嵘俣?。五、逆變電?--有源逆變的工作原理2．有源逆變工作狀態(tài)（π/2＜α＜π）(c)有源逆變狀態(tài)α＞π/2

當(dāng)變流器工作在α＞π/2的狀態(tài)時(shí)，其輸出直流平均電壓Ud為負(fù)（負(fù)面積大于正面積）。但因ED的作用，晶閘管仍導(dǎo)通。此時(shí)如果滿(mǎn)足ED＞Ud，則回路中的電流為：+-ED+-五、逆變電路---有源逆變的工作原理

電流的方向是從電勢(shì)ED的正極流出，從電壓Ud的正極流入，電流方向未變。這時(shí)電動(dòng)機(jī)為發(fā)電狀態(tài)運(yùn)行，輸出電能，變流器吸收電能并回送到交流電網(wǎng)，

此時(shí)，電路進(jìn)入到有源逆變工作狀態(tài)

(c)有源逆變狀態(tài)α＞π/2吸收電能輸出電能五、逆變電路---有源逆變的工作原理因逆變時(shí)的α>90o，cosα計(jì)算不方便，所以引入逆變角β

的概念，令β=180o-α。則：五、逆變電路---有源逆變的工作原理3．中間狀態(tài)（α=π/2）當(dāng)卷?yè)P(yáng)機(jī)需在某個(gè)位置停住時(shí)，只要將控制角α調(diào)到等于π/2，變流器輸出電壓波形中，其正、負(fù)面積相等，輸出電壓平均值Ud為零，波形如圖。此時(shí)，變流裝置不輸出電能，也不吸收電能。五、逆變電路---有源逆變的工作原理

上述三種變流器的工作狀態(tài)反映了隨著控制角α的變化，變流裝置分別從整流到中間狀態(tài)，然后進(jìn)入有源逆變的過(guò)程。

五、逆變電路---有源逆變的工作原理控制角α的變化，與變流裝置工作狀態(tài)的關(guān)系(b)中間狀態(tài)等于π/2(a)整流狀態(tài)α在0～π/2(c)有源逆變狀態(tài)α＞π/2五、逆變電路---有源逆變的工作原理

1）外部條件

務(wù)必要有一個(gè)極性與晶閘管導(dǎo)通方向一致的直流電勢(shì)源。這種直流電勢(shì)源可以是直流電機(jī)的電樞電勢(shì)，也可以