第三章：相控整流.ppt

2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 1 第三章相控整流电路 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 2 要求及重点 要求 理解和掌握单相桥式 三相半波 三相桥式等整流电路的电路结构 工作原理 波形分析和电量计算 重点 波形分析和基本电量计算的方法 难点 不同负载对工况的影响 整流器交流侧电抗对整流电路的影响 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 3 本章内容 3 1概述3 2单相桥式全控整流电路3 3单相桥式半控整流电路3 4三相半波可控整流电路3 5三相桥式全控整流电路3 6三相桥式半控整流电路3 7整流器交流侧电抗对换流 相 的影响 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 4 3 1概述 一 整流电路的分类1 按组成电路的器件分类不可控整流电路 电路完全由不可控器件组成 整流输出电压 平均值 大小和极性不可变 半控整流电路 电路由不可控器件和可控器件组成 整流输出电压 平均值 大小可调 极性不能改变 全控整流电路 电路完全由可控器件组成 整流输出电压 平均值 大小和极性都可变 整流电路 出现最早的电力电子电路 将交流电变为直流电 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 5 整流电路的分类 续 2 按电路结构分类桥式电路 又称全波电路或双拍电路 零式电路 又称半波电路或单拍电路 3 按交流输入相数分类单相电路多相电路4 按控制方式分类相控式电路斩控式电路 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 6 二 可控整流电路的组成 主电路交流电源 工频电网或整流变压器滤波器 为保证电流连续负载 阻性负载 阻感负载 反电势负载等控制电路 模拟控制 数字控制 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 7 三 对整流电路的基本技术要求1 输出电压的可调范围要大 脉动要小 2 交流电源功率因数要高 谐波电流要小 3 器件导电时间要尽可能长 承受正反向电压要低 4 变压器利用率要高 尽量防止直流磁化 四 按理想条件来研究整流电路理想电力电子器件 正向导通时阻抗为零 断态时阻抗为无穷大 理想电源 整流电路的交流输入电压为对称 无畸变的正弦波 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 8 五 本章分析方法要点及数学基础 1 分析方法要点 1 根据SCR的导通 关断条件 确定其导通时刻 关断时刻 绘出整流输出电压和电流波形 由此可进一步绘出有关器件上的电压和电流波形 2 应用电工基础中的平均值 有效值概念 推导出上述波形随控制角 变化的数学表达式 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 9 2 数学基础 1 平均值和有效值计算设f t 为电压或电流实时表达式 则f t 在 期间的平均值和有效值分别为 2 功率因数计算其中 P 负载功率 电源输出的有功功率 S 电源 变压器 的视在功率 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 10 六 可控整流电路的基本概念 单相半波可控整流电路 控制角 从晶闸管开始承受正向电压到被触发导通这一角度 导通角 晶闸管在一个周期内导通的电角度 移相 改变控制角 的大小 即改变触发脉冲的出现时刻 相位 移相控制 通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的控制方式 移相范围 控制角 的允许调节范围 同步 触发脉冲信号和晶闸管电压 即电源电压 在频率和相位上的协调配合关系 换相 换流 电流从含有变流元件的一个支路转移到另一个支路的过程 自然换相点 当电路中的可控元件全部由不可控元件代替时 各元件的导电转换点 仅在交流正半周输出电压 所以叫半波整流 单相输入 所以叫单相整流 输出电压可通过调节 进行控制 所以叫可控整流 单相半波可控整流 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 11 整流电路的基本概念 续 控制角 从晶闸管开始承受正向电压到被触发导通这段时间所对应的电角度 导通角 晶闸管在一个周期内导通的电角度 移相改变控制角 的大小 即改变触发脉冲Ug的出现时刻 相位 移相控制通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的控制方式 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 12 整流电路的基本概念 续 移相范围控制角 的允许调节范围 同步触发脉冲信号和晶闸管阳极电压 即电源电压 在频率和相位上的协调配合关系 换相 换流 电流从含有变流元件的一个支路转移到另一个支路的过程 自然换相点当电路中的可控元件全部由不可控元件代替时 各元件的导电转换点 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 13 例题3 1 单相半波可控整流电路 电阻性负载 交流电源220伏 要求输出直流平均电压50伏 输出直流平均电流20安 计算 1 晶闸管的控制角 2 电流有效值 3 负载的功率因数 4 选择晶闸管 解 1 控制角 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 14 例题3 1 续 解 2 电流有效值 3 功率因数 4 晶闸管定额 UT 2 3 1 414 220 620 930V 可选KP50 7型元件 电压等级7 即额定电压700伏 额定通态平均电流50安的器件 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 15 3 2单相桥式全控整流电路 一 电阻负载 R负载 一 工作原理 波形分析 1 T1和T4组成一对桥臂 在u2正半周承受电压u2 得到触发脉冲即导通 当u2过零时关断 2 T2和T3组成另一对桥臂 在u2负半周承受电压 u2 得到触发脉冲即导通 当u2过零时关断 移相范围0 180 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 16 二 单相全控桥电路 R负载 电量计算 1 输出平均电压Ud移相范围0 180 2 输出平均电流Id3 SCR平均电流IdT Id 2 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 17 4 负载电压有效值U5 变压器副边绕组电流有效值I26 流过晶闸管的电流有效值7 功率因数 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 18 8 SCR承受的最大正向电压为 9 SCR承受的最大反向电压为 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 19 二 电感性负载 R L负载 一 工作原理 波形分析为便于讨论 假设 1 电路已工作于稳态 id的平均值不变 2 负载电感很大 负载电流id连续且波形近似为一水平线 u2过零变负时 由于电感的作用晶闸管T1和T4中仍流过电流id 并不关断 至 t a时刻 给T2和T3加触发脉冲 因T2和T3本已承受正电压 故两管导通 T2和T3导通后 u2通过T2和T3分别向T1和T4施加反压使T1和T4关断 流过T1和T4的电流迅速转移到T2和T3上 此过程称换相 亦称换流 移相范围0 90 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 20 二 单相全控桥电路 R L负载 电量计算 1 输出平均电压Ud移相范围0 90 2 输出平均电流Id 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 21 二 单相全控桥电路 R L负载 电量计算 续 3 流过晶闸管的平均电流IdT Id 24 流过晶闸管的电流有效值5 变压器副边绕组电流有效值6 功率因数 7 SCR承受的最大正 反向电压为 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 22 三 电流断续时特性分析 1 负载电流断续时整流电压 电流波形 电流断续时 的关系 越大 越小 越大 越大 负载阻抗角 arctan L R 电流断续 电流连续 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 23 课堂思考 习题3 2可控整流电路 纯电阻负载时 负载电阻上的平均电压和平均电流的乘积是否等于负载功率 大电感负载 当电流基本平直时 在负载电阻上的平均电压和平均电流的乘积是否等于负载功率 为什么 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 24 三 反电势负载 R E负载 一 工作原理 波形分析 电流连续 电流断续 在 u2 E时 才有晶闸管承受正电压 有导通的可能 导通之后 ud u2 直至 u2 E id即降至0使得晶闸管关断 此后ud E 与电阻负载时相比 晶闸管提前了电角度 停止导电 称为停止导电角 在 角相同时 整流输出电压比电阻负载时大 当 d时 SCR从 时刻开始导通 当 d时 SCR从d时刻开始导通 因此 反电势负载要求触发脉冲有足够的宽度 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 25 二 电量计算 反电势负载 时 时 最小起始导电角 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 26 四 直流电动负载 R L E负载 一 工作原理 波形分析 二 电量计算整流电压ud的波形 负载电流id的波形与电感负载电流连续时的波形相同 ud的计算公式亦一样 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 27 小结 整流电路的分析方法 波形分析法 根据电源电压u2和控制角 以及负载性质 绘出负载电压ud 负载电流id和整流元件的电压 电流波形 从而导出基本电量的计算公式及数量关系 具体步骤 1 绘出主电路原理图 标出各电量和元件序号 2 画出相 线 电压波形图 确定自然换相点 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 28 小结 整流电路的分析方法 续 3 根据控制角 绘出触发脉冲的相应位置 并标明相应序号 4 根据可控整流电路的工作原理 绘出负载电压ud 负载电流id SCR 或D 电流iT 或iD 等波形 5 根据波形图 导出基本电量的计算式 6 对整流电路进行综合评价 例如 电路的优 缺点 电路的可控移相范围 负载电流是否连续 整流元件承受的最大正 反向电压值等 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 29 小结 整流电路的分析方法 续 基本电量输出电压 负载电压 平均值Ud 有效值U输出电流 负载电流 平均值Id 有效值ISCR电流平均值IdT 有效值ITSCR电流定额ITAV 1 5 2 IT 1 57电源 变压器副边 电压有效值U2电流有效值I2 视在功率S U2 I2电阻负载功率P I2 R直流电源负载功率P Id E当负载中含有大电感时 即 Id平直时 I Id P Id Ud功率因数 P S 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 30 例题3 2 求二极管的导通角 电流平均值Id 有效值I 交流电源送出的功率P和电源侧的功率因数 图例3 2所示电路中 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 31 例题3 2 续 解 如图例3 2所示 二极管D的起始导电角为 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 32 3 3单相桥式半控整流电路 一 电阻负载 半控电路与全控电路的工作情况相同 二 电感性负载 R L负载 一 工作原理 波形分析假定电感很大 id平直 在u2正半周 触发角 处给晶闸管T1加触发脉冲 u2经T1和D2向负载供电 u2过零变负时 因电感作用使电流连续 T1继续导通 但因a点电位低于b点电位 使得电流从D2转移至D1 D2关断 电流不再流经变压器二次绕组 而是由T1和D1续流 负半周触发角 时刻触发T2 T2导通后向T1加反压使之关断 u2经T2和D1向负载供电 u2过零变正时 D2导通 D1关断 T2和D2续流 ud又为零 移相范围0 180 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 33 二 单相桥式半控整流 R L负载 电量计算 1 Ud Id U计算公式与单相全控桥 R负载 一样2 流过变压器副边绕组的电流有效值I23 流过SCR和整流管的电流平均值和有效值 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 34 4 功率因数 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 35 三 失控现象分析 当处于关断状态的晶闸管的触发脉冲突然丢失或控制角 突然增大到180 时 处于导通状态的晶闸管将不能正常关断 失去控制作用 失控现象 避免方法 用二极管续流 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 36 四 避免失控 加续流二极管的单相桥式半控电路 工作原理 波形分析 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 37 五 其它形式的单相桥式半控电路 可以省去续流二极管D3 续流由D1和D2来实现 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 38 三 直流电动机负载 R L E负载 波形分析 b 电流连续时的电压电流波形 c 电流断续时的电压电流波形 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 39 单相整流电路的优 缺点 优点 结构简单 对触发电路的要求较低 缺点 输出直流电压脉动大 易造成电网负载不平衡 应用范围一般用于4KW以下的中小容量的设备 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 40 课堂思考 习题3 4如图所示电路中 US 110V E 50V R 2 试按比例画出uo io uD1 iD1 uD2 iD2随时间变化的关系曲线 并计算io的平均值 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 41 三相可控整流电路 交流侧由三相电源供电 负载容量较大 或要求直流电压脉动较小时用 基本电路为三相半波可控整流电路 三相桥式全控整流电路应用最广 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 42 3 4三相半波可控整流电路 三相半波可控整流电路是构成三相制多相整流电路的基础 必须很好地掌握 电路特点为得到零线 变压器副边必须接成Y形 为避免三次谐波流入电网 变压器原边必须接成 形 三个晶闸管的阴极连接在一起 这种接法称为共阴极接法 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 43 一 三相半波可控整流 R负载 一 工作原理 波形分析自然换相点 t1 t2 t3 1 0 的工作情况此时负载电流连续 每相晶闸管各导电120 移相范围0 150 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 44 一 三相半波可控整流 R负载 续 2 30 的工作情况此时负载电流处于连续和断续的临界状态 每相晶闸管各导电1200 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 45 一 三相半波可控整流 R负载 续 3 30 的工作情况电压电流波形断续各晶闸管导电时间 1500 小于1200 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 46 二 电量计算 R负载 1 0 30 输出电压平均值 2 30 150 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 47 二 电量计算 R负载 续 3 负载电流平均值 Id Ud R4 晶闸管承受的最大反向电压 为变压器二次线电压峰值 即5 晶闸管承受的最大正向电压等于变压器二次相电压的峰值 即6 移相范围 0 150 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 48 二 阻感性负载 R L负载 假定电感很大 id平直 一 工作原理 波形分析1 30 Ud波形与R负载相同2 30 u2过零时 T1不关断 直到T2的脉冲到来 才换流 由T2导通向负载供电 同时向T1施加反压使其关断 ud波形中出现负的部分 id波形有一定的脉动 但为简化分析及定量计算 可将id近似为一条水平线 每相晶闸管各导电1200 移相范围0 90 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 49 二 电量计算 L负载 1 整流电压Ud2 整流电流Id3 变压器副边电流有效值I2 SCR的电流有效值IT 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 50 二 电量计算 L负载 续 4 变压器副边容量S2 3U2I2 1 48Pd5 变压器原边容量S1 3U1I1 3U2I1 1 21Pd 假设W1 W2 6 变压器容量 三相半波的主要缺点在于其变压器副边电流中含有直流分量 为此其应用较少 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 51 二 电量计算 L负载 续 7 晶闸管最大正 反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值8 移相范围 0 90 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 52 三 Ud U2关系 三相半波可控整流电路Ud U2随a变化的关系1 电阻负载2 大电感负载3 小电感负载 如果负载中的电感量不是很大 则当 30 后 相对大电感负载ud中负的部分减少 Ud略为增加 Ud U2与 的关系将介于曲线1和2之间 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 53 四 三相半波可控整流电路的优 缺点 优点 接线和控制简单 缺点变压器副边电流中含有直流分量 容易出现直流磁化现象 引起附加损耗 变压器利用率低 每相绕阻的最长导电时间只有三分之一周期 零线上通过较大的负载电流 应用场合 中等偏小功率的设备上 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 54 3 5三相桥式全控整流电路 结构 共阴极三相半波 共阳极三相半波 共阴极组 阴极连接在一起的3个晶闸管 T1 T3 T5 共阳极组 阳极连接在一起的3个晶闸管 T4 T6 T2 导通顺序 T6 T1 T1 T2 T2 T3 T3 T4 T4 T5 T5 T6 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 55 一 三相桥式全控整流电路 R L负载 假定电感很大 id平直 一 工作原理 波形分析 1 0 移相范围0 90 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 56 三相桥式全控整流电路 R L负载 续 2 30 3 60 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 57 三相桥式全控整流电路 R L负载 续 4 90 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 58 三相桥式全控整流电路要点 1 一周期内ud脉动6次 每次脉动的波形都一样 故该电路为6脉波整流电路 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 59 三相桥式全控整流电路要点 2 需要两个管同时导通才能形成供电回路 共阴极组和共阳极组各一个 且不能为同一相器件 电流连续时每个器件导通120 3 变压器副边流过正负电流 无直流磁化 电流连续时变压器副边各相绕组每个周期工作240 利用率高 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 60 三相桥式全控整流电路要点 4 对触发脉冲的要求 1 按T1 T2 T3 T4 T5 T6的顺序触发 相位依次差60 2 共阴极组T1 T3 T5的脉冲依次差120 共阳极组T4 T6 T2也依次相差120 3 同一相的上下两个桥臂 即T1与T4 T3与T6 T5与T2 脉冲相差180 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 61 5 为确保电路正常工作 要求同时导通的2个晶闸管均有脉冲 否则在电路合闸起动过程中或电流断续时 电路将不能正常工作 三相桥式全控整流电路要点 可采用两种方法使2个晶闸管均有脉冲 1 宽脉冲触发 2 双窄脉冲触发 常用 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 62 可采用两种方法使2个晶闸管均有脉冲 1 宽脉冲触发 2 双窄脉冲触发 常用 图 a 变压器副边三相电压波形图 b 宽脉冲触发 脉宽 60 图 c 双窄脉冲触发 三相桥式全控整流电路要点 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 63 二 电量计算 R L负载 1 整流电压Ud2 变压器副边电流有效值I2 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 64 二 电量计算 R L负载 3 SCR电流有效值IT 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 65 二 三相桥式全控整流电路 R负载 一 工作原理 波形分析 a 60 b 60 120 移相范围0 120 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 66 二 电量计算 R负载 1 整流电压Ud0 60 60 120 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 67 三 三相桥式全控整流电路 反电势负载 三相桥式全控整流电路接反电势阻感负载时 在负载电感足够大足以使负载电流连续的情况下 电路工作情况与电感性负载时相似 电路中各处电压 电流波形均相同 仅在计算Id时有所不同 接反电势阻感负载时的Id为 式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 68 优点 六脉波电路 输出电压脉动更小 变压器绕组无直流磁势 变压器绕组在正负半周都工作 效率高 四 三相桥式全控整流电路的优点 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 69 例题3 3 图例3 3的三相桥式整流电路 三相电压对称 设滤波电抗非常大 输出电流连续 若快速熔断器F1熔断 试绘出输出电压ud的波形 并写出电流Id的计算式 交流电源的内阻抗不计 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 70 例题3 3 续 解 1 故障条件下输出波形如图例3 3 b 所示 2 设整流器交流侧相电压为U2 将故障下输出波形和三相桥式整流电路在正常运行情况下 和 时的输出波形相比较可知 输出由四个 时的波头和两个 时的波头组成 因此计算可以简化为 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 71 3 6三相桥式半控整流电路 主电路结构由一个三相半波不控整流电路与一个三相半波可控整流电路串联而成 移相范围0 180 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 72 一 电阻性负载 R负载 1 30 一 波形分析 2 120 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 73 电阻性负载 续 二 电量计算1 整流电压Ud输出电压为不可控三相半波电路输出电压与可控的三相半波电路输出电压之和 2 移相范围0 180 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 74 二 电感性负载 R L负载 1 60 一 波形分析 2 60 180 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 75 电感性负载 续 二 电量计算1 整流电压Ud同电阻性负载输出电压为不可控半波电路输出电压与可控的三相半波电路输出电压之和 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 76 电量计算 续 2 SCR电流的有效值IT 整流管电流有效值ID 3 SCR电流的平均值IdD 整流管电流平均值IdT 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 77 电量计算 续 4 变压器副边绕组电流有效值I2 60 60 180 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 78 三 三相桥式半控整流的失控现象 当处于关断状态晶闸管的触发脉冲突然丢失或控制角 突然增大到180 时 处于导通状态的晶闸管将不能正常关断 失去控制作用 失控现象 避免方法 加续流二极管 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 79 例题3 4 图例3 4的三相半控桥式整流电路 已知三相电源对称 滤波电感Ld充分大 负载电流id近似平直 UAB 380V R 2 UC 40V 90 试完成下列要求 1 绘出负载电压ud 交流侧电流iA的波形 2 求负载电压平均值Ud 负载电流平均值Id 3 求电源侧的功率因数 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 80 例题3 4 续 解 1 反电势阻感负载在负载电感足够大足以使负载电流连续的情况下 电路工作情况与大电感负载时相似 负载电压ud 交流侧电流iA的波形如图例3 4 b 所示 3 2 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 81 3 7整流器交流侧电抗对换流 相 的影响 考虑包括变压器漏感在内的交流侧电感的影响 该漏感可用一个集中的电感LB表示 假设大电感负载 负载电流连续且平直 一 换相过程分析 以三相半波为例 1 T1换相至T2的过程 因a b两相均有漏感 故ia ib均不能突变 当ik增大到等于id时 ia 0 T1关断 换流结束 T1和T2同时导通 相当于将a b两相短路 在两相组成的回路中产生环流ik ib ik是逐渐增大的 而ia Id ik是逐渐减小的 考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形 换相重叠角 换相过程所需的时间 T1换相至T2的过程 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 82 2 相关概念 术语 换相过程 一相晶闸管电流从id 0 另一相晶闸管电流从0 id的过程 换相重叠角 换相过程所对应的相角 换相电压 换相过程中两相间电位差瞬时值uba ub ua3 换相电压的作用 强制导通元件中的电流下降为零 保证退出导通的元件恢复阻断能力 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 83 4 换相重迭对输出电压波形的影响换相过程中 整流电压的瞬时值影响 与 0时相比 产生了换相压降 Ud 使Ud减小 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 84 二 换相压降的计算 对于单相全控桥 环流ik是从0变为2Id 所以必须用2Id代替Id式中符号定义见下页整流输出电压的平均值 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 85 二 换相压降的计算 续 符号定义 m 输出电压在一个周期的波头数 xB 整流电路交流侧每相电抗值 主要是变压器漏抗 U2 变压器二次绕组额定相电压I2 变压器二次绕组额定相电流 星接 uK 变压器的短路电压比 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 86 三 考虑 时的整流器输出特性 输出电压的平均值Ud整流电路的输出特性如右图所示 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 87 四 换相重叠角 的计算 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 88 四 换相重叠角 的计算 m 输出电压在一个周期内的波头数 对于单相全控桥 环流ik是从0变为2Id 所以必须用2Id代替Id 对于三相全控桥 它相当于相电压为的6脉波整流电路 所以必须用线电压 即 代替 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 89 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算 注 单相全控桥电路中 环流ik是从0变为2Id 三相桥等效为相电压等于的6脉波整流电路 故其m 6 相电压按代入 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 90 五 变压器漏感对整流电路影响的一些结论 出现换相重叠角 整流输出电压平均值Ud降低 使整流电路的功率因数降低 换相使电网电压出现缺口 使电网电压发生畸变 晶闸管的di dt减小 有利于晶闸管的安全开通 有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di dt 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 91 例题3 5 图例3 5的单相桥式整流电路 已知电源电压U2 220V 交流侧电抗为XB 假设滤波电抗Xd非常大 以至于输出电流id连续而平直 当id Id时 重叠角 1 300 如改变负载电阻R 使id 2Id 试求 1 计算此时的重叠角 2和输出电压平均值Ud 2 绘出电流iD1 iD2和电压ud的波形 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 92 例题3 5 续 解 1 将m相半波可控整流电路计算重叠角的公式用于本题 可得 取m 2 且应注意到 对于单相桥式电路 每次换流交流侧电流变化量为2倍的稳态电流 因此 据题意可列出方程组如下 即 2 电流iD1 iD2和电压ud的波形示于图例3 5中 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 93 例题3 6 三相全控桥式整流电路接大电感负载 对于4000KVA副边Y形连接的整流变压器 其短路比20 副边线电压U2l 2000V Id 1200A 15 求装置的功率因数 解 根据题中的参数 整流变压器副边额定线电流为 根据短路比的定义 由于XB不可忽略 就须考虑由于重叠造成的输出平均电压损失 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 94 例题3 6 续 该系统输出功率 变压器副边实际电流与负载有关 其值为 忽略变压器损耗 则输入的视在功率为 装置的功率因数为 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 95 本章小结 整流电路的分析方法 根据电源电压u2和控制角 以及负载性质 绘出负载电压ud 负载电流id和整流元件的电压 电流波形 从而导出基本电量的计算公式及数量关系 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 96 基本电量计算输出电压 负载电压 平均值Ud 有效值U输出电流 负载电流 平均值Id 有效值ISCR电流平均值IdT 有效值ITSCR电流定额ITAV 1 5 2 IT 1 57电源 变压器副边 电压有效值U2电流有效值I2 视在功率S U2 I2电阻负载功率P I2 R直流电源负载功率P Id E当负载中含有大电感时 即 Id平直时 I Id P Id Ud功率因数 P S 本章小结 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 97 单相桥式全控整流电路 R负载 移相范围0 180 本章小结 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 98 单相桥式全控整流电路 R L负载 移相范围0 90 本章小结 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 99 单相桥式全控整流电路 R E负载 时 时 本章小结 要求触发脉冲有足够宽度 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 100 单相桥式全控整流电路 R L E负载 整流电压ud的波形和负载电流id的波形与电感负载电流连续时的波形相同 ud的计算公式亦一样 本章小结 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 101 单相桥式半控整流电路 R L负载 Ud Id U R L负载与R负载 计算公式与单相全控桥 R负载 一样 移相范围0 180 本章小结 不能输出负电压 带电感性负载时存在失控现象 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 102 三相半波可控整流电路 R负载 0 30 30 150 移相范围 0 150 本章小结 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 103 三相半波可控整流电路 R L负载 移相范围 0 90 本章小结 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 104 三相桥式全控整流电路 R L负载 移相范围0 90 本章小结 要求触发脉冲有足够宽度 大于60 或要求间隔为60 的双窄脉冲 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 105 三相桥式全控整流电路 R负载 0 60 60 120 移相范围0 120 本章小结 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 106 三相桥式半控整流电路 R L负载与R负载的整流电压Ud表达式相同 移相范围0 180 本章小结 不能输出负电压 带电感性负载时存在失控现象 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3 107 变压器漏感对整流电路的影响 出现换相重叠角 整流输出电压平均值Ud降低 使整流电路的功率因数下降 换相使电网电压出现缺口 使电网电压发生畸变 晶闸管的di dt减小 有利于晶闸管的安全开通 有时人为串入进线电抗器以抑制晶闸管的di dt 本章小结 整流电路交流侧每相电抗值 主要是变压器漏抗 2020 1 5 北京交通大学电气工程学院 3