第三章3节励磁系统中整流电路.ppt

第三节励磁系统的整流电路 整流电路 第三节励磁系统中的整流电路 三相桥式不可控整流电路三相桥式半控整流电路三相桥式全控整流电路 一三个基本整流电路 二整流电路的换流压降及外特性三最小逆变角 几个应知的问题 1 可控硅整流电路的作用可控硅整流电路的作用是将交流电压整流成直流电压向发电机励磁绕组或励磁机励磁绕组供给可控制的励磁电流 励磁调节器中使用的有三相半控桥式整流电路和三相全控桥式整流电路两种 还有三相桥式不可控整流电路 通常用于供给大型发电机励磁电流 2 可控硅整流管 晶闸管 不可控硅整流管 仅在整流桥的一侧用可控硅整流管 称为半控整流桥 可控硅整流元件的阴极是连接在一起的 又称为共阴极型半控整流桥 3 如果将可控硅整流元件和不可控硅整流元件调换一下位置 就变成了共阳极型半控整流桥电路 如果不可控硅整流元件换成可控硅整流元件 变成全控整流桥电路 三相全控桥 输出直流电压的纹波小 能够实现逆变灭磁 但使用可控硅元件多 控制电路复杂 4 整流元件的通断 可控硅整流元件的工作特性是 元件两端加正向电压 同时向控制极加正向触发信号就导通 元件导通之后触发信号就失去作用 只有元件的正向电流小于它的维持电流时才截止 为了使元件可靠截止 一般都向元件施加反向电压 因此 对于共阴极型半控桥式整流电路 在有触发脉冲的前提下 阳极电压最高的可控硅晶闸管元件和阴极电压最低的不可控整流器元件导通 5 整流元件的导通次序6 可控硅的控制角 控制角也叫触发角 控制角是向可控硅元件施加触发脉冲的角度 首先应确定角度的启始点 即零点在什么地方 三相半控桥式整流电路中可控硅控制角的零度为可控硅阳极电压的自然换相点 即1 3 5点 它们分别为VS1 VS3 VS5的控制角 B C的零度 三相半控桥式整流电路的控制角 移相范围为0 180 7 可控硅的导通角 导通角是可控硅经过一次触发之后导通的角度 它与控制角 的大小和整流电路负荷的性质有关 对于电阻性负荷 60 时 120 60 时 120 对于电感性负荷 与电感的大小有关 当电感足够大时 120 当电感足够小且 60 时 有可能小于120 60 时 120 图 30 60 60 8 整流电路的输入电压励磁调节器中 三相半控桥式整流电路的输入交流电压或来自交流励磁机 或来自交流励磁变压器的副边 可以是相电压 也可以是线电压 9 整流电路的输出电压输出电压有瞬时电压和平均电压之分 平均电压是瞬时电压的等效平均值 一般可控硅整流电路的输出电压是指平均电压 它是一个直流电压 一 三相桥式不可控整流电路 1工作原理 共阴极连接的二极管 在 t 30 150 之间是V1导通 V3 V5承受反压而关断 在 t 150 270 之间是V3导通 在 t 270 390 之间是V5导通 共阳极连接的二极管 在 t 90 210 之间是V2导通 V4 V6承受反压而关断 在 t 210 330 之间是V4导通 在 t 330 450 之间是V6导通 2输出电压 负载电压U是线电压波形的包络线 以2 6为其脉动周期 输出空载电压平均值为 二 三相桥式半控整流电路 一 工作原理 ug ab ac bc ba ca cb ab ac bc t u 脉冲控制角 0 1 3 5 t1时刻 ua uc为A相的 0 触发VS1 根据整流管正负极间正向电压最大一相导通的原理 ub最低 输出uab 0V4V6V2在自然换相点246换相 波形连续 脉冲控制角 30 0 ug uA uC uB e B 30 C 30 t t 0 C 0 B 0 t1 t3 t2 Ug1 Ug3 Ug5 c 30 时输出瞬时电压的波形图 1 6 5 2 4 3 三相半控桥式整流电路在 60 时的电压波形 0 eA eC eB e 60 B 60 C 60 t t t1 t3 t2 Ug1 Ug3 Ug5 t 可控硅阳极电压的波形 输出电压的波形 t Ug1 0 uA 1 3 5 ucb uac uba ucb uac 脉冲控制角 60 ug uL 90 时uc0到了4点ua uc uac 0 S1 D2同时截止 间断 波形不连续 ud ug u 电路 脉冲控制角 120 ug uL 0 eA eC eB e 120 t t t1 t2 Ug1 Ug3 t B 120 C 120 Ug5 ucb uac uba 0 1 5 3 0 控制角 120 输出电压波形不连续 各整流元件导通时间小于120 Ug5 ua uc ub uac uba ucb 60 后输出电压波形不连续 元件导通角小于120 而流过负载上的电流因L的存在经V形成通路 因L很大故电流仍是平滑的 60 时 ug uL t t 当 180 时 各相触发脉冲都在负侧自然换相点出现 晶闸管因正向电压为零而不能导通 输出平均电压为零 由上述讨论可知 当触发脉冲控制角 从o 180 范围内移相时 输出电压从最大值连续降低到零 二 输出电压与控制角关系 对于三相半控桥式整流电路 输出电压为 Ud 060 120 180 当触发脉冲控制角 从0 180 范围移相时 输出电压从最大值连续降为零 通过控制触发角 的大小 可以控制励磁电流输出的大小 三 失控现象和续流二极管的作用 t3t4t5 续流管 二极管V1称为续流二极管 简称续流管 Ud 0时 三相半控桥式整流电路向负荷输出电流IL 由于励磁绕组有很大的电感 当电流IL流过励磁绕组时 会在励磁绕组中储存大量的磁能 Ud 0时 整流电路不再向励磁绕组提供电流 励磁绕组中存储的磁能就要转换成电能释放出来 续流管V1就是为了使电能有释放通路而设置的 危险 如果没有续流管 励磁绕组中存储的磁能就要通过可控硅整流电路强行放电 造成可控整流电路该关断时不能关断 这就是可控整流电路的失控现象 续流管作用 可以保证可控整流电路不失控 可靠关断 也使励磁绕组中的电流IL不致因加到励磁绕组两端的电压是断续的而断续 而是保持连续状态 三 三相桥式全控整流电路 在晶闸管需导通的区域仅用初始的一个窄脉冲去触发的方式称 单窄脉冲触发 每个元件除了在各自的换流点处有一个脉冲之外 还在60度电角度之后的下一个导通元件的导通时刻补了一个脉冲 所补的脉冲在电流连续的稳态工作时并不起任何作用 但它却是电路启动及在电流断续时使电路正常工作所不可缺少的 这种触发方式称之为 双窄脉冲触发 若把上面的双窄脉冲连成一个宽脉冲 电路当然也可正常工作 这种触发方式称之为 宽脉冲触发 三相桥式全控整流电路触发脉冲的形式 脉冲控制角 0 工作原理 脉冲控制角 60 2 ea eb ec 脉冲控制角 90 脉冲控制角 60 150 e ug t t t ug t uL t1t2 VS6 VS1 VS3 VS2 VS4 3输出电压与控制角关系 电感性负载 逆变角 180 在 90 时 输出平均电压Ud为负 三相全控桥工作在逆变状态 30 时ug1触发S1通b最低 设S6已通输出uab经60 后 c最负 ug2触发S2通 输出uac 经60 后ug3触发S3通 输出ubc ug4ug5ug6ug1间隔60 触发S4S5S6S1始终ud 0 ud ug ua uc ub 60 时ug1触发S1通b最低 设S6已通输出uab3点ua ub uab 0经60 后 c最负 ug2触发S2通 输出uac 4点ua uc uac 0零点出现之后ug3ug4ug5ug6ug1按间隔60 触发S3S4S5S6S1波形如图 可知当 0的连续波形 uca ubc uac uab uba ucb 1 5 3 4 ud 全桥 ug u 2 6 uba ud 90 时ug1触发S1通 此时虽然uc比ub负 但S2未触发S6仍通输出uab 2点ua ub uab 0 2 3点之间 ua0 使Id维持原方向保持连续 3点S2上的电压uc的 c 90 ug2触发S2通 S6关断 3 4点之间 ua0 电流方向不变连续的 ud波形正负两部分对称相等平均值为零 Id也为零 全桥 ug u 60 0 ud 0时产生Id ud 0时 有反电动势eL维持Id连续 当 90 时 ud波形对称相等平均值为零 Id也为零 因此整流过程只在0 90 内产生 0 时仍属于不控整流状态 在整流状态下Ud 1 35Ulcos 2 34Upcos 电阻性负载电阻性负载 2 逆变过程分析 全控桥在 90 后 转成逆变状态 即直流变为交流输出 励磁系统中 利用逆变状态来实现快速灭磁 理想逆变过程 当全控桥90 180 工况时 为逆变状态 Ud 060 90 120 180 2 34Up 2 34Up 整流区 逆变区 90 时 如 120 1点S1通 1点后uab 0 但eL较大 eL力图维持id不变 L上储能释放并倒送到交流侧 在交流侧产生的电压eL与id方向相反 交流侧吸收功率 直到2 触S2 2 3点之间 ua uc uac 0 在eL作用下S2可以通 并S6止 L中的磁能继续向交流侧馈回能量 每隔60 送一脉冲维持逆变过程 直到能量放完 全桥 ud ug u 180 时 有完整的交流电压波形 逆变角 180 因为 90 故 在0 90 之间变化 此时直流回路电压与交流回路电压相似 直流回路电压称为反向直流平均电压 为 U 1 35ULcos 1 35ULcos 相电压波形 b 逆变波形 图2 17 180 时逆变波形 2 逆变工作分析 为获得大的逆变电压 希望 越大越好 理论上 180 时 0 逆变电压最大 有完整的交流电压波形 实际上 0 会导致逆变失败 出现逆变颠复 因此要逆变正常 又要得到尽可能大的逆变电压 要求实际的 大于给定的最小