电力电子技术课件 程汉湘 第二章_2 整流电路.ppt

1,PowerElectronics,广东工业大学,第2章整流电路(AC/DC变换）,2.1单相可控整流电路2.2三相可控整流电路2.3变压器漏感对整流电路的影响2.4电容滤波的不可控整流电路2.5整流电路的谐波和功率因数2.6大功率可控整流电路2.7整流电路的有源逆变工作状态2.8晶闸管滞留电动机系统2.9相控电路的驱动控制本章小结,2,PowerElectronics,广东工业大学,2.3变压器漏感对整流电路的影响,考虑包括变压器漏感在内的交流侧电感的影响，换向过程不能瞬间完成。现以三相半波为例，然后将其结论推广。,VT1换相至VT2的过程：,因a、b两相均有漏感,故ia、ib均不能突变。于是VT1和VT2同时导通，相当于将a、b两相短路，两相间电压差为ubua在两相组成的回路中产生环流ik。ik=ib逐渐增大，ia=Id-ik逐渐减小。当ik增大到等于Id时，ia=0，VT1关断,换流过程结束。,图2-25考虑变压器漏感时的三相半波可控整流电路及波形,3,PowerElectronics,广东工业大学,换相压降换相导致ud均值降低多少，用Ud表示,换相重叠角换相过程持续的时间，用电角度g表示。,整流输出电压瞬时值为,（2-30）,（2-31）,4,PowerElectronics,广东工业大学,换重叠角g的计算，由（2-30）式得,（2-32）,由上式得,（2-33）,（2-34）,进而得出,5,PowerElectronics,广东工业大学,当时，ik=Id,于是,（2-35）,（2-36）,g随其它参数变化的规律：1）Id越大则g越大；2）XB越大g越大；3）当a90时，越小则g越大。,6,表2-2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-Id变为Id。本表所列通用公式不适用；三相桥等效为相电压等于3U2的6脉波整流电路，故其m=6，相电压按3U2代入。,变压器漏感对各种整流电路的影响,PowerElectronics,广东工业大学,7,PowerElectronics,广东工业大学,变压器漏感对整流电路影响的一些结论:1)出现换相重叠角g，整流输出电压平均值Ud降低。2)整流电路的工作状态增多。3)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。4)换相时晶闸管电压出现缺口，产生正的du/dt，可能使晶闸管误导通，为此必须加吸收电路。5)换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。,8,PowerElectronics,广东工业大学,第2章整流电路(AC/DC变换）,2.1单相可控整流电路2.2三相可控整流电路2.3变压器漏感对整流电路的影响2.4电容滤波的不可控整流电路2.5整流电路的谐波和功率因数2.6大功率可控整流电路2.7整流电路的有源逆变工作状态2.8晶闸管滞留电动机系统2.9相控电路的驱动控制本章小结,9,PowerElectronics,广东工业大学,2.4电容滤波的不可控整流电路,2.4.1电容滤波的单相不可控整流电路2.4.2电容滤波的三相不可控整流电路,10,PowerElectronics,广东工业大学,2.4.1电容滤波的单相不可控整流电路,图2-26电容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形a)电路b)波形,1.工作原理及波形分析,基本工作过程在u2正半周过零点至wt=0期间，因u2ua，VT6导通，此电流在流经LP时，LP上要感应一电动势up，它的方向是要阻止电流增大。平衡电抗器两端电压和整流输出电压的数学表达式如下：,（2-97）,（2-98）,61,PowerElectronics,将图2-36中ud1和ud2的波形用傅氏级数展开，可得当=0时的ud1、ud2，即,由式（2-97）和（2-98）可得,（2-99）,（2-100）,（2-101）,广东工业大学,62,PowerElectronics,广东工业大学,负载电压ud中的谐波分量比直流分量要小得多，且最低次谐波为六次谐波。直流平均电压当需要分析各种控制角时的输出波形时，可根据式（2-98）先作出两组三相半波电路的ud1和ud2波形，然后作出波形(ud1+ud2)/2,（2-102）,63,PowerElectronics,广东工业大学,图2-39当=30、60、90时，双反星形电路的输出电压波形,=30、=60和=90时输出电压的波形双反星形电路的输出电压波形与三相半波电路比较，脉动程度减小了，脉动频率加大一倍，f=300Hz。电感负载情况下，当=90时输出电压波形正负面积相等，Ud=0，移相范围是90。电阻负载情况下，Ud波形不出现负值，仅保留波形中正的部分，当=120时，Ud=0，移相范围为120。,64,PowerElectronics,广东工业大学,整流电压平均值与三相半波整流电路的相等，在不同控制角时为Ud=1.17U2cos双反星形电路与三相桥式电路进行比较可得出以下结论（1）三相桥为两组三相半波串联，而双反星形为两组三相半波并联，且后者需用平衡电抗器。（2）当U2相等时，双反星形的Ud是三相桥的1/2，而Id是单相桥的2倍。（3）两种电路中，晶闸管的导通及触发脉冲的分配关系一样，ud和id的波形形状一样。,65,PowerElectronics,广东工业大学,2.6大功率可控整流电路,2.6.1带平衡电抗器的双星可控整流电路2.6.2多重化整流器,66,PowerElectronics,整流装置功率进一步加大时，所产生的谐波、无功功率等对电网的干扰也随之加大，为减轻干扰，可采用多重化整流电路。按一定的规律将两个或更多个相同结构的整流电路进行组合，将整流电路进行移相多重联结减少交流侧输入电流谐波，对串联多重整流电路采用顺序控制的方法可提高功率因数。,2.6.2多重化整流电路,67,PowerElectronics,广东工业大学,广东工业大学,图2-40并联多重联结的12脉波整流电路,使用平衡电抗器平衡各组整流器的电流，其原理与双反星形电路中采用平衡电抗器一样。对于交流输入电流，采用并联多重联结和串联多重联结效果相同。采用多重联结不仅可减少交流输入电流谐波，也可减小直流输出电压中的谐波并提高纹波频率，减小平波电抗器。,1.移相多重联结,68,PowerElectronics,广东工业大学,图2-41移相30串联2重联结电路,利用变压器二次绕组接法的不同，使两组三相交流电源间相位错开30，从而使输出整流电压ud在每个交流电源周期中脉动12次，故该电路为12脉波整流电路。整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法构成相位相差30、大小相等的两组电压，接到相互串联的2组整流桥。,69,PowerElectronics,广东工业大学,图2-42移相30串联2重联结电路电流波形,图c的iab2是第组桥电流iab2折算到变压器第一次侧A相绕组中的电流。图d的总输入电流iA为图a的ia1和图c的iab2之和,70,PowerElectronics,广东工业大学,iA基波幅值Im1和n次谐波幅值Imn分别如下即输入电流谐波次数为12k1，其幅值与次数成反比而降低。该电路的其他特性如下直流输出电压位移因数cosj1=cosa（单桥时相同）功率因数l=ncosj1=0.9886cosa,（2-103）,（2-104）,71,PowerElectronics,广东工业大学,利用变压器二次绕阻接法的不同，互相错开20，可将三组桥构成串联3重联结电路。整流变压器采用星形三角形组合无法移相20，需采用曲折接法。串联3重联结电路的整流电压ud在每个电源周期内脉动18次，故此电路为18脉波整流电路。交流侧输入电流谐波更少，为18k1次（k=1,2,3），ud的脉动也更小。输入位移因数和功率因数分别为cosj1=cosa=0.9949cosa,72,PowerElectronics,广东工业大学,将整流变压器的二次绕组移相15，可构成串联4重联结电路为24脉波整流电路其交流侧输入电流谐波次为24k1（k=1，2，3）。输入位移因数功率因数分别为cosj1=cosa=0.9971cosa采用多重联结的方法并不能提高位移因数，但可使输入电流谐波大幅减小，从而也可以在一定程度上提高功率因数。,73,PowerElectronics,广东工业大学,多重联结电路的顺序控制只对多重整流桥中一个桥的角进行控制，其余各桥的工作状态则根据需要输出的整流电压而定或者不工作而使该桥输出直流电压为零。或者=0而使该桥输出电压最大。根据所需总直流输出电压从低到高的变化，按顺序依次对各桥进行控制，因而被称为顺序控制。采用这种方法并不能降低输入电流谐波。但是各组桥中只有一组在进行相位控制，其余各组或不工作，或位移因数为1，因此总功率因数得以提高。,2.多重联结电路的顺序控制,74,PowerElectronics,广东工业大学,图2-43单相串联3重联结电路及顺序控制时的波形a)电路图b)、c)波形,电气机车的3重晶闸管整流桥顺序控制,从电流i的波形可以看出，虽然波形并为改善，但其基波分量比电压的滞后少，因而位移因数高，从而提高了总的功率因数。,75,PowerElectronics,广东工业大学,第2章整流电路(AC/DC变换）,2.1单相可控整流电路2.2三相可控整流电路2.3变压器漏感对整流电路的影响2.4电容滤波的不可控整流电路2.5整流电路的谐波和功率因数2.6大功率可控整流电路2.7整流电路的有源逆变工作状态2.8晶闸管滞留电动机系统2.9相控电路的驱动控制本章小结,76,PowerElectronics,广东工业大学,假设电路已工作于稳态，id的平均值不变。假设负载电感很大，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VT1和VT4中仍流过电流id，并不关断。至t=+a时刻，给VT2和VT3加触发脉冲，因VT2和VT3本已承受正电，故两管导通。VT2和VT3导通后，u2通过VT2和VT3分别向VT1和VT4施加反压