第三章晶闸管可控整流电路1.ppt

第三章是晶闸管控制整流电路。本章的主要观点是：1 .整流器电路的基本类型、换向规则、输出电压控制和负载特性的影响。2.可控整流电路研究的基本概念、内容和步骤。3.单相和三相；半波桥(完全控制，半控制)；用DC电动势负载分析电阻负载、电阻电感负载和电路。4.分析各种电路负载上的电压和电流、整流装置上的电压和电流以及电力变压器的电流波形。5.计算负载电压平均值、负载电流平均值、整流装置电压有效值、最大值、整流装置电流有效值、电力变压器电流有效值和整流电路功率因数。6.根据以上计算结果选择装置并设计电力变压器。7.漏电感对电力变压器的影响。8.有源逆变器。整流电路原理的整流原理：利用整流管和晶闸管的单相导电开关特性，形成单一的输出功率转换电路，从而将输入交流功率转换为输出DC功率。整流电路通常使用整流变压器将电源电压转换成合适的电压幅度，为负载提供所需的DC电压和合理的电压调节范围。整流器电路的基本类型，整流器电路的基本类型，整流器电路的基本类型，如果其中一个部件是二极管，则它是半控制类型。整流器电路的基本类型，对于n相半波整流器电路，有n个整流器电路，每个电路包含一个开关元件。n个整流工作电路的电源电压有一定的相序，相邻两个整流工作电路的电源电压相差2/n。半波整流电路的电源变压器的二次绕组只通过单向电流，变压器利用率低，有些电路有直流磁势，导致铁芯直流磁化。对于n相(单相n为2)桥式整流电路，有n (n-1)个整流器工作电路，每个电路包含两个开关元件。每个整流工作电路的电源电压都有一定的相序，相邻两个整流工作电路的电源电压相差2/n(n-1)。(1)供电系统电压要求在整流电路运行过程中，整流电路应根据供电电压的变化规律定期切换整流电路。为了保证稳定工作状态下的平衡运行，使输出电压和电流波形的变化尽可能小，要求电源系统对称，电压波动在一定范围内。2.自然相变和自然相变点在不可控整流电路中。整流管会根据电源电压的变化规律自然变相。自然相变的时间称为自然相变点。在同一接线组中，除一个相元件导通外，其他相元件应承受反向电压。对于具有公共阴极连接的半波不可控整流电路，它是高通电路，即具有最高相电压的相元件总是接通的。因此，自然换向点位于相邻两相工作电路的电源电压波形的正半周的交点，输出电压波形为电源电压波形的正半周包络。对于具有公共阳极连接的半波不可控整流电路，它是低通电路，即具有最低相电压的相元件总是接通的。因此，自然换向点位于相邻两相工作电路的电源电压波形的负半周的交点，输出电压波形是电源电压波形的负半周包络。整流器电路的输出电压控制，1。从自然换向点到晶闸管门触发脉冲前沿的时间间隔，用电角度表示，称为控制角。当触发自然换向点时，控制角=0，通过改变可以改变输出电压波形和平均值。2.的有效变化范围2.感性负载的特性(主要指电感和电阻串联的电路):负载电流不会突然变化，波形可分为连续和不连续两种情况。3.容性负载的特性(整流器输出与大电容滤波器相连):由于电容电压不会突然变化，一旦晶闸管被触发导通，电容电压为零，相当于短路，因此大的充电电流流经晶闸管。电流波形呈尖峰状。因此，为了防止晶闸管由于过大的电流上升率而损坏，通常不适合在整流器输出端直接连接大电容。4.反电动势负载(电池充电或DC电机的整流输出，即负载具有反电动势)特性：只有当输出电压大于反电动势时，电流才能流动，电流波形也显示出较大的脉动。分析整流器电路的假设条件。1.假设开关元件的开关特性是理想的开关特性(饱和压降为零，漏电流为零，开关时间为零)。2.电力变压器是理想的变压器(内阻为零，漏抗为零)。3.电源是理想的电动势(内阻为零)。在理想条件下得出的结论大多适用于实际电路。不符合假设的理想条件所造成的影响可以根据实际特性进一步修正。主要研究内容和步骤(重要)。1.根据开关元件的理想开关特性和负载特性，分析电路的工作过程。2.根据电路工作过程进行波形分析，包括输出电压ud、每个晶闸管的端电压uVT、负载电流id、通过每个晶闸管的电流iVT、变压器次级i2、初级电流i1等。3.在波形分析的基础上，得到一系列电量之间的基本定量关系，从而对电路进行定量分析。在设计整流电路时，这种定量关系可以作为选择变压器和开关元件的依据。单相半波电路r负载，整个电路只有一个等效工作电路，两个工作状态。整流变压器的二次电压为单相半波电路的负载。定量计算表明，角的有效相移范围为0，导通角为=-。单相半波电路R负载，定量计算：晶闸管可能承受的最大电压是，单相半波电路RL负载，整个电路只有一个等效工作电路，两个工作状态和三个阶段。单相半波电路的RL负载，定量计算：将U=U2和t1=代入公式(1-66)，得到三者之间关系的有效相移范围的最大电压，单相半波电路的大电感负载，整个电路只有一个等效工作电路和两个工作状态。在电源电压的正半周，负载电流由晶闸管导通提供；续流二极管D在电源电压的负半周期间保持负载电流；因此，负载电流是连续且稳定的DC电流。对于大电感负载，负载电流波形是平行于水平轴的直线。单相半波电路，大电感负载，定量计算：Ud和R负载相同，Id=Ud/R平均有效值，单相半波整流电路特点，1)优点：电路简单，易于调整；2)缺点：(1)输出电压波动大，负载电流波动大(当应用电阻负载时)。(2)整流变压器的二次绕组中存在DC电流分量，磁化铁芯，使变压器容量未得到充分利用。如果不使用变压器，交流电路中会有DC电流，这将由于电网的波形失真而导致额外的损耗。3)应用：单相半波可控整流电路仅适用于小容量、低波形要求的场合。单相桥式电路r负载，整个电路只有两个等效工作电路，三个工作状态。整流变压器的二次电压为，单相桥式电路R负载，定量计算，单相桥式电路R负载，晶闸管在有效相能承受的最大电压的定量计算单相桥式电路RL负载，定量计算(电流不连续)在公式(1-66)中，对于t1=和U=U2，导通角和控制角之间的关系可以从公式(3-12)中确定，从而发现晶闸管可能承受的最大电压是有效相移范围，单相桥式电路RL负载，定量计算(电流连续)保持电流连续的必要条件是导通角=(在公式(1-67)中)，以及晶闸管可能承受的最大电压为t1=和UUd仍然满足公式(3-46)id=Id=Ud/RI2=Id。与半波电路相比，和的相移范围相同，均为0 180；(2)输出电压的平均值Ud是半波整流电路的2倍；(3)在相同负载功率下，流经晶闸管的平均电流减少一半；(4)功率因数增加了一倍。本发明的优点是输出电流脉动小，功率因数高，变压器次级有两个正反半波，无直流磁化问题，变压器利用率高。在大电感负载的情况下，当接近/2时，输出电压的平均值接近零，负载上的电压太小。而理想的大电感负载并不存在，所以实际的电流波形不可能是直线，并且在=之前电流会出现间歇性。电感越小，电流开始断开的值越小。单相半控桥式整流电路，电阻负载，输出整流电压与全控桥式相同，但晶闸管电压波形不同。当RL加载时，电路和波形显示在右侧。单相半控桥的自然续流现象。当u2的正半周和控制角为时，晶闸管VT1被触发，VT1和VD4由于直流电压而导通。当u2降至零并开始变为负时，由于电感效应，它将产生感应电势，使VT1继续导通。然而，VD3已经通过直流电压正向偏置被接通，而VD4通过反向偏置被关断。负载电流id流经VD3和VT1。此时，整流桥的输出电压是VT1和VD3的正向压降，接近于零，因此整流后的输出电压ud没有负半周期。这种现象被称为自然自由。u2的负半周期与正半周期的情况相似。当控制角为时，VT2被触发，VT2和VD3导通，u2的过零时序自然通过VD4和VT2续流。失控现象和续流二极管。当控制角突然增加到180或触发脉冲丢失时，晶闸管将继续导通，两个二极管将交替导通。这使得ud为正弦半波，即半周期ud为正弦，另一半周期ud为零，其平均值保持不变，这称为失控。为了防止失控，必须消除自然续流现象：必须添加续流二极管来提供路径。当有续流二极管VDR时，续流过程由VDR完成，晶闸管关断，避免了一个晶闸管连续导通而失控的现象。同时，续流时导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。应该指出的是，实现该功能的条件是，VDR的导通状态电压低于自然续流回路的开关元件的导通状态电压之和，否则自然续流现象无法消除，导通的晶闸管可以关断。单相半控桥的RL负载有三个等效工作电路(两个整流电路和一个续流电路)。电路运行可分为两种情况：间歇电流和连续电流。电流断续时有四种工作状态，电流连续时有三种工作状态。电路和波形显示在右侧。工作过程可以表述为：单相半控桥式负载。定量计算：当电流不连续时，将t1=和U=U2代入公式(1-66)可得到整流段的电流表达式(t)，将t1=和I0=id代入公式(1-68)可得到续流的电流表达式三相或多相电源的可控整流电路是三相电源系统的对称负载，输出整流电压纹波小，控制响应快。它已经被广泛应用于许多场合。三相可控整流电路的电力变压器一般采用D、Y或Y、D连接方式，提供3和3的多谐波电流路径。对于三相半波可控整流电路，次级绕组必须以星形连接，以获得整流电源的中性点。因此，通常采用D和Y连接方式。对于三相半波整流r负载，有三个等效工作电路依次工作。对于公共阴极连接，自然换向点位于t=/6(根据之前的假设，假设a相的初始相位为0)，每个自然换向点相差2/3。因此，每个晶闸管的触发脉冲也相差2/3。当有效相移范围为0/6时，电流不连续。电流连续时电路有三种工作状态，电流不连续时有四种工作状态。电流连续时的工作过程如下：三相半波整流器R负载，电流连续时的电路图和波形图，三相半波整流器R负载，电流连续时的定量计算(/6):id=ud/R晶闸管可以承受的最大电压为导通角=2/3，三相半波整流器R负载，电流不连续时的工作过程如下：三相半波整流器R负载，电流中断的定量计算(/6三个等效的工作回路依次用于三相半波整流器RL负载。对于普通阴极连接，自然换向点位于t=/6(假设a相的初始相位为0 ),每个自然换向点相差2/3。因此，每个晶闸管的触发脉冲也相差2/3。有效相移范围为05/6，可分为连续电流和不连续电流两种情况。持续电流的必要条件是/2。电流连续时电路有三种工作状态，电流不连续时有四种工作状态。电流连续时的工作过程如下：三相半波整流RL负载，在电路图中显示=/3，电流连续时的波形图图，三相半波整流RL负载，电流连续时的定量计算(/2):将t1=(/6) 、id=I0、U=U2代入方程(1-67)，得到当t=(5/6) 、id=I0代入时晶闸管可能承受的最大电压电流不连续时的工作过程如下：三相半波整流器RL负载和电流不连续时的波形(/25/6):(所示波形为=/6)注意，当三个晶闸管都关断时，晶闸管上的电压为相电压。 此时，导通角/2)的定量计算如下：如果将t1=(/6) 和U=U2代入方程(1-66)将导通角设为，则当将 代入上述方程时， t=(/6) id=0，当晶闸管可能承受的最大电压为导通角R且/2: id=Id=Ud/R将变压器变比设为1时，获得定量计算。当晶闸管可能承受的最大电压为导通角R和/6时，初级电流可表示为续流二极管工作，续流在每个功率周期发生三次，因此续流二极管的导通角为VDR=3(-/6)。输出电压ud的波形与纯电阻负载的波形相同，因此Ud计算也相同。续流二极管工作时，晶闸管关断，因此晶闸管的导通角为VT=(5/6)-。续流二极管承受的最大电压是一个三相桥式全控整流电路。主电路由六个晶闸管组成，分为两组。公共阴极组是VT1、VT3和VT5，公共阳极组是VT4、VT6和VT2。它也可以分为三个桥臂，A相桥臂是VT1和VT4，B相桥臂是VT3和VT6，C相桥臂是VT5和VT2。有六个等效工作电路，每个电路包括两个晶闸管，其中一个为公共阴极组，另一个为公共阳极组。交流电源宽脉冲触