第二章-晶闸管相控整流电路PPT课件

第1页,2.1概述,图2.1部分常用的整流电路,c）d）除c）、d）外a）e）f）、g）b）、f）c）、d）、e）、g）a）、b）、f）c）、d）、e）、g）,整流电路,第2页,不同性质的负载对于整流电路输出的电压电流波形有很大影响。负载的性质大致分为以下几种（p42）电阻性负载如电阻加热炉、电解、电镀和电焊等。电感性负载各种电机的励磁绕组，经电抗器滤波的负载。电容性负载整流输出端接大电容滤波的情况。反电势负载整流装置输出供蓄电池充电或供直流电动机作电源时用。实际上属于单纯的某一种性质的负载是很少的。确定负载性质必须根据实际情况作具体分析。,2.1概述,第3页,2.2单相可控整流电路,2.2.1单相桥式全控整流电路（p45）,1.电阻负载,电路结构及其工作原理,u2(a),D1,R,D4,u2(b),第4页,2.2.1单相桥式全控整流电路,u2(b),D3,R,D2,u2(a),第5页,u2(a),VT1,R,VT4,u2(b),2.2.1单相桥式全控整流电路,第6页,u2(b),VT3,R,VT2,u2(a),2.2.1单相桥式全控整流电路,第7页,2.2.1单相桥式全控整流电路,转u2负半周,第8页,转晶闸管电压,2.2.1单相桥式全控整流电路,波形分析,第9页,转u2负半周,2.2.1单相桥式全控整流电路,第10页,转i2波形,波形分析,2.2.1单相桥式全控整流电路,第11页,转u2负半周,2.2.1单相桥式全控整流电路,第12页,波形分析,2.2.1单相桥式全控整流电路,第13页,控制角从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度。导通角晶闸管在一个周期中处于通态的电角度。移相改变的大小，即改变触发脉冲出现的时刻。移相范围输出电压平均值大于0所对应的变化范围。换流（换相）电流从一对桥臂转换到另外一对桥臂。相控变流装置通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式称为相位控制方式，这样的变流装置简称相控变流装置。,基本概念,2.2.1单相桥式全控整流电路,第14页,整流输出电压平均值Ud由上式可知，角的移相范围为001800。输出电流的平均值Id,2.2.1单相桥式全控整流电路,基本数量关系,第15页,流过晶闸管的电流平均值IdT流过晶闸管的电流有效值IT晶闸管承受的最大正向电压UFM晶闸管承受的最大反向电压URM,2.2.1单相桥式全控整流电路,第16页,晶闸管的额定电压晶闸管的额定电流整流电路的功率因数,控制特性,第17页,A、电路结构及其工作原理B、波形分析,图2.6单相桥式全控整流带电感性负载的电路及波形（p47，图2.4）,2.2.1单相桥式全控整流电路,2.电感性负载（p47）,第18页,C、基本数量关系输出电压平均值Ud由上式可知的移相范围为00900。晶闸管导通角与a无关，均为180输出电流平均值Id流过晶闸管的电流平均值IdT流过晶闸管的电流有效值IT,2.2.1单相桥式全控整流电路,第19页,晶闸管承受的最大正向电压UFM晶闸管承受的最大反向电压URM晶闸管的额定电压UT(AV)晶闸管的额定电流IT(AV)整流电路的功率因数,2.2.1单相桥式全控整流电路,第20页,A、电路结构B、波形分析,图2.7单相桥式全控整流带反电势负载时的电路及波形（p49，图2.6）,2.2.1单相桥式全控整流电路,3.反电势负载（p49）,第21页,C、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D、负载为直流电动机时，如果出现电流断续，则电动机的机械特性将很软，为保证电流连续,在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器,所需的电感量L:,2.2.1单相桥式全控整流电路,电流断续,电流连续,第22页,2.2.2单相桥式半控整流电路,电路结构单相全控桥中，每个导电回路中有2个晶闸管，1个晶闸管可以用二极管代替，从而简化整个电路。如此即成为单相桥式半控整流电路。,半控电路与全控电路在电阻性负载时的工作情况相同。,1.电阻性负载,第23页,2.电感性负载,2.2.2单相桥式半控整流电路,在u2正半周，u2经VT1和VD4向负载供电。u2过零变负时，因电感作用电流不再流经变压器二次绕组，而是由VT1和VD2续流。在u2负半周触发角a时刻触发VT3，VT3导通，u2经VT3和VD2向负载供电。u2过零变正时，VD4导通，VD2关断。VT3和VD4续流，ud又为零。,第24页,2.2.2单相桥式半控整流电路,图2.10单相桥式半控整流电路电感性负载带续流二极管时的电路（p49，图2.6）,“失控”问题及其解决方法,若无续流二极管，则当a突然增大至180或触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使ud成为正弦半波，其平均值保持恒定，称为失控。解决方法负载侧并联一个续流二极管VDR，续流过程由VDR完成，避免了失控的现象。续流期间导电回路中只有一个管压降，有利于降低损耗。,第25页,输出电压平均值Ud输出电流平均值Id流过晶闸管和二极管的电流有效值流过续流二极管的电流有效值变压器二次绕组电流有效值,2.2.2单相桥式半控整流电路,基本数量关系,第26页,电路和波形分析,图2.11单相半波可控整流电路及波形(P43,图2.1),2.2.3单相半波可控整流电路,第27页,2.3三相可控整流电路,交流侧由三相电源供电。用于负载容量较大，或要求直流电压脉动较小的场合。不会引起电网三相间的不平衡。谐波得到有效控制。最基本的是三相半波可控整流电路，三相桥式全控整流电路应用最广。,第28页,2.3.1三相半波可控整流电路,1.电阻性负载,变压器二次侧接成星形得到零线，而一次侧接成三角形避免3次谐波流入电网。三个晶闸管分别接入u、v、w三相电源，其阴极连接在一起共阴极接法。,电路特点,自然换相点,二极管换相时刻为自然换相点，是各相晶闸管能触发导通的最早时刻，将其作为计算各晶闸管触发角a的起点，即a=0。,图2.12三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及=00的波形（p52，图2.9）,第29页,2.3.1三相半波可控整流电路,图2.12三相半波可控整流电路共阴极接法电阻负载时的电路及=00的波形（p52，图2.9）,波形分析（=00）,变压器二次侧u相绕组和晶闸管VT1的电流波形，变压器二次绕组电流有直流分量。晶闸管的电压波形，由3段组成。,第30页,波形分析（=30o）,图2.13=300的波形（p53，图2.10）,2.3.1三相半波可控整流电路,特点：负载电流处于连续和断续之间的临界状态。,第31页,波形分析（=600）,图2.14=600的波形（p53，图2.11）,2.3.1三相半波可控整流电路,特点：负载电流断续，晶闸管导通角小于120。,第32页,整流电压平均值Uda）300，负载电流连续b）300，负载电流断续的移相范围:001500。负载电流平均值Id,2.3.1三相半波可控整流电路,基本数量关系,第33页,晶闸管承受的最大反向电压URM晶闸管承受的最大正向电压UFM晶闸管的额定电压UT(AV)晶闸管的额定电流IT(AV),2.3.1三相半波可控整流电路,第34页,图2.15三相半波可控整流电路共阴极接法电感负载时的电路及=600的波形,2.3.1三相半波可控整流电路,2.电感性负载（p54）,特点：阻感负载，L值很大，id波形基本平直。a30时：整流电压波形与电阻负载时相同。a30时（如a=60时的波形如图2-16所示）。u2过零时，VT1不关断，直到VT2的脉冲到来，才换流，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。阻感负载时的移相范围为90。,第35页,输出电压平均值Ud由上式，a的移相范围00900。输出电流平均值IdI2即晶闸管电流的有效值IT晶闸管电流的平均值IdT,2.3.1三相半波可控整流电路,基本数量关系,第36页,晶闸管最大正反向电压晶闸管的额定电流晶闸管的额定电压三相整流电路的功率因数,2.3.1三相半波可控整流电路,第37页,图2.16三相桥式全控整流电路(p57，图2.15),2.3.2三相桥式全控整流电路,电感性负载（p56）,共阴极组阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）,共阳极组阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）,导通顺序：VT1VT2VT3VT4VT5VT6,电路,第38页,工作原理1,2.3.2三相桥式全控整流电路,第39页,工作原理2,图2.17三相桥式全控整流电路工作原理(p57，图2.15),w,u,2,u,u,u,w,u,v,w,t,1,O,t,a,=0,2.3.2三相桥式全控整流电路,第40页,工作原理3,图2.17三相桥式全控整流电路工作原理(p57，图2.15),w,u,2,u,u,u,w,u,v,w,t,1,O,t,a,=0,2.3.2三相桥式全控整流电路,第41页,工作原理4,图2.17三相桥式全控整流电路工作原理(p57，图2.15),w,u,2,u,u,u,w,u,v,w,t,1,O,t,a,=0,2.3.2三相桥式全控整流电路,第42页,工作原理5,图2.17三相桥式全控整流电路工作原理(p57，图2.15),w,u,2,u,u,u,w,u,v,w,t,1,O,t,a,=0,2.3.2三相桥式全控整流电路,第43页,工作原理6,图2.17三相桥式全控整流电路工作原理(p57，图2.15),u,u,u,2.3.2三相桥式全控整流电路,第44页,2.3.2三相桥式全控整流电路,工作原理小结,表21晶闸管及输出整流电压的情况,第45页,三相桥式全控整流电路的特点,（1）2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。,2.3.2三相桥式全控整流电路,工作原理小结,（2）ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。,第46页,波形分析1（=00）,2.3.2三相桥式全控整流电路,w,v,u,w,w,u,2,u,2L,u,d,u,uv,u,uw,u,vw,u,vu,u,wu,u,wv,u,uv,u,uw,u,u,u,w,t,1,O,t,O,t,a,=0,图2.18三相桥式全控整流电路电感性负载=00时的波形（p57，图2.16）,ud波形,第47页,w,w,u,uv,u,uw,u,uv,u,uw,u,vw,u,vu,u,wu,u,wv,u,uv,u,uw,O,t,O,t,i,T,1,u,T,1,图2.18三相桥式全控整流电路电感性负载=00时的波形（p57，图2.16）,波形分析1（=00）,2.3.2三相桥式全控整流电路,id,w,t,O,w,v,u,w,u,2,u,u,u,w,t,1,O,t,a,=0,id、iT1、uT1波形,第48页,w,v,u,波形分析2（=300）,w,u,2,u,u,u,w,t,1,O,t,2.3.2三相桥式全控整流电路,w,t,图2.19三相桥式全控整流电路电感性负载=300时的波形（p57，图2.16）,u,d,uuv,uuw,uvw,uvu,uwu,uwv,uuv,uuw,w,t,O,id,w,t,O,iT1,w,t,O,w,t,O,ud、id、iT1波形,第49页,w,v,u,波形分析2（=300）,w,u,2,u,u,u,w,t,1,O,t,2.3.2三相桥式全控整流电路,w,t,图2.19三相桥式全控整流电路电感性负载=300时的波形（p57，图2.16）,uT1,uv,uw,vw,vu,wu,wv,uv,uw,w,t,O,i2,w,t,O,uT1、i2波形,iT1,iT4,第50页,图2.20三相桥式全控整流电路电感性负载=600时的波形（p58，图2.17）,波形分析3（=600）,w,v,u,w,u,2,u,u,u,w,t,1,O,t,w,t,u,d,uuv,uuw,uvw,uvu,uwu,uwv,uuv,uuw,w,t,O,id,w,t,O,a,=60,iT1,w,t,O,2.3.2三相桥式全控整流电路,第51页,图2.20三相桥式全控整流电路电感性负载=600时的波形（p58，图2.17）,波形分析3（=600）,w,v,u,w,u,2,u,u,u,w,t,1,O,t,w,t,uuv,uuw,uvw,uvu,uwu,uwv,uuv,uuw,w,t,O,O,a,=60,i2,w,t,O,2.3.2三相桥式全控整流电路,uT1,iT4,iT1,第52页,触发脉冲分析,图2.21三相桥式全控整流电路的触发脉冲（p58，图2.17）,2.3.2三相桥式全控整流电路,对触发脉冲的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120。同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180。,第53页,触发脉冲分析,需保证同时导通的2个晶闸管均有脉可采用两种方法：一种是宽脉冲触发，一种是双窄脉冲触发（常用）,2.3.2三相桥式全控整流电路,第54页,输出电压平均值Ud（连续时）带电阻负载且600时，整流电压平均值Ud输出电流平均值Id如果是反电势负载带平波电抗器，则输出电流Id,2.3.2三相桥式全控整流电路,基本数量关系,第55页,流过晶闸管的电流值有效值IT晶闸管承受的最大正向电压晶闸管承受的最大反向电压晶闸管的额定电压,2.3.2三相桥式全控整流电路,基本数量关系,第56页,2.4大功率可控整流主电路接线形式及特点,2.4.1带平衡电抗器的双反星形可控整流电路（p62）（1）双反星形整流电路二次侧为两组匝数相同极性相反的绕阻，分别接成两组三相半波电路。二次侧两绕组的极性相反可消除铁芯的直流磁化（2）平衡电抗器的作用,图2.22带平衡电抗器的双反星形可控整流电路（p63，图2.23）,平衡电抗器是为保证两组三相半波整流电路能同时导电。与三相桥式电路相比，双反星形电路的输出电流可大一倍。,第57页,（1）移相多重联结有并联多重联结和串联多重联结。可减少输入电流谐波，减小输出电压中的谐波并提高纹波频率，因而可减小平波电抗器。使用平衡电抗器来平衡2组整流器的电流。2个三相桥并联而成的12脉波整流电路。（2）串联多重联结电路的顺序控制,图2.232重联结的12脉波整流电路（p65，图2.27）,2.4.2多重化整流电路,第58页,2.5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，该漏感可用一个集中的电感LB表示。以三相半波为例，将其结论推广。,ik=iv是逐渐增大的，而iu=Id-ik是逐渐减小的。当ik增大到等于Id时，iu=0，VT1关断,换流过程结束。,VT1换相至VT2的过程：,因a、b两相均有漏感，故iu、iv均不能突变。于是VT1和VT2同时导通，相当于将u、v两相短路，在两相组成的回路中产生环流ik。,图2.24考虑变压器漏抗时的三相半波可控整流电路及波形（p67，图2.29）,第59页,2.5.1换相过程中的输出电压,两个概念,换相压降与不考虑变压器漏感时相比，ud平均值降低的多少。换相重叠角g换相过程持续的时间，用电角度g表示。,换相压降的计算,角的计算,第60页,2.6整流电路的谐波分析（p70）,2.6.1谐波分析目的,随着电力电子技术的发展，其应用日益广泛，由此带来的谐波(harmonics)和无功(reactivepower)问题日益严重，引起了关注。在电力电子装置接入电网前，必须进行谐波分析，弄清楚谐波分布和注入电网的谐波值，以便制定谐波治理方案，是电力电子装置能够满足标准所规定的允许值。,谐波的定义,对于非正弦波电压，满足狄里赫利条件，可分解为傅里叶级数：,正弦波电压可表示为：,基波（fundamental）频率与工频相同的分量谐波频率为基波频率大于1整数倍的分量谐波次数谐波频率和基波频率的整数比,第61页,2.6.2谐波分析方法2.6.3几个重要的物理概念,2.6整流电路的谐波分析（p70）,（1）n次谐波电流含有率HRIn,（2