工学整流电路

1、1 2 整流电路的分类：整流电路的分类： 按组成的器件可分为按组成的器件可分为不可控不可控、半控半控、全控全控三种。三种。 按电路结构可分为按电路结构可分为桥式电路桥式电路和和零式电路零式电路。 按交流输入相数分为按交流输入相数分为单相电路单相电路和和多相电路多相电路。 按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分按变压器二次侧电流的方向是单向或双向，又分 为为单拍电路单拍电路和和双拍电路双拍电路。 整流电路： 出现最早的电力电子电路，将交流电变为直流电。 3 2.1 2.1 单相可控整流电路单相可控整流电路 4 2.1.1 2.1.1 单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 电阻负电阻负 载

2、载 1）带电阻负载的工作情况 变压器T起变换电压 和电气隔离的作用。 ：电 压与电流成正比，两 者波形相同。 Single Phase Half Wave Controlled Rectifier 图2-1 单相半波可控整流电路及波形 wt T VT R 0 u 2 uVT ud id p 2p aq 0 0 0 u 1 wt wt wt wt1 u 2 u g ud uVT 5 VT的的 移相范围为移相范围为180 通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小 的方式称为的方式称为相位控制方式相位控制方式，简称，简称相控方式相控方式。 触发延迟角：

3、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,用表示,也称触发角或控制角。 导通角：晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度，用 表示 基本数量关系 直流输出为 p p a a a a a a p p w ww w p p2 cos1 45. 0)cos1 ( 2 2 )(sin2 2 1 2 2 2d U U ttdUU 2.1.1 单相半波可控整流电路 电阻 6 2) 带阻感负载的工作情 况 阻感负载的特点：电感对 电流变化有抗拒作用，使 得流过电感的电流不发生 突变。 讨论负载阻抗角j、触发角a、晶 闸管导通角的关系。 2.1.1 单相半波可控整流电路 阻感 图2-2 带阻感负

4、载的 单相半波电路及其波形 0 0 0 id 0 0 q a + wt wt wt wt wt p 2p wt1 u 2 u g ud uVT 7 当u2过零变负时，VDR导通，ud 为零，VT承受反压关断。 L储存的能量保证了电流id在L- R-VDR回路中流通，称为续流。 数量关系 (id近似恒为Id） dVT 2 IId p p a ap p d 2 dVT 2 )( 2 1 ItdII p p a ap p w w p p p p a a dVDR 2 IId p p a ap p d 2 2 dVDR 2 )( 2 1 ItdII p p a ap p w w p p a ap p

5、p p 2.1.1 单相半波可控整流电路 阻感 pa 图2-4 单相半波带阻感负载 有续流二极管的电路及波形 id wt wt wt wt wt p2p wt1 u2 ud uVT wt iVT iVDR Id Id pa 8 VT的的a 移相范围为移相范围为180 。 简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流 分量，造成变压器铁芯分量，造成变压器铁芯直流磁化直流磁化。 实际上很少应用此种电路。实际上很少应用此种电路。 分析该电路的主要目的建立起整流电路的基本概念。分析该电路的主要目的建立起整流电路的基本概念。 单相半波可控整流电路的特点 2.1

6、.1 单相半波可控整流电路 9 10 2.1.2 2.1.2 单相桥式全控整流电单相桥式全控整流电 路路 工作原理及波形分析 VT1和VT4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。 VT2和VT3组成另一对桥臂， 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。 Single Phase Bridge Contrelled Rectifier id p a 图2-5 单相全控桥式 带电阻负载时的电路及波形 wt ud i2 wt wt id uVT1,4 ud(id) 11 2.1.2 2.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全

7、控整流电路 数量关系 p p a a a aa a p p w ww w p p2 cos1 9 . 0 2 cos122 )(dsin2 1 2 2 2d U U ttUU a 角的移相范围为180。 向负载输出的平均电流值为： 流过晶闸管的电流平均值只有输出直流平均值的一半，即： 2 cos1 45. 0 2 1 2 ddVT a a R U II 2 cos1 9 . 0 2 cos122 22d d a aa a p p R U R U R U I 12 2.1.2 2.1.2 单相桥式全控整流电单相桥式全控整流电 路路 流过晶闸管的电流有效值： 变压器二次测电流有效值I2与输出直流电

8、流I有效值相等： 由以上两式得： 不考虑变压器的损耗时，要求变压器的容量 S=U2I2。 p p a ap p a a p p w ww w p p p p a a 2sin 2 1 2 )(d)sin 2 ( 2 1 222 VT R U tt R U I p p a ap p a a p p w ww w p p p p a a 2sin 2 1 )()sin 2 ( 1 222 2 R U tdt R U II II 2 1 VT 13 2.1.2 2.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 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，晶闸管VT

9、1和VT4 并不关断()。 至t=+a 时刻，VT2和VT3两管 、导通。 VT2和VT3导通后，VT1和VT4承 受反压关断，流过VT1和VT4的电 流迅速转移到VT2和VT3上，此过 程称换相，亦称换流。 图2-6 单相全控桥带 阻感负载时的电路及波形 wt wt wt wt wt wt ud id uVT1,4 iVT1,4 iVT2,3 i2 Id Id Id Id 因为此时VT2、VT3是导通的 14 2.1.2 2.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 数量关系 a ap p a a a aa a p p w ww w p p cos9 . 0cos 22 )(dsin

10、2 1 222d UUttUU 晶闸管移相范围为90。 晶闸管导通角与a无关，均为180。电流的平均值和有 效值： 变压器二次侧电流 i2 的波形为正负各180的矩形波，其相 位由a角决定，有效值I2=Id。 ddT 2 1 II ddT 707. 0 2 1 III 晶闸管承受的最大正反向电压均为 。 2 2U 15 2.1.2 2.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 在|u2|E时，才有晶闸管承 受正电压，有导通的可能。 在a 角相同时，整流输出电压比电阻负载时大。 导通之后， ud=u2，id= (ud-E)/R， 直至|u2|=E，id即降至0使得 晶闸管关断，此后ud=

11、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， 2 1 2 sin U E id O E ud Id Ow t aq 图2-7 单相桥式全控整流电路接反 电动势电阻负载时的电路及波形 w t 16 2.1.2 2.1.2 单相桥式全控整流电路单相桥式全控整流电路 当当 30的波形 负载电流断续，晶闸管导通角小于120 。 a = 60 a=60 O ud wt u2 uG ua ubuc iVT1 wt wt wt p/6ap 30 a aa a p p w ww w p p a a p p a a p p cos17. 1cos 2 63 )(sin2 3 2 1

12、 22 6 5 6 2d UUttdUU 当a=0时，Ud最大，为 。 2d0d 17. 1UUU ) 6 cos(1675. 0) 6 cos(1 2 23 )(sin2 3 2 1 2 6 2d a a p p a a p p p p w ww w p p p p a a p p UttdUU 整流电压平均值的计算 a30时，负载电流连续，有： a30时，负载电流断续，晶闸管导通角减小，此时有： 2.2.1 2.2.1 三相半波可控整流电三相半波可控整流电 路路 31 Ud/U2 随随 a a 变化的规律如图变化的规律如图2-15中的曲线中的曲线1所示。所示。 图2-15 三相半波可控整流

13、电路Ud/U2随 a 变化的关系 1电阻负载 2电感负载 3电阻电感负载 2.2.1 2.2.1 三相半波可控整流电三相半波可控整流电 路路 32 负载电流平均值为负载电流平均值为 晶闸管承受的最大反向电压，为变压器二次线电压峰 值，即 晶闸管阳极与阴极间的最大正向电压等于变压器二次 相电压的峰值（a=60 时），即 R U I d d 222RM 45. 2632UUUU 2FM 2UU 2.2.1 2.2.1 三相半波可控整流电三相半波可控整流电 路路 33 2 2）阻感负载）阻感负载 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（a

14、=60时的波形）。 ua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。 移相范围90 图2-16 三相半波可控整流电路，阻 感负载时的电路及a =60时的波形 a uVT1 ud wt uaubuc id wt wt wt wt ic ib ia uac wt uacuab 2.2.1 2.2.1 三相半波可控整流电三相半波可控整流电 路路 34 数量关系 由于负载电流连续， 可求出Ud 为：a acos17. 1 2d UU Ud/U2与a 成余弦关系，如图2-15中的曲线2所示

15、。如 果负载中的电感量不是很大，Ud/U2与a 的关系将介于 曲线1和2之间，如曲线3。 2.2.1 2.2.1 三相半波可控整流电三相半波可控整流电 路路 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电感负载 3电阻电感负载 35 变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为变压器二次电流即晶闸管电流的有效值为: 晶闸管的额定电流为: 晶闸管最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压 峰值: 三相半波的主要缺点在于其变压器二次电流中含有直 流分量，为此其应用较少。 ddVT2 577. 0 3 1 IIII d VT VT(AV) 368. 0 57. 1 I I I 22RM

16、FM 45. 232UUUU 2.2.1 2.2.1 三相半波可控整流电三相半波可控整流电 路路 36 2.2.2 2.2.2 三相桥式全控整流电三相桥式全控整流电 路路 三相桥是应用最为广泛的整流电路三相桥是应用最为广泛的整流电路 共阴极组： 135 共阳极组： 462 图2-17 三相桥式 全控整流电路原理图 导通顺序： 123456 37 1 1）电阻负载：）电阻负载： 移相范围移相范围120120 当a60时，ud波形均连续，对于电阻负载，id波形 与ud波形形状一样，也连续 波形图： a =0 （图218 ） a =30 （图219） a =60 （图220） 当a60时，ud波形每

17、60中有一段为零，ud波形不 能出现负值 波形图： a =90 （ 图221） 2.2.2 2.2.2 三相桥式全控整流电三相桥式全控整流电 路路 38 图图218 218 三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载a a 0 0 时的时的 波形波形 u2 ud1 ud2 u2L ud uabuac uabuacubcubaucaucbuabuac uabuacubcubaucaucbuabuac wt1 0 0 0 0 a= 0 iVT1 uVT1 wt wt wt wt uaub uc 39 图图219 219 三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载

18、a 30 a 30 时时 的波形的波形 a = 30 0 0 0 0 ud1 ud2 ud uVT1 wt wt wt wt ia uabuac uabuacubcubaucaucbuabuac uabuacubcubaucaucbuabuac wt1 uaub uc 40 图图220 220 三相桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载a 60 a 60 时时 的波形的波形 O O O wt wt wt uabuacubcubaucaucbuabuac uac uac uab a = 60 ud1 ud2 ud uVT1 uaub uc wt1 41 图图221 221 三相

19、桥式全控整流电路带电阻负载三相桥式全控整流电路带电阻负载a 90 a 90 时时 的波形的波形 0 0 0 0 0 wt ud1 ud2 ud wt wt wt wt id iVT1 ia ua ubucuaub a = 90 uabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubc 42 晶闸管及输出整流电压的情况如表晶闸管及输出整流电压的情况如表21所示所示 时时 段段IIIIIIIVVVI 共阴极组中导通共阴极组中导通 的晶闸管的晶闸管 113355 共阳极组中导通共阳极组中导通 的晶闸管的晶闸管 622446 整流输出电压整流输出电压uduabuacubcubaucaucb

20、2.2.2 2.2.2 三相桥式全控整流电三相桥式全控整流电 路路 请参照图218 43 （2）对触发脉冲的要求：）对触发脉冲的要求： 按按1-2-3-4-5-6的顺序，相位依次差的顺序，相位依次差60 。 共阴极组共阴极组1、3、5的脉冲依次差的脉冲依次差120 ，共阳极组，共阳极组4、6、 2也依次差也依次差120 。 同一相的上下两个桥臂，即同一相的上下两个桥臂，即14，36，52，脉冲相差，脉冲相差 180 。 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。 2.2.2 2.2.2 三相桥式全控整流电三相桥式全控整流电 路

21、路 44 电阻性负载 触发角a=0 相电 压波 形 负载 电压 波形 触发 脉冲 时序 SC R 导通 顺序 45 双窄脉冲触发 单宽脉冲触发 三相桥式全控整 流电路触发方式 按管子同时导通的顺序成对 地施加触发脉冲 1 1 3 3 5 5 1 1 3 6 2 2 4 4 6 6 2 2 2.2.2 三相桥式全控整流电路 46 （5）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶）晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同，晶 闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。闸管承受最大正、反向电压的关系也相同。 2.2.2 2.2.2 三相桥式全控整流电三相桥式全控整流电 路路 1 1 3 3 5 5 1 1 3

22、 6 2 2 4 4 6 6 2 2 基本脉冲 添补脉冲 （3）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。 （4）需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲 可采用两种方法：一种是宽脉冲触发 一种是双脉冲触发（常用） 47 a60时（a =0 图222；a =30 图223） ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似。包括： 各晶闸管的通断情况 输出整流电压ud波形 晶闸管承受的电压波形 2) 2) 阻感负载阻感负载 移相范围移相范围9090 区别在于：得到的负载电流id波形不同。 当电感足够大的时候， id的波形可近似为一条水平线。 2.2.2 2.2.2 三相桥式全

23、控整流电三相桥式全控整流电 路路 48 图图222 222 三相桥式全控整流电路带阻感负载三相桥式全控整流电路带阻感负载a 0 a 0 时的时的 波形波形 0 0 0 0 a= 0 wt1 ud1 ud2 ud wt wt id iVT1 ucuaub uabuacubcubaucaucbuabuacuab u2 u2L wt wt 49 图图223 223 三相桥式全控整流电路带阻感负载三相桥式全控整流电路带阻感负载a 30 a 30 时的时的 波形波形 a= 30 0 0 0 0 ud1 ud2 ud wt wt id ia wt wt wt1 ucuaub uabuacubcubauca

24、ucbuabuac 50 2) 2) 阻感负载阻感负载 移相范围移相范围9090 a 60时（ a =90图224） 阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。 电阻负载时，ud波形不会出现负的部分。 阻感负载时，ud波形会出现负的部分。 带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的a角移相 范围为90 。 2.2.2 2.2.2 三相桥式全控整流电三相桥式全控整流电 路路 51 图图224 224 三相桥式全控整流电路带阻感负载三相桥式全控整流电路带阻感负载a 90 a 90 时的时的 波形波形 a = 90 uac uab uac 0 0 0 ud1 ud2 ud wt uVT1 wt wt uabu

25、acubcubaucaucbuabuac ucuaub wt1 52 3) 3) 定量分析定量分析 当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载 a60时）的平均值为： 带电阻负载且a 60时，整流电压平均值为： 输出电流平均值为 ：Id=Ud /R a aw ww w p p a a p p a a p p cos34. 2)(sin6 3 1 2 3 2 3 2d UttdUU ) 3 cos(134.2)(sin6 3 2 3 2d a a p p w ww w p p p p a a p p UttdUU 2.2.2 2.2.2 三相桥式全控整流电三相桥式全控整流电 路路 53

26、当整流变压器为图当整流变压器为图2-17中所示采用星形接法，带阻感负载中所示采用星形接法，带阻感负载 时，变压器二次侧电流波形如图时，变压器二次侧电流波形如图2-23中所示，其有效值为：中所示，其有效值为： dd 2 d 2 d2 816. 0 3 2 3 2 )( 3 2 2 1 IIIII p pp p p p 晶闸管电压、电流等的定量分析与三相半波时一致。 接反电势阻感负载时，在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： R EU I d d 式中R和E分别为负载中的电阻值和反电动势的值

27、。 2.2.2 2.2.2 三相桥式全控整流电三相桥式全控整流电 路路 54 ik=ib逐渐增大，ia=Id-ik。 当ik增大到等于Id时，ia=0， VT1关断,换流过程结束。 2.3 2.3 变压器漏感对整流电路的影变压器漏感对整流电路的影 响响 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 用一个集中的电感用一个集中的电感LB表示。表示。 现以三相半波为例现以三相半波为例,结论推广。结论推广。 VT1换相至VT2的过程： 因为漏感，ia、ib不能突变。 VT1和VT2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

28、ik。 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 ud id wt0 0 g iciaibiciaId uaubuc a wt 55 2.3 2.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响 换相重叠角换相重叠角换相过程持续的时间，用电角度换相过程持续的时间，用电角度 表示。表示。 换相过程中，整流电压换相过程中，整流电压ud为同时导通的两个晶闸管所对应为同时导通的两个晶闸管所对应 的两个相电压的平均值。的两个相电压的平均值。 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（阴影部分）。 2d d d d bak Bb k Bad uu t i Lu t

29、 i Luu dB 0 kB 6 5 6 5 k B 6 5 6 5 k Bbb 6 5 6 5dbd 2 3 d 2 3 )(d d d 2 3 )(d) d d ( 2 3 )(d)( 3/2 1 d IXiLt t i L t t i LuutuuU I p p w w p p w w p p w w p p w w p p p p g ga a p p a a p p g ga a p p a a p p g ga a p p a a （ ） 56 2.3 2.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响 换相重叠角换相重叠角 g g 的计算（由的计算（由* *式）式） B

30、 2 Bab k 2 ) 6 5 sin(6 2)( d d L tU Luu t i p p w w 由上式得： ) 6 5 sin( 2 6 d d B 2k p p ww ww t X U t i 进而得出： ) 6 5 cos(cos 2 6 )(d) 6 5 sin( 2 6 B 2 6 5 B 2 k p p w wa aw w p p w w w w p p a a t X U tt X U i t 57 2.3 2.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响 当 时， ，于是 6 5p p g ga aw w t dk Ii g 随其它参数变化的规律： （1） I

31、d越大则g 越大； （2） XB越大g 越大； （3） 当a90时，a 越小g 越大。 )cos(cos 2 6 B 2 d g ga aa a X U I 2 dB 6 2 )cos(cos U IX g ga aa a 58 2.3 2.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响 变压器漏抗对各种整流电路的影响变压器漏抗对各种整流电路的影响 表2-2 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算 2 3U 2 3U 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 的6脉波整流电路，故 其m=6，相电压按 代入。 2 3U 2 3

32、U 电路形式电路形式 单相全波单相全波 m=2 单相全桥单相全桥 m=2 三相半波三相半波 m=3 三相全桥三相全桥 m=6 m脉波整流脉波整流 电路电路 d U )cos( cos g ga a a a d B I X p p d B 2 I X p p d B 2 3 I X p p d B 3 I X p p 2 Bd 2U XI 2 Bd 2 2 U XI 2 dB 6 2 U IX 2 dB 6 2 U IX m U XI p p sin2 2 Bd d B 2 I mX p p 59 2.3 2.3 变压器漏感对整流电路的影响变压器漏感对整流电路的影响 变压器漏感对整流电路影响的一

33、些结论变压器漏感对整流电路影响的一些结论: : 出现换相重叠角g ，整流输出电压平均值Ud降低。 整流电路的工作状态增多。 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。 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。 换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。 60 2.4 2.4 电容滤波的不可控整流电路电容滤波的不可控整流电路 在交直交变频器、不间断电源、开关电源等应用 场合中，大量应用。 最常用的是单相桥和三相桥两种接法。 由于电路中的电力电子器件采用整流二极管，故也 称这类电路为二极管整流电路。

34、 61 2.4.1 2.4.1 电容滤波的单相不可控整流电路电容滤波的单相不可控整流电路 常用于小功率单相交流输入的场合，如目前大量普及常用于小功率单相交流输入的场合，如目前大量普及 的微机、电视机等家电产品中。的微机、电视机等家电产品中。 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u2 p/2，使Ud为负值。 半控桥或有续流二极管的电路，因其整流电压ud不能 出现负值，也不允许直流侧出现负极性的电动势，故 不能实现有源逆变。 欲实现有源逆变，只能采用全控电路。 2.7.1 2.7.1 逆变的概念逆变的概念 106 2.7.22.7.2三相桥整流电路的有源逆

35、变工作状三相桥整流电路的有源逆变工作状 态态 逆变和整流的区别：控制角逆变和整流的区别：控制角 a a 不同不同 0a p /2 时，电路工作在整流状态。 p /2 a p 时，电路工作在逆变状态。 可沿用整流的办法来处理逆变时有关波形与参数计算等各 项问题。 把a p /2时的控制角用p a b表示，b 称为逆变角。 逆变角b和控制角a的计量方向相反，其大小自b 0的 起始点向左方计量。 三相桥式电路工作于有源逆变状态，不同逆变角时的输 出电压波形及晶闸管两端电压波形如图2-46所示。 107 图2-46 三相桥式整流电路工作于有源逆变状态时的电压波形 2.7.22.7.2三相桥整流电路的有

36、源逆变工作状三相桥整流电路的有源逆变工作状 态态 uabuacubcubaucaucb ua ubuc u2 ud 0 wt0 b p /3 wt uabuacubcubaucaucbuabuacubcubaucaucbuabuacubcuba wt1wt2wt3 b p /4b p /6 b p /3 b p /4b p /6 uaubucuaubucuaub 108 R EU Id 输出直流电流的平均值亦可用整流的公式，即 每个晶闸管导通2p/3，故流过晶闸管的电流有效值为： d d VT I I I577. 0 3 从交流电源送到直流侧负载的有功功率为： dMdd IEIRP 2 当逆变

37、工作时，由于EM为负值，故Pd一般为负值，表示功率 由直流电源输送到交流电源。 在三相桥式电路中，变压器二次侧线电流的有效值为： ddVT IIII816.0 3 2 2 2 b bb bcos35. 1cos34. 2 22Ld UUU 有源逆变状态时各电量的计算： 109 2.7.3 2.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制 逆变失败（逆变颠覆）逆变失败（逆变颠覆） 逆变时，一旦换相失败，外接直流电源就会通过晶闸管电路短路， 或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，形成很大短 路电流。 触发电路工作不可靠，造成脉冲丢失、脉冲延迟等。 晶闸管发生故障，失去正

38、常通断能力 。 交流电源发生异常现象，如断电、缺相、或电压过低 。 换相的裕量角不足，晶闸管不能可靠关断 。 1) 逆变失败的原因 为了保证逆变电路的正常工作，必须选用可靠的触发器，正确选择 晶闸管的参数，减小电路中du/de和di/dt的影响，以免发生误导通逆变角 不能等于零，而且不能太小，必须控制在某一允许的最小角度内。 110 换相重叠角的影响：换相重叠角的影响： 图2-47 交流侧 电抗对逆变换 相过程的影响 b g 时，换相结束时，晶闸管能承受反压而关断。 ud 0 0 id wt wt uaubucuaub p b gb g a g b bg iVT3iVT3iVT2iVT1iVT

39、2 如果b g 时，该通的VT1关断， 该断的（VT3)不能关断，最终导致 逆变失败。 111 2) 确定确定最小逆变角最小逆变角 b bmin的依据的依据 晶闸管的关断时间tq折合的电角度 g 换相重叠角 q 安全裕量角 tq大的可达200300ms，折算到电角度约45。 随直流平均电流和换相电抗的增加而增大。 主要针对脉冲不对称程度（一般可达5）。值约取为10。 2.7.3 2.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制 逆变时允许采用的最小逆变角b 应等于 112 g g 换相重叠角的确定：换相重叠角的确定： 1) 查阅有关手册查阅有关手册 整流电压整流电压 整流电流整

40、流电流变压器容量变压器容量短路电压比短路电压比Uk%g g 220V800A240kV。 。A 5%15 20 2) 参照整流时g 的计算方法 m U XI Bd p p g ga aa a sin2 )cos(cos 2 根据逆变工作时 ，并设 ，上式可改写成 b bp pa a g gb b m U XI Bd p p g g sin2 1cos 2 bmin一般取 3035。 2.7.3 2.7.3 逆变失败与最小逆变角的限制逆变失败与最小逆变角的限制 113 2.9 2.9 相控电路的驱动控制相控电路的驱动控制 114 2.9 2.9 相控电路的驱动控制相控电路的驱动控制引言引言 相控

41、电路：相控电路： 晶闸管可控整流电路，通过控制触发角晶闸管可控整流电路，通过控制触发角a a的大小即的大小即 控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小。控制触发脉冲起始相位来控制输出电压大小。 相控电路的驱动控制 为保证相控电路正常工作，很重要的是应保证按触发角a的大小在正 确的时刻向电路中的晶闸管施加有效的触发脉冲。 晶闸管相控电路，习惯称为触发电路。 大、中功率的变流器广泛应用的是晶体管触发电路， 其中以同步信号为锯齿波的触发电路应用最多。 115 2.9.1 2.9.1 同步信号为锯齿波的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路 输出可为双窄脉冲（适用于有两个晶闸管同时导通的输出可为双窄脉冲（适

42、用于有两个晶闸管同时导通的 电路），也可为单窄脉冲。电路），也可为单窄脉冲。 三个基本环节：三个基本环节：脉冲的形成与放大脉冲的形成与放大、锯齿波的形成和锯齿波的形成和 脉冲移相脉冲移相、同步环节同步环节。此外，还有强触发和双窄脉冲。此外，还有强触发和双窄脉冲 形成环节。形成环节。 图2-54 同步信号为锯齿波的触发电路 116 G K 图2-54 同步信号为锯齿波的触发电路 117 +15V 控制电压 脉冲 形成 G K 脉冲输出 脉冲 放大 1) 脉冲形成环节 -15V 118 脉冲前沿由V4导通时刻确定，脉冲宽度与反向充电回路时间 常数R11C3有关。 电路的触发脉冲由脉冲变压器TP二次

43、侧输出，其一次绕组接 在V8集电极电路中。 ub4=0.7V时，V4导通，A点电位迅速由15V降至1V，由于C3 两端电压不能突变，所以V5基极电位降为-30V，V5立即截 止，其集电极电压上升，使V7、V8导通，输出触发脉冲。 同时C3经VD4、V4放电并经+15V、R11反向充电，V5基极 电压上升，当大于-15V时，V5又重新导通，V7、V8截止， 脉冲终止。 ub4=0时，V4截止。+15V经R11供给V5很大的基极电流，V5饱 和导通，其集电极电压为-15V。V7、V8截止，无脉冲输出。 C3被充电到接近于30V。 119 锯齿波电压形成的方案较锯齿波电压形成的方案较 多，如采用多，

44、如采用自举式电路自举式电路、 恒流源电路恒流源电路等；本电路采等；本电路采 用恒流源电路：由用恒流源电路：由V1、V2、 V3和和C2等元件组成等元件组成 2) 锯齿波的形成 V3 恒流源电路 V2截止时：恒流源对C2充 电，其电压线性上升，上 升的斜率由充电电流决定 （RP2调节I1C） V2导通时：C2快速放电。 V3发射极输出锯齿波。 120 采用叠加原理分析：采用叠加原理分析： 2) 脉冲移相 876 87 3 / / RRR RR uu eh 768 76 / / RRR RR uu pp 867 86 co co / / RRR RR uu 121 3) 3) 同步环节同步环节 同

45、步要求触发脉冲的频率与主电路电源的频率相同 且相位关系确定。 锯齿波是由开关V2管来控制的。 V2开关的频率就是锯齿波的频率由同步变压器所接的 交流电压决定。 V2由导通变截止期间产生锯齿波锯齿波起点基本就是 同步电压由正变负的过零点。 V2截止状态持续的时间就是锯齿波的宽度取决于充电 时间常数R1C1。 2.9.1 2.9.1 同步信号为锯齿波的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路 122 4) 4) 双窄脉冲形成环节双窄脉冲形成环节 内双脉冲电路 V5、V6构成“或”门 当V5、V6都导通时，V7、V8都截止， 没有脉冲输出。 只要V5、V6有一个截止，都会使V7、 V8导通，有脉冲输出。

46、第一个脉冲由本相触发单元的uco对应 的控制角a 产生。 隔60的第二个脉冲是由滞后60相位 的后一相触发单元产生（通过V6）。 2.9.1 2.9.1 同步信号为锯齿波的触发电路同步信号为锯齿波的触发电路 三相全控桥 整流电路 123 本章小结本章小结 1)可控整流电路，重点掌握：电力电子电路作为分段线可控整流电路，重点掌握：电力电子电路作为分段线 性电路进行分析的基本思想、单相全控桥式整流电路性电路进行分析的基本思想、单相全控桥式整流电路 和三相全控桥式整流电路的原理分析与计算、各种负和三相全控桥式整流电路的原理分析与计算、各种负 载对整流电路工作情况的影响；载对整流电路工作情况的影响；

47、2)电容滤波的不可控整流电路的工作情况，重点了解其电容滤波的不可控整流电路的工作情况，重点了解其 工作特点；工作特点； 3)与整流电路相关的一些问题，包括：与整流电路相关的一些问题，包括： (1)(1)变压器漏抗对整流电路的影响，重点建立换相压降、变压器漏抗对整流电路的影响，重点建立换相压降、 重叠角等概念，并掌握相关的计算，熟悉漏抗对整流重叠角等概念，并掌握相关的计算，熟悉漏抗对整流 电路工作情况的影响。电路工作情况的影响。 (2)(2)整流电路的谐波和功率因数分析，重点掌握谐波的概整流电路的谐波和功率因数分析，重点掌握谐波的概 念、各种整流电路产生谐波情况的定性分析，功率因念、各种整流电路

48、产生谐波情况的定性分析，功率因 数分析的特点、各种整流电路的功率因数分析。数分析的特点、各种整流电路的功率因数分析。 124 4)4)大功率可控整流电路的接线形式及特点，熟悉双反星大功率可控整流电路的接线形式及特点，熟悉双反星 形可控整流电路的工作情况，建立整流电路多重化的形可控整流电路的工作情况，建立整流电路多重化的 概念。概念。 5)5)可控整流电路的有源逆变工作状态，重点掌握产生有可控整流电路的有源逆变工作状态，重点掌握产生有 源逆变的条件、三相可控整流电路有源逆变工作状态源逆变的条件、三相可控整流电路有源逆变工作状态 的分析计算、逆变失败及最小逆变角的限制等。的分析计算、逆变失败及最小

49、逆变角的限制等。 6)6)晶闸管直流电动机系统的工作情况，重点掌握各种状晶闸管直流电动机系统的工作情况，重点掌握各种状 态时系统的特性，包括变流器的特性和电机的机械特态时系统的特性，包括变流器的特性和电机的机械特 性等，了解可逆电力拖动系统的工作情况，建立环流性等，了解可逆电力拖动系统的工作情况，建立环流 的概念。的概念。 7)7)用于晶闸管的触发电路。重点熟悉锯齿波移相的触发用于晶闸管的触发电路。重点熟悉锯齿波移相的触发 电路的原理，了解集成触发芯片及其组成的三相桥式电路的原理，了解集成触发芯片及其组成的三相桥式 全控整流电路的触发电路，建立同步的概念，掌握同全控整流电路的触发电路，建立同步的概念，掌握同 步电压信号的选取方法步电压信号的选取方法 。 本章小结本章小结 125 2.1.3 2.1.3 单相全波可控整流电单相全波可控整流电 路路 Si